JP5890652B2 - 試料観察装置及び試料観察方法 - Google Patents
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Description
図2は、電子線検査装置1000の全体構成を示す図である。図2に示すように、電子線検査装置1000は、試料キャリア(ロードポート)901と、ミニエンバイロメント902と、ロードロック903と、トランスファチャンバ904と、メインチャンバ905と、除振台906と、電子コラム907と、画像処理ユニット908と、制御ユニット909とを備えている。電子コラム907は、メインチャンバ905の上部に取り付けられる。
次に、電子コラム907について説明する。本実施の形態の電子コラム907は、1つの筒体内に複数の電子銃および各電子銃からの電子線が通過する電子線路を備え、電子線照射検出系が複数形成されたマルチSEMである。図1は、電子コラム907の構成を示す図である。電子コラム907のハウジングは、筒体50と電子銃ハウジング60によって構成される。筒体50には、後述する各種の部品10〜19が収納される。筒体50は、円筒形状であり、電子銃ハウジング60は筒体の上部開口に被せられ、上部が密閉された円筒状の部品である。なお、筒体50は、中空の四角柱であってもよい。
上述のように、電子銃30には、従来のTFE電子銃やFE電子銃を用いることができるが、以下に説明する他の形態の電子銃を用いてもよい。
まず、TFE電子銃を説明する。図5は、TFE電子銃の構成を示す図である。TFE電子銃31は、先端が尖ったカソードチップ311と、ウェネルト312と、アノード313を備える。TFE電子銃31の幅方向のサイズは20mm程度であり、従って、2つのTFE電子銃31を最大限に近づけると、照射される電子線のピッチは20mm程度となる。なお、上記の構成において、カソードチップ311、ウェネルト312、及びアノード313のほかに、ヒータ用電源314及びウェネルト用電源316が、電子銃ハウジング60に収容される。
図6は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃32は、レーザダイオード321、第1レンズ322、磁場コイル323、ガス封入管324、第2レンズ325、及び電子放出ファイバ326を備えており、電子放出ファイバ326の先端から電子を放出する。また、電子放出ファイバ326の先端の先には、ウェネルト327、アノード328が備えられており、電子銃32はこれらの構成によって、電子放出ファイバ326の先端から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。
図8は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃33は、電子銃32と同様に、レーザダイオード331、第1レンズ332、磁場コイル333、ガス封入管334、及び第2レンズ335を備えている。電子銃33は、電子銃32の電子放出ファイバ326の代わりに、電子放出素子336を備えており、電子放出素子336の電子放出面(出力面)から電子を放出する。また、電子放出素子336の電子放出面の先には、ウェネルト337、アノード338が備えられており、これらによって、電子放出素子336の電子放出面から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。
集束レンズ11及び対物レンズ16は、静電レンズである。一般的には、集束レンズ11及び対物レンズ16を磁場レンズとすることも可能であるが、磁場レンズは、コイルの周りにヨークを巻く構成であるので、電子コラムが大型化してしまう。本実施の形態では、上述のように、電子コラム907はマルチSEMとして構成され、1つの筒体50内に複数の電子線照射検出系が形成される。本実施の形態では、静電レンズを採用しているので、磁場レンズのように電子コラム907が大型化することはなく、限られた範囲の中により多くの電子線照射検出系を設けることができ、それによって、試料に同時に照射可能な(試料を同時に走査可能な)電子線の本数を多くできる。
上述のように、筒体50内には、上下方向に隣接する各部品の間の距離が所定の距離となるように、各部品の間にスペーサ20〜28が配設されている。スペーサ20〜28は、導電性を有するセラミックで構成される。スペーサ20〜28の抵抗は、109〜1012Ωcmである。好ましくは、スペーサ20〜28の抵抗は、1010〜1011Ωcmである。また、筒体50もスペーサ20〜28と同じ材料で構成される。このように、スペーサ20〜28や筒体50をセラミックで構成することにより、熱膨張を小さく抑えることができる。また、すべてのスペーサ20〜28をセラミックで構成することにより、すべてのスペーサ20〜28について熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム907全体として熱膨張による影響を小さくできる。また、筒体50や各部品10〜19も同じ材料とすることで、電子コラム907全体としての熱膨張による影響をより小さくできる。
次に、電子コラム907における各部品10〜19の配線構造について説明する。各部品10〜19には、電源との電気的な接続をするための導電線を筒体50の外部に引き出す必要がある。
以下、集束レンズ11を例に、本実施の形態の電子コラムにおける配線の縦断面構造を説明する。
図10は、集束レンズ11の周縁部の拡大縦断面図である。図10の例は、集束レンズ11が金属で構成されている場合の配線構造を示している。筒体50には、その外周面に沿って外周面を覆うように、配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル(FPC)70が設けられている。図11は、FPC70の一部領域を示す図である。FPC70は、ポリイミド樹脂層71、導電形成層72、ポリイミド樹脂層73の3層構造を有する。導電形成層72には銅からなる導電線ELが形成される。
図12は、集束レンズ11の周縁部の拡大縦断面図である。図12の例は、集束レンズ11が金属めっきされている場合の配線構造を示している。筒体50には、その外周面に沿って外周面を覆うように、図11で示した配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル(FPC)70が設けられている。
次に、電子コラム907における各部品10〜19への配線の横断面構造について説明する。
まず、集束レンズ11の配線の横断面構造を説明する。以下では、1つの電子コラムに2つの電子線照射検出系が形成されている場合を説明する。図13は、集束レンズの配線の断面構造を示す図である。図13に示すように、電子コラム907の筒体50の内部には、2つの電子線照射検出系が並んで形成されている。
次に、デフレクタの配線の横断面構造を説明する。
まず、1つの電子コラム907に1つの電子線照射検出系が形成される場合のデフレクタの配線構造について説明する。
図14は、デフレクタ自体が金属からなる場合の配線構造を示す図である。図15は、デフレクタとその下のスペーサを示す分解斜視図である。この例のデフレクタ100は、4極の電極を有する。デフレクタ100は各々扇形形状を有する4つの電極101に分かれている。各電極101の外周は、筒体50の内周に合致する。各電極101が、それぞれ間隙102を空けて、外周を筒体50の内周に当接させて配置されると、中央部には、電子線路EPとなる円形の孔が形成される。
図16は、デフレクタ110がセラミックからなる本体103とその表面に形成された金属めっき106とからなる場合の配線構造を示す図である。この例においても、デフレクタ110には4極の電極が形成されている。デフレクタ110の本体103は、中央に円形の孔が明けられたドーナツ形状であり、その孔から四方に切欠き105が切られている。隣り合う切欠き105同士の間が電極104となる。円形の孔の周りには金属めっき106が被覆されている。金属めっき106は、切欠き105によって分離しており、これによって4つの電極104が構成されている。
次に、1つの電子コラムに複数の電子線照射検出系が形成される場合のデフレクタの配線構造を、第1デフレクタ10を例にして説明する。図14及び16にて説明したように、1つの電子コラムに1つの電子線照射検出系が形成される場合には、コンタクトピンを電極に直接接続することができた。即ち、上の電極については、コンタクトピンを上から筒体50を貫通させて、電極に到達させ、右の電極については、コンタクトピンを右から筒体50を貫通させて、電極に到達させ、下の電極については、コンタクトピンをしたから筒体50を貫通させて、電極に到達させ、左の電極については、コンタクトピンを左から筒体50を貫通させて、電極に到達させ、このようにして各電極から放射状にコンタクトピンを配置して筒体50の外部に配線を引き出すことができた。しかしながら、1つの筒体50内に複数の電子線照射検出系が形成される場合には、デフレクタも複数存在することになり、各電極から放射線状にコンタクトピンを設けて配線を筒体50の外部に引き出すことはできない。そこで、本実施の形態においては、配線を以下に説明する構造とする。
上述のように、電子コラム907は、電子線照射検出系の中に検出器14を備えている。電子線は、電子銃30から放出されて電子線路を通って試料に照射される。試料に電子線が照射されると、その部分から2次電子等が発生する。2次電子等は、引き上げ電界によって、電子線照射検出系を通って、照射ビームIBの方向とは逆方向に進む。検出器14は、このようにして試料から逆行してくる2次電子等を捕集して検出する。以下では、検出器の具体的構成として、2つの実施の形態を説明する。
図20は、本実施の形態のMCP+アノード型の検出器の構成を示す図である。検出器(MCP+アノード型)141は、電子銃30からの照射ビームIBを中心として、それを取り囲むように管1414を有する。管1414は、基準電位(通常はGND電位)を維持している。検出器141は、さらに、絶縁性のセラミック1411、アノード1412、電子増幅器としてのマイクロチャンネルプレート(MCP)1413を備えている。
図21は、本実施の形態のシンチレータ+ライトガイド+PMT型の検出器の構成を示す図である。検出器148は、電子銃30からの電子ビームIBを中心として、それを取り囲むように管1414を有する。管1414は、基準電位(通常はGND電位)を維持している。検出器141は、さらに、絶縁性のセラミック1411、シンチレータ1419、ライトガイド1420、光電子増倍管としてのフォトマルチプライヤチューブ(PMT)1421を備えている。
上述のように、電子銃ハウジング60内は、真空ポンプ40によって真空状態にされる。電子線検出装置100には定期的なメンテナンスが必要とされるが、メンテナンスの際に、電子銃ハウジング60の真空状態を保持するために、バルブ構造が用いられる。すなわち、電子銃ハウジング60をバルブによって密閉空間とすることで、メンテナンスの際にも電子銃ハウジング60を真空状態に保つことができる。
デフレクタは、電子銃30から照射される照射ビームIBを走査のために偏向する。図24は、従来のデフレクタの構成を示す図である。デフレクタ170は、単一の板材の電極からなり、電子線路に孔が形成されている。デフレクタ170の孔を通過する照射ビームIBは、電圧の大きさに応じた角度だけ変更される。デフレクタ170には、±60Vの交流電圧が印加される。デフレクタ170に交流電圧を印加することにより、その電圧振幅に従って照射ビームIBが偏向されて、照射ビームIBによる試料の走査が行われる。この従来の構成によれば、デフレクタ170に印加する±60Vの交流電圧の周波数を上げようとしても限界があり、それによって照射ビームIBの走査の周波数も制限されることになる。
上述のように、本実施の形態の電子線検査装置1000では、電子コラム907に複数(8つ)の電子線照射検出系が設けられている。検査の際には、これらの複数の電子線照射検出系を同時に用いて、複数の電子線により検査を行ない、それらの検査結果を合成して検査画像を生成する。このとき、複数の電子線照射検出系の倍率及び電子線の照射位置がずれていると、複数の電子線照射検出系によりそれぞれ得られた検査結果を合成しても正確に合成された検査画像が得られない。そこで、各電子線照射検出系の倍率及び電子線の照射位置の特性(キャリブレーション情報)を予め取得して記憶しておき、各電子線照射検出系より得られた検査結果をそれらの特性に応じて較正する。
試料の検査を行なう際には、試料がステージ110に載せられる。ステージ100に載せられた試料と複数の電子線照射検出系を備えた電子コラム907とは、理想的には垂直になる。しかしながら、ステージ110の傾き、試料の傾き、及び/又は電子コラム907の傾きによって、試料の表面と電子コラム907とが正確に垂直にならないことがある。この場合に試料を電子コラム907で走査すると、試料の場所によって電子コラム907と試料の表面との距離が変化し、各電子線照射検出系におけるピントが合わないことになる。そこで、本実施の形態の電子線検査装置1000では、検査対象である試料がステージに載置された後に、試料表面の複数の点についてフォーカス調整を行なってフォーカス調整値を取得して、フォーカスマップを生成する。
上述のように、本実施の形態の電子線検査装置1000は、ダイ/ダイ比較によってダイの検査を行なう。試料には、矩形状の同一パターンを有するダイが繰り返し形成されているので、各電子線照射検出系が異なるダイを検査することで、相違があるところを欠陥として検出するダイ/ダイ比較を行なうことができる。
12−1−1.電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合
図29(a)〜(e)は、図28(a)に示すように、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームIB1及びIB2によってそれぞれダイD1及びD2を走査する手順を示す図である。なお、図29では、マクロ走査のみを図示しており、以下の説明もマクロ走査の手順について説明する。図29において、照射ビームは、左から右に主走査を行い、上から下に副走査を行う。また、図29において、各ダイD1、D2は、主走査を4回行うことで走査される。この主走査は、照射ビームを偏向することで行われる。
図30(a)〜(d)は、図28(c)に示すように、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームIB1及びIB2によってそれぞれダイD1及びダイD2を走査する手順を示す図である。図30においても、マクロ走査のみを図示している。図30において、各ダイD1、D2は、主走査を8回行うことで走査される。
上記の実施の形態では、1つのダイの大きさが、デフレクタによって照射ビームを偏向できる範囲より小さかった。よって、図29に示すダイD1のように、ダイの角から捜査を開始すれば、そのダイについては、ステージを移動させることなく、照射ビームの偏向のみで、ダイの操作を完了することができた。以下では、照射ビームの偏向可能範囲よりも1つのダイの大きさがはるかに大きい場合の照射ビームIB1及びIB2によってそれぞれダイD1及びダイD2を走査する手順を説明する。
101 電極
102 間隙
103 本体
104 電極
105 切欠き
106 金属めっき
1061a、1062a、1063a、1064a 金属めっきの電極部分
1061b、1062b、1063b、1064b 金属めっきの配線部分
1061c、1062c、1063c、1064c ビア 11 集束レンズ
111 コンタクト孔
112 本体
113 金属めっき
114 メタルブッシュ
115 ビア
116 孔
12 第2デフレクタ(アライナ)
13 アパーチャ
14 検出器
141 検出器
1411 セラミック(支持体)
1412 アノード
1413 マイクロチャンネルプレート(MCP)
1414 管
1415 導電膜
1416 MCP入力端(MCPin)
1417 MCP出力端(MCPout)
1419 シンチレータ
1420 ライトガイド
1421 フォトマルチプライヤチューブ(PMT)(光電子倍増管)
15 第3デフレクタ(アライナ)
16 対物レンズ
17 第4デフレクタ(アライナ)
170 デフレクタ
18 第5デフレクタ(アライナ)
180 デフレクタ
181 上側電極
182 下側電極
19 電極
20〜28 スペーサ
201 孔
211 孔
30 電子銃
31 TFE電子銃
311 カソードチップ
312 ウェネルト
313 アノード
314 ヒータ用電源
315 カソード用電源
316 ウェネルト用電源
32 電子銃
321 レーザダイオード
322 第1レンズ
323 磁場コイル
324 ガス封入管
325 第2レンズ
326 電子放出ファイバ
3261 コア
3262 クラッド
3263 メタルコート
3264 光電材料
327 ウェネルト
328 アノード
33 電子銃
331 レーザダイオード
332 第1レンズ
333 磁場コイル
334 ガス封入管
335 第2レンズ3
336 電子放出素子
3361 基材
3362 アパーチャ
3363 メタルコート
3364 光電材料
338 アノード
40 真空ポンプ
50 筒体
51 配線孔
52 筒体孔
60 電子銃ハウジング
61 バルブ
612 バルブ孔
613、614 Oリング
62 ハウジング孔62
70 フレキシブルプリントケーブル(FPC)
71 ポリイミド樹脂層
72 導電形成層
73 ポリイミド樹脂層
74 配線孔
741 フランジ部
80、801、802、803、8041〜8044 コンタクトピン
90 接地コーティング
900 電子線検査装置
901 試料キャリア(ロードポート)
902 ミニエンバイロメント
903 ロードロック
904 トランスファチャンバ
905 メインチャンバ
906 除振台
907 電子コラム
908 画像処理ユニット
909 制御ユニット
910 ステージ
851 上側部品
852 下側部品
853 スペーサ
IB 照射ビーム
EP 電子線路
SE 2次電子等
EL 導電線
ET 電極
SM 試料
RB 基準ビーム
D ダイ
sa 単位走査範囲
Claims (7)
- ステージに載置された試料に電子線を照射して試料からの電子線を検出することにより、試料を観察する試料観察装置であって、
筒体と、複数の電子線照射検出系とを有する1つの電子コラムを備え、
複数の電子線照射検出系の各々は、前記試料に照射される電子線及び前記試料からの電子線が通る電子線路を形成し、
複数の電子線照射検出系の各々は、前記筒体内で積層されるレンズ、デフレクタ、及び検出器を含む複数の部品を有し、
前記1つの電子コラムは、前記複数の電子線照射検出系を同時に用いることで、複数の電子線を同時に前記試料に照射し、かつ、前記試料からの複数の電子線を同時に検出して、前記試料を観察し、
前記電子コラムは、さらに、前記筒体の外周面に沿って設けられ、かつ外部電源を前記部品に接続するための導電線が配線された配線フィルムを有し、
前記筒体及び前記配線フィルムにおける、前記部品の端子に対応する位置に配線孔が設けられ、
前記配線孔に挿入されるコンタクトピンによって、前記部品の端子と前記配線フィルムの導電線とが電気的に接続される
ことを特徴とする試料観察装置。 - 前記電子コラムは、さらに、前記筒体に被せられる電子銃ハウジングを有し、
前記電子銃ハウジングは、前記各電子線路に複数の電子線を照射するための複数の電子銃を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の試料観察装置。 - 前記電子銃は、
レーザ光を発射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発射されたレーザ光によるプラズマ小空間を形成するためのガス封入管と、
前記ガス封入管から放出される不可視光線を伝搬するファイバと、
前記ファイバの先端に設けられ、前記ファイバを伝搬してきた不可視光線を受けて電子を放出する光電材料と、
前記光電材料から放出された電子を引き出すアノードと、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の試料観察装置。 - 前記検出器は、
前記試料から前記電子線路を通って戻ってくる電子線を曲げて電子を捕集して、捕集した電子を、その電子の量に応じた強度の光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータから入射された前記光を伝達するライトガイドと、
前記ライトガイドによって伝達されて入射された前記光の強度に応じた信号を出力する光電子増倍管と、
を備え、
前記信号に基づいて、前記試料からの電子の量を測定することを特徴とする請求項2に記載の試料観察装置。 - 前記電子銃ハウジングは、前記複数の電子銃にそれぞれ対応する複数のハウジング孔を備え、
前記試料観察装置は、さらに、バルブを備え、
前記バルブは、前記複数のハウジング孔をそれぞれ囲う複数のOリングと、前記複数のハウジング孔にそれぞれ対応する複数のバルブ孔とを備え、前記複数のOリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、
前記バルブが前記電子銃ハウジングに対して移動することにより、前記Oリングで前記ハウジング孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させる
ことを特徴とする請求項2に記載の試料観察装置。 - 前記筒体は、下端部に、前記複数の電子線照射検出系にそれぞれ対応する複数の筒体孔を備え、
前記試料観察装置は、さらに、バルブを備え、
前記バルブは、前記複数の筒体孔をそれぞれ囲う複数のOリングと、前記複数の筒体孔にそれぞれ対応する複数のバルブ孔とを備え、前記複数のOリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、
前記バルブが前記筒体に対して移動することにより、前記Oリングで前記筒体孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させる
ことを特徴とする請求項2に記載の試料観察装置。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の試料観察装置を用いて行う試料観察方法であって、
前記複数の電子線照射検出系を同時に用いて、複数の電子線により前記試料を観察し、それらの観察結果を合成して観察画像を生成することを特徴とする試料観察方法。
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