(57)【要約】【課題】試料に高電圧を印加して低加速電圧で分解能の良い像を得られる電子線装置において、静電破壊による試料の破壊を防ぐ電子線装置を提供すること。【解決手段】試料台（２）には、制御コンピュータ（５）によりＤ／Ａコンバータ１（６）にセットされたデータによる制御電圧を高電圧増幅器１（７）にて所定の出力電圧に増幅した高電圧が印加されている。試料台（２）の上方には電子線装置の電子光学鏡筒が配置され、試料面に近接して対物レンズ磁極（３）および対物レンズ電極（４）が置かれ、制御コンピュータ（５）によりＤ／Ａコンバータ２（８）にセットされたデータによる制御電圧を高電圧増幅器２（９）にて所定の出力電圧に増幅した高電圧が印加されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電圧を印加する手段を備えた電子線装置において、試料に印加する電圧を試料が破壊しないように制御して印加する手段を有することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記試料に印加する電圧を制御する手段は、試料に印加する電圧を所望のレートにより上昇及び下降するように制御する手段であることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
試料に電圧を印加する手段と、試料に接近して配置された電極と、該電極に電圧を印加する手段とを備えた電子線装置において、試料に印加する電圧と前記電極に電圧を同期させて制御する手段を備えたことを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に高電圧を印加して低加速電圧で分解能の良い像を得られる走査電子顕微鏡等の電子線装置において、特に試料に印加する電圧の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料に高電圧を印加して、高い分解能を得る方法は「Ｙａｗ，  Ｙ．  Ｗ．，  Ｐｅａｓｅ，  Ｒ．  Ｆ．  Ｗ．，  Ｉｒａｎｍａｎｅｓｈ，  Ａ．  Ａ．  ａｎｄ  Ｐｏｌａｓｋｏ，  Ｋ．  Ｊ．  ：  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９，  １０４８−１０５２  （１９８１）」（非特許文献）にあるように従来から用いられてきたが、半導体ウエハ等の静電破壊し易い試料を観察する場合は、この高電圧の急激な増減が試料の破壊を起こす危険性がある。特に、試料搬送の際は、通常接地電圧である装置本体と、高電圧の印加される試料台の間で試料を受け渡すわけであるから、その際に試料が破壊しないように両者の間の電位差を無くす必要がある。
【０００３】
搬送などの際に高電圧が掛かる部分をアクセスする従来の方法は、例えば送配電設備で行われているように、高電圧が掛かっている部分の高電圧を遮断した後の残留電圧を放電棒などで接地して電位差を無くす方法や、特開平１１−３１７１８８号公報（特許文献１）にあるように放電抵抗を介して放電する方法がある。
【０００４】
また、特開平１０−１９９４５９号公報（特許文献２）にあるような電磁界重畳型の対物レンズを使い分解能をさらに向上させた電子線装置においては、試料に接近した対物レンズに掛かる高電圧（例えば−４．９ｋＶ）と試料に掛かる高電圧（例えば−５ｋＶ）を印加や遮断する際に大きな電位差が生じると、試料の静電破壊を起こすおそれがあった。
【０００５】
観察条件を変えるために試料や電極に掛ける電圧を変えるときも同様に、静電破壊が起こらないようにする必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３１７１８８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１０−１９９４５９号公報
【０００８】
【非特許文献】
Ｙａｗ，  Ｙ．  Ｗ．，  Ｐｅａｓｅ，  Ｒ．  Ｆ．  Ｗ．，  Ｉｒａｎｍａｎｅｓｈ，  Ａ．  Ａ．  ａｎｄ  Ｐｏｌａｓｋｏ，  Ｋ．Ｊ．  ：  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １９，  １０４８−１０５２  （１９８１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては急激な電圧の減少や、放電抵抗による決まったカーブによる放電では、その電圧変化による静電破壊から試料を保護できない場合があった。
【００１０】
特に、試料と試料に接近した電極にともに高電圧を掛ける構成の電子線装置では、例えばそれぞれの高電圧を別々に切るなど、両者の電位差が大きく生じる方法で制御を行なうと、試料に瞬間的に大きな電位差を生じる。また従来技術の放電抵抗による方法では、電極と試料の静電容量の差等により放電特性が異なるため、瞬間的に大きな電位差が生じる場合がある。これらの電位差や、高電圧の急激な遮断により、試料の静電破壊を起こすおそれがある。
【００１１】
従来技術では、試料や電極に高電圧を印加する場合には触れられていないが、上記とは逆に高電圧を印加する場合も急激な電圧上昇や、試料と電極に別々に高電圧を印加することが同様に試料を静電破壊するおそれがあった。そこで本発明は、試料に高電圧を印加して低加速電圧で分解能の良い像を得られる電子線装置において、静電破壊による試料の破壊を防ぐ電子線装置を提供すること課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は試料や電極に印加する電圧の上昇下降を積極的に制御して、素子の保護を実現する。高電圧の制御は、電圧をＤ／Ａコンバータで制御し、その電圧変化を制御コンピュータでプログラムする方法や、制御電圧に一定の時間応答特性を持たせる方法がある。
上記のように半導体ウエハ等の試料に印加する高電圧を、試料搬送や条件変更の際に積極的に制御することにより、試料の破壊を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例として、走査電子顕微鏡において実施した例について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
第１図は、本願発明の第１の実施例である。試料台（２）には、制御コンピュータ（５）によりＤ／Ａコンバータ１（６）にセットされたデータによる制御電圧を高電圧増幅器１（７）にて所定の出力電圧に増幅した高電圧が印加されている。試料台（２）の上方には電子線装置の電子光学鏡筒が配置され、試料面に近接して対物レンズ磁極（３）および対物レンズ電極（４）が設置され、制御コンピュータ（５）によりＤ／Ａコンバータ２（８）にセットされたデータによる制御電圧を高電圧増幅器２（９）により所定の出力電圧に増幅した高電圧が印加されている。
【００１５】
試料ウエハ（１）は試料台（２）の上に置かれているため、その表面と対物レンズとの間には試料に印加された高電圧と電極に印加された高電圧により強い電界が発生する場合がある。一般的には、時間と共に電荷が移動するため局所的な電位差はそれほど大きくないが、特に表面が絶縁物に覆われた試料の場合は、この局所的な電位差が大きく生じて試料の静電破壊をおこす場合がある。試料搬送（試料台への装着や取出し）の時や観察条件を変更する時は、印加電圧が大きく変化するため、大きな電位差が生じて試料の破壊が起こる原因となり得る。
【００１６】
第２図は本発明の実施例における電圧の変化を表すグラフである。
【００１７】
たとえば観察のため試料を試料台（２）に装着する際は、あらかじめ制御コンピュータ（５）がＤ／Ａコンバータ１（６）に０をセットして、高電圧増幅器１（７）の出力電圧を０Ｖに設定する。試料装着完了（１０）のタイミングにて、Ｄ／Ａコンバータ１（６）の値を試料印加電圧波形（１２）の様にあらかじめ設定したレートで大きくして行き、最終的に高電圧増幅器１（７）の出力電圧を試料に印加する電圧値まで上昇させる。
【００１８】
観察が完了し試料を取り出すときは、Ｄ／Ａコンバータ１（６）の値をあらかじめ設定したレートで小さくして行き、最終的に高電圧増幅器１（７）の出力電圧が０Ｖになった時に試料取出開始（１１）のタイミングとなるので、試料を取り出すことができる。
【００１９】
本第１の実施例においては、この電圧を上昇／下降させるレートについて、試料が破壊される電位差が生じないように設定することにより、試料の破壊を防止している。一般的には、このレートは１ｋＶ／秒程度で変化させれば試料の静電破壊を防止することができる。なお、試料の種類によってはこのレートが変わるので、制御コンピュータ（３）は、試料に応じたレートを設定できるようにプログラムされている。
【００２０】
第３図は本発明の第２の実施例における電圧の変化を表すグラフである。試料ウエハ（１）と対物レンズ電極（４）にそれぞれ高電圧を印加する場合は、それぞれの印加電圧を同期して上昇／下降させることで試料の表面に大きな電界が生じるのを防止して、試料の静電破壊を防止している。
【００２１】
たとえば観察のため試料を試料台（２）に装着する際は、あらかじめ制御コンピュータ（５）がＤ／Ａコンバータ１（６）およびＤ／Ａコンバータ２（８）に０をセットして、高電圧増幅器１（７）および高電圧増幅器２（９）の出力電圧を０Ｖに設定する。試料装着完了のタイミング（１０）にて、Ｄ／Ａコンバータ１（６）の値を試料印加電圧波形（１２）の様に設定したレートで大きくして行き、最終的に高電圧増幅器１（７）の出力電圧を試料に印加する電圧値まで上昇させる。この電圧変化に同期してＤ／Ａコンバータ２（８）の値を電極印加電圧波形（１３）の様に設定したレートで大きくして行き、最終的に高電圧増幅器２（９）の出力電圧を電極に印加する電圧値まで上昇させる。観察が完了し試料を取り出すときも同様に、両者の高電圧を同期して下降させる。
【００２２】
このように、試料ウエハ（１）と対物レンズ電極（４）にそれぞれ高電圧を同期して印加することにより、両者の電位差を小さくすることが可能になるので、試料の静電破壊を防止することができる。なお、試料に印加する高電圧の上昇／下降のレートは、第１の実施例と同じ値にすれば良い。
【００２３】
なお上記実施例では、走査電子顕微鏡の例に基づいて説明したが、走査イオン顕微鏡などの荷電粒子装置で試料に高電圧を印加する場合も、同様な効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の電子線装置によれば、試料を搬送する際や印加電圧の変更の際に試料に印加する高電圧を積極的に制御することにより、急激な電界の変動がなくなるため、試料の破壊を防止することができる。
【００２５】
また本発明の電子線装置によれば、試料に近接して電極を備えた電子線装置においても試料ウエハ（１）と対物レンズ電極（４）にそれぞれ高電圧を同期して印加することにより、両者の電位差を小さくすることが可能となるので、試料の静電破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の簡単な実施例である。
【図２】請求項１の実施例における印加電圧波形である。
【図３】請求項２の実施例における印加電圧波形である。
【符号の説明】
１…試料ウエハ                ２…試料台
３…対物レンズ磁極            ４…対物レンズ電極
５…制御コンピュータ
６…Ｄ／Ａコンバータ１          ７…高電圧増幅器１
８…Ｄ／Ａコンバータ２          ９…高電圧増幅器２
１０…試料装着完了のタイミング
１１…試料取出開始のタイミング
１２…試料印加電圧波形
１３…電極印加電圧波形
【図１】
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【図２】
2004164965.tif 000004
【図３】
2004164965.tif 000005