JP2635016B2 - Observation method of thin film - Google Patents
Observation method of thin filmInfo
- Publication number
- JP2635016B2 JP2635016B2 JP6210995A JP21099594A JP2635016B2 JP 2635016 B2 JP2635016 B2 JP 2635016B2 JP 6210995 A JP6210995 A JP 6210995A JP 21099594 A JP21099594 A JP 21099594A JP 2635016 B2 JP2635016 B2 JP 2635016B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- electron beam
- insulating film
- film
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームを用いて、
例えば、絶縁膜、半導体膜等の種々の薄膜の欠陥を検査
する薄膜の観察方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention
For example, the present invention relates to a thin film observation method for inspecting various thin film defects such as an insulating film and a semiconductor film .
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１（イ）は検査すべき絶縁膜を有する
試料の断面図で、１は金属または半導体からなる基板、
２は絶縁膜、３は絶縁膜２上に任意の形状に孤立して形
成された金属または半導体である。図示のような試料
は、いわば半導体集積回路等の製造プロセスの途中にあ
る試料である。2. Description of the Related Art FIG. 1A is a cross-sectional view of a sample having an insulating film to be inspected, 1 is a substrate made of metal or semiconductor,
Reference numeral 2 denotes an insulating film, and reference numeral 3 denotes a metal or a semiconductor formed in isolation on the insulating film 2 in an arbitrary shape. The sample as shown is a sample in the middle of a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit or the like.
【０００３】図１（ロ）は図１（イ）で示したような試
料の絶縁膜２の欠陥を検査する装置の概略斜視図で、４
は先端の直径が２０μｍ程度の金属探針、５は電圧計、
６は電流計、７は直流電源である。このような構成の検
査装置において、直流電源７により絶縁膜２の耐圧電圧
未満の電圧を印加し、金属探針４を金属または半導体３
に接触させて、絶縁膜２の絶縁性を電圧計５および電流
計６によって測定する。FIG. 1B is a schematic perspective view of an apparatus for inspecting a defect of the insulating film 2 of a sample as shown in FIG.
Is a metal probe with a tip diameter of about 20 μm, 5 is a voltmeter,
6 is an ammeter and 7 is a DC power supply. In the inspection apparatus having such a configuration, a voltage less than the withstand voltage of the insulating film 2 is applied by the DC power supply 7 to connect the metal probe 4 to the metal or semiconductor 3.
And the insulating property of the insulating film 2 is measured by a voltmeter 5 and an ammeter 6.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような検
査装置にあっては、金属探針４の機械的接触による限界
から、金属または半導体３の二次的大きさはおよそ１０
０μｍ四方以上に制限される。すなわち、金属または半
導体３の大きさが金属探針４の先端直径の２０μｍ以下
では、測定はまったく不可能である。However, in such an inspection apparatus, the secondary size of the metal or semiconductor 3 is about 10 due to the limit due to the mechanical contact of the metal probe 4.
It is limited to 0 μm square or more. That is, when the size of the metal or semiconductor 3 is 20 μm or less of the tip diameter of the metal probe 4, measurement is impossible at all.
【０００５】図１（ハ）は、金属または半導体からなる
基板１に絶縁膜２のみが形成された試料の絶縁膜２の欠
陥検査装置を示す断面図で、この検査装置においては、
（Ｃａ、Ｉｎ）合金などの融点が低い金属８を絶縁膜２
上に押え付け、直流電源７により電圧を印加し、電圧計
５、電流計６によって絶縁膜２の絶縁性を測定する。し
かし、この検査装置は、絶縁膜２の平均的な絶縁性を検
査するものであり、絶縁膜２の欠陥の大きさ、数等を知
ることはできない。FIG. 1 (c) is a cross-sectional view showing a defect inspection apparatus for an insulating film 2 of a sample in which only an insulating film 2 is formed on a substrate 1 made of metal or semiconductor.
A metal 8 having a low melting point such as a (Ca, In) alloy is applied to the insulating film 2.
Then, the voltage is applied by the DC power supply 7, and the insulating property of the insulating film 2 is measured by the voltmeter 5 and the ammeter 6. However, this inspection device inspects the average insulating property of the insulating film 2 and cannot know the size and number of defects of the insulating film 2.
【０００６】なお、半導体集積回路等の内部に形成され
る個々の素子、配線パターン形状は、現在すでにミクロ
ンオーダーに達しており、これらの微細化はさらに進行
しつつある。[0006] The shape of individual elements and wiring patterns formed inside a semiconductor integrated circuit or the like has already reached the order of microns, and the miniaturization of these has been further advanced.
【０００７】しかしながら、前述のように、従来の絶縁
膜の欠陥検査装置においては、欠陥の大きさ、数等の微
細な欠陥は摘出することはできない。したがって、この
ことは素子完成後の歩留りを悪くする一因になってい
る。However, as described above, in the conventional defect inspection apparatus for an insulating film, fine defects such as the size and number of defects cannot be extracted. Therefore, this is one of the factors that lowers the yield after completion of the device.
【０００８】本発明は、上記のような従来技術の実情に
鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁膜、半導体膜
等の種々の薄膜の欠陥の大きさ、数を検査することがで
きる薄膜の観察方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances of the prior art, and its object is to provide an insulating film and a semiconductor film.
Various defects of the thin film size etc., is to provide a method of observing a thin film can be examined several.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】金属探針を用いて絶縁性
を検査するのは、前述のように限界にあり、他の方法に
よらなければならない。As described above, the inspection of insulation using a metal probe is limited and must be performed by another method.
【００１０】ところで、細く収束した電子ビームを検査
すべき試料上で走査し、この照射される電子ビームによ
り該試料から発生する二次電子によって、ブラウン管画
面上に像を表示する走査形電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称
す；Scanning Electron Microscope）がある。このＳＥ
Ｍは、試料の微細な表面形状の観察をするもので、通常
のＳＥＭで上記目的を達成することは不可能である。一
般に、ＳＥＭの試料への入射電子エネルギーとしては１
０〜３０ｋｅＶ程度が用いられ、特に低いものでも３ｋ
ｅＶ程度である。このように高いエネルギーの電子を絶
縁膜に照射すると、後で詳しく述べるように該絶縁膜上
にチャージ・アップが起きて電子ビームが振られてしま
い、正確な像を得ることができない。また、単純にＳＥ
Ｍの電子ビームエネルギーをもつと低下させた場合は、
上記チャージ・アップ現象を低減することはできるにし
ても本質的には該現象が生ずること、および、一般に加
速電圧を下げると電子光学的理由により電子線源の輝度
が低下するため、二次電子像のＳ−Ｎ比が悪くなり、表
示画面を鮮明に観察することが困難となること、などの
理由によって、従来絶縁膜の欠陥に対応した情報を得る
ことはできていない。Meanwhile, a scanning electron microscope (hereinafter referred to as a scanning electron microscope) which scans a finely focused electron beam on a sample to be inspected and displays an image on a screen of a cathode ray tube by secondary electrons generated from the sample by the irradiated electron beam. hereinafter referred to as SEM; S canning E lectron M icroscope ) there is. This SE
M is for observing the fine surface shape of the sample, and it is impossible to achieve the above-mentioned object with a normal SEM. Generally, the electron energy incident on the sample of the SEM is 1
A voltage of about 0 to 30 keV is used.
It is about eV. When the insulating film is irradiated with such high-energy electrons, charge-up occurs on the insulating film and the electron beam is shaken as described later in detail, and an accurate image cannot be obtained. Also, simply SE
If the electron beam energy is reduced to M,
Although the above-mentioned charge-up phenomenon can be reduced, the phenomenon essentially occurs, and in general, when the acceleration voltage is reduced, the brightness of the electron beam source is reduced due to electro-optical reasons. Conventionally, it has not been possible to obtain information corresponding to a defect in an insulating film due to the fact that the SN ratio of an image deteriorates and it becomes difficult to clearly observe a display screen.
【００１１】一方、ＳＥＭによって半導体試料を観察す
ると、高エネルギー電子の照射により半導体の損傷が起
きることが知られており、試料を破壊しないで観察する
ために、電子ビームの低エネルギー化が望まれている。On the other hand, when a semiconductor sample is observed by an SEM, it is known that the semiconductor is damaged by irradiation of high-energy electrons. Therefore, in order to observe the sample without destroying the sample, it is desired to reduce the energy of the electron beam. ing.
【００１２】前述の目的を達成するために、本発明の薄
膜の観察方法は、電子ビームを収束し、検査すべき薄膜
を有する試料上に前記電子ビームを走査し、前記電子ビ
ームを照射して前記薄膜の欠陥を検査する薄膜の観察方
法において、検査すべき前記薄膜が基板上に形成された
絶縁膜または半導体膜であり、かつ、その下、上の一方
または両方にそれと異なる材質の膜を全面または選択的
に有し、電子が前記薄膜を等価的に透過する入射速度の
前記電子ビームを照射して前記薄膜から発生する二次電
子を検出することによりパターンの形状を検査し、電子
が前記絶縁膜を等価的に透過しない入射速度で、かつ、
前記絶縁膜から発生する二次電子の発生効率が１より大
きい入射速度の前記電子ビームを照射し、前記絶縁膜の
電位が平衡となるように制御して前記薄膜から発生する
二次電子を検出し、かつ、前記パターンの形状と比較す
ることにより前記薄膜の欠陥を検査することを特徴とす
る。In order to achieve the above object, a method of observing a thin film according to the present invention focuses an electron beam, scans the electron beam on a sample having a thin film to be inspected, and irradiates the electron beam with the electron beam. In the method of observing a thin film for inspecting a defect of the thin film, the thin film to be inspected is an insulating film or a semiconductor film formed on a substrate, and a film of a different material is formed on one or both under and above the film. entirely or optionally have, electrons examines the shape of the pattern by detecting secondary electrons generated from the thin film by irradiating the electron beam incidence rate of transmission equivalently the thin film, electronic
At an incident speed that does not equivalently transmit through the insulating film, and
The generation efficiency of secondary electrons generated from the insulating film is greater than 1.
Irradiation of the electron beam at a high incident velocity, the insulating film
The method is characterized in that secondary electrons generated from the thin film are detected by controlling the potential to be in equilibrium , and defects of the thin film are inspected by comparing the secondary electrons with the pattern shape.
【００１３】また、本発明の薄膜の観察方法は、電子ビ
ームを収束し、検査すべき薄膜を有する試料上に前記電
子ビームを走査し、前記電子ビームを照射して前記薄膜
の欠陥を検査する薄膜の観察方法において、検査すべき
前記薄膜が基板上に形成された絶縁膜または半導体膜で
あり、かつ、その下、上の一方または両方にそれと異な
る材質の膜を全面または選択的に有し、電子が前記薄膜
を等価的に透過する入射速度の前記電子ビームを照射し
て前記薄膜から発生する二次電子を検出することにより
パターンの形状を検査し、前記電子ビーム照射時に前記
絶縁膜から発生する二次電子の発生効率が１より大き
く、かつ、前記薄膜表面の電位をその下にある前記基板
の電位より正である平衡状態に保ちつつ、さらに、電子
が前記薄膜を等価的に透過しない入射速度の前記電子ビ
ームを照射して前記薄膜から発生する二次電子を検出
し、かつ、前記パターンの形状と比較することにより前
記薄膜の欠陥を検査することを特徴とする。In the method of observing a thin film according to the present invention, the electron beam is converged, the electron beam is scanned on a sample having the thin film to be inspected, and the electron beam is irradiated to inspect the thin film for defects. In the method of observing a thin film, the thin film to be inspected is an insulating film or a semiconductor film formed on a substrate, and a film of a different material is entirely or selectively provided on one or both under and above the film. The shape of the pattern is inspected by irradiating the electron beam at an incident velocity at which electrons pass through the thin film equivalently and detecting secondary electrons generated from the thin film, and from the insulating film during the electron beam irradiation. Generation efficiency of generated secondary electrons is greater than 1.
And while maintaining the potential of the thin film surface in an equilibrium state that is more positive than the potential of the underlying substrate, further irradiating the electron beam at an incident velocity at which electrons do not equivalently pass through the thin film. It is characterized in that a defect of the thin film is inspected by detecting a secondary electron generated from the thin film and comparing it with a shape of the pattern.
【００１４】[0014]
【作用】本発明は、低エネルギーの電子ビームを用い
て、微細な絶縁膜、半導体膜、金属膜等の種々の薄膜の
欠陥の大きさ、数等に対応する情報を得るもので、以
下、その原理について説明する。According to the present invention, information corresponding to the size and number of defects of various thin films such as a fine insulating film, a semiconductor film and a metal film is obtained by using a low energy electron beam. The principle will be described.
【００１５】まず、例えば、絶縁膜の厚さおよび入射電
子エネルギーを具体的に示すため、金属または半導体の
基板１（図１）としてＳｉ単結晶板、絶縁膜２としてこ
のＳｉ単結晶板を熱酸化して得られるＳｉＯ2膜を考え
る。First, in order to specifically show, for example, the thickness of the insulating film and the incident electron energy, a single crystal Si plate as the metal or semiconductor substrate 1 (FIG. 1) and a single crystal Si plate as the insulating film 2 are heated. Consider an SiO 2 film obtained by oxidation.
【００１６】図２は、この絶縁膜としてのＳｉＯ2膜へ
入射する電子ビームエネルギー（ｅＶ）と、電子の最大
侵入深さＲｍａｘ（Å）との関係を示すグラフである
（引用文献：H.J.Fitting,Phys.Status Solidi 226,p.5
25(1974）。この電子の最大侵入深さとは、絶縁膜への
入射電子すなわち一次電子が多重散乱をしてエネルギー
損失し、エネルギーまたは速度的に拡散領域に達するま
での電子の侵入領域（深さ）すなわち等価的な透過領域
のことである。この等価的というのは、ある一つの入射
電子が絶縁膜をそのまま通り抜ける意味での透過のみを
指すのではなく、複数電子との衝突により入射電子その
ものではなく他の電子が透過することを含める。図２の
グラフにおいて、例えば、電子が１００ÅのＳｉＯ2膜
を透過してＳｉ基板１に達するには３００ｅＶ以上のエ
ネルギーで電子ビームを照射しなければならないことが
わかる。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the electron beam energy (eV) incident on the SiO 2 film as the insulating film and the maximum penetration depth Rmax (Å) of the electrons (cited reference: HJ Fitting, Phys.Status Solidi 226 , p.5
25 (1974). The maximum penetration depth of the electrons is defined as an incident area (depth) of electrons until the incident electrons to the insulating film, that is, primary electrons, lose energy by multiple scattering and reach the diffusion area in terms of energy or velocity, ie, equivalent. A transparent region. The term “equivalent” does not mean only the transmission in the sense that a certain incident electron passes through the insulating film as it is, but also includes the transmission of another electron instead of the incident electron itself due to collision with a plurality of electrons. In the graph of FIG. 2, for example, it is understood that an electron beam must be irradiated with an energy of 300 eV or more in order for electrons to pass through the SiO 2 film of 100 ° and reach the Si substrate 1.
【００１７】一方、試料表面で入射電子ビームすなわち
一次電子により励起される二次電子の放射効率も一次電
子エネルギーに依存している。なお、二次電子放射効率
δ（Ｅ）は、一次電子数ＮPに対する二次電子数ＮSの比
で示される（δ（Ｅ）＝ＮS／ＮP）。図３は一次電子ビ
ームエネルギーＥ（ｅＶ）と二次電子放射効率δ（Ｅ）
との関係を示すグラフで、ＡはＳｉＯ2、ＢはＰｏｌｙ
−Ｓｉに対する値を示す（引用文献：R.Kouath,Handbuc
h der Physik XXIp.232(1956）。On the other hand, the radiation efficiency of the secondary electron excited by the incident electron beam, that is, the primary electron, on the sample surface also depends on the primary electron energy. The secondary electron emission efficiency δ (E) is represented by the ratio of the number N S of secondary electrons to the number N P of primary electrons (δ (E) = N S / N P ). FIG. 3 shows the primary electron beam energy E (eV) and the secondary electron emission efficiency δ (E).
Is a graph showing the relationship with A, SiO 2 , B is Poly
-Value for Si (Reference: R. Kouath, Handbuc
h der Physik XXIp.232 (1956).
【００１８】図４（イ）〜（ホ）は、Ｓｉ基板１上にＳ
ｉＯ2絶縁膜２が形成された試料について、一次電子ｅP
に対する二次電子ｅSおよび該試料内部への散乱電子ｅd
の振舞いを模型的に示す図である。FIGS. 4 (a) to 4 (e) show that the S
For the sample on which the iO 2 insulating film 2 was formed, the primary electrons e P
Secondary electron e S and scattered electron e d inside the sample
It is a figure which shows the behavior of a model.
【００１９】図４（イ）に示すように、例えば１００Å
の厚さのＳｉＯ2絶縁膜２を考えるとき、一次電子ｅPが
３００ｅＶ以上で加速された電子であれば、基板１へ到
達する散乱電子ｅdが存在するため、いわゆる“電子ビ
ーム誘起電導性（Electronbeam induced conductivit
y）”の現象に基づき、ＳｉＯ2絶縁膜２表面の電位は基
板１の電位にほとんど等しくなり、絶縁膜２の表面にチ
ャージ・アップは起きない。As shown in FIG. 4A, for example, 100 °
When considering SiO 2 insulating film 2 thickness of, if electrons primary electrons e P is accelerated above 300 eV, for scattered electrons e d reaching the substrate 1 is present, the so-called "electron-beam-induced conductivity (Electronbeam induced conductivit
Based on the phenomenon y), the potential on the surface of the SiO 2 insulating film 2 becomes almost equal to the potential on the substrate 1, and no charge-up occurs on the surface of the insulating film 2.
【００２０】図４（ロ）は、一次電子ｅPが３００ｅＶ
以下でかつ二次電子放射効率δ（Ｅ）が１以上となる３
０ｅＶ以上で加速された電子の場合を示す。ＮP（一次
電子ｅPの個数）よりもＮS（二次電子ｅSの個数）の方
が多いため、図４（イ）の場合のように散乱電子ｅdの
リークがないので、絶縁膜２の表面は正の電荷が増大し
チャージ・アップの状態となる。なお、このチャージ・
アップは時間の経過とともに増大する。FIG. 4B shows that the primary electron e P is 300 eV.
3 and the secondary electron emission efficiency δ (E) is 1 or more
The case of electrons accelerated at 0 eV or more is shown. Since N P there are more (primary electrons e number of P) from also N S (the number of secondary electrons e S), because there is no leakage of scattered electrons e d as in FIG. 4 (a), insulating Positive charges increase on the surface of the film 2, and the surface of the film 2 is charged up. Please note that this charge
Ups increase over time.
【００２１】図４（ロ）におけるチャージ・アップを防
止するには、図４（ハ）に示すように、試料上の空間の
該試料の電子ビーム照射面に対向して、金属メッシュ等
からなる補助電極９を設け、この補助電極９と基板１と
の間に直流電源１０を接続し、補助電極９に電位を与え
る。発生した二次電子のうち比較的エネルギーの高いも
のは、補助電極９に入射するか、補助電極９を通過して
試料表面の情報を持って二次電子検出器（図示せず）に
到達する。また、エネルギーの非常に低い電子は試料表
面へ逆戻りする。このような構成では、絶縁膜２の表面
と基板１との間には等価回路的にわずかなリーク電流が
あることになり、絶縁膜２の表面の電位は、平衡状態と
して基板１よりも僅かに正の側の電位を持つ。なお、図
示のように、直流電源１０は基板１の側を負、補助電極
９の側を正としてあるが、直流電源１０の電位の比較的
小さい場合は、正負が逆でも良く、また直流電源１０は
抵抗と置き換えても原理的には等しい。しかし、実用上
は図示のような接続が、二次電子の補集量を高める上で
都合良い。In order to prevent the charge-up in FIG. 4B, as shown in FIG. 4C, a metal mesh or the like is formed in a space above the sample so as to face the electron beam irradiation surface of the sample. An auxiliary electrode 9 is provided, and a DC power supply 10 is connected between the auxiliary electrode 9 and the substrate 1 to apply a potential to the auxiliary electrode 9. Among the generated secondary electrons, those having relatively high energy enter the auxiliary electrode 9 or pass through the auxiliary electrode 9 to reach a secondary electron detector (not shown) with information on the sample surface. . Electrons with very low energy return to the sample surface. In such a configuration, there is a slight leak current between the surface of the insulating film 2 and the substrate 1 in an equivalent circuit, and the potential of the surface of the insulating film 2 is slightly lower than that of the substrate 1 in an equilibrium state. Has a positive potential. As shown, the DC power supply 10 has a negative side on the substrate 1 and a positive side on the auxiliary electrode 9. However, when the potential of the DC power supply 10 is relatively small, the polarity may be reversed. Even if 10 is replaced with a resistor, it is in principle equal. However, in practice, the connection as shown is convenient for increasing the collection amount of secondary electrons.
【００２２】図４（ニ）に示すように、図４（ロ）また
は（ハ）と同じ条件で、絶縁膜２に欠陥がある場合、具
体的には絶縁膜２にピン・ホールがあるか、もしくは完
全な孔となっていなくても、絶縁膜２が一部薄い場合
は、その欠陥部分では等価的に図４（イ）と同様にな
る。すなわち、欠陥部分の表面電位は基板１と同電位に
なる。As shown in FIG. 4D, under the same conditions as FIG. 4B or FIG. 4C, when the insulating film 2 has a defect, specifically, whether there is a pin hole in the insulating film 2 If the insulating film 2 is partially thin even if the hole is not completely formed, the defect portion is equivalent to that shown in FIG. That is, the surface potential of the defective portion becomes the same as that of the substrate 1.
【００２３】上記図４（ロ）〜（ニ）は、二次電子放射
効率δ（Ｅ)2が１以上の場合であったが、δ（Ｅ）＜１
の場合について図４（ホ）に示す。図３においては、一
次電子ビームエネルギーが２３００ｅＶ以上かあるいは
３０ｅＶ以下で加速された場合である。まず２３００ｅ
Ｖ以上の場合、散乱電子ｅdが基板１に達するときはδ
（Ｅ）が異なることによる発生二次電子数の割合が少な
いだけで図４（イ）と同様である。しかし、絶縁膜２が
厚くて、散乱電子ｅdが基板１に到達することができな
い場合、入射する一次電子数ＮPが、放出される二次電
子数ＮSよりも大なので、図４（ロ）とは逆に、絶縁膜
２の表面は負の電荷が増してチャージ・アップを起こ
す。しかし、この場合には、図４（ハ）のように補助電
極９を付加しても、このチャージ・アップは負電位なの
で防止することはできず、したがって絶縁膜２の表面電
位を一定値に保つことは不可能である。また、後者の３
０ｅＶ以下でも、絶縁膜２の厚さが異なるだけで、現象
は上記と同様である。その厚さとは、図２の外挿によれ
ば１０Å以下という極めて薄いものであり、通常絶縁膜
としては用いることのない領域である。FIGS. 4B to 4D show the case where the secondary electron emission efficiency δ (E) 2 is 1 or more, but δ (E) <1.
FIG. 4E shows the case of (1). FIG. 3 shows a case where the primary electron beam energy is accelerated at 2300 eV or more or 30 eV or less. First, 2300e
For more than V, and when the scattered electrons e d reaches the substrate 1 [delta]
FIG. 4A is the same as FIG. 4A except that the ratio of the number of secondary electrons generated due to the difference in FIG. However, thicker insulating film 2, if the scattered electrons e d can not reach the substrate 1, the primary electron number N P of the incident, since most of than the secondary electrons the number N S being released, Fig. 4 ( Contrary to (b), the surface of the insulating film 2 is charged up due to an increase in negative charges. However, in this case, even if the auxiliary electrode 9 is added as shown in FIG. 4C, this charge-up cannot be prevented since it is a negative potential, and therefore, the surface potential of the insulating film 2 is kept at a constant value. It is impossible to keep. In addition, the latter 3
Even at 0 eV or less, the phenomenon is the same as described above, except that the thickness of the insulating film 2 is different. According to the extrapolation of FIG. 2, the thickness is extremely thin, that is, 10 ° or less, and is a region which is not usually used as an insulating film.
【００２４】以上を整理して記すと次のようになる。The above is summarized and described as follows.
【００２５】（１）入射する一次電子ｅPのエネルギー
が高く、散乱電子ｅdが絶縁膜２を等価的に透過して基
板１に達する場合、絶縁膜２の表面電位は基板１の電位
にほぼ等しい（図４（イ））。[0025] (1) high energy of the primary electrons e P incident, if the scattered electrons e d reaches the substrate 1 and equivalently permeable insulating film 2, the surface potential of the insulating film 2 on the potential of the substrate 1 It is almost equal (Fig. 4 (a)).
【００２６】（２）一次電子ｅPのエネルギーが低く、
散乱電子ｅdが基板１を等価的に透過しない程度で、か
つ絶縁膜２からの二次電子発生効率δ（Ｅ）が１より大
である場合、絶縁膜２の表面電位は補助電極９を用いる
ことによって、基板１の電位より正である平衡状態に保
たれた電位を示す（図４（ロ）、（ハ））。(2) The energy of the primary electron e P is low,
Extent scattered electrons e d is not transmitted through the substrate 1 equivalently, and if the secondary electron generation efficiency δ of the insulating film 2 (E) is greater than 1, the surface potential of the insulating film 2 is an auxiliary electrode 9 By using this, a potential maintained in an equilibrium state that is more positive than the potential of the substrate 1 is shown (FIGS. 4B and 4C).
【００２７】（３）上記（２）の場合において絶縁膜２
にピンホール等の欠陥があれば、その欠陥箇所の表面電
位は、基板１の電位か、該電位にほぼ等しい電位を示す
（図４（ニ））。(3) In the case of the above (2), the insulating film 2
If there is a defect such as a pinhole, the surface potential of the defective portion indicates the potential of the substrate 1 or a potential substantially equal to the potential (FIG. 4D).
【００２８】（４）一次電子ｅPが絶縁膜２を等価的に
透過せず、かつ絶縁膜２からの二次電子発生効率δ
（Ｅ）が１より小である場合、絶縁膜２の表面電位は負
の側に変化し平衡状態に達することができない（図４
（ホ））。(4) The primary electrons e P do not pass through the insulating film 2 equivalently, and the secondary electron generation efficiency δ from the insulating film 2
If (E) is smaller than 1, the surface potential of the insulating film 2 changes to the negative side and cannot reach an equilibrium state (FIG. 4).
(E)).
【００２９】このような試料表面に、一次電子ｅPが絶
縁膜２を等価的に透過しないエネルギーの一次電子ビー
ムを走査し、それにより発生する二次電子信号を検出す
ると、表面電位の差に基づく二次電子収量の差が敏感に
反映されるため、上記（２）および（３）の原理を利用
することにより、絶縁膜２の欠陥箇所と正常な部分を表
面電位の差として検出して区別することができる。When the primary electron e P is scanned on the sample surface with a primary electron beam having an energy that does not equivalently pass through the insulating film 2 and a secondary electron signal generated by the primary electron beam e P is detected, a difference in surface potential is detected. Since the difference in the yield of secondary electrons is sensitively reflected, the defect point and the normal part of the insulating film 2 are detected as the difference in the surface potential by utilizing the principles of (2) and (3). Can be distinguished.
【００３０】図５は、絶縁膜２の上に孤立して金属また
は半導体３、例えばＰｏｌｙ−Ｓｉが形成されている試
料を検査する場合の本発明の原理を示す図で、９は補助
電極、１０は直流電源である。このような試料におい
て、絶縁膜２上の金属または半導体３の電位は、近傍の
絶縁膜２の表面電位と等しくなるため、金属または半導
体３の表面電位を表わす二次電子を検出することによっ
て、その絶縁性を知ることができる。ただし、二次電子
の収量そのものは、金属または半導体３に対するものと
なる（図３参照）。FIG. 5 is a view showing the principle of the present invention in the case of inspecting a sample in which a metal or semiconductor 3, for example, Poly-Si is formed isolated on the insulating film 2, and 9 is an auxiliary electrode, Reference numeral 10 denotes a DC power supply. In such a sample, since the potential of the metal or semiconductor 3 on the insulating film 2 becomes equal to the surface potential of the neighboring insulating film 2, by detecting secondary electrons representing the surface potential of the metal or semiconductor 3, You can know its insulation. However, the yield of secondary electrons itself is that for the metal or semiconductor 3 (see FIG. 3).
【００３１】なお、上記の説明では、検査すべき薄膜と
して絶縁膜を例に挙げて説明したが、抵抗が約１ＭΩ以
下の導体を除く、基体上に設けた絶縁膜、半導体膜等、
種々の薄膜を検査することができる。また、表面に存在
する薄膜のみならず、中間に存在する薄膜をも検査する
ことができる。また、基体も、該基体表面に設ける薄膜
との組み合わせによるが、半導体、金属、絶縁物等何で
もよい。例えば、絶縁物基板の場合は、表面薄膜は半導
体、金属となる。[0031] In the above description, is described as an example of the insulating film as a thin film to be examined, resistance except for the following conductors about 1 M.OMEGA, insulating film provided on a substrate, a semi-conductor film,
Various thin films can be inspected. Further, not only a thin film existing on the surface but also an intermediate thin film can be inspected. The substrate also depends on the combination with the thin film provided on the surface of the substrate, but may be a semiconductor, a metal, an insulator, or the like. For example, in the case of an insulator substrate, the surface thin film is a semiconductor or metal.
【００３２】[0032]
【実施例】以下、本発明の実施例を図６〜９に基づいて
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００３３】図６は、本発明の第１の実施例の電子ビー
ム検査装置の概略ブロック図である。この図において、
１１は電子ビーム源となる電界放射陰極で、尖針１１ａ
とこれに接合されたＷフィラメント１１ｂからなる。１
８は−１ｋＶ程度の直流高電圧の電源で、電界放射陰極
１１に電界放射のための電位を与える。１９はフィラメ
ント１１ｂを通電加熱し１１００℃近傍に保つための電
源である。１２はアノード、１２ａはアノード１２の絞
り孔で、電界放射陰極１１からは電子が放射角１／４ｒ
ａｄ程度で絞り孔１２ａに放射される。１３はアノード
１２の絞り孔１２ａを通過した電子ビーム束を収束する
ための収束手段すなわち磁気収束レンズ、２１は磁気収
束レンズの電源である。１４は非点収差補正コイル、２
０は非点収差補正コイル１４の電源、１５は電子ビーム
を走査するための偏向手段すなわち偏向コイル、２３は
偏向コイル１５の電源、１６は電子光学系鏡体、１７は
イオンポンプを含む排気手段、３２は磁気収束レンズ１
３により収束された電子ビームが照射される絶縁膜２を
持つ試料（ここでは図５に示した試料）、４３は試料
台、９は試料３２の上方周囲に配置された金属メッシュ
からなる補助電極、２６、２７は電源で、試料３２およ
び補助電極９に電圧を与えることにより、電界放射陰極
１１から照射される電子ビームの速度を所定の値まで減
速する減速手段となる。なお、電源２６、２７は、それ
ぞれスイッチＡおよびＢによって切換え可能になってい
る。FIG. 6 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In this figure,
Reference numeral 11 denotes a field emission cathode serving as an electron beam source.
And a W filament 11b bonded thereto. 1
Reference numeral 8 denotes a DC high voltage power supply of about -1 kV, which applies a potential for field emission to the field emission cathode 11. Reference numeral 19 denotes a power supply for energizing and heating the filament 11b to keep it at about 1100 ° C. Reference numeral 12 denotes an anode, 12a denotes an aperture of the anode 12, and electrons are emitted from the field emission cathode 11 at a radiation angle of 1 / 4r.
The light is radiated to the aperture 12a at about ad. Reference numeral 13 denotes a converging means for converging the electron beam flux passing through the aperture 12a of the anode 12, that is, a magnetic converging lens, and reference numeral 21 denotes a power supply for the magnetic converging lens. 14 is an astigmatism correction coil, 2
Reference numeral 0 denotes a power supply for the astigmatism correction coil 14, reference numeral 15 denotes a deflection unit for scanning the electron beam, that is, a deflection coil, reference numeral 23 denotes a power supply for the deflection coil 15, reference numeral 16 denotes an electron optical system mirror, and reference numeral 17 denotes an exhaust unit including an ion pump. , 32 are magnetic focusing lenses 1
A sample having an insulating film 2 to be irradiated with the electron beam converged by 3 (here, the sample shown in FIG. 5), 43 is a sample stage, and 9 is an auxiliary electrode made of a metal mesh arranged around the upper portion of the sample 32 , 26 and 27 are power sources, and serve as deceleration means for decelerating the speed of the electron beam emitted from the field emission cathode 11 to a predetermined value by applying a voltage to the sample 32 and the auxiliary electrode 9. The power supplies 26 and 27 can be switched by switches A and B, respectively.
【００３４】２２は電子ビームの照射により試料３２か
ら発生する二次電子を捕集する二次電子検出器、２８は
増幅器、２９は絶縁膜２の欠陥に対応する情報信号を表
示するブラウン管を含む表示器である。Reference numeral 22 denotes a secondary electron detector that collects secondary electrons generated from the sample 32 by irradiation of the electron beam, 28 denotes an amplifier, and 29 includes a cathode ray tube that displays an information signal corresponding to a defect of the insulating film 2. It is a display.
【００３５】２４は発振器、２５は倍率補正器、３０は
比較器、３１はパターン発生器であり、これらについて
は後で詳述する。なお、二次電子検出器２２、電源２
３、発振器２４、倍率補正器２５、増幅器２８、表示器
２９、比較器３０、パターン発生器３１により表示手段
が構成されている。24 is an oscillator, 25 is a magnification corrector, 30 is a comparator, and 31 is a pattern generator, which will be described in detail later. Note that the secondary electron detector 22 and the power supply 2
3, an oscillator 24, a magnification corrector 25, an amplifier 28, a display 29, a comparator 30, and a pattern generator 31 constitute display means.
【００３６】以上、本発明の第１の実施例の各構成部分
について一とおり説明したが、次に上記電界放射陰極１
１についてさらに説明を加える。つまり、本発明を実施
するに当って一つの重要な点は、前述のように、絶縁膜
２を透過しない程度のエネルギーの電子ビームを用いる
ことである。絶縁膜２が薄い程、エネルギーの低い電子
ビームを用いなければならない。ところが、前述のごと
く電子光学の原則によって、一般にエネルギーが低けれ
ば電子ビームの輝度は低くなる。低速電子ビームにおい
て、できる限り小さい電子ビームのスポット径を得るに
は、電子ビーム源となる陰極に高輝度のものを用いる必
要がある。The components of the first embodiment of the present invention have been described above.
1 will be further described. That is, one important point in carrying out the present invention is to use an electron beam having an energy that does not pass through the insulating film 2 as described above. As the insulating film 2 is thinner, an electron beam with lower energy must be used. However, as described above, according to the principle of electron optics, generally, the lower the energy, the lower the brightness of the electron beam. In order to obtain an electron beam spot diameter as small as possible in a low-speed electron beam, it is necessary to use a high-brightness cathode as an electron beam source.
【００３７】本実施例の電界放射陰極１１は、軸方位＜
１００＞の単結晶タングステンＷ線から電界研摩して尖
針１１ａを形成したもので、酸素を介してチタンＴｉの
単原子層の吸着状態を長時間加熱状態で維持できる熱電
界放射陰極である。この陰極は尖針表面において仕事関
数がＷより低いため、同じ曲率半径のＷ尖針と比較し
て、低い電圧で同様の電子ビーム電流が得られる。な
お、通常のＷ尖針では、尖針の表面清浄化のためにフラ
ッシングという瞬間高温加熱を行なうが、この操作のた
めに尖針の先端曲率半径を当初非常に小さくしても、加
熱による影響で先端が鈍化してしまう。これに対して、
本実施例のＴｉ吸着型の電界放射陰極１１は、高温のフ
ラッシング操作が不要であり、前述の尖針表面の仕事関
数が小さいことと合わせて、１ｋＶ程度の低い電圧で電
界放射が可能であり、また低い加速電圧にもかかわらず
電界放射であるために高輝度である。なお、このような
理由により、電源１８は−１ｋＶ程度の直流高電圧電源
を用いる。The field emission cathode 11 of this embodiment has an axial orientation <
This is a thermoelectric field emission cathode in which a sharp needle 11a is formed by electric field polishing from a single crystal tungsten W line of 100>, and the adsorption state of a titanium atomic layer of titanium Ti can be maintained in a heated state for a long time via oxygen. Since the work function of this cathode is lower than W at the surface of the point, a similar electron beam current can be obtained at a lower voltage as compared with a W point having the same radius of curvature. In addition, in the case of a normal W-tipped needle, instantaneous high-temperature heating called flushing is performed in order to clean the surface of the tipped needle. The tip becomes dull. On the contrary,
The Ti adsorption type field emission cathode 11 of the present embodiment does not require a high-temperature flushing operation, and can emit a field at a low voltage of about 1 kV in combination with the small work function of the surface of the pointed needle. And high brightness due to field emission despite low accelerating voltage. For such a reason, the power supply 18 uses a DC high voltage power supply of about -1 kV.
【００３８】次に、本実施例において試料３２に入射す
る電子ビームのエネルギー（速度）が必要な値すなわ
ち、電子が試料３２の絶縁膜２を等価的に透過しない値
に減速する原理について説明する。すなわち、電源１８
の電圧が前述のように−１ｋＶであり、かつ試料３２の
電位が鏡体１６と同じ接地電位である場合、電界放射陰
極１１からは１ｋｅＶのエネルギーの電子ビームが試料
３２に入射する。ところが、試料３２に図示のように設
けた電子ビームの減速手段である電源２６によって減速
電位、例えば−９００Ｖを与えると、試料３２に入射す
る電子のエネルギーは１００ｅＶとなる。すなわち、電
源２６は減速電圧として例えば前述の−９００Ｖに設定
してあり、スイッチＡを操作することにより電子が試料
３２の絶縁膜２を等価的に透過しない値まで電子エネル
ギーの速度を減速する。また、電源２７は電子が絶縁膜
２を透過する電圧例えば−２００Ｖに設定してあり、し
たがって試料３２に入射する電子ビームのエネルギーは
８００ｅＶとなる。Next, a description will be given of the principle of the present embodiment in which the energy (velocity) of the electron beam incident on the sample 32 is reduced to a required value, that is, the electron is decelerated to a value that does not equivalently pass through the insulating film 2 of the sample 32. . That is, the power supply 18
Is -1 kV as described above, and the potential of the sample 32 is the same ground potential as the mirror 16, an electron beam having an energy of 1 keV is incident on the sample 32 from the field emission cathode 11. However, when a decelerating potential, for example, -900 V is applied by the power supply 26 as the electron beam decelerating means provided on the sample 32 as shown in the figure, the energy of the electrons incident on the sample 32 becomes 100 eV. That is, the power supply 26 is set to, for example, the aforementioned -900 V as a deceleration voltage, and by operating the switch A, the speed of electron energy is reduced to a value at which electrons do not equivalently pass through the insulating film 2 of the sample 32. The voltage of the power supply 27 is set to a voltage at which electrons pass through the insulating film 2, for example, -200 V. Therefore, the energy of the electron beam incident on the sample 32 is 800 eV.
【００３９】上記のように構成した本発明の第１の実施
例の電子ビーム検査装置において、その動作を説明す
る。減速手段である電源２６により必要な速度まで減速
された電子ビームが試料３２上に照射されると、二次電
子が発生するが、そのうち補助電極９を通過したものの
一部または大部分は二次電子検出器２２に捕集される。
それにより二次電子検出器２２から出力する検出電流
は、増幅器２８によって増幅され、表示器２９に入力さ
れる。また、発振器２４によって作られる偏向信号は、
電源２３により増幅され、電子ビームを走査する偏向コ
イル１５に与えられる。なお、発振器２４の偏向信号
は、表示器２９にも同期して与えられ、後に詳しく述べ
る二次元輝度変調表示、あるいは線状表示等の絶縁膜２
の欠陥に対応する情報信号が表示器２９に表示される。The operation of the thus configured electron beam inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. When the electron beam decelerated to a required speed by the power supply 26 as the deceleration means is irradiated on the sample 32, secondary electrons are generated, and a part or most of the electrons passing through the auxiliary electrode 9 are secondary. It is collected by the electronic detector 22.
Thereby, the detection current output from the secondary electron detector 22 is amplified by the amplifier 28 and input to the display 29. The deflection signal generated by the oscillator 24 is
The signal is amplified by the power supply 23 and supplied to the deflection coil 15 for scanning the electron beam. Note that the deflection signal of the oscillator 24 is also supplied to the display 29 in synchronization with the insulating film 2 such as a two-dimensional luminance modulation display or a linear display, which will be described in detail later.
The information signal corresponding to the defect is displayed on the display 29.
【００４０】次に、本実施例の表示手段による一つの表
示例（上記二次元輝度変調表示）およびその表示による
測定結果を図７（イ）に基づいて説明する。図７（イ）
は、図６で示した本発明の第１の実施例の電子ビーム検
査装置の表示器２９の画面に表示された二次電子像を示
す図である。試料３２の断面構造は図５に示したものと
同様であり、基板１はＳｉ単結晶板、絶縁膜２は膜厚２
００ÅのＳｉＯ2、金属または半導体３は膜厚３５００
ÅのＰｏｌｙ−Ｓｉである。さらに詳しくいえば、この
試料はＰｏｌｙ−Ｓｉが幅１μｍの線状に３μｍ間隔
で、いわゆるライン・アンド・スペースで構成された試
料である。図２にもとづいて２００ÅのＳｉＯ2膜を透
過しない電子ビームのエネルギーは５００ｅＶ以下であ
るので、１００ｅＶの電子ビームを用いる。図７（イ）
は、試料３２ａへの入射エネルギーが１００ｅＶ（スイ
ッチＡ）の場合に表示器２９の画面に表示された二次電
子像で、前に図３をもとに説明した二次電子発生効率の
差から、Ｐｏｌｙ−Ｓｉの部分が黒く（二次電子信号が
弱い）、バックグラウンドである絶縁膜ＳｉＯ2の部分
が白く（二次電子信号が強い）見える。なお、この図７
（イ）では、矢印で示した他と較べて白っぽいラインの
箇所があり、その部分の絶縁膜に欠陥があることを明白
にしている。なお、図７（ロ）については、後で述べ
る。Next, one display example (the above-described two-dimensional luminance modulation display) by the display means of the present embodiment and a measurement result by the display will be described with reference to FIG. Fig. 7 (a)
FIG. 7 is a diagram showing a secondary electron image displayed on the screen of the display unit 29 of the electron beam inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The cross-sectional structure of the sample 32 is the same as that shown in FIG. 5, the substrate 1 is an Si single crystal plate, and the insulating film 2 is
SiO 2 of 00 °, metal or semiconductor 3 has a thickness of 3500
ÅPoly-Si. More specifically, this sample is a sample in which Poly-Si is linearly formed with a width of 1 μm at intervals of 3 μm, that is, a so-called line and space. Based on FIG. 2, the energy of an electron beam that does not pass through a 200 ° SiO 2 film is 500 eV or less, so an electron beam of 100 eV is used. Fig. 7 (a)
Is a secondary electron image displayed on the screen of the display unit 29 when the incident energy on the sample 32a is 100 eV (switch A), and is based on the difference in the secondary electron generation efficiency described above with reference to FIG. , Poly-Si portion is black (the secondary electron signal is weak), and the background portion of the insulating film SiO 2 is white (the secondary electron signal is strong). Note that FIG.
In (a), there is a whitish line in comparison with the others indicated by the arrow, and it is clear that there is a defect in the insulating film in that part. FIG. 7B will be described later.
【００４１】なお、絶縁膜２の欠陥箇所の解析は、図７
（イ）の表示例で示した試料のようにパターンの単純な
もの、あるいは予めパターンが明確にわかっているもの
については、表示器２９の画面を目視することによって
判断できるが、複雑なパターンの場合には、図６に示し
たように予め入力されたパターンを発生するパターン発
生器３１および比較器３０を用いて、表示器２９に現わ
れる情報と比較することにより、欠陥箇所を知ることが
できる。Incidentally, the analysis of the defective portion of the insulating film 2 is shown in FIG.
A simple pattern such as the sample shown in the display example of (a) or a pattern whose pattern is clearly known in advance can be determined by visually observing the screen of the display 29. In this case, as shown in FIG. 6, a defective portion can be known by comparing with information appearing on the display 29 using a pattern generator 31 and a comparator 30 that generate a pattern input in advance. .
【００４２】また、パターン未知の試料における絶縁膜
の欠陥箇所の解析方法について図７（ロ）をもとに説明
する。すなわち、図６においてスイッチＢを操作するこ
とにより、例えば−２００Ｖに設定された電源２７によ
り試料３２に減速電圧を与える。すると、この試料３２
に入射する電子ビームのエネルギーは８００ｅＶとな
り、図２に基づいて５００ｅＶ以上であるので電子は試
料３２の絶縁膜２を透過する。ただし、図３に基づいて
２３００Ｖ以下であるのでチャージ・アップは起こさな
い。図７（ロ）は、電子ビームの減速電圧が電源２７に
より上記のように設定された場合に、表示器２９の画面
に表示された二次電子像を示す図であり、前述の図７
（イ）と同一試料の同一部分の二次電子像を示す。すな
わち、図７（ロ）において、欠陥箇所は見えず、試料に
もともと形成されているパターンの外形の情報のみを示
している。このように、欠陥箇所を見るには、電子が絶
縁膜を等価的に透過しないように設定された電源２６を
用い、試料のパターンを見るには、電子が絶縁膜を透過
するように設定された電源２７を用いる。したがって、
パターン未知の試料に対しては、スイッチＡとＢを切換
えることによって表示器２９に現われる２つの二次電子
像を比較することによって、欠陥箇所の判定が可能であ
る。なお、この際、１００ｅＶと８００ｅＶの試料３２
の入射エネルギーの差によって表示器２９の画面に現わ
れる像の倍率が異なってくる。したがって、同一倍率で
比較ができるように倍率補正器２５を用い、それぞれス
イッチＣとＤを電源２６および２７の切り換えに合わせ
て切り換える。このようにすることにより、図７
（イ）、（ロ）の像を表示器２９の画面において、等し
い倍率で比較することができる。A method of analyzing a defective portion of an insulating film in a sample whose pattern is unknown will be described with reference to FIG. That is, by operating the switch B in FIG. 6, a deceleration voltage is applied to the sample 32 by the power supply 27 set to, for example, -200V. Then, this sample 32
The energy of the electron beam incident on the sample is 800 eV, which is 500 eV or more based on FIG. However, since the voltage is 2300 V or less based on FIG. 3, no charge-up occurs. FIG. 7B is a diagram showing a secondary electron image displayed on the screen of the display 29 when the deceleration voltage of the electron beam is set by the power supply 27 as described above.
(A) shows a secondary electron image of the same portion of the same sample. That is, in FIG. 7B, no defective portion is seen, and only information on the outer shape of the pattern originally formed on the sample is shown. As described above, the power source 26 set so that electrons do not pass through the insulating film equivalently is used to see the defective portion, and the electrons are set so as to pass through the insulating film to see the pattern of the sample. Power supply 27 is used. Therefore,
With respect to a sample whose pattern is unknown, a defective portion can be determined by comparing two secondary electron images appearing on the display 29 by switching the switches A and B. At this time, the samples 32 of 100 eV and 800 eV were used.
The magnification of the image appearing on the screen of the display 29 varies depending on the difference in the incident energy of the image. Therefore, the switches C and D are switched according to the switching of the power supplies 26 and 27, respectively, by using the magnification corrector 25 so that the comparison can be performed at the same magnification. By doing so, FIG.
The images (a) and (b) can be compared at the same magnification on the screen of the display 29.
【００４３】さらに、上記のパターン発生器３１の代り
に、電子ビームエネルギーの高い場合と低い場合のいず
れかのパターン情報を記憶する記憶装置３１を設置し、
記憶装置３１および比較器３０を用いて表示器２９に欠
陥箇所の表示を行なうことができる。Further, instead of the above-mentioned pattern generator 31, a storage device 31 for storing pattern information in either a case where the electron beam energy is high or a case where the electron beam energy is low is provided.
Using the storage device 31 and the comparator 30, the display 29 can display a defective portion.
【００４４】図８は、本発明の第２の実施例の電子ビー
ム検査装置の概略ブロック図である。図において、３３
は熱陰極、３４はウェーネルト電極、３５は電源、２６
は電子ビームの減速手段である電源、その他図６で示し
た第１の実施例同符号のものは同一部材を示す。熱陰極
３３は、第１の実施例の電界放射陰極１１と比較して輝
度が低いが、低加速電圧を印加して用いるとさらに輝度
が低下する。ここで、輝度の値を重視するのは、収束さ
れた電子ビームのスポット径をできるだけ小さくし、し
かもできるだけ大きい電流を得るためである。したがっ
て、このことを考慮すると、目的によっては熱陰極も低
加速電圧で使用できるといえる。すなわち、スポット径
がそれ程小さくなくても欠陥検査の機能を果す場合は充
分にある。本実施例では熱陰極の中で最も高い輝度を持
つ直熱型の六硼化ランタン（ＬａＢ6）陰極を使用して
いる。FIG. 8 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 33
Is a hot cathode, 34 is a Wehnelt electrode, 35 is a power supply, 26
Denotes a power source as electron beam decelerating means, and the same reference numerals denote the same members as those in the first embodiment shown in FIG. Although the hot cathode 33 has a lower luminance than the field emission cathode 11 of the first embodiment, the luminance further decreases when a low acceleration voltage is applied. Here, the value of the luminance is emphasized in order to reduce the spot diameter of the converged electron beam as much as possible and to obtain a current as large as possible. Therefore, considering this, it can be said that the hot cathode can be used at a low acceleration voltage depending on the purpose. That is, even if the spot diameter is not so small, the function of the defect inspection can be sufficiently performed. In this embodiment, a direct heat type lanthanum hexaboride (LaB 6 ) cathode having the highest luminance among the hot cathodes is used.
【００４５】このような構成の第２の実施例の電子ビー
ム検出装置において、熱陰極３３を電源１９によって加
熱し、１６００℃程度に保つ。そして、ウェーネルト電
極３４に電源３５により熱陰極３３の電位に対して負電
位を印加し、かつ直流高電圧の電源１８によって熱陰極
３３に電圧を印加すると、ウェーネルト電極３４とアノ
ード１２間に図示のようなクロスオーバーＥを作って電
子ビームが放射される。なお、電源１８に−１ｋＶ程度
の電源を用いると試料に印加される電位は、図６で示し
た第１の実施例と同様になる。また、この第２の実施例
も図示は省略したが第１の実施例と同様の表示手段等が
接続されるものであり、その機能も同様であるので説明
は省略する。In the electron beam detector of the second embodiment having such a configuration, the hot cathode 33 is heated by the power supply 19 and is maintained at about 1600.degree. Then, when a negative potential with respect to the potential of the hot cathode 33 is applied to the Wehnelt electrode 34 by the power supply 35 and a voltage is applied to the hot cathode 33 by the DC high-voltage power supply 18, the electric potential shown in FIG. An electron beam is emitted by forming such a crossover E. When a power supply of about -1 kV is used as the power supply 18, the potential applied to the sample becomes the same as that of the first embodiment shown in FIG. Although the second embodiment is not shown, the same display means and the like as those of the first embodiment are connected, and their functions are also the same.
【００４６】図９は本発明の第３の実施例の電子ビーム
検査装置の概略ブロック図である。図において、１１は
電界放射陰極、３７は第１アノード、３８は第２アノー
ド、３９は第３アノード、４０、４１、４２、３６は電
源で４１、４２が電子ビームの減速手段の電源、その他
図６、図８と同符号のものは同一部材を示す。なお、本
実施例は、陰極として軸方位＜３１０＞のＷ電界放射陰
極を用いた場合である。この電界放射陰極１１は、仕事
関数が最も低く、放射電流密度が最も大きい。また、電
界放射電圧として３〜６ｋＶ程度であり、第１アノード
３７との間に電源４０によって印加される電圧によって
電子ビームを放射する。なお、本実施例において試料３
２に入射するエネルギーは、（電源４１の電圧）で定め
られる。すなわち、本実施例は、第１アノード３７、第
２アノード３８および第３アノード３９の組み合わせ
で、電子ビームの減速作用と静電レンズ作用を行なわせ
るものである。なお、試料３２は接地電位とし、補助電
極９には電源３６によって最適な電位を与える。他の構
成および機能は図６の第１の実施医と同様なので説明は
省略する。FIG. 9 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 11 is a field emission cathode, 37 is a first anode, 38 is a second anode, 39 is a third anode, 40, 41, 42, and 36 are power supplies, 41 and 42 are power supplies of electron beam deceleration means, and others. 6 and 8 indicate the same members. In this embodiment, a W field emission cathode having an axial orientation of <310> is used as the cathode. The field emission cathode 11 has the lowest work function and the highest emission current density. Further, the electric field emission voltage is about 3 to 6 kV, and an electron beam is emitted by a voltage applied between the first anode 37 and the power supply 40. In this example, the sample 3
2 is determined by (voltage of the power supply 41). That is, in the present embodiment, the combination of the first anode 37, the second anode 38, and the third anode 39 performs the deceleration action of the electron beam and the electrostatic lens action. The sample 32 is set to the ground potential, and the auxiliary electrode 9 is supplied with an optimum potential by the power supply 36. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment doctor in FIG.
【００４７】なお、本発明の原理の説明および実施例に
おいて、基板１としてはＳｉ単結晶板、絶縁膜２として
はＳｉＯ2、また絶縁膜２上に孤立して形成される金属
または半導体３としてはＰｏｌｙ−Ｓｉを用いて説明し
たが、他の物質の場合でも本発明の効果は変りない。In the description and examples of the principle of the present invention, the substrate 1 is a single crystal silicon plate, the insulating film 2 is SiO 2 , and the metal or semiconductor 3 formed on the insulating film 2 in isolation. Has been described using Poly-Si, but the effect of the present invention does not change even when other substances are used.
【００４８】また、図６に示した第１の実施例では、電
子ビームの入射速度を電子が検査すべき薄膜を等価的に
透過しない値まで減速する手段として減速電源２６を用
いたが、電子ビームの入射速度を電子が検査すべき薄膜
を等価的に透過しない値にあらかじめ設定しておけば、
減速電源２６は不要である。In the first embodiment shown in FIG. 6, the deceleration power source 26 is used as a means for reducing the incident speed of the electron beam to a value at which the electrons do not equivalently pass through the thin film to be inspected. If the beam incidence speed is set in advance to a value at which electrons do not pass through the thin film to be inspected equivalently,
The deceleration power supply 26 is unnecessary.
【００４９】さらに、上記実施例では、試料表面のチャ
ージ・アップを防止するために、補助電極９（図６、図
８）、電源２６（図６）を設けたが、収束レンズおよび
試料との間の構成によっては、チャージの適度なバラン
スがとれ、チャージ・アップが防止できる場合があり、
この場合には当然補助電極９、図６の電源２６は不要で
ある。Further, in the above embodiment, the auxiliary electrode 9 (FIG. 6, FIG.
8) Although the power source 26 (FIG. 6) is provided, depending on the configuration between the converging lens and the sample, an appropriate balance of charge may be obtained, and charge-up may be prevented.
In this case, the auxiliary electrode 9 and the power supply 26 shown in FIG. 6 are naturally unnecessary.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明によれば、基板上に形成された絶
縁膜または半導体膜からなる薄膜であり、かつ、その
下、上の一方または両方にそれと異なる材質の膜を全面
または選択的に有する種々の試料について、従来検査す
ることができなかった薄膜の欠陥の大きさ、数等を検知
することができる。また、従来は機械的接触により検査
していたものを本発明は検査すべき薄膜を電子が等価的
に透過しない電子ビームを用いて非接触で検査を行なう
ので、脆弱な半導体試料に対しても無損傷で検査するこ
とができる。したがって、製造プロセスの途中で検査す
べき素子の検査を行なうことができ、検査終了後後続の
製造プロセスを継続することが可能である。また、本発
明は電子ビームの微小なスポット径に対応する０．１μ
ｍ程度の微細な欠陥箇所をも検知することができる。さ
らに、薄膜表面の電位をその下にある基板の電位より正
である平衡状態に保つべく、試料の電子ビームの照射面
に対向して配置した補助電極へ所定の電圧を印加するこ
とにより、所定の値の像コントラストが再現性よく得ら
れる。このように、本発明の効果は顕著である。According to the present invention, an insulating layer formed on a substrate is formed.
A thin film composed of an edge film or a semiconductor film, and
Bottom, top, or both with a film of a different material
Or for various samples with the selection, the size of defects in the thin film could not be conventionally test can detect Suto. Furthermore, since conventionally present invention that have been examined by mechanical contact inspecting without contact with an electron beam electron thin film to be tested is not transmitted equivalently for fragile semiconductor sample Can be inspected without damage. Therefore, the element to be inspected can be inspected during the manufacturing process, and the subsequent manufacturing process can be continued after the inspection is completed. In addition , the present invention provides a 0.1 μm corresponding to a minute spot diameter of an electron beam.
It is possible to detect a minute defect portion of about m. Sa
In addition, the potential of the thin film surface is more positive than the potential of the underlying substrate.
In order to maintain the equilibrium state, the sample is irradiated with the electron beam
Apply a predetermined voltage to the auxiliary electrode
With this, a predetermined value of image contrast can be obtained with good reproducibility.
It is. Thus, the effect of the present invention is remarkable.
【図１】（イ）は検査すべき試料の断面図、（ロ）、
（ハ）は従来の検査装置の概略図である。1A is a cross-sectional view of a sample to be inspected, FIG.
(C) is a schematic diagram of a conventional inspection device.
【図２】ＳｉＯ2絶縁膜への入射電子ビームエネルギー
と電子の最大侵入深さとの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between incident electron beam energy into a SiO 2 insulating film and the maximum penetration depth of electrons.
【図３】電子ビームエネルギーと二次電子放射効率との
関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between electron beam energy and secondary electron emission efficiency.
【図４】（イ）〜（ホ）は本発明の原理を説明する断面
模型図である。FIGS. 4A to 4E are schematic cross-sectional views illustrating the principle of the present invention.
【図５】本発明の原理を説明する断面模型図である。FIG. 5 is a schematic sectional view illustrating the principle of the present invention.
【図６】本発明の第１実施例の電子ビーム検査装置の概
略ブロック図である。FIG. 6 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図７】（イ）、（ロ）は本発明の電子ビーム検査装置
のブラウン管表示器の画面に写し出された試料の二次電
子像の形状を示す図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the shape of a secondary electron image of a sample projected on a screen of a cathode ray tube display of the electron beam inspection apparatus of the present invention.
【図８】本発明の第２実施例の電子ビーム検査装置の概
略ブロック図である。FIG. 8 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第３実施例の電子ビーム検査装置の概
略ブロック図である。FIG. 9 is a schematic block diagram of an electron beam inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
２…絶縁膜、９…補助電極、１１、３３…陰極（電子ビ
ーム源）、１３…磁気収束レンズ（収束手段）、１５…
偏向コイル（偏向手段）、２６、２７、４１、４２…電
源（減速手段）、２９…表示器（表示手段）。2 ... insulating film, 9 ... auxiliary electrode, 11, 33 ... cathode (electron beam source), 13 ... magnetic focusing lens (convergence means), 15 ...
Deflection coils (deflection means), 26, 27, 41, 42 ... power supply (deceleration means), 29 ... display (display means).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/26 Ｈ０１Ｊ 37/26 (72)発明者 棟方 忠輔 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 本多 幸雄 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−58373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−95767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−165943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−24959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−126933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−196540（ＪＰ，Ａ) ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＩＥＮＴＩ ＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ（ＪＯ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｅ），1968，ＳＥＲＩＥＳ ２，ＶＯＬ ＵＭＥ １，Ｐ．1073−1079──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication H01J 37/26 H01J 37/26 (72) Inventor Chusuke Munekata 1-280, Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Stock (72) Inventor Yukio Honda 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (56) References JP-A-52-58373 (JP, A) JP-A-48 -95767 (JP, A) JP-A-57-165943 (JP, A) JP-A-47-24959 (JP, A) JP-A-56-126933 (JP, A) JP-A-57-196540 (JP, A) ) ORNAL OF SCIENTI FIC INSTRUMENTS (JO URNAL OF PHYSICS E), 1968, SERIES 2, VOL UM 1, P. 1073−1079
Claims (2)
する試料上に前記電子ビームを走査し、前記電子ビーム
を照射して前記薄膜の欠陥を検査する薄膜の観察方法に
おいて、 検査すべき前記薄膜が基板上に形成された絶縁膜または
半導体膜であり、かつ、その下、上の一方または両方に
それと異なる材質の膜を全面または選択的に有し、 電子が前記薄膜を等価的に透過する入射速度の前記電子
ビームを照射して前記薄膜から発生する二次電子を検出
することによりパターンの形状を検査し、電子が前記絶縁膜を等価的に透過しない入射速度で、か
つ、前記絶縁膜から発生する二次電子の発生効率が１よ
り大きい入射速度の前記電子ビームを照射し、前記絶縁
膜の電位が平衡となるように制御して 前記薄膜から発生
する二次電子を検出し、かつ、前記パターンの形状と比
較することにより前記薄膜の欠陥を検査することを特徴
とする薄膜の観察方法。1. A thin film observation method for converging an electron beam, scanning the electron beam on a sample having a thin film to be inspected, and irradiating the electron beam to inspect a defect of the thin film. The thin film is an insulating film or a semiconductor film formed on a substrate, and has a film of a material different from that on one or both of the lower and upper surfaces, or selectively, and electrons are equivalent to the thin film. A pattern shape is inspected by irradiating the electron beam at a transmitting incident speed and detecting secondary electrons generated from the thin film, and at an incident speed at which electrons do not equivalently transmit through the insulating film,
In addition, the generation efficiency of secondary electrons generated from the insulating film is 1 or more.
Irradiating the electron beam with a higher incident velocity
Observing the thin film, wherein secondary electrons generated from the thin film are detected by controlling the potential of the film to be in equilibrium , and defects of the thin film are inspected by comparing with the shape of the pattern. Method.
する試料上に前記電子ビームを走査し、前記電子ビーム
を照射して前記薄膜の欠陥を検査する薄膜の観察方法に
おいて、 検査すべき前記薄膜が基板上に形成された絶縁膜または
半導体膜であり、かつ、その下、上の一方または両方に
それと異なる材質の膜を全面または選択的に有し、 電子が前記薄膜を等価的に透過する入射速度の前記電子
ビームを照射して前記薄膜から発生する二次電子を検出
することによりパターンの形状を検査し、前記電子ビーム照射時に 前記絶縁膜から発生する二次電
子の発生効率が１より大きく、かつ、前記薄膜表面の電
位をその下にある前記基板の電位より正である平衡状態
に保ちつつ、さらに、電子が前記薄膜を等価的に透過し
ない入射速度の前記電子ビームを照射して前記薄膜から
発生する二次電子を検出し、かつ、前記パターンの形状
と比較することにより前記薄膜の欠陥を検査することを
特徴とする薄膜の観察方法。2. A thin film observation method for converging an electron beam, scanning the electron beam on a sample having a thin film to be inspected, and irradiating the electron beam to inspect a defect of the thin film. The thin film is an insulating film or a semiconductor film formed on a substrate, and has a film of a material different from that on one or both of the lower and upper surfaces, or selectively, and electrons are equivalent to the thin film. The pattern of the pattern is inspected by irradiating the electron beam at a transmitting incident speed and detecting the secondary electrons generated from the thin film, and the generation efficiency of the secondary electrons generated from the insulating film at the time of the electron beam irradiation is reduced. greater than 1 rather, and, while maintaining the potential of the thin film surface at equilibrium is more positive than the potential of the substrate below it, further, the electron incidence rate of electrons is not transmitted equivalently the thin film By irradiating over beam and detecting secondary electrons generated from the thin film, and a method of observing a thin film, characterized by inspecting defects of the thin film by comparing the shape of the pattern.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210995A JP2635016B2 (en) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Observation method of thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210995A JP2635016B2 (en) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Observation method of thin film |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2950383A Division JPS59155941A (en) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | Electron-beam inspection device |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9007994A Division JP2969090B2 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Defect inspection method |
| JP9007993A Division JP2951610B2 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Defect inspection method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778855A JPH0778855A (en) | 1995-03-20 |
| JP2635016B2 true JP2635016B2 (en) | 1997-07-30 |
Family
ID=16598589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6210995A Expired - Lifetime JP2635016B2 (en) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | Observation method of thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2635016B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6583413B1 (en) | 1999-09-01 | 2003-06-24 | Hitachi, Ltd. | Method of inspecting a circuit pattern and inspecting instrument |
| JP4954470B2 (en) * | 2004-12-27 | 2012-06-13 | 株式会社トプコン | Current measuring device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57165943A (en) * | 1981-04-02 | 1982-10-13 | Akashi Seisakusho Co Ltd | Acceleration controlling method for charged particle beams in electron microscope and similar device |
-
1994
- 1994-09-05 JP JP6210995A patent/JP2635016B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ（ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｅ），１９６８，ＳＥＲＩＥＳ ２，ＶＯＬＵＭＥ １，Ｐ．１０７３−１０７９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0778855A (en) | 1995-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6909092B2 (en) | Electron beam apparatus and device manufacturing method using same | |
| US6984822B2 (en) | Apparatus and method for secondary electron emission microscope | |
| JP2004534360A (en) | Electron beam device and device manufacturing method using the electron beam device | |
| Sparrow et al. | Application of scanning transmission electron microscopy to semiconductor devices | |
| JPH0563939B2 (en) | ||
| JPH08313544A (en) | Electron microscope and sample observing method using it | |
| JP2635016B2 (en) | Observation method of thin film | |
| JP2951609B2 (en) | Electron beam inspection equipment | |
| JP2635015B2 (en) | Method and apparatus for observing insulating film | |
| JP2969090B2 (en) | Defect inspection method | |
| JP2784176B2 (en) | Electron beam inspection equipment | |
| JP2807668B2 (en) | Electron beam defect inspection method and apparatus | |
| US6812461B1 (en) | Photocathode source for e-beam inspection or review | |
| JP2001148232A (en) | Scanning electron microscope | |
| JP2007128738A (en) | Charging control device and charged particle beam application apparatus having same | |
| JP2969091B2 (en) | Electron beam inspection equipment | |
| JP2966804B2 (en) | Electron beam inspection equipment | |
| JPH1027835A (en) | Inspection of defect and device | |
| Oatley et al. | The development of the scanning electron microscope | |
| JP2951610B2 (en) | Defect inspection method | |
| JPH1027834A (en) | Method and device for inspecting electron beam | |
| JPH1125901A (en) | Scanning microscope and scanning microscopic method | |
| JP3343421B2 (en) | Charged particle beam equipment | |
| Oatley et al. | The development of the scanning electron microscope | |
| JP2784175B2 (en) | Defect inspection equipment |