JP3452635B2 - 表面観察装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームを用いた表
面観察装置に係り、特に、試料の検査部位表面の状態を
観察したり、半導体ウエハなどの表面に存在するパーテ
ィクル（極微粒子）を観察したり、あるいは半導体ウエ
ハなどの表面に形成されたパターンの幅や長さなどを測
定する表面観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料の検査部位表面の状態を観察
する装置として、例えば、特開平５−２９９０４９号公
報に開示されている技術を応用した、微細な電子源や電
子走査系、二次電子検出系を多数個配列した方式の装置
がある。この表面観察装置は試料に向けて電子ビームを
放出するとともに試料からの反射電子や二次電子を検出
するセンサー部を備えている。以下に試料上のごみを検
出する場合を例として従来の技術を説明する。

【０００３】上記センサー部は、図１５に示すように、
電子ビーム１を放射する電子走査系２と、試料３の表面
からの反射電子１ａあるいは二次電子１ｂを検出する電
子検出系４とからなるセルを最小単位とし、このセルを
同一基板上に直線状あるいはマトリックス状に複数形成
して構成される。したがって、電子走査系２から放射さ
れた電子ビーム１はセンサー部に対向配置されている試
料３の表面に照射され、試料３の表面で反射された反射
電子１ａあるいは試料３の表面上のごみなどのパーティ
クル（異物）から発生する二次電子１ｂが隣接する電子
検出系４によって検出され、検出信号として電子検出系
４から試料３の表面状態を反映した電流信号Ｓが出力さ
れるようになっている。従って、この電流信号Ｓにより
試料３の表面状態を観察することができる。

【０００４】電子走査系２は、電子ビーム１を放出する
電子源２ａと、この電子源２ａから電子ビーム１を引き
出す引出電極２ｂと、この引出電極２ｂによって引き出
された電子ビーム１を加速する加速電極２ｃと、この加
速電極２ｃにより加速された電子ビーム１を所定の焦点
距離に収束する収束電極２ｄと、およびこの収束電極２
ｄによって収束された電子ビーム１を任意の方向に偏向
させる偏向電極２ｅとを備えている。加速電極２ｃは印
加電圧の高低によって放出された電子ビーム１の加速を
制御できるようになっており、また、収束電極２ｄは印
加される電圧に対応して焦点距離を変化できるようにな
っており、さらに、偏向電極２ｅは電子ビーム１と直交
方向に対向して形成される正および負の電極で構成され
ており、この両電極間の電位差の高低によって電子ビー
ム１の偏向角を変えて電子ビーム１の走査範囲を制御で
きるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記表
面観察装置の電子走査系２によって試料３表面に照射さ
れる電子ビーム１は、収束電極２ｄの印加電圧の電圧値
に依存して焦点距離が変化するため、図１６（ａ）に示
すように、試料３の表面にうねりがある場合には電子ビ
ーム１は試料３の表面に焦点Ｆが合焦しなくなり、試料
３表面のうねりに応じて焦点距離を変える必要が生ずる
という問題があった。

【０００６】また、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）に示す
ように、電子ビーム１の電流密度分布５はガウシアン分
布を呈しているため、図１６（ｂ）に示すごみなどのパ
ーティクル６が電子ビーム１の中心に位置している場合
と図１６（ｃ）に示すパーティクル６が電子ビーム１の
中心からずれた位置に位置している場合、つまり、電子
ビーム１とパーティクル６との相対位置の変化におい
て、電流密度分布５のガウシアン分布に応じてパーティ
クル６から発生する二次電子１ｂの放出量が変わってく
るという問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、電子ビームの焦点距離を変えることなく、高分解能
で、かつ、高い効率で試料の検査部位表面の観察を可能
とする表面観察装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、電子源
から放出された電子ビームを引き出すための引出電極
と 、 引き出された前記電子ビームを加速するための加速
電極と 、 加速された前記電子ビームを収束するための収
束電極と 、 前記電子ビームを偏向するための偏向電極と
を有する電子走査系を備える表面観察装置において、 前
記収束電極に形成される孔の形状は円筒状であり、か
つ、この収束電極は上記電子ビームを均一な電流密度分
布を有するとともに平行な電子ビームに形成するもので
あることを特徴とする表面観察装置である。また本発明
の手段は、電子源から放出された電子ビームを引き出す
ための引出電極と 、 引き出された前記電子ビームを加速
するための加速電極と 、 加速された前記電子ビームを収
束するための収束電極と 、 前記電子ビームを偏向するた
めの偏向電極とを有する電子走査系を備える表面観察装
置において、前記収束電極は、複数の導電膜および絶縁
膜を交互に積層した構造を備えるものであり、かつ、こ
の収束電極は上記電子ビームを均一な電流密度分布を有
するとともに平行な電子ビームに形成するものであるこ
とを特徴とする表面観察装置である。また本発明の手段
は、前記絶縁膜の部分にアパーチャが配設されているこ
とを特徴とする表面観察装置。また本発明の手段は、電
子源から放出された電子ビームを電子走査系により走査
し、この走査された電子ビームが試料検査面上に照射さ
れた際にこの試料検査面から発生する二次電子を検出す
る二次電子検出系によって試料検査面を観察する表面観
察装置において、上記電子走査系に配設され上記電子源
から放出された電子ビームを均一な電流密度分布を有す
るとともに平行な電子ビームに形成する収束電極を具備
したことを特徴とする表面観察装置である。また本発明
の手段は、収束電極は導電性薄膜と絶縁膜を多数積層し
た多層構造であることを特徴とする表面観察装置であ
る。また本発明の手段は、収束電極は円筒形の形状を有
することを特徴とする表面観察装置である。また本発明
の手段は、多層構造の収束電極の導電性薄膜間の絶縁膜
にアパーチャを配設したことを特徴とする表面観察装置
である。

【０００９】

【作用】本発明の表面観察装置は、電子源から放出され
た電子ビームを均一な電流密度分布を有するとともに平
行な電子ビームに形成する収束電極を電子走査系に配設
することにより、電子ビームと試料の検査部位表面の相
対位置関係によらずこの部位から発生する二次電子の放
出量が一定となり、試料表面の検査を短時間で行なうこ
とができ、高い効率で試料表面の検査が可能となり、ま
た、焦点深度は無限となり、試料表面の形状に左右され
ないで試料表面の検査が可能となる。

【００１０】また、本発明の表面観察装置は、収束電極
が導電性薄膜と絶縁膜を多数積層した多層構造であるの
で、容易に電流密度分布が均一で平行な電子ビームが形
成される。

【００１１】また、本発明の表面観察装置は、収束電極
が円筒形の形状を有しているので、電子源から放出され
た電子ビームが容易に均一な電流密度分布を有した平行
な電子ビームに形成される。

【００１２】また、本発明の表面観察装置は、多層構造
の収束電極の導電性薄膜間の絶縁膜にアパーチャを配設
したので、比較的電流密度分布が均一な領域を繰り返し
抽出する操作を行なうことにより、電子ビームの電流密
度分布の均一性がさらに容易に実現される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１４】図１は本発明の第１の実施例の表面観察装
置の電子走査系１０の概略構成を示す断面図で、図１に
おいて、１１は電子ビーム１２を放出する、例えば、コ
ーン状の電子源であり、この電子源１１に対し、導電性
薄膜（以下、導電膜と称す）１３からなる引出電極１
４、加速電極１５、収束電極１６、および偏向電極１７
がそれぞれ絶縁性薄膜（以下、絶縁膜と称す）１８を介
して電子源１１側から順次配設されている。しかして、
引出電極１４、加速電極１５、および偏向電極１７はそ
れぞれの中央には円孔が形成されているのに対し、収束
電極１６は絶縁膜１８上に断面がコの字状となっている
導電膜１３を設けた円筒形に形成されており、さらに、
円筒形の形状がアスペクト比の高い形状であると、電子
ビーム１２の偏向が容易となる。この円筒形の収束電極
１６の焦点位置は電子源１１の先端位置に設定されてい
る。ここで、以下の各実施例においては、収束電極１６
は円筒形に形成されているが、これは電子の軌道方向に
対して対称となる電位分布を得るためであり、このよう
な電位分布が得られるならば、他の形状であってもよ
い。

【００１５】また、収束電極１６の形状としては、図２
（ａ）に示すような所定の厚さの導電膜１３からなる収
束電極１６ａ、あるいは、図２（ｂ）に示すような絶縁
膜１８上に断面がＬ字状に導電膜１３を設けた収束電極
１６ｂであってもよい。要は、円筒形の孔が形成されて
いるものである。さらには、図２（ｃ）に示すように、
中央に円孔が形成されている導電膜１３と絶縁膜１８を
所定の厚さに順次積層した収束電極１６ｃであってもよ
く、あるいは、この収束電極１６ｃの絶縁膜１８の部分
に中央に円孔が形成されているアパーチャ１９を配設し
た収束電極１６ｄであってもよく、要は、電極の構造が
等価的に円筒形に形成されているものである。なお、ア
パーチャ１９の円孔の大きさは電子ビーム１２の電流密
度の比較的均一な部分が通過するように設定されてい
る。

【００１６】次に、上記構成の各収束電極の作用につい
て説明する。

【００１７】図１に示すように、引出電極１４の電界に
よって電子源１１の先端から放出された電子ビーム１２
は加速電極１５の電界によって加速されて収束電極１６
に入射される。円筒形に形成されている収束電極１６の
焦点は電子源１１の先端位置に設定されていることによ
り、図３（ａ）に示すように、拡がり角θを有して電子
源１１から放出された電子ビーム１２は収束電極１６に
対し平行に進行し、円筒状の収束電極１６内の均一な電
界分布の中で安定に直進する。収束電極１６により平行
に（コリメート化）された電子ビーム１２は偏向電極１
７に入射され、そして、偏向電極１７によって偏向され
て電子ビーム１２の走査範囲が制御される。

【００１８】ところで、図３（ａ）に示すように、電子
ビーム１２を単に平行な束にすることでは、平行にされ
た電子ビーム１２は図３（ｂ）に示すようなガウシアン
分布の電流密度分布２０を呈することになるので、本願
発明は電界レンズとして作用する収束電極１６を円筒形
に形成し、その焦点を電子源１１の先端位置に設定する
ことにより、電子ビーム１２を平行にするとともに、さ
らに、電子ビーム１２の電流密度分布２０を均一化する
ために、収束電極１６の電界を高く設定している。

【００１９】すなわち、収束電極１６の電界を高く設定
することにより、図４（ａ）に示すように、電子ビーム
１２は収束と発散を繰り返す軌道を呈し、徐々に収束半
径を縮めながら平行にされ、このように平行にされた電
子ビーム１２は、図４（ｂ）に示すように、拡がりが狭
く、かつ均一な値を有する電流密度分布２１を呈するこ
ととなる。また、図２（ａ）に示す第２の実施例の所定
の厚さの導電膜１３からなる収束電極１６ａおよび図２
（ｂ）に示す第３の実施例の断面がＬ字型の導電膜１３
を設けた収束電極１６ｂは収束電極１６と同様に円筒形
でもあり、同様の作用を呈する。

【００２０】また、図２（ｃ）に示す第４の実施例の導
電膜１３と絶縁膜１８とを所定の厚さに順次積層した収
束電極１６ｃにおいては、図５（ａ）に示すように、電
子ビーム１２の収束半径の縮小化と平行化が容易に行わ
れ、また、図５（ｂ）に示すように、電子ビーム１２の
電流密度分布２２のさらなる均一化が図れる。さらに、
図２（ｄ）に示す第５の実施例の収束電極１６ｃの絶縁
膜１８の部分にアパーチャ１９が配設されている収束電
極１６ｄにおいては、アパーチャ１９の円孔の大きさが
電子ビーム１２の電流密度の比較的均一な部分が通過す
るように設定されていることにより、図６（ａ）に示す
ように、アパーチャ１９によって電子ビーム１２の電流
密度の均一な部分が抽出されるので、電子ビーム１２が
アパーチャ１９を通過する毎に電流密度の均一化が進行
し、図６（ｂ）に示すように、ステップ（１）の段階で
はガウシアン分布を呈していた電流密度分布２３はステ
ップ（４）の段階では矩形状の電流密度分布２３とな
り、電流密度分布２３の均一化がより一層向上する。

【００２１】次に、上記構成の各収束電極の作製プロセ
スの一例について説明する。

【００２２】図７は図１に示す第１の実施例の収束電極
１６の作製プロセスの例を示す図であり、まず、電子源
１１を形成したＳｉ基板２４上に絶縁膜１８と導電膜１
３をこの順序で７層積層して、レジスト２５をパターニ
ングする。（プロセスＰ７１）。

【００２３】続いて、レジスト２５をマスクとして最上
層の厚い絶縁膜１８をエッチングした後、レジスト剥離
を行い、剥離後の厚い絶縁膜１８上に導電膜１３を堆積
する。ここで、上３層の膜厚が円筒状の収束電極１６の
長さに相当する。（プロセスＰ７２）。

【００２４】続いて、偏光電極１７用の絶縁膜１８と導
電膜１３を堆積し、レジスト２６によるパターンを形成
する。（プロセスＰ７３）。

【００２５】そして、レジスト２６によるパターンをマ
スクとして電子源１１以外の全ての層に対してＲＩＥ
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行な
った後に、絶縁膜１８のみを選択的にエッチングするこ
とにより、電子銃１１側から引出電極１４、加速電極１
５、円筒型の収束電極１６、および偏向電極１７が形成
され、電子走査系１０が作製される。上記選択的エッチ
ングは、例えば絶縁膜１８をＳｉＯ_２、導電膜１３をＷ
Ｓｉとすると、希弗酸につけることにより可能となる。
（プロセスＰ７４）。

【００２６】なお、上記プロセスＰ７４におけるエッチ
ング工程において、レジスト２６一層ではマスクとして
の耐久性がもたない場合には、プロセスＰ７３ と同様
のレジストパターンニングの繰り返しによるエッチング
か、またはプロセスＰ７３において別のマスク材２７を
用いたエッチングを行なえばよい。ここで、マスク材２
７としてＡｌを選択した場合、Ａｌは塩素系のガスにエ
ッチングされるのに対して、ＳｉＯ_２やＷＳｉは塩素系
のガスにエッチングされないので、マスクを形成するこ
とが可能となる。一方、弗素系のガスに対しては逆の効
果があるので、プロセスＰ７４におけるエッチングが実
現可能となる。さらには、過酸化水素水と硫酸の混合液
はＳｉＯ_２やＷＳｉをエッチングせずにＡｌをエッチン
グできるので、簡単にＡｌ膜を剥離できる。（プロセス
Ｐ７５、プロセスＰ７６）。

【００２７】また、図８は図２（ａ）に示す第２の実施
例の表面観察装置における所定の厚さの導電膜１３から
なる収束電極１６ａの作製プロセスの例を示す図であ
り、円筒形に形成された収束電極１６の作製プロセスに
類似したプロセスとなっている。

【００２８】まず、電子源１１を形成したＳｉ基板２４
上に絶縁膜１８と導電膜１３をこの順序で６層積層する
が、最上層の導電膜１３を厚さを収束電極１６ａ の長
さに相当する膜厚とする。絶縁膜１８と導電膜１３の多
層膜の形成後、レジスト２８をパターニングし、そし
て、最上層の厚い導電膜１３をエッチングした後、レジ
スト剥離を行なう。（プロセスＰ８１）。

【００２９】続いて、プロセスＰ７３と同様に、偏光電
極１７用の絶縁膜１８と導電膜１３を堆積し、レジスト
２８によるパターンを形成する。（プロセスＰ８３）。

【００３０】そして、プロセスＰ７４と同様に、レジス
ト２９によるパターンをマスクとして電子源１１以外の
全ての層に対してＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行なった後に、絶縁膜１８のみを選
択的にエッチングすることにより、引出電極１４、加速
電極１５、収束電極１６ａ、および偏向電極１７が形成
され、電子走査系１０が作製される。（プロセスＰ８
３）。

【００３１】また、図９は図２（ｂ）に示す第３の実施
例の表面観察装置における絶縁膜１８上に断面がＬ字型
の導電膜１３を設けた収束電極１６ｂの作製プロセスの
例を示す図であり、円筒形に形成された収束電極１６の
作製プロセスに類似したプロセスとなっている。

【００３２】まず、電子源１１を形成したＳｉ基板２４
上に絶縁膜１８と導電膜１３をこの順序で４層積層した
後、さらに、最上層に膜厚の厚い絶縁膜１８を形成す
る。そして、レジスト３０をパターニングする。（プロ
セスＰ９１）。

【００３３】続いて、プロセスＰ７２と同様に、レジス
ト３０をマスクとして最上層の厚い絶縁膜１８をエッチ
ングした後、レジスト剥離を行ない、剥離後の厚い絶縁
膜１８上に導電膜１３を堆積する。ここで、上３層の膜
厚が収束電極１６ｂの長さに相当する。（プロセスＰ９
２）。

【００３４】続いて、プロセスＰ７３と同様に、偏光電
極１７用の絶縁膜１８と導電膜１３を堆積し、レジスト
３１によるパターンを形成する。（プロセスＰ９３）。

【００３５】そして、プロセスＰ７４と同様に、レジス
ト３１によるパターンをマスクとして電子源１１以外の
全ての層に対してＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行なった後に、絶縁膜１８のみを選
択的にエッチングすることにより、引出電極１４、加速
電極１５、厚膜型の収束電極１６ｂ、および偏向電極１
７が形成され、電子走査系１０が作製される。（プロセ
スＰ９４）。

【００３６】また、図１０は図２（ｃ）に示す第４の実
施例の導電膜１３と絶縁膜１８とを所定の厚さに順次積
層した収束電極１６ｃの作製プロセスの例を示す図であ
る。

【００３７】まず、電子源１１を形成したＳｉ基板２４
上に引出電極１４、加速電極１５、収束電極１６ｂ、お
よび偏向電極１７を作製する上で必要とする層数の絶縁
膜１８と導電膜１３を交互に積層し、そして、レジスト
３２をパターニングする。（プロセスＰ１０１）。

【００３８】続いて、レジスト３２をマスクとして積層
数に対応した回数のエッチングを行ない、最下層の絶縁
膜１８までエッチングを行なう。なお、レジスト３２一
層ではマスクとしての耐久性がもたない場合には、図７
のプロセスＰ７５およびプロセスＰ７６に示したマスク
材２７を用いて最下層の絶縁膜１８までのエッチングを
行なえばよい。（プロセスＰ１０２）。

【００３９】そして、最下層の絶縁膜１８までのエッチ
ングが完了したら、プロセスＰ７４と同様に、絶縁膜１
８の選択的エッチングが行なわれ、引出電極１４、加速
電極１５、収束電極１６ｃ、および偏向電極１７が形成
され、電子走査系１０が作製される。（プロセスＰ１０
３）。

【００４０】また、図１１は図２（ｄ）に示す第５の実
施例の収束電極１６ｃの絶縁膜１８の部分にアパーチャ
１９が配設されている収束電極１６ｄの作製プロセスの
例を示す図で、収束電極１６ｄは基本的には図１０に示
す収束電極１６ｃの作製プロセスと同様のプロセスによ
っても作製可能ではあるが、電子走査系１０全体の膜厚
がかなり厚くなることを考慮すると、以下に説明する、
例えば両面研磨されたＳｉ基板のような両面が平坦な基
板を利用する作製プロセスが好ましい。

【００４１】まず、両面が平坦に研磨されたＳｉ基板な
どの基板３３の一方の面に導電膜１３、絶縁膜１８、ア
パーチャ材３４の順序で任意の厚さ・回数分だけ積層し
た後、最上層のアパーチャ材３４の表面、および基板３
３の他方の面の両面にマスク材３５を堆積する。（プロ
セスＰ１１１）。

【００４２】続いて、ここで、積層膜側を表の面、そし
てＳｉ基板３３の他方の面側を裏の面とし、また、例え
ば、マスク材３５をＳｉＮ、基板３３を（１００）Ｓ
ｉ、エッチング液をＫＯＨ（水酸化カリウム）として、
裏面側のマスク材３５の一部をエッチングすると、基板
３３のみがテーパを有する形状（アパーチャ材３４の方
向に向かって基板３３の厚さが薄くなる形状）に選択エ
ッチングされる。（プロセスＰ１１２）。また、基板３
３として（１１１）Ｓｉを用いると、基板３３はテーパ
のない凹状の形状に選択エッチングされる。（プロセス
Ｐ１１６）。

【００４３】上記のようにエッチングされた基板３３を
マスクとして積層膜側のエッチングを行なう。（プロセ
スＰ１１３）。

【００４４】続いて、導電膜１３と絶縁膜１８をそれぞ
れ選択的にエッチングすることにより、図２（ｄ）に示
すような収束電極１６ｄが形成される。この工程の際、
例えば、アパーチャ材３４をＡｕ、Ｐｔ、Ａｇなどの貴
金属類、導電膜１３をＷＳｉなど、および絶縁膜１８を
ＳｉＯ_２などとし、また、例えば、導電膜１３を形成す
るＷＳｉのエッチングガスを弗素系ラジカル、絶縁膜１
８を形成するＳｉＯ_２のエッチング液をＨＦとして、表
面側と裏面側に交互に注入することにより、良好な形状
のアパーチャ型の収束電極１６ｄが形成される。また、
Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇなどの貴金属類はプロセスＰ１１３の
工程の際に、不揮発性を有してイオンになりやすい元素
からなるＧａ^＋やＡｒ^＋などを加速して衝突させること
によって加工可能である。（プロセスＰ１１４）。

【００４５】上記のように形成された収束電極１６ｄか
ら基板３３を除去して、予め、電子源１１と、引出電極
１４および加速電極１５とが形成されたＳｉ基板２４に
対して、例えば直接接合などによって接合し、さらに、
偏向電極１７を形成することにより、電子走査系１０が
作製される。（プロセスＰ１１５）。

【００４６】次に、上記作製プロセスによって作製され
た電子走査系１０による試料表面の観察をごみなどのパ
ーティクルの検査を例として説明する。なお、円筒形に
形成されている収束電極１６を用いた電子走査系１０つ
いてのみ説明するが、他の型の収束電極についても同様
である。また、電子顕微鏡や測長器に用いる際も検出原
理は同様である。

【００４７】電子走査系１０によって走査される電子ビ
ーム１２は、収束電極１６がその焦点位置を電子源１１
の先端位置に設定した円筒形に形成されていることによ
り、平行にされて平行ビームとなって焦点深度は無限と
なり、図１２（ａ）に示すように、電子ビーム１２の半
径ｒは一定である。そのため、電子ビーム１２によって
励起される試料３６の表面の段差を有している半径Ａお
よびＢの領域３６ａ，３６ｂの面積はそれぞれπＡ２お
よびπＢ２となるが、Ａ＝Ｂ＝ｒとなることにより、領
域３６ａ，３６ｂの面積は等しく、段差などの表面の形
状に関係なく常に一定であり、測定分解能は試料３６の
表面の形状に左右されることはない。

【００４８】また、収束電極１６の電界が高く設定され
ていることにより、図１２（ｂ）に示すように、電子ビ
ーム１２の電流密度分布３７は均一化されるため、試料
３６の表面に存在するごみなどのパーティクル３８から
発生する二次電子１２ａの放出量は、パーティクル３８
が電子ビーム１２の中央あるいは縁部に位置しても一定
となり、電子ビーム１２とパーティクル３８との相対位
置関係に左右されることはない。

【００４９】従って、図１３（ａ）に示すように、複数
の電子源１１からなる電子源群３９から放出される複数
の電子ビーム１２を隣接させることにより、電子源群３
９の電流密度分布４０は、図１３（ｂ）に示すように、
単一の電子ビーム１２の電流密度分布３７の範囲を拡大
した形態となって均一化され、試料３６の表面に広範囲
に存在するパーティクル３８の総量を短時間で測定する
ことが可能となる。

【００５０】また、図１４（ａ）に示すように、電子源
群３９から放出される電子ビーム１２を隣接させない場
合には、電子ビーム１２のステップ偏向あるいは試料３
６のステップ移動を行なうことにより、電子源群３９の
電流密度分布４０は、図１４（ｂ）に示すように、各ス
テップ毎の電流密度分布４０ａ，４０ｂを合成したもの
となって、単一の電子ビーム１２の電流密度分布３７の
範囲を拡大した形態となって均一化され、高スループッ
トで試料３６の表面に広範囲に存在するパーティクル３
８の総量を測定することが可能となる。

【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々変形可能であることは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の表面観察
装置によれば、電子源から放出された電子ビームを均一
な電流密度分布を有するとともに平行な電子ビームに形
成する収束電極を電子走査系に配設することにより、電
子ビームと試料の検査部位表面の相対位置関係によらず
この部位から発生する二次電子の放出量が一定となり、
試料表面の検査を短時間で行なうことができ、高い効率
で試料表面の検査が可能となり、また、焦点深度は無限
となり、試料表面の形状に左右されないで試料表面の検
査が可能となる。

【００５３】また、本発明の表面観察装置は、収束電極
が導電性薄膜と絶縁膜を多数積層した多層構造であるの
で、電流密度分布が均一で平行な電子ビームを容易に形
成することができる。

【００５４】また、本発明の表面観察装置は、収束電極
が円筒形の形状を有しているので、電子源から放出され
た電子ビームを均一な電流密度分布を有する平行な電子
ビームに形成することができる。

【００５５】また、本発明の表面観察装置は、多層構造
の収束電極の導電性薄膜間の絶縁膜にアパーチャを配設
したので、比較的電流密度分布が均一な領域を繰り返し
抽出する操作を行なうことにより、電子ビームの電流密
度分布の均一性をさらに容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の電子走査系の概略構成
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例を示す断面図で、図２（ａ）は
第２の実施例を示す図、図２（ｂ）は第３の実施例を示
す図、図２（ｃ）は第４の実施例を示す図、および図２
（ｄ）は第５の実施例を示す図である。

【図３】本発明の原理を示す図で、図３（ａ）は電子ビ
ームの平行化を示す図および図３（ｂ）は電子ビームの
電流密度分布を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例の作用を示す図で、図４
（ａ）は電子ビームの平行化を示す図および図４（ｂ）
は電子ビームの電流密度分布を示す図である。

【図５】本発明の第４の実施例の作用を示す図で、図５
（ａ）は電子ビームの平行化を示す図および図５（ｂ）
は電子ビームの電流密度分布を示す図である。

【図６】本発明の第５の実施例の作用を示す図で、図６
（ａ）は電子ビームの平行化を示す図および図６（ｂ）
は電子ビームの電流密度分布を示す図である。

【図７】図１に示す第１の実施例の収束電極の作製プロ
セスの例を示す図である。

【図８】図２（ａ）に示す第２の実施例の収束電極の作
製プロセスの例を示す図である。

【図９】図２（ｂ）に示す第３の実施例の収束電極の作
製プロセスの例を示す図である。

【図１０】図２（ｃ）に示す第４の実施例の収束電極の
作製プロセスの例を示す図である。

【図１１】図２（ｄ）に示す第５の実施例の収束電極の
作製プロセスの例を示す図である。

【図１２】本発明による測定を示す図で、図１２（ａ）
は平行にされた電子ビームによる測定を示す図および図
１２（ｂ）は均一化された電流密度分布を有する電子ビ
ームによる測定を示す図である。

【図１３】隣接された電子ビームによる測定を示す図
で、図１３（ａ）は隣接された電子ビームを示す図およ
び図１３（ｂ）は隣接された電子ビームの電流密度分布
を示す図である。

【図１４】隣接されていない電子ビームによる時分割測
定を示す図で、図１４（ａ）は隣接されていない電子ビ
ームを示す図および図１４（ｂ）は電子ビームの合成さ
れた電流密度分布を示す図である。

【図１５】従来のセンサ部の構成を示す図である。

【図１６】従来の電子走査系による測定を示す図で、図
１６（ａ）は電子ビームと試料表面の状態の関係を示す
図および図１６（ｂ）と図１６（ｃ）は電子ビームとパ
ーティクルの相対位置関係を示す図である。

【符号の説明】 １０…電子走査系 １１…電子源 １２…電子ビーム １２ａ…二次電子 １３…導電性薄膜 １６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…収束電極 １８…絶縁性薄膜（絶縁膜） １９…アパーチャ ３６…試料 ３８…パーティクル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 文彦 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−81151（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 23/00 - 23/227 G01B 15/00 - 15/08 H01J 37/26 - 37/295

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子源から放出された電子ビームを引き
   出すための引出電極と 、 引き出された前記電子ビームを
   加速するための加速電極と 、 加速された前記電子ビーム
   を収束するための収束電極と 、 前記電子ビームを偏向す
   るための偏向電極とを有する電子走査系を備える表面観
   察装置において、 前記収束電極に形成される孔の形状は円筒状であり、か
   つ、この収束電極は上記電子ビームを均一な電流密度分
   布を有するとともに平行な電子ビームに形成するもので
   あることを特徴とする表面観察装置。
2. 【請求項２】 電子源から放出された電子ビームを引き
   出すための引出電極と 、 引き出された前記電子ビームを
   加速するための加速電極と 、 加速された前記電子ビーム
   を収束するための収束電極と 、 前記電子ビームを偏向す
   るための偏向電極とを有する電子走査系を備える表面観
   察装置において、前記収束電極は、複数の導電膜および絶縁膜を交互に積
   層した構造を備えるものであり、かつ、この収束電極は
   上記電子ビームを均一な電流密度分布を有するとともに
   平行な電子ビームに形成するものであることを特徴とす
   る表面観察装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁膜の部分にアパーチャが配設さ
   れていることを特徴とする請求項２記載の表面観察装
   置。
4. 【請求項４】 電子源から放出された電子ビームを電子
   走査系により走査し、この走査された電子ビームが試料
   検査面上に照射された際にこの試料検査面から発生する
   二次電子を検出する二次電子検出系によって試料検査面
   を観察する表面観察装置において、上記電子走査系に配
   設され上記電子源から放出された電子ビームを均一な電
   流密度分布を有するとともに平行な電子ビームに形成す
   る収束電極を具備したことを特徴とする表面観察装置。
5. 【請求項５】 収束電極は導電性薄膜と絶縁膜を多数積
   層した多層構造であることを特徴とする請求項４記載の
   表面観察装置。
6. 【請求項６】 収束電極は円筒形の形状を有することを
   特徴とする請求項４記 載の表面観察装置。
7. 【請求項７】 多層構造の収束電極の導電性薄膜間の絶
   縁膜にアパーチャを配設したことを特徴とする請求項５
   記載の表面観察装置。