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発明の名称 走査型電子顕微鏡およびその対物レンズ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−36723
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−186577
出願日 平成4年(1992)7月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 黒田 勝広
要約 目的


構成
対物レンズの下面に試料1を配置して観察や計測する走査型電子顕微鏡およびその類似装置の対物レンズの下面を、球面あるいは回転楕円体面を基本とした形状で構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】対物レンズの下面に試料を配置して観察する走査型電子顕微鏡およびその類似装置において、前記対物レンズの下面を球面を基本とした形状で構成したことを特徴とする対物レンズ。
【請求項2】請求項1において、下面を回転楕円体面の形状で構成した対物レンズ。
【請求項3】請求項1または2において、試料面に最も近い面が一部平面で形成された対物レンズ。
【請求項4】請求項1,2または3において、試料傾斜は略60°以内とし、この角度相当の対物レンズ下面より試料面とは反対側の部分はこの角度の円錐で形成された対物レンズ。
【請求項5】請求項1から請求項4のいずれかの対物レンズを用い、試料としてウエハを装着できるようにしたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型電子顕微鏡(SEM)およびその類似装置に係り、特に、大型の試料を傾斜させて観察する際に高分解能観察が可能な対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】走査型電子顕微鏡では、試料を傾斜させて観察することが頻繁に行なわれている。試料の寸法が小さな場合には、試料傾斜は問題にはならないが、半導体のウエハのような大型の試料では図4に示すように配置することになる。ワーキングディスタンス“L”は長ければ長いほど分解能が低下することはよく知られた事実である。電子顕微鏡において、観察時の分解能の低下は致命的になる場合が多い。そこで、大型の試料でも分解能の低下をさけるために、実開昭61−3660号公報に記載のような対物レンズ(図5)が考案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の対物レンズでは観察時の傾斜角度があらかじめ分かっている場合や傾斜角度が限られた数の場合には問題ないが、大型の試料を色々な角度から観察したいという場合に、常に高分解能観察することは困難であるという問題があった。
【0004】本発明の目的は、任意の寸法の試料を任意の角度から観察しても、常に高分解能観察が可能な対物レンズを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するためには、本発明は観察角度に応じて最短のワーキングディスタンスとなるように対物レンズの下面を、球面もしくは適宜の曲面を基本として構成した。
【0006】
【作用】本発明の構成によれば、任意の観察角度に対して、常にワーキングディスタンスを短くでき、高分解能観察ができることになる。すなわち、上記目的を達成できる走査型電子顕微鏡が提供できる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図1は対物レンズの下面を、球面を基本として構成したものである。すなわち、試料1側の磁路21の先端部から球面をしており、電子光学軸3となす角度が30°となる部分から30°の円錐形で構成している。したがって、試料1傾斜は60°までワーキングディスタンスを短くすることができる。
【0008】たとえば、15°に試料1を傾斜させた場合、本発明ではワーキングディスタンスL1 に対して、従来の対物レンズ(図5)ではL2 であり、明らかに本発明の方がワーキングディスタンスを短くすることができることが分かる。すなわち、半導体ウエハのように大型の試料を任意の角度に傾斜しても常にワーキングディスタンスを短くすることができる。これは、本発明の対物レンズの方が高分解能観察に適していることを意味している。
【0009】図2に本発明の他の実施例を示す。本実施例では対物レンズの磁路21の下面を、回転楕円体面を基本として構成したものである。本実施例では、磁路21の最下面は一部平面で形成している。これは、傾斜角0°の時にもできる限りワーキングディスタンスを短くできるようにするためである。また、光学軸3と平行になるまで回転楕円体面で構成されている。
【0010】以上が本発明の実施例であるが、磁路21のコイル4側は必ずしも球面状や回転楕円体面状でなくとも本発明を実施できる。また、本実施例で示した数値は一例であって、これらの数値に限らず実施できる。要は、レンズ下面の形状を球面や回転楕円体面を基本として用いたものであればよい。したがって、円錐面や平面が一部併用されていても本発明の本質にはなんら変わるものではない。
【0011】本発明の対物レンズを半導体プロセス途中で生じるウエハ内のパターンの寸法測定に用いる測長SEMに適用した例を図3に示す。電子銃には電界放射型電子銃5を用い、対物レンズ8以外にいくつかのレンズ6,7を用いて電子ビーム11を細く絞る。試料1から出てきた二次電子12を検出器10で検出する。偏向器9で電子ビーム11を試料1上で二次元的に偏向し、試料1上のパターンの寸法を検出器10の信号を処理して求める。なお、この処理系は省略している。本実施例では、試料1の傾斜角度により分解能は異なるが、1kVの加速電圧で8nm〜12nmの分解能を達成できた。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、大型の試料を任意の角度に傾斜してもワーキングディスタンスを短くできるので、高分解能観察ができる。




 

 


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