(57)【要約】【課題】大型試料上の何れの領域の二次電子像観察においても、ほぼ同一のコントラストを得る。【解決手段】試料ホルダー５０Ｂを二段構えに成し、上段の面に試料６０を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極３１Ｂを載置するように成す。下段の面に載置させた補正電極３１Ｂは、試料表面と面一となる厚さを有するように成し、補正電極３１に可変補正電源３３から大きさがコントロール可能な負の電圧を印加出来るように成す。試料ホルダー５０Ｂ上に載置された試料６０の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料６０と対物レンズの磁極片４０との間に配設された二次電子検出器９０で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成している。【選択図】図５
2004014251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有し、試料上の最も外側の観察領域を観察する時に、対物レンズと補正電極の間の空間に二次電子検出器が位置するような幅を有する様に成し、該補正電極と試料とが同電位になるようにした荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有するように成し、該補正電極に大きさがコントロール可能な負の電圧を印加出来るように成した荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台の側面に該試料台とは電気的に絶縁して該側面を取り囲む様な補正電極を取り付け、該補正電極に大きさがコントロール可能な負の電圧を印加出来るように成した荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
試料中の観察位置に拘わらずほぼ同一のコントラストの二次電子像が得られる補正電圧を、予め、各領域位置に対して求めてテーブル化しておき、領域の二次電子像観察時に、テーブルから観察領域位置に応じた補正電圧値を呼び出し、補正電極に印加する様に成した請求項２若しくは３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有し、試料上の最も外側の観察領域を観察する時に、対物レンズと補正電極の間の空間に二次イオン検出器が位置するような幅を有する様に成し、該補正電極と試料とが同電位になるようにした荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有するように成し、該補正電極に大きさがコントロール可能な正の電圧を印加出来るように成した荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台の側面に該試料台とは電気的に絶縁して該側面を取り囲む様な補正電極を取り付け、該補正電極に大きさがコントロール可能な正の電圧を印加出来るように成した荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
試料中の観察位置に拘わらずほぼ同一のコントラストの二次イオン像が得られる補正電圧を、予め、各領域位置に対して求めてテーブル化しておき、領域の二次イオン像観察時に、テーブルから観察領域位置に応じた補正電圧値を呼び出し、補正電極に印加する様に成した請求項６若しくは７に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
試料が半導体ウエハである請求項１，２，３，４，５，６，７，８の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は半導体ウエハの如き大型試料の観察に適した荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体ウエハ等の大型試料を観察するために、大型試料の装着及び移動の出来る大型試料室を備えた走査電子顕微鏡が使用されている。
【０００３】
図１は大型試料の観察が可能な査電子顕微鏡の概略例を示している。
【０００４】
図中１は電子銃、２は集束レンズ、３は偏向レンズ、４は対物レンズで、電子銃１からの電子ビームは集束レンズ２及び対物レンズ４により試料ホルダー５上に支持された半導体ウエハの如き試料６の上に微小に絞られる。
【０００５】
この微小に絞られた電子ビームは、中央制御装置７からの指令により走査信号を出力する走査信号発生回路８からの走査信号を受けた偏向レンズ３により、試料上の所定の範囲を走査する。
【０００６】
この様な電子ビームによる試料上の走査により発生した二次電子は二次電子検出器９により検出される。
【０００７】
二次電子検出器９で検出された試料６から二次電子信号は試料の表面形状情報を持った信号で、アンプ１０を介して中央制御装置７に送られ、該中央制御装置７の指令に基づいて、陰極線管の如き表示装置１１に試料６の二次電子像が表示される。
【０００８】
尚、１２は試料ホルダー５を載置したステージで、中央制御装置７からの移動指令を受ける駆動機構１３によりＸ，Ｙ及びＺ方向に移動出来る様に成っている。
【０００９】
図２は、図１の一部詳細図で、４０は対物レンズ４の磁極片、５０は半導体ウエハの如き試料６０を載置した試料ホルダである。尚、試料ホルダー５０は導電性材料で形成されており、対物レンズの磁極片４０と共に大地電位にある。
【００１０】
９０は二次電子検出器で、前面に導電性薄膜が蒸着されているシンチレーター９１，ライトガイド９２，光電子増倍管９３，リング状電極９４等から成り、リング状電極９４と前記導電性薄膜には直流電源（図示せず）から正の高電圧（例えば、１０ＫＶ）が印加されている。又、シンチレーター９１，ライトガイド９２，光電子増倍管９３及びリング状電極９４の周囲には、例えば、大地電位若しくは可変な電位（０〜＋１００Ｖ程度）が与えられるガイド筒９５が設けられている。
【００１１】
この様な二次電子検出器において、前記リング状電極９４と前記導電性薄膜に正の高電圧が印加されると、対物レンズの磁極極片４０や半導体試料は大地電位にあるので、シンチレーター９１の前方に正の電界が形成され、試料からの二次電子が二次電子検出器９０に捕獲される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
さて、観察すべき試料が大型の半導体ウエハの場合、半導体ウエハ上には、同一種類のパターンが描かれた極めて多くの領域（例えば、セル、チップ等）が形成されており、これらの領域を観察する場合、その都度、ステージ１２を移動させ、観察すべき領域が電子光学系の光軸Ｏ上に来るようにしている。
【００１３】
そして、光軸上に来た領域を電子ビームで走査し、領域からの二次電子を検出して二次電子像を表示装置に表示させ、観察を行っている。
【００１４】
この様な領域の表示（観察）において、半導体ウエハの中央部及び中央部近傍にある領域が表示（観察）の対象の場合と、半導体ウエハの周辺部近傍にある領域が表示（観察）の対象の場合とで、シンチレーター９１の前方に形成される電界の様子が異なる。
【００１５】
前者の場合は、凡そ、二次電子検出器９０のガイド筒９５の反光軸側の延長線に試料６０が存在する場合に相当し、その場合には、図２の破線に示す様に、対物レンズの磁極片４０と二次電子検出器９の間における等電位面間隔及び試料６０と二次電子検出器９の間における等電位面間隔が比較的等間隔に近い状態の電位分布となる。従って、試料からの二次電子は、軌跡２１に示す様に等電位面を横切って進んで来るので、効率良くシンチレーター９１に入る。
【００１６】
後者の場合は、凡そ、二次電子検出器９０のガイド筒９５の少なくとも反光軸側の延長線上に試料６０が存在しない場合に相当し、その場合、図３に示す様に、対物レンズの磁極片４０と二次電子検出器９の間における等電位面間隔は比較的等間隔であるが、試料６０と二次電子検出器９の間における等電位面が外側に大きく発散する電位分布となる。その為、試料からの二次電子がシンチレーター９１に入る効率が悪くなる。
【００１７】
この結果、本来、同一形状の領域であっても、試料の中央部及び中央部近傍にある領域の場合と、試料の周辺部近傍にある領域とで、コントラストが可成り異なる二次電子像が表示されることになってしまい、半導体ウエハの如き大型試料の観察に支障を来すことになる。
【００１８】
本発明は、この様な問題を解決する新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としたものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有し、試料上の最も外側の観察領域を観察する時に、対物レンズと補正電極の間の空間に二次電子検出器が位置するような幅を有する様に成し、該補正電極と試料とが同電位になるようにしたことを特徴とする。
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有するように成し、該補正電極に大きさがコントロール可能な負の電圧を印加出来るように成したことを特徴とする。
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を、試料と対物レンズの間に配設された二次電子検出器で検出し、該検出した二次電子に基づいて前記走査領域の二次電子像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台の側面に該試料台とは電気的に絶縁して該側面を取り囲む様な補正電極を取り付け、該補正電極に大きさがコントロール可能な負の電圧を印加出来るように成したことを特徴とする。
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有し、試料上の最も外側の観察領域を観察する時に、対物レンズと補正電極の間の空間に二次イオン検出器が位置するような幅を有する様に成し、該補正電極と試料とが同電位になるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台を二段構えに成し、上段の面に試料を載置し、下段の面に段差を取り囲む様な補正電極を載置するように成し、該下段の面に載置された補正電極は、試料表面と面一となる厚さを有するように成し、該補正電極に大きさがコントロール可能な正の電圧を印加出来るように成したことを特徴とする。
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料台上に載置された試料上の所定領域を荷電粒子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次イオンを、試料と対物レンズの間に配設された二次イオン検出器で検出し、該検出した二次イオンに基づいて前記走査領域の二次イオン像を得るように成した荷電粒子ビーム装置において、試料台の側面に該試料台とは電気的に絶縁して該側面を取り囲む様な補正電極を取り付け、該補正電極に大きさがコントロール可能な正の電圧を印加出来るように成したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図４は本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の概略例を示している。図中、前記図２にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００２３】
図４において、５０Ａは試料ホルダーで、二段構成になっており、上段の面が試料載置面になっており、下段の面が段差を取り囲む様な形状の補正電極３１Ａの載置面になっている。
【００２４】
補正電極３１Ａは、試料ホルダー５０Ａの下段の面に載せた時に、その上面が試料表面と面一になるような厚さに、ステージを移動させて試料上の最も外側の領域が光軸Ｏ上に来た時に、ガイド筒９５の反光軸側の延長上の外側に補正電極３１Ａの可成りの部分が存在する程度の幅に形成されている。
【００２５】
半導体ウエハの周辺部近傍にある領域を観察する場合、観察すべき領域が光軸上に来るようにステージを移動させ、その状態で領域上を電子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を二次電子検出器で検出し、検出した二次電子信号に基づいて表示装置上に試料の二次電子像を表示させる。
【００２６】
この場合、補正電極３１Ａは試料６０と同電位（大地電位）にあり、又、その上面は試料表面と面一になっており、更に、ガイド筒９５の反光軸側延長上の外側に補正電極３１Ａの可成りの部分が存在する状態になっているので、二次電子検出器９０と、試料６０及び補正電極３１Ａとの間における等電位面間隔は比較的等間隔になり、図２に示す場合と同様に、試料６０からの二次電子は、効率良くシンチレーター９１に入る。
【００２７】
図５は本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の別の概略例を示している。
【００２８】
この例では、試料ホルダー５０Ｂの下段の面の幅が図４のものに比べ可成り小さくなっており、その上に絶縁板３２を介して載置される補正電極３１Ｂの幅もその分だけ小さくなっている。即ち、試料ホルダー５０Ｂの下段の面に段差を取り囲む様な形状の補正電極３１Ｂを載せた時に、その上面が試料表面と面一になるような厚さなっているが、ステージを移動させて試料上の最も外側の領域が光軸上に来た時に、ガイド筒９５の反光軸側延長上の外側に少なくとも補正電極３１Ｂの僅かな部分しか存在しない幅に形成されている。
【００２９】
更に、可変補正電源３３が設けられており、この補正電極３１Ｂに負の直流高電圧が印加出来る様に成っている。
【００３０】
この様な構成において、半導体ウエハの周辺部近傍にある領域を観察する場合、観察すべき領域が光軸上に来るようにステージを移動させ、その状態で領域上を電子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を二次電子検出器で検出し、検出した二次電子信号に基づいて表示装置上に試料の二次電子像を表示させる。
【００３１】
この場合、補正電極３１Ｂの上面は試料表面と面一になっており、二次電子検出器９０のガイド筒９５の反光軸側延長上の外側に少なくとも補正電極３１Ｂの僅かな部分しか存在しない状態になっているが、補正電極３１Ｂに負の高電圧を印加することにより、補助電極３１Ｂの表面上に負の電界が形成され、二次電子検出器９０のシンチレーター９１前方の正の電界を二次電子検出器９０側に押しやることとなる。その結果、補正電極３１Ｂと二次電子検出器９の間の電位分布は外側に大きく発散せずに、二次電子検出器９０と、試料６０及び補正電極３１Ａとの間における等電位面間隔は比較的等間隔になり、図２に示す場合と同様に、試料６０からの二次電子は、効率良くシンチレーター９１に入る。
【００３２】
この様な電位分布の補正は、例えば、表示装置に表示されている試料の二次電子像のコントラストを見ながら、可変補正電源３２からの負電圧値をコントロールすることにより行っている。
【００３３】
尚、この様な補正は、電位分布を解析に基づいて行うようにしても良い。
【００３４】
又、半導体ウエハの周辺近傍の領域の二次電子像を得る場合、同じ周辺部領域であっても、中心部からの離れ具合により二次電子検出器９０と補正電極３１Ｂ間の電位分布が多少異なるので、予め、実験等で、周辺部の各領域に対する適正な補正電圧値を求めて、領域の位置と補正電圧値をテーブル化し、実際の領域の観察時、テーブルから観察すべき領域の位置に応じた補正電圧値を呼び出し、自動的に二次電子検出器９０と補正電極３１Ｂ間の電位分布を補正するようにしても良い。
【００３５】
図６は本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の別の概略例を示している。
【００３６】
この例では、試料ホルダー５０Ｃを一段構成にし、その径を試料６０の径より小さいものとしている。そして、その試料ホルダー５０Ｃの側面に該側面を取り囲む様な円錐筒状の補正電極３１Ｃを絶縁板３４を介して取り付けており、絶縁板３４及び補正電極３１Ｃを含む試料ホルダー５０Ｃ全体の径が図５に示すものより小さくしている。
【００３７】
この場合も、可変補正電源３５が設けられており、この補正電極３１Ｃに負の直流高電圧が印加出来る様に成っている。
【００３８】
この様な構成において、半導体ウエハの周辺部近傍にある領域を観察する場合、観察すべき領域が光軸上に来るようにステージを移動させ、その状態で領域上を電子ビームで走査し、該走査により試料から発生した二次電子を二次電子検出器で検出し、検出した二次電子信号に基づいて表示装置上に試料の二次電子像を表示させる。
【００３９】
この場合、補正電極３１Ｃの上面は試料表面より少し下になっており、二次電子検出器９０のシンチレーター９１の表面と補正電極３１Ｃの側面がほぼ対向する様な状態になっているが、図５の場合と同様に、補正電極３１Ｃに可変補正電源３５から負の高電圧を印加することにより、補正電極３１Ｃの表面上に負の電界が形成され、二次電子検出器９０のシンチレーター９１前方の正の電界を二次電子検出器９０側に押しやることとなる。その結果、補正電極３１Ｃと二次電子検出器９の間の電位分布は外側に大きく発散せずに、二次電子検出器９０と、試料６０及び補正電極３１Ｃとの間における等電位面間隔は比較的等間隔になり、図２に示す場合と同様に、試料６０からの二次電子は、効率良くシンチレーター９１に入る。
【００４０】
尚、この場合には、図５の場合に比べ、より大きな負の高電圧の印加が必要になる。
【００４１】
この様な電位分布の補正は、例えば、表示装置に表示されている試料の二次電子像のコントラストを見ながら、可変補正電源３５からの負電圧値をコントロールすることにより行っている。
【００４２】
尚、この場合においても、試料周辺部近傍の領域の二次電子像を得る場合、同じ周辺部領域であっても、中心部からの離れ具合により二次電子検出器９０と補正電極３１Ｃ間の電位部分布が多少異なるので、予め、実験等で、周辺部の各領域に対する適正な補正電圧値を求めておき、領域の位置と補正電圧値をテーブル化し、実際の領域の観察時、テーブルから観察領域の位置に応じた補正電圧値を呼び出し、自動的に二次電子検出器９０と補正電極３１そ間の電位部分布を補正するようにしても良い。
【００４３】
本発明によれば、半導体ウエハの如き大型試料の二次電子像観察において、試料からの二次電子を捕獲するための二次電子検出器周辺の電位分布を、試料の周辺近傍部の領域を観察する場合についても、試料の中心部及び中心部の近傍の領域を観察する場合とほぼ同じものに出来るので、半導体ウエハの如き大型試料のどこの領域の二次電子像もほぼ同一のコントラストで得られる。
【００４４】
尚、半導体ウエハの如き試料を観察する場合、高加速の電子ビーム照射による試料の破壊を防止したり、或いは、試料に形成されたコンタクトホールからの二次電子をより効率的に検出するために試料に負の高電圧を印加することがあるが、この様な構成の走査電子顕微鏡においても本発明を使用することが出来ることはいうまでもない。
【００４５】
又、前記例では、試料台は導電性部材で形成され、大地の電位にあったが、絶縁性部材で形成された試料台を使用する場合には、試料を直接、大地電位に落とすように成す。
【００４６】
又、前記例では、走査電子顕微鏡を例に上げたが、イオンビームで試料上を走査し、二次電子像を得るように成した装置にも応用可能である。
【００４７】
又、二次電子検出器の代わりに二次イオン検出器を設け、イオンビームで試料上を走査し、該走査により二次イオン検出器で検出された二次イオンに基づいて二次イオン像を得るように成した装置にも応用可能である
【図面の簡単な説明】
【図１】大型試料の観察が可能な査電子顕微鏡の概略例を示している。
【図２】図１の一部詳細図を示している。
【図３】試料の周辺部を観察する場合を示している。
【図４】本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の概略例を示している。
【図５】本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の他の概略例を示している。
【図６】本発明の一例を示した走査電子顕微鏡の主要部の他の概略例を示している。
【符号の説明】
１…電子銃
２…集束レンズ
３…偏向レンズ
４…対物レンズ
５，５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…試料ホルダー
６，６０…試料
７…中央制御装置
８…走査信号発生回路
９，９０…二次電子検出器
１０…アンプ
１１…表示装置
１２…ステージ
１３…駆動機構
Ｏ…電子光学系光軸
２１…軌跡
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…補正電極
３２，３４…絶縁板
３３，３５…可変補正電源
４０…対物レンズの磁極片
９１…シンチレーター
９２…ライトガイド
９３…光電子増倍管
９４…リング状電極
９５…ガイド筒
【図１】
2004014251.tif 000003
【図２】
2004014251.tif 000004
【図３】
2004014251.tif 000005
【図４】
2004014251.tif 000006
【図５】
2004014251.tif 000007
【図６】
2004014251.tif 000008