JP4590590B2 - 位置感度の高い検出器による透過オペレーションに対するｓｅｍ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、粒子-光学装置であって、
−加速電圧の影響下で前記装置の光学軸に沿って移動する電気的に充電されてい る粒子の一次ビームを生成する粒子源、
−前記一次ビームにより照射される試料に対する試料位置を有する試料ホルダー 、
−前記試料位置の近くで前記一次ビームのフォーカスを生成するフォーカス生成 装置、
−前記フォーカスされた一次ビームによって前記試料を走査するビーム偏向シス
テム、
−前記一次ビームの前記入射に応答して前記試料から発生する帯電粒子を検出す
る、前記一次ビームの前記伝播方向から見て、前記試料位置の背後に配置され
ている、検出器表面を有する検出手段、
−前記検出器表面と前記試料位置の間に配置されている、前記試料から発生する
前記帯電粒子に対するマスク、
を有する粒子-光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の粒子-光学装置は、公開された欧州特許出願番号第0 348 992号から公知である。
【０００３】
荷電粒子のフォーカスされたビームによって試料を走査する装置は、走査電子顕微鏡として既知である。一般的に言って、走査電子顕微鏡には、2つの型が知られている。両方とも、試料位置の近くで、一次ビームのフォーカスを生成するフォーカス生成装置（通常、対物レンズと呼ばれる）を含む。
【０００４】
第一の型の対物レンズは、集束磁場を形成するギャップが、2つの相対して位置する円筒状の磁石ポールにより形成される周知の磁気ギャップレンズから成る。この装置の場合、試料は、対物レンズの磁石ポールの間に配置される。この種の装置は、試料の領域での電子源の非常に小さい像（走査スポット）を得て、試料の像に対して非常に高い分解能が達成出来るように構成されている。このような装置は、安定性に関して、特に、例えば、試料の振動に対する低い感度、および加速電圧の安定性、そしてレンズに対する電力供給などの、電気的かつ機械的機能の点で、非常に厳しい要求を満足しなければならない。さらに、このような装置は、高い分解能に対して必要とされる、数百kVのオーダの高い加速電圧を生成するように構成されている。このような装置による分析に適切であるように試料を準備することは、相対的に複雑な作業で、かつこれらの試料をこの装置に導入し、それを分析することは、時間のかかることである。厳しい分解能が要求されるため、透過電子顕微鏡（TEM）として周知のこれらの装置は、複雑で、高価である。
【０００５】
第二型の走査電子顕微鏡の場合、対物レンズは、周知の磁気ギャップレンズまたは単極レンズ、試料キャリア、およびスポット形成磁界のための磁気回路の一部を構成する試料室の壁から構成する事もできる。この種の装置の場合、試料は、対物レンズの機械的境界の外側に配置されるので、相対的に大きい試料を調べることができ、かつ試料の移動可能性を大きくすことができる。このような装置における結像は、一次ビームにおける電子により試料から解放される電子の検出により実行される。このような解放された電子に対する検出器は、実際上常に、試料の上部に、すなわち、一次ビームが試料に入射する側に、位置させる。これは、このようにして、試料の表面から解放される電子のみが検出されることを意味する。これらの使用に関して、これらの装置は、前述のTEMより、はるかに融通性があり、例えば、IC産業においてまたはより一般的には材料の検査において必要なように、大量の試料の検査に対し有意な利点をもたらす。走査電子顕微鏡（SEM）として知られているこの種の装置は、通常、より単純な構成をとることができる；つまり、それらは、それらの加速電圧を50 kVのオーダーで済むので、相対的に高い加速電圧により作動するように構成されることはない。
【０００６】
しかしながら、SEMが使用される時、試料のより深い位置にある領域を研究することが、しばしば必要となる。試料の表面から解放されるエレクトロンを検出するのみでは十分でなく、試料の内部から発生するエレクトロンも検出しなければならないことがある。この状況は、集積回路における個別層に関する情報を必要とする場合にも発生する。この目的のために、試料は、数十keVのオーダのエネルギーの電子が試料全体を通過することができる程度に、薄く（例えば、60 nmと400 nmの間の厚みに）加工される。この場合、試料全体を通過した電子が検出出来るように、検出器の検出器表面は、試料の下に配置されなければならない。
【０００７】
引用した欧州特許出願第0 348 992号により公知であるこの装置の場合、調べられる試料は、対物レンズの機械的境界の外側に配置されので、試料の所望の処理容易性が達成される。この時、検出器表面は、試料の下に位置する。この公地の装置には、試料から発する電子を透過または阻止する、検出器表面と試料の間に配置されているマスク（この明細書中では、「注入ダイアフラム」と呼ばれ、かつ図7に示されている）が設けられている。しかしながら、この既知の装置は、一次ビームを75kV以上のオーダの電圧に加速するように構成されているので、これを、当業者によって広く使用されているSEMと呼ぶことはできない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、特に、IC産業においてその必要性が生じるような試料の検査を可能にし、試料の結像に応じて所望のコントラストメカニズムを選択し、かつ結晶試料における非結晶性を検出することが可能である、請求項1のプリアンブルに記載されている型のSEMを提供することである。
【０００９】
これを達成するために、本発明のこの装置が、特徴とする点は、
−前記粒子-光学装置が、50 kV以上の加速電圧は生成しないように構成されてい
て、
−前記マスクには、前記マスクにおいて他の円と中心を別にするように位置する
ように設けられている少なくとも一つのマスク開口が設けられていて、
−前記粒子-光学装置のオペレーションの間、前記マスクを回転させる回転手段
が設けられている点である。
【００１０】
試料を透過する電子は、透過の間、散乱され、それゆえ、入射方向に対しゼロ以外の角度で試料から離れる。このマスクは回転可能であり、かつ偏心の開口を備えているので、この分散ビームからの電子は所定角度の範囲から選択することができる。この角度の範囲は、試料における所定方向に対する角度に対して、（光軸からの所定距離にマスク開口を配置することにより）入射方向に対し囲まれる角度に関連付けることができる。試料材料の回転対称を乱す偏差を観測することが、可能であるので、特に、後者の可能性は重要である。照射の間の一次ビームによるマスクの回転は、散乱電子の角度分布を拾うことを可能にする。
【００１１】
本発明の粒子-光学装置の実施例における試料と検出器表面により形成されるアセンブリは、その検出器表面を、互いに電気的に絶縁させることができる少なくとも2つの部分に分割させて、光軸に対しある角度傾けることができる。これらのステップは、一次ビームが、光軸に対し直角ではなく当該角度で入射すると言う追加の利点を提供する。検出器表面も傾けられているので、ビームの非偏向部分を、検出器表面の一部分により阻止し、そして、試料により偏向されるビームの部分を、検出器表面の他の部分により検出することを確実にすることができる。このようにして両者から得られた信号を減算することにより、情報は、暗視野観測手段と一致して得られ、これらの信号が加算されるとき明視野観測手段により、情報が得られる。必要に応じ、このマスクによってさらに角度を選択することができる。粒子-光学装置の本発明の他の実施例の場合、検出器表面は、試料位置に対し光学軸と平行の向きに変移させることが出来る。検出器表面をさらに試料により近づけまたはそれからより遠ざけて位置させることにより、マスクの選択効果との組み合わせにより、試料を透過する電子を空間的に選択することも、また、可能となる。
【００１２】
本発明の粒子-光学装置の他の実施例におけるマスク開口は、少なくとも一つの半径方向のスリットの形状を有する。透過電子の正確な角度（すなわち、試料における所定方向に対する角度）の選択は、このようにして、実行させることができる。この時、選択の精度は、スリットの幅により決定させることができる。
【００１３】
本発明の粒子-光学装置の他の実施例における検出器表面は、少なくとも2つの相互に電気的に絶縁された部分に細分割され、そして、このマスクには少なくとも2つの実質上直径に沿って位置するマスク開口が設けられている。これらのステップの結果として、散乱角度に関して、かつ組合せにおける試料における所定の方向に対する角度に関して、おそらく、暗視野または明視野観測とも組み合わせて、角度を選択することが可能となる。
【００１４】
本発明の粒子-光学装置のさらに他の実施例の場合、試料と検出器表面間の距離は、最大15mmである。このステップは、液浸レンズが使用される場合に、特に有用である。何故ならば、この状況では、試料とその下の空間がレンズの磁気フィールド内に位置するからである。従って、試料を透過する電子は、磁界強度と、試料の下の電子により進行した距離とに依存する所定の回転を行う。ここで、その角度の回転は、試料に対するオリジンの回転に関しての情報を不明瞭にする。（散乱角度を検出器表面の距離に変換するために所定の最小距離を維持し）この距離を小さくすることにより、このような望ましくない角度の回転の効果は、最小にされる。
【００１５】
【発明を実施するための形態】
本発明を、以下に、対応する参照番号が対応する要素を示す図を参照して詳細に記載する。
【００１６】
図1は、本発明を実行することができるSEMの関連する部分を示す。この図は、走査電子顕微鏡（SEM）のコラム2の一部分の形で粒子-光学器械を示す。通常行われるように、電子ビーム（一次ビーム）は、電子源（図示せず）により、この装置内に生成され、そのビームはこの装置の光軸4に沿って進行する。この電子ビームは、コンデンサレンズ6のような一つ以上の電磁レンズを通過し、その後、最終的に対物レンズ8に至る。このレンズ（ここでは、いわゆるモノポールレンズ）は、試料チャンバ12の壁10によっても形成される磁気回路の一部を形成する。対物レンズ8は、一次電子ビームによってフォーカスを形成するために使用され、対物レンズの下に配置される試料は、当該フォーカスによって走査される。試料の走査は、対物レンズ8の口径内に収容される走査コイル14を利用して、試料に照射する電子ビームを2つの相互に垂直な方向に移動させることにより実現される。試料は、まだ記載されていない試料キャリア20の一部分を形成する試料ホールダに配置される。試料ホールダは、試料の所望の領域が検査に対して選択することができるように、2つの相互に垂直な方向に変位させることができる。したがって、対物レンズ8は、試料キャリア20上の試料の近くに一次ビームのフォーカスを生成するための集束デバイスとして機能する。
【００１７】
透過モードにおいては、この顕微鏡における結像は、一次ビームからの電子が試料を通過し、そしてこの下側から発生するように行われ、その後、これらの電子は検出器により検出される。二次電子が、試料から解放されそしてレンズ8の方向に戻る従来のモードでこの顕微鏡を作動させることも、また、可能である。これらの二次電子は、このレンズの口径に配置されている検出器16により検出される。検出器を活性化させ、かつ検出された電子のストリームを、例えば、CRTによって試料の像を形成することに適する信号に変換させる演算処理装置が、検出器に接続されている。
【００１８】
図2は、試料を透過する電子の、透過および選択のプロセスを示す。SEMで調べられる試料22、マスク24、そして検出器表面26が、それぞれ、示されている。この図において、検出器表面は、互いに電気的に絶縁されている2つの等しい半円26aと26bに細分割されている。本図におけるマスク24には、マスク24内に偏心的に位置するマスク開口が設けられている。このマスク開口の投影は、試料と検出器表面上の破線により示される。
【００１９】
対物レンズによりフォーカスされる一次ビーム28は、試料22に入射する。このビームにおける電子は試料22において散乱するので、それらは、非偏向一次ビームに対し異なる角度φで試料から発する（図は、2つの角度φ₁とφ₂を示す）。図示されるマスク開口の使用により、検出器表面領域の範囲内に有る全ての角度φが、透過され、そして、マスクにおけるセクターのような開口が、試料における固定方向30に対し、（値φ₁とφ₂の間にある）角度を囲む散乱電子のみを透過させることは、この図から明白であろう。
【００２０】
図3aおよび3bは、2つの異なる位置における本発明の試料キャリア20を示す。これらの図に示される試料キャリアは、試料の範囲内に位置する中心についての光軸に対し、ある角度、試料22および検出器26により形成されているアセンブリを傾ける機能を有する；これは、試料の観測された領域をシフトさせずに、試料表面への一次ビーム28の入射角を、観測の間、変更させることができる利点を提供する。傾けることが可能となることは、矢印36と、可動基体34が試料キャリア20の固定部分32に球状に接合されている事実とにより概念的に表されている。
【００２１】
試料22は、試料ホールダ38における凹部に位置する。試料ホールダの下には、試料により散乱する電子を選択的に透過させるマスク24が、配置されている。この目的のために、マスクには、この場合マスクの中心に対し直径に沿って位置する開口40aおよび40bのようなマスク開口が設けられている。検出器表面26は、マスク24の下に配置されている。この表面は、検出器により生成される信号をさらに処理する電子回路（図示せず）に接続されている半導体検出器の部分を構成する。
【００２２】
マスクは、検出器表面に対し垂直方向に変移可能であるので、それを試料により近くまたはそれから離して配置させることが出来る。この可能性は、矢印44と、マスクを、必要に応じドライブ（図示せず）に所望の位置に移動させることができるマスクホールダ42とにより概念的に示されている。マスクは、検出器表面に垂直に延在する軸に関しても回転可能であるので、検出器表面に対するマスク開口（一つまたは複数）の正しい位置を、（必要に応じ、図示されないドライブによって）選択することが出来る。この可能性は、矢印46により概念的に示されている。
【００２３】
一次ビーム28は、図3aにおける試料表面に垂直に入射する。一次ビームの非偏向部分は、マスクにより阻止され、試料における散乱電子の一部は、2つのマスク開口40aおよび40bを透過する。これらのマスク開口がマスクの中心から等距離に配置されていない場合には、散乱角度の2つの異なる部分を、検出に対して選択することができる。
【００２４】
図3bの場合、一次ビーム28は試料表面に斜めに入射する。一次ビームの非偏向部分は、マスクによりここでも阻止させることができるが、マスク開口40aの一つにより当該部分を透過させることもまた可能である。試料中で散乱する電子の一部は、他のマスク開口40bを透過する。
【００２５】
本実施例における検出器表面は、2つの半円の部分に細分割されているので、一方のマスク開口を通過する電子は、他方のマスク開口を通過する電子から電気的に分離させることが出来、したがって、両方の信号の別々の処理または所望の結合を行うことが出来る。
【００２６】
図4は、その上に位置するマスク開口40aおよび40bと組み合わせた検出器表面の線図的な表示である。この場合、開口は、検出された電子の最大限高い歩留りが、所定の偏向角φ（図2参照）の選択に応じて、可能となるように、両方とも円弧形状である。検出器表面の2つの等しい相互に絶縁された部分26aおよび26bへの細分割のため、信号は加算または減算させることができる。これは、加算または微分アンプ48の別々の入力端に各々の部分を接続させることにより可能となる。試料の明視野観測は2つの信号の合計を形成することにより実現され、暗視野観測は差を形成することにより得られる。
【００２７】
明らかに、マスク開口は、異なる形状を有することもできる。例えば、図5は、試料において固定方向に対する所定の角度αで接戦方向に偏向する電子の選択に特に適しているマスク開口を示す。他の形状、特に、所定の半径方向の偏向角および所定の接線方向の偏向角に関して、選択を、実行することができる、ここまでに記載した形状の組合せも、実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子-光学器械（SEM）の関連する部分を線図的に示す。
【図２】試料を透過する電子の透過と選択を線図的に示す。
【図３】3aと3bは、2つの異なる位置における本発明の試料ホールダを示す。
【図４】マスク開口と組み合わせた検出器表面の線図的な表示である。
【図５】実行可能な偏心マスク開口を示す。
【符号の説明】
2 カラム
6 コンデンサレンズ
8 対物レンズ
12 試料チャンバ
14 走査コイル
20 試料キャリア
22 試料
24 マスク
26 検出器
32 固定部分
34 可動基体
40a マスク開口
40b マスク開口

Claims (6)

1. 粒子-光学装置であって、
   −加速電圧の影響下で前記装置の光学軸に沿って移動する電気的に充電されている粒子の一次ビームを生成する粒子源、
   −前記一次ビームにより照射される試料に対する試料位置を有する試料ホルダー、
   −前記試料位置の近くで前記一次ビームのフォーカスを生成するフォーカス生成装置、
   −前記フォーカスされた一次ビームによって前記試料を走査するビーム偏向システム、
   −前記一次ビームの前記入射に応答して前記試料から発生する帯電粒子を検出する、前記一次ビームの前記伝播方向から見て、前記試料位置の背後に配置されている、検出器表面を有する検出手段、
   −前記検出器表面と前記試料位置の間に配置されている、前記試料から発生する前記帯電粒子に対するマスク、
   を有する粒子-光学装置において、
   −前記粒子-光学装置が、生成される加速電圧は最大でも50 kVになるように構成されていて、
   −前記マスクには、前記マスクにおいて偏心的に位置するように設けられている少なくとも一つのマスク開口が設けられていて、
   −前記粒子-光学装置のオペレーションの間、前記マスクを回転させる回転手段が設けられていて、
   −前記検出器表面が電気的に絶縁させることができる少なくとも１以上の部分に細分割された前記検出器表面を選択することができて、
   −前記マスクの中心に対し対称となるように位置する少なくとも１以上のマスク開口が設けられた前記マスクを選択することができる
   ように構成された粒子-光学装置。
2. 前記試料と前記検出器表面により形成される前記アセンブリが、前記光学軸に対しある角度傾けることが出来るように構成されていて、前記検出器表面が、互いに電気的に絶縁させることができる少なくとも2つの部分に細分割されている、請求項1に記載の粒子-光学装置。
3. 前記マスクが、前記検出器表面の前記面に垂直な方向に前記試料位置に対し相対的に変移可能であるように構成されている、請求項1または2に記載の粒子-光学装置。
4. 前記マスク開口が、少なくとも一つの半径方向のスリットの形状を有するように設けられた、請求項1に記載の粒子-光学装置。
5. 前記試料と前記検出器表面間の距離が15mm未満である、請求項1に記載の粒子-光学装置。
6. マスク、前記粒子-光学装置のオペレーションの間に前記マスクを回転させる回転手段、および前記請求項2〜５の何れかに記載の検出器表面が設けられた試料キャリア。

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