JPH1154076A - 走査型電子顕微鏡用対物レンズ - Google Patents
走査型電子顕微鏡用対物レンズInfo
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- JPH1154076A JPH1154076A JP9206777A JP20677797A JPH1154076A JP H1154076 A JPH1154076 A JP H1154076A JP 9206777 A JP9206777 A JP 9206777A JP 20677797 A JP20677797 A JP 20677797A JP H1154076 A JPH1154076 A JP H1154076A
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- Japan
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- pole
- conical
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- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
Landscapes
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の技術では困難であった60°程度の高角
度傾斜でも大形試料を低加速電圧で高分解能観察するこ
とを可能とする。 【解決手段】 磁界を試料側に発生させてレンズの主面
を試料に近づけて収差係数を低減させるタイプの対物レ
ンズにおいて、内側磁極3aを光軸となす角が30°あるい
はそれ以下の円錐状に形成し、外側磁極3bも該円錐内側
に設置することにより、大形試料でも60°程度まで傾斜
することが可能となり、高角度傾斜時にも大形試料を高
分解能観察できる。
度傾斜でも大形試料を低加速電圧で高分解能観察するこ
とを可能とする。 【解決手段】 磁界を試料側に発生させてレンズの主面
を試料に近づけて収差係数を低減させるタイプの対物レ
ンズにおいて、内側磁極3aを光軸となす角が30°あるい
はそれ以下の円錐状に形成し、外側磁極3bも該円錐内側
に設置することにより、大形試料でも60°程度まで傾斜
することが可能となり、高角度傾斜時にも大形試料を高
分解能観察できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低加速電圧領域で
大形試料の高角度傾斜時にも高分解能観察可能な走査電
子顕微鏡用対物レンズに関する。
大形試料の高角度傾斜時にも高分解能観察可能な走査電
子顕微鏡用対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、とりわけシリコン半導体素子の微
細化の進展はめざましく、素子の外観を非破壊で調べる
ためにチャージアップや電子線損傷の少ない低加速電圧
領域で高分解能観察な走査電子顕微鏡が求められてき
た。上記に加え、非破壊で素子上のパターンの側面やコ
ンタクトホールの底を評価するために高角度傾斜しても
高分解能観察できる技術が必要となってきている。一方
で、ウェーハの大口径化も進み、直径12インチのウェー
ハも実用化されつつあり、「大形試料を低加速電圧で高
角度傾斜可能で高分解能観察できる」技術が求められて
いる。
細化の進展はめざましく、素子の外観を非破壊で調べる
ためにチャージアップや電子線損傷の少ない低加速電圧
領域で高分解能観察な走査電子顕微鏡が求められてき
た。上記に加え、非破壊で素子上のパターンの側面やコ
ンタクトホールの底を評価するために高角度傾斜しても
高分解能観察できる技術が必要となってきている。一方
で、ウェーハの大口径化も進み、直径12インチのウェー
ハも実用化されつつあり、「大形試料を低加速電圧で高
角度傾斜可能で高分解能観察できる」技術が求められて
いる。
【0003】低加速電圧で高分解能観察する技術とし
て、特開平3-1432( 図4) に示されているように、T.Mu
lveyらにより考案された試料側に磁場を発生させる単極
磁界型対物レンズの内側磁極の形状を改良し、かつ外側
磁極端面を電子線源側に大幅に後退させて位置させ、試
料傾斜時にもレンズ主面を試料に近づけることで収差係
数を低減して高分解能化したものや、特開昭62-256352
に示されているように電界と磁界を重畳させて収差係数
を低減することで高分解能化したものが実用化されてい
る。
て、特開平3-1432( 図4) に示されているように、T.Mu
lveyらにより考案された試料側に磁場を発生させる単極
磁界型対物レンズの内側磁極の形状を改良し、かつ外側
磁極端面を電子線源側に大幅に後退させて位置させ、試
料傾斜時にもレンズ主面を試料に近づけることで収差係
数を低減して高分解能化したものや、特開昭62-256352
に示されているように電界と磁界を重畳させて収差係数
を低減することで高分解能化したものが実用化されてい
る。
【0004】試料傾斜可能な単極磁界型対物レンズの他
の例として、特開平8-227678( 図2)や特開平8-321272(
図3)に示されているような、収差係数が大きくなる長い
焦点距離で使用することを避けるために、試料傾斜時に
もできる限り焦点距離が長くならないように単極磁界型
対物レンズの外側磁極の形状を工夫したものが知られて
いる。
の例として、特開平8-227678( 図2)や特開平8-321272(
図3)に示されているような、収差係数が大きくなる長い
焦点距離で使用することを避けるために、試料傾斜時に
もできる限り焦点距離が長くならないように単極磁界型
対物レンズの外側磁極の形状を工夫したものが知られて
いる。
【0005】しかし、図2 や図3 の形状では、内側磁極
3aをどうしても外側磁極3bよりも大きく傾斜させる必要
があり、焦点距離を短くするためには先端を細くして試
料に近づけなければならないが、60°程度傾斜させたと
きにはこのために収差係数が小さくならず、その上細く
した内側磁極3a先端で磁気飽和が起こりやすくなるとい
う問題点があった。
3aをどうしても外側磁極3bよりも大きく傾斜させる必要
があり、焦点距離を短くするためには先端を細くして試
料に近づけなければならないが、60°程度傾斜させたと
きにはこのために収差係数が小さくならず、その上細く
した内側磁極3a先端で磁気飽和が起こりやすくなるとい
う問題点があった。
【0006】一方、図4のような単極磁界型対物レンズ
では、図2 や図3 のタイプの対物レンズに比べ、フォー
カスに必要な励磁は大きいが、内側磁極3aの設計の自由
度が大きいので、磁気飽和に強くすることができ、15kV
以下の加速電圧ならば、6 インチ程度の大きさの試料を
60°傾斜しても収差係数が小さいまま高分解能観察でき
る。しかし、12インチウェーハのような大形試料に対応
させるためには、外側磁極およびコイルを上方に後退さ
せねばならず、フォーカスに必要な励磁がますます大き
くなるため実現が困難であった。
では、図2 や図3 のタイプの対物レンズに比べ、フォー
カスに必要な励磁は大きいが、内側磁極3aの設計の自由
度が大きいので、磁気飽和に強くすることができ、15kV
以下の加速電圧ならば、6 インチ程度の大きさの試料を
60°傾斜しても収差係数が小さいまま高分解能観察でき
る。しかし、12インチウェーハのような大形試料に対応
させるためには、外側磁極およびコイルを上方に後退さ
せねばならず、フォーカスに必要な励磁がますます大き
くなるため実現が困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
では困難であった60°程度の高角度傾斜でも大形試料を
低加速電圧で高分解能観察することを可能とする。
では困難であった60°程度の高角度傾斜でも大形試料を
低加速電圧で高分解能観察することを可能とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1に示すように、単極
磁界型対物レンズの内側磁極3aを形成する内筒側面を、
光軸となす角が30°あるいはそれ以下の円錐状に形成
し、外側磁極3bの形状とコイル4 の形状を該円錐面内部
に設置できるような形状にすれば、大口径ウェーハ5 で
も60°程度まで傾斜することが可能となり、高角度傾斜
時にも大形試料を高分解能観察できる。あるいは、外側
磁極3b及び励磁コイル4を、光軸となす角が30°ある
いはそれ以下の外側磁極3bあるいは励磁コイル4に当
接する円錐面内側に設置し、かつ、内側磁極3aを、内
側磁極3aを形成する先細円錐状の内筒側面下側端部を
該円錐面端部に当接するようにして該円錐面内側に形成
してもよい。
磁界型対物レンズの内側磁極3aを形成する内筒側面を、
光軸となす角が30°あるいはそれ以下の円錐状に形成
し、外側磁極3bの形状とコイル4 の形状を該円錐面内部
に設置できるような形状にすれば、大口径ウェーハ5 で
も60°程度まで傾斜することが可能となり、高角度傾斜
時にも大形試料を高分解能観察できる。あるいは、外側
磁極3b及び励磁コイル4を、光軸となす角が30°ある
いはそれ以下の外側磁極3bあるいは励磁コイル4に当
接する円錐面内側に設置し、かつ、内側磁極3aを、内
側磁極3aを形成する先細円錐状の内筒側面下側端部を
該円錐面端部に当接するようにして該円錐面内側に形成
してもよい。
【0009】[作用]図5 に図4と図1の形状で計算し
た軸上磁束密度分布の比較を示す。外側磁極3bの形状や
コイル4 の形状を変えても、軸上磁束密度の最大値や分
布の仕方がほとんど同じであることがわかる。ホール素
子を用いた軸上磁束密度の実測でも、上記の計算結果と
一致する測定結果が得られている。収差係数の計算値も
図6 に示すように、外側磁極3bの形状やコイル4 の形状
の変更では変わらず低い収差係数のままである。図1の
対物レンズは図4同様、フォーカスに必要な励磁は大き
いけれども、外側磁極3bに拘束されない分だけ図2 や図
3 より内側磁極3aの設計の自由度が大きく、磁極の厚み
を増したり、形状に工夫を凝らすことで、低い収差係数
のまま磁気飽和に強くすることができるので、60°程度
の高角度傾斜させても12インチウェーハのような大形試
料を高分解能観察できる。
た軸上磁束密度分布の比較を示す。外側磁極3bの形状や
コイル4 の形状を変えても、軸上磁束密度の最大値や分
布の仕方がほとんど同じであることがわかる。ホール素
子を用いた軸上磁束密度の実測でも、上記の計算結果と
一致する測定結果が得られている。収差係数の計算値も
図6 に示すように、外側磁極3bの形状やコイル4 の形状
の変更では変わらず低い収差係数のままである。図1の
対物レンズは図4同様、フォーカスに必要な励磁は大き
いけれども、外側磁極3bに拘束されない分だけ図2 や図
3 より内側磁極3aの設計の自由度が大きく、磁極の厚み
を増したり、形状に工夫を凝らすことで、低い収差係数
のまま磁気飽和に強くすることができるので、60°程度
の高角度傾斜させても12インチウェーハのような大形試
料を高分解能観察できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を詳細に説明する。図7 に本発明の一実施例を示
す。本実施例において、外側磁極3bを形成する外筒の外
側側面は試料の照射面方向に向かって先細の円錐形状と
なっている。すなわち、試料に外側磁極のかどが当たら
ないように面取り部が設けられている。このようにし
て、対物レンズの円錐状の内側磁極3aと外側磁極3bおよ
びコイル4 は光軸となす角 30 °の円錐面内側に納まる
ように設けられている。このため、内側磁極3a下端と試
料の間の距離( ワーキングディスタンス)5mmで大口径ウ
ェーハ5 を60°傾斜することが可能である。上記光軸と
のなす角を30°以下にすればさらに大角度傾斜での観察
が可能となる。
施例を詳細に説明する。図7 に本発明の一実施例を示
す。本実施例において、外側磁極3bを形成する外筒の外
側側面は試料の照射面方向に向かって先細の円錐形状と
なっている。すなわち、試料に外側磁極のかどが当たら
ないように面取り部が設けられている。このようにし
て、対物レンズの円錐状の内側磁極3aと外側磁極3bおよ
びコイル4 は光軸となす角 30 °の円錐面内側に納まる
ように設けられている。このため、内側磁極3a下端と試
料の間の距離( ワーキングディスタンス)5mmで大口径ウ
ェーハ5 を60°傾斜することが可能である。上記光軸と
のなす角を30°以下にすればさらに大角度傾斜での観察
が可能となる。
【0011】図7は図1に比べて、外側磁極端面を内側
磁極に近づけることができる為、同じフォーカスを得る
のにコイル4に流す電流値が少なくてすむ。電子線源か
ら放出された一次電子線1 は1kV 程度まで加速されたの
ち、試料側に発生した単極磁界型対物レンズ3 の磁場に
より大口径ウェーハ5 上に集束される。コイル4は単極
磁界型対物レンズ3 を励磁させる為のものである。細く
絞られた一次電子線1 は、図7 には示していない偏向コ
イルにより、大口径ウェーハ5 上を走査され、発生した
二次電子6 は磁界により巻き上げられて対物レンズの内
側磁極3aの上方に設置された二次電子検出器2 で検出さ
れ二次電子像を形成する。
磁極に近づけることができる為、同じフォーカスを得る
のにコイル4に流す電流値が少なくてすむ。電子線源か
ら放出された一次電子線1 は1kV 程度まで加速されたの
ち、試料側に発生した単極磁界型対物レンズ3 の磁場に
より大口径ウェーハ5 上に集束される。コイル4は単極
磁界型対物レンズ3 を励磁させる為のものである。細く
絞られた一次電子線1 は、図7 には示していない偏向コ
イルにより、大口径ウェーハ5 上を走査され、発生した
二次電子6 は磁界により巻き上げられて対物レンズの内
側磁極3aの上方に設置された二次電子検出器2 で検出さ
れ二次電子像を形成する。
【0012】計算によれば、図7 の形状の対物レンズの
収差係数は、ワーキングディスタンス5mm で、球面収差
係数が8mm 、色収差係数が3mm である。低加速電圧で分
解能の支配的な因子である色収差係数が3mm と小さいの
で、大口径ウェーハ5 を60°傾斜したときでも加速電圧
1kV で5nm 以下の高分解能が可能である。フォーカスに
必要な励磁は加速電圧1kV でワーキングディスタンス5m
m の条件で940Ampere・turn程度であり、この場合磁場
の飽和は問題にならない。
収差係数は、ワーキングディスタンス5mm で、球面収差
係数が8mm 、色収差係数が3mm である。低加速電圧で分
解能の支配的な因子である色収差係数が3mm と小さいの
で、大口径ウェーハ5 を60°傾斜したときでも加速電圧
1kV で5nm 以下の高分解能が可能である。フォーカスに
必要な励磁は加速電圧1kV でワーキングディスタンス5m
m の条件で940Ampere・turn程度であり、この場合磁場
の飽和は問題にならない。
【0013】図8 に本発明の他の実施例を示す。この例
では、外側磁極3bをなす円錐状の外筒が、内側磁極3a
を形成する内筒側面が光軸となす角度方向に延在してい
る。よって、外側磁極3bと内側磁極3aのギャップが狭く
なるため、軸上磁束密度の強度が図7 よりも強くなり、
少ない励磁でフォーカスすることが可能である。図7 、
図8 では、内側磁極と外側磁極の傾斜角の光軸と垂直な
面とのなす角を試料傾斜角と同じ60°として図示してあ
るが、もちろん60°より大きな角度に設定することも容
易である。この場合、試料を60°傾斜させたときにも、
試料とレンズの間隙が大きくなるため、空間的な干渉が
生じにくくなり、試料ステージに求められる傾斜の精度
が緩和される。
では、外側磁極3bをなす円錐状の外筒が、内側磁極3a
を形成する内筒側面が光軸となす角度方向に延在してい
る。よって、外側磁極3bと内側磁極3aのギャップが狭く
なるため、軸上磁束密度の強度が図7 よりも強くなり、
少ない励磁でフォーカスすることが可能である。図7 、
図8 では、内側磁極と外側磁極の傾斜角の光軸と垂直な
面とのなす角を試料傾斜角と同じ60°として図示してあ
るが、もちろん60°より大きな角度に設定することも容
易である。この場合、試料を60°傾斜させたときにも、
試料とレンズの間隙が大きくなるため、空間的な干渉が
生じにくくなり、試料ステージに求められる傾斜の精度
が緩和される。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、単極磁界型対物レン
ズの内側磁極を光軸となす角が30°あるいはそれ以下の
円錐状に形成し、外側磁極も該円錐内側に設置すること
で、従来の技術では困難であった60°程度の高角度傾斜
でも12インチウェーハのような大形試料をチャージアッ
プも電子線損傷も少ない1kV 程度の低加速電圧で高分解
能観察することを可能とする。
ズの内側磁極を光軸となす角が30°あるいはそれ以下の
円錐状に形成し、外側磁極も該円錐内側に設置すること
で、従来の技術では困難であった60°程度の高角度傾斜
でも12インチウェーハのような大形試料をチャージアッ
プも電子線損傷も少ない1kV 程度の低加速電圧で高分解
能観察することを可能とする。
【図1】本発明の特徴を説明するための図である。
【図2】従来例の説明図である。
【図3】従来例の説明図である。
【図4】従来例の説明図である。
【図5】本発明と図4の従来例の軸上磁束密度分布の比
較を示す図である。
較を示す図である。
【図6】本発明と図4の従来例の収差係数の比較を示す
図である。
図である。
【図7】本発明の一実施例の説明図である。
【図8】本発明の一実施例の説明図である。
1 一次電子線 2 二次電子検出器 3a 対物レンズ内側磁極 3b 対物レンズ外側磁極 4 コイル 5 大口径ウェーハ 6 二次電子
Claims (4)
- 【請求項1】 電子線源と試料の間に内側磁極と外側磁
極を備えた単極磁界型対物レンズにおいて、前記内側磁
極を形成する内筒の外側側面を光軸となす角が30°ある
いはそれ以下の円錐状に形成し、外側磁極及び励磁コイ
ルを前記内筒の外側側面の延長面内側に設置したことを
特徴とする走査型電子顕微鏡用対物レンズ。 - 【請求項2】 電子線源と試料の間に内側磁極と外側磁
極を備えた単極磁界型対物レンズにおいて、外側磁極及
び励磁コイルを、光軸となす角が30°あるいはそれ以下
の前記外側磁極あるいはコイルに当接する円錐面内側に
設置し、かつ、内側磁極を、内側磁極を形成する先細円
錐状の内筒側面下側端部を該円錐面端部に当接するよう
にして該円錐面内側に形成したことを特徴とする走査型
電子顕微鏡用対物レンズ。 - 【請求項3】 前記外側磁極を形成する外筒外側側面が
前記光軸となす角度方向に円錐形状を有することを特徴
とする請求項1又は2記載の走査型電子顕微鏡用対物レ
ンズ。 - 【請求項4】 前記外筒端面が前記光軸となす角度方向
に延在していることを特徴とする請求項3記載の走査型
電子顕微鏡用対物レンズ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9206777A JPH1154076A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 走査型電子顕微鏡用対物レンズ |
US09/126,404 US6335530B1 (en) | 1997-07-31 | 1998-07-30 | Objective lens for scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9206777A JPH1154076A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 走査型電子顕微鏡用対物レンズ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1154076A true JPH1154076A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16528922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9206777A Pending JPH1154076A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 走査型電子顕微鏡用対物レンズ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6335530B1 (ja) |
JP (1) | JPH1154076A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002141281A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-05-17 | Agere Guardian Systems Inc | 電子ビーム投影装置及びフォーカシング方法 |
JP2003532256A (ja) * | 2000-04-24 | 2003-10-28 | フェイ カンパニ | 走査電子顕微鏡の対物レンズを通した二次電子の捕集 |
JP2007311117A (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子レンズ及びそれを用いた荷電粒子線装置 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2001097245A2 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Kla-Tencor, Inc. | Sectored magnetic lens and method of use |
JP2002324510A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Jeol Ltd | 走査電子顕微鏡 |
US9082580B2 (en) * | 2013-09-23 | 2015-07-14 | Kla-Tencor Corporation | Notched magnetic lens for improved sample access in an SEM |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58161235A (ja) | 1982-03-19 | 1983-09-24 | Internatl Precision Inc | 走査型電子線装置 |
JP2739485B2 (ja) * | 1988-11-05 | 1998-04-15 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 走査型電子線装置 |
JP2772821B2 (ja) * | 1989-05-30 | 1998-07-09 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 電子線装置 |
JPH0355751A (ja) | 1989-07-21 | 1991-03-11 | Anelva Corp | 電子ビーム装置 |
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