JPH02259408A

JPH02259408A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JPH02259408A
Application number: JP1080824A
Authority: JP
Inventors: Akira Yonezawa; 彬米澤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-22
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JP2926127B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕二次電子を対物レンズ上方より効率良く検出可能な、静
電レンズ制御荷電粒子線装置に関する。

〔従来の技術〕

超ＬＳＩの開発、製造における検査において、電子線測
定機、電子線テスター等の電子線装置が使用されるが、
これら電子′！ａ装置の鏡筒には、般に磁界型レンズが
用いられている。磁界型レンズは、収差係数を小さくで
きる等の長所があり、広く使用されているが、本質的に
ヒステリシス像回転の特性を伴っている。

ところが、近年上述の電子線装置において、電子光学パ
ラメーターをコンピュータ制御し、自動化することによ
り、測定精度及び操作性を向上させることが要望されて
いる。この為には、加速電圧、プローブ電流を変化させ
た時、像シフト、フォーカスずれ及び像回転のないこと
が重要であるが、磁界型レンズ鏡筒には、上述の特性が
あり、高速性、精度の点に問題がある。従って、上述の
ヒステリシス等の特性を本質的に有しない、静電レンズ
鏡筒が注目されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

静電レンズ鏡筒には、磁界型レンズに見られる上述の短
所はないが、別の問題点がある。その一つの問題点は、
スルーザレンズ（ＴＴＬ）方式の二次電子捕獲が容易で
なく、二次電子検出器を試料側方に設置せざるを得す、
高精度測長等に不都合があることである（１９８７年秋
、応用物理学会、２０ａ−Ｇ−９，ＮＴＴ、斉藤賢−他
）。

また、これらの電子線装置に、集束イオンビーム鏡筒を
装着し、デバイスを加工する試みがあるが、試料側方に
設置された二次、ｆｉ子検出器が、試料サイズ、１頃斜
角を制限する、あるいは他の検出器等の取付けができな
い等の不都合がある。

本発明の主たる目的は、従来の磁界型レンズ鏡筒に代え
て、静電レンズ鏡筒を採用し、コンピュータによる自動
化を可能ならしめた荷電粒子線装置を提供することにあ
る。

さらに言えば、静電レンズ鏡筒の採用に当たってこの鏡
筒では困難であったＴＴＬ方式の二次電子捕獲を容易な
らしめることにより、高精度測長および自動化を可能な
らしめた荷電粒子線装置を提供することにある。

また、他の目的は二次電子を１個の検出器により効果的
に検出し得る複数の鏡筒を有する荷電粒子線装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために採用した手段は下
記の通りである。

ｆｉ＋　　荷電粒子源、静電集束レンズ２静電対物レン
ズおよび、該対物レンズ前方に設けられた二次電子検出
器を備え、試料に対向する鏡筒部分がｉ極磁界型レンズ
構造を有していることをｖＦｌｆｉとする荷電粒子線装
置。

（２）複数のレンズ鏡筒を有する荷電粒子ＶＡ装置にお
いて、少なくとも一つの鏡筒が、その対物レンズ前方に
二次電子検出器を備え、該鏡筒の試料に対向する部分が
、単極磁界型レンズ構造ををしており、該鏡筒以外の鏡
筒から、該試料への荷電粒子照射によって生じた二次電
子を該二次電子検出器により検出する様にしたことを特
徴とする荷電粒子線装置。

（作用〕荷電粒子源より発した粒子線は、静電集束レンズ（およ
び走査系）を通過し、静電対物レンズにより集束され試
料に照射される。この照射によって生じた二次電子は、
単極磁界型レンズ構造を有する鏡筒の光軸付近に拘束さ
れ、該鏡筒の対物レンズを通過した後、対物レンズ前方
に設けられた二次電子検出器により検出される。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。電子銃２より生じた静
電集束レンズ３ａを通過してきた電子線４は、静電対物
レンズ３ｂにより集束され、走査系７により、試料１３
面上に走査される。鏡筒１の外筒（ハンチング及びクロ
スハツチング部）及び、試料室壁１５は、磁性材より構
成されており、−吹霧子線を外乱磁場からシールドする
。また、静電対物レンズ３ｂの試料に対向するアース部
分と、これにつながる外筒部は、磁性材で構成され、コ
イル６が巻装されている。さらに、上記コイル６を磁性
材よりなる外筒８が取り巻いている。これらの部分（ク
ロスハンチング部〉が、単極６１！界レンズ構造をなし
ている。磁性体よりなる試料室壁１５と、鏡筒ｌとは、
非磁性材１７を介して接続されており、単極磁界型レン
ズ構造が、試料付近に形成する磁界が、光軸４に対称に
なる様にされている。

一次電子線４の照射により、試料１３から出た２次電子
線９は、上ｉｉ２磁界に拘束され、試料前方に取り出さ
れ、静電対物レンズ３ｂにより、再び集束された後、対
物レンズ上方に設けられた二次電子検出器１１により検
出される。

二次電子検出器の位置が対物レンズ３ｂから離れている
時は、二次電子が対物レンズ電界により集束された後、
広がり、検出効率が低下することがある。この場合には
、静電対物レンズ前方に空芯ソレノイドコイルを設置し
、軸付近に二次電子を拘束した後、効率よく二次電子検
出器に導くことができる。

この単極磁界型レンズ構造の起磁力Ｊは、−吹霧子ビー
ム４を試料に集束させる程大きな値ではなく、１０ｖ程
度の二次電子線９を光軸４近傍に拘束し、静電対物レン
ズ穴１０に進入させるに必要な値であればよい。

二次電子をレンズ穴１０に進入させる為の、単極磁界型
レンズ構造５の起磁力のおおよその条件は次の通りであ
る。

均一磁界Ｂに角度θで進入した速度υの電子は半径が、ｍｏυｓｉｎθ γ　± ｅの螺旋運動をする。

従って、第１図に示した実施例においては、二次電子９
がレンズ穴１０に進入するためには、（１）試料１４位
置（即ち、頂面１０からＷＤの距離）において、２Ｔ≦Ｄ。

なる条件を満足する必要がある。ここでＤｏは静電対物
レンズ３ｂの試料に対向する頂面１０の直径である。さ
らに又、頂面１０の位置において、２　γ≦ＤＩなる条件を満足する必要がある。ここでＤＩは頂面１０
に設けられた穴の径である。

上記の２条件のうち、条件（１＋は二次電子９を光軸４
付近に拘束するための条件であり、条件（２）はレンズ
穴１０に二次電子９が進入するための条件である。

磁束密度Ｂの分布についての式を使って前記各条件を求
めると、条件（１）として、Ｏが成立し、条件（２）として、ＤＩが成立する。

さらに、成る試料位置（即ら、成るＷＤ）における単極
磁界型レンズ構造５のみのフォーカス励磁力をＪｏとす
ると、主に静電対物レンズ３ｂの作用により一次電子線
を試料に集束させると共にフォーカス制御するためには
、単極磁界型レンズ構造５に印加すべき起磁力Ｊは、Ｊ　＜　Ｊ　Ｏ−−・・−（３）を満足する必要がある。

Ｄ　ｏ　−１２１１φ、Ｄ、＝６璽１φの場合の二次電
子拘束条件＋１１．　＋２１の下限のＪの値を、ＷＤに
対して第２図に示す。実線Ｉは、条件式（１）より求め
たＪ、破線■は、条件式（２）より求めたＪを示す。

さらに単極磁界型レンズ構造５のみにより、吹霧子線４
を試料上に集束できるとしたときの起るｎ力Ｊ０の値を
、加速電圧１ｋｖに対し、Ｉ［ＩＡに加速電圧５ｋｖに
対し、ＴＩ［Ｂに示す。条件（１１〜（３）より、領域
Ａ（クロスハツチング）部が、単ＦｉＡ磁界型レンズ構
造５の起磁力Ｊが満たすべき領域を示している。

単極磁界型レンズ構造の目的は、今までの説明から明ら
かなように一次電子ビームを、試料上に集束することで
はなく、二次電子を効率良く、検出器に導くことである
から、領域ＡにであるＷＤに対し、最小のＪを選べば良
い。例えばＷＤ＝５１■では、Ｊ＝４０ＡＴとする（第
２図ａ点）。この値は小さいが、ｌｋｖ程度の低加速電
圧においては、Ｊ１５０〜１程度のレンズ作用を有する
為、上記Ｊを一定とし、加速電圧を変えた時、フォーカ
ス作用、回転作用に変更をうけるが、Ｊは固定値である
為、特有のヒステリシスはなく、高精度の高速補正が容
易である。

また、第１図に示した本実施例において、ヒステリシス
特性はあっても、高分解能像を得たい時には、単極磁界
型レンズ構造５の起磁力Ｊを大きくすれば良い（第２図
す点）。

さらに、上述と同様の二次電子検出方式を、複数の鏡筒
を供えた荷電粒子線装ヱにも適用できる。

第３図にその実施例を示す。

１は、第１図と同様の電子ビーム鏡筒であり、単極磁界
型レンズ構造５を有している。３１は、集束イオンビー
ム鏡筒であり、液体金属イオンａ３２．２段の静電集束
レンズ３３ａ、走査系３７、及び静電対物レンズ３３ｂ
を有している。高速イオンビームは、外乱磁場に対し、
電子ビームよりはるかに影響されにりく、鏡筒３１の外
筒はステンレス等の非磁性材で構成する事も可能で、こ
の場合単極磁界型レンズ構造５の形成する軸対称磁界か
らの乱れは少ない利点がある。

次に、第３図に示す実施例の使用方法について述べる。

鏡筒１から、試料への一次電子線照射により生じた二次
電子線を、検出器ＩＩにより検出することにより、通常
のＳＥＭ像観察を行う点では第１図の実施例と同じであ
る。集束イオンビームによりデバイスを加工する時は、
電子ビーム照射を止め、イオンビーム３４と、試料１３
に集束、走査し、デバイスを加工する。集束イオンビー
ム照射により生じた二次電子９は、単極磁界型レンズ構
造５の形成する軸４対称磁界に拘束され頂ｖａ１０の方
向に進み、対物レンズ３ｂを通過した後、検出器１１に
よって検出され、加工部分の３１Ｍ像（走査イオン像）
を得ることができる。さらに、通常のＳＥＭ像観察を行
う際には、イオンビーム照射を止め、再び電子ビーム照
射を行う。

なお、第１図の実施例においては、電子線鏡筒について
述べたが、鏡筒１を集束イオンビーム鏡筒とした装置に
おいても、本発明は同様に適用できる。すなわち、イオ
ンビーム４を試料に集束走査し、生ずる二次電子９を単
極磁界型レンズ構造５により効率よ＜ＴＴＬ検出できる
。

また、第１図の電子線装置の実施例にて、走査系は、静
電系で構成したが電磁系で構成してもよい。電磁走査系
のヒステリシスは、磁界型レンズのヒステリシスに比し
、大幅に小さくすることができるからである。

〔発明の効果〕

ヒステリシス特性などのない静電レンズ系を用いた荷電
粒子線装置であるので、自動化が容易となり、しかも、
単極磁界型レンズ構造を巧みに併用したので、静電レン
ズ系では困難視されていた二次電子を効率よく、ＴＴＬ
方式により検出できる。この為、測定速度、測定精度、
操作性を向上することができる。

また、複数の鏡筒を有する荷電粒子線装置においては、
二次検出器を試料付近に別途設ける必要かないため、試
料周囲の空間の自由度が増すと共に、１個の検出器を用
いて効率よく、二次電子検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の荷電粒子線装置の実施例を示す図、第
２図は単極磁界型レンズ構造の起磁力の満たすべき大き
さを示す図、第３図は複数の鏡筒を持つ５Ｉ電粒子線装
置における本発明の実権例を示す閣である。１、３１・　・　・２・・・電子銃３ａ、３３ａ・・３ｂ、３３ｂ・・４．３４・・・・５・・・・・・６・・・・・・７．３７・・・・８・・・・・・９・・・・・・・鏡筒静電集束レンズ静電対物レンズ電子線（光軸）単極磁界型レンズコ　イ　ル走査系外筒二次電子銃１０．４０・　・１１・　・　・　・１２・　・　・　・１３・　・　・　・１４・　・　・　・１５・　・　・１７・　・　・　・３２・　・　・　・静電対物レンズ頂面二次電子検出器試料室試料面試料照射位置試料室壁非磁性材液体金属イオン源以上出願人　セイコー電子工業株式会社代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）静電集束レンズ、静電対物レンズおよび、該対物
レンズ前方に設けられた二次電子検出器を備え、試料に
対向する鏡筒部分が単極磁界型レンズ構造を有している
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
（２）複数のレンズ鏡筒を有する荷電粒子線装置におい
て、少なくとも一つの鏡筒が、その対物レンズ前方に二
次電子検出器を備え、該鏡筒の試料に対向する部分が、
単極磁界型レンズ構造を有しており、該鏡筒以外の鏡筒
から、該試料への荷電粒子照射によって生じた二次電子
を該二次電子検出器により検出する様にしたことを特徴
とする荷電粒子線装置。