JP3062492B2 - Scanning electron microscope - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面で電子線
スポットを走査して試料表面の走査像を得る走査電子顕
微鏡に係り、特に、低加速電圧領域で空間分解能の高い
走査像を得ることの可能な走査電子顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope for obtaining a scanned image of a sample surface by scanning an electron beam spot on the surface of the sample, and more particularly to obtaining a scanned image having a high spatial resolution in a low acceleration voltage region. Scanning electron microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体デバイス用試料におけ
るサブミクロンオーダー（１μｍ以下）のコンタクトホ
ールやラインパターンの観察用あるいは測長用として、
走査電子顕微鏡が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been used for observing or measuring a contact hole or a line pattern of a submicron order (1 μm or less) in a semiconductor device sample.
A scanning electron microscope is used.
【０００３】走査電子顕微鏡では、加熱形又は電界放出
形の電子源から放出された電子線を試料上で走査して二
次的に得られる信号（二次電子および反射電子）を検出
し、この二次信号を電子線の走査と同期して走査される
ブラウン管の輝度変調入力とすることで走査像（ＳＥＭ
像）を得ている。一般の走査電子顕微鏡では、負電位を
印加した電子源と接地電位にある陽極間で電子源から放
出された電子を加速し、接地電位にある検査試料に照射
している。In a scanning electron microscope, an electron beam emitted from a heating type or field emission type electron source is scanned on a sample, and signals (secondary electrons and reflected electrons) obtained secondarily are detected. By using the secondary signal as the luminance modulation input of the cathode ray tube which is scanned in synchronization with the electron beam scanning, the scanned image (SEM
Image). In a general scanning electron microscope, electrons emitted from an electron source are accelerated between an electron source to which a negative potential is applied and an anode at a ground potential, and are irradiated on a test sample at a ground potential.
【０００４】近年、走査電子顕微鏡が半導体製造過程ま
たは完成後の検査過程（例えば電子線による電気的動作
の検査）で利用されるようになってきた結果、絶縁物を
帯電なしに観察することができるように、１０００Ｖ以
下の低加速電圧で１０ｎｍ以下の高分解能が要求される
ようになってきた。In recent years, scanning electron microscopes have been used in semiconductor manufacturing processes or inspection processes after completion (for example, inspection of electrical operation by electron beams). To be able to do so, a high resolution of 10 nm or less has been required at a low acceleration voltage of 1000 V or less.
【０００５】すなわち、半導体デバイス用試料は、一般
にＡｌやＳｉなどの導体部の上にＳｉＯ2 やＳｉＮなど
の電気絶縁物を積層して構成される。このような半導体
デバイス用試料に電子線を照射すると電気絶縁物表面が
負に帯電（以下、単にチャージアップと表現する場合も
ある）し、放出される二次電子の軌道が変化したり、一
次電子線そのものの軌道が変化するようになる。この結
果、ＳＥＭ像に異常コントラストが発生したり、ひどい
歪を生じる。That is, a sample for a semiconductor device is generally formed by laminating an electrical insulator such as SiO 2 or SiN on a conductor such as Al or Si. When such a semiconductor device sample is irradiated with an electron beam, the surface of the electric insulator becomes negatively charged (hereinafter, sometimes simply referred to as charge-up), and the trajectory of secondary electrons emitted changes, The orbit of the electron beam itself changes. As a result, abnormal contrast occurs in the SEM image or severe distortion occurs.
【０００６】このようなチャージアップに起因した像障
害は、コンタクトホールの観察やラインアンドスペース
の測長に重大な支障をきたすので、半導体製造プロセス
の評価が難しくなるばかりか、半導体デバイスそのもの
の品質を確保する上で大きな障害となる。このため、従
来では試料に照射される一次電子線のエネルギーが１Ｋ
ｅＶ以下である、いわゆる低加速ＳＥＭが用いられてい
た。[0006] The image failure caused by such charge-up seriously hinders observation of contact holes and length measurement of lines and spaces, so that not only is it difficult to evaluate a semiconductor manufacturing process but also the quality of a semiconductor device itself. Is a major obstacle in securing Therefore, conventionally, the energy of the primary electron beam applied to the sample is 1K.
A so-called low acceleration SEM having an eV or less has been used.
【０００７】ところが、上記した従来技術では次のよう
な問題点があった。すなわち、加速電圧が低くなると電
子線のエネルギばらつきに起因する色収差により分解能
が著しく低下し、高倍率での観察が難しくなる。また、
電子電流が少なくなると二次信号とノイズとの比（Ｓ／
Ｎ）が著しく低下し、ＳＥＭ像としてのコントラストが
悪くなり、高倍率、高分解能での観察が困難となる。特
に、超微細加工技術で作られた半導体デバイスなどで
は、コンタクトホールやラインパターンなどの凹部から
発生する信号が微弱となり、精細な観察や測長を行う上
で大きな障害となっていた。However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is, when the acceleration voltage is reduced, the resolution is significantly reduced due to the chromatic aberration caused by the energy variation of the electron beam, and observation at high magnification becomes difficult. Also,
When the electron current decreases, the ratio of the secondary signal to the noise (S /
N) is significantly reduced, the contrast as an SEM image is deteriorated, and observation with high magnification and high resolution becomes difficult. In particular, in a semiconductor device or the like manufactured by an ultra-fine processing technique, a signal generated from a concave portion such as a contact hole or a line pattern is weak, which is a major obstacle in performing fine observation and length measurement.
【０００８】このような問題を解決する方法として、例
えば、アイ・トリプルイー、第９回アニュアルシンポジ
ューム オン エレクトロン イオン アンド レーザ
ビーム テクノロジーのプロシーデング、１７６頁から
１８６頁（IEEE 9th AnnualSymposium on Electron,Ion
and Laser Technology）では、電子源と接地電位にあ
る陽極間での加速電圧は高く設定し、接地電位にある対
物レンズと負電位を印加された検査試料の間に減速電界
を発生させて試料に照射する電子線は減速させることに
より、最終的に比較的低い加速電圧に設定し、色収差の
低減とチャージアップの防止とを両立させた走査電子顕
微鏡が提案されている。As a method for solving such a problem, for example, I Triple E, ninth Annual Symposium on Electron Proceedings of Ion and Laser Beam Technology, pp. 176 to 186 (IEEE 9th Annual Symposium on Electron, Ion)
and Laser Technology), the acceleration voltage between the electron source and the anode at the ground potential is set high, and a deceleration electric field is generated between the objective lens at the ground potential and the test sample to which the negative potential is applied, so that There has been proposed a scanning electron microscope in which the irradiation electron beam is decelerated to finally set a relatively low acceleration voltage, thereby reducing chromatic aberration and preventing charge-up.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来技術では試料への負電位の印加がオペレータの手動操
作によって行われていたため、試料交換時に短絡が生じ
る可能性があった。また、半導体素子のように電気的な
衝撃に弱い試料は電位の急峻な変化によって破壊する可
能性があるため、試料の装着や交換時における印加電位
のオン／オフを慎重に行う必要があるなど、試料交換時
等における取り扱が難しいという問題があった。However, in the above-mentioned prior art, since the application of the negative potential to the sample is performed by a manual operation of the operator, there is a possibility that a short circuit may occur when the sample is replaced. In addition, since samples that are weak to electrical shock, such as semiconductor elements, can be destroyed by sharp changes in potential, it is necessary to carefully turn on / off the applied potential when mounting or replacing samples. In addition, there is a problem that handling at the time of exchanging a sample is difficult.
【００１０】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決して、対物レンズと試料との間に電子線に対す
る減速電界を発生させる構造の走査電子顕微鏡におい
て、試料の装着・交換時の取扱が容易な走査電子顕微鏡
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a scanning electron microscope having a structure for generating a decelerating electric field for an electron beam between an objective lens and a sample. An object of the present invention is to provide a scanning electron microscope which is easy to handle.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記した目
的を達成するために、本発明は、電子源と、前記電子源
より放出された一次電子線を試料台上に配置された試料
上で走査する走査手段と、試料から発生する二次信号を
検出する検出器とを備えた走査電子顕微鏡において、試
料台に設けられた負電圧被印加部に負電圧を印加し、前
記一次電子線に対する減速電界を形成する減速電界形成
手段と、前記試料台を内在する試料室と、前記負電圧被
印加部と前記試料との接続状態が解除されるように前記
試料を前記試料室外に搬送する搬送機構と、前記搬送機
構による前記試料の搬送の準備動作に連動して、前記負
電圧印加が停止され、前記試料が放電抵抗を介して接地
されるように制御する手段とを備えたことを特徴とす
る。According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an electron source and a primary electron beam emitted from the electron source on a sample placed on a sample stage. In a scanning electron microscope equipped with a scanning means for scanning with a detector and a detector for detecting a secondary signal generated from a sample, a negative voltage is applied to a negative voltage applied portion provided on a sample stage, and the primary electron beam A decelerating electric field forming means for forming a decelerating electric field with respect to the sample chamber, a sample chamber in which the sample stage is provided, and the sample being conveyed out of the sample chamber such that a connection state between the negative voltage application section and the sample is released. A transport mechanism, and means for controlling the negative voltage application to be stopped and controlling the sample to be grounded via a discharge resistor in conjunction with a preparation operation for transporting the sample by the transport mechanism. Features.
【００１２】上記した構成によれば、試料の装着・交換
時の準備動作に連動して試料への負電圧の印加が自動的
に制御されるので、オペレータは試料に負電圧が印加さ
れることを特に意識することなく試料の装着や交換を行
うことができるようになるので、取扱いが極めて容易に
なる。According to the above configuration, the application of the negative voltage to the sample is automatically controlled in conjunction with the preparation operation at the time of mounting / exchanging the sample, so that the operator can apply the negative voltage to the sample. Since the sample can be mounted or exchanged without being particularly aware of the above, handling becomes extremely easy.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である走
査電子顕微鏡システムの概略構成図であり、当該システ
ムは走査電子顕微鏡本体１００および試料交換機構２０
０から構成されている。図２は、図１の走査電子顕微鏡
本体１００の構成を詳細に示した図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope system according to an embodiment of the present invention. The system includes a scanning electron microscope main body 100 and a sample exchange mechanism 20.
0. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the scanning electron microscope main body 100 of FIG. 1 in detail.
【００１４】図２において、陰極１、引出電極２、およ
び陽極３は電界放出型電子銃を構成し、陰極１と引出電
極２との間には引出電圧４が印加され、陰極１には加速
電圧５が印加される。陰極１から放出された電子線２０
ａは、引出電極２と接地電位にある陽極３との間に印加
された電圧でさらに加速される。このため、陽極３を通
過した電子線のエネルギ（加速電圧）は加速電圧５と一
致する。また、試料１８には試料ホルダ２１を介して負
の重畳電圧６が印加され、対物レンズ１７と試料１８と
の間には減速電界が形成されるため、試料１８に照射さ
れる電子線の加速電圧は、加速電圧５から重畳電圧６を
差し引いた電圧となる。In FIG. 2, a cathode 1, an extraction electrode 2, and an anode 3 constitute a field emission type electron gun. An extraction voltage 4 is applied between the cathode 1 and the extraction electrode 2, and the cathode 1 is accelerated. Voltage 5 is applied. Electron beam 20 emitted from cathode 1
a is further accelerated by the voltage applied between the extraction electrode 2 and the anode 3 at the ground potential. Therefore, the energy (acceleration voltage) of the electron beam passing through the anode 3 matches the acceleration voltage 5. Further, a negative superimposed voltage 6 is applied to the sample 18 via the sample holder 21, and a deceleration electric field is formed between the objective lens 17 and the sample 18, so that the electron beam applied to the sample 18 is accelerated. The voltage is a voltage obtained by subtracting the superimposed voltage 6 from the acceleration voltage 5.
【００１５】陽極３を通過して加速された電子線２０ｂ
は、コンデンサレンズ７および対物レンズ１７によって
試料１８上に収束される。対物レンズ１７を通過した電
子線は、対物レンズ１７と試料１８との間に形成された
減速電界で減速され、実質的に加速電圧５から重畳電圧
６を差し引いた電圧に相当するエネルギで試料１８に到
達する。Electron beam 20b accelerated through anode 3
Is converged on the sample 18 by the condenser lens 7 and the objective lens 17. The electron beam that has passed through the objective lens 17 is decelerated by the deceleration electric field formed between the objective lens 17 and the sample 18, and is substantially equal to the acceleration voltage 5 minus the superimposed voltage 6. To reach.
【００１６】対物レンズ１７での電子線の開き角は、コ
ンデンサレンズ７の下方に配置された絞り８で決められ
る。絞り８のセンタリングは調整つまみ１０を操作する
ことにより行われる。The divergence angle of the electron beam at the objective lens 17 is determined by the stop 8 arranged below the condenser lens 7. Centering of the aperture 8 is performed by operating the adjustment knob 10.
【００１７】加速された電子線２０ｂは上走査コイル１
１および下走査コイル１２で偏向され、試料１８上で
は、減速電界によって減速された収束電子線２０ｃがラ
スタ走査される。本実施例では、走査コイルを２段構成
とすることで走査された電子線が常に対物レンズ１７の
レンズ中心を通るようにしている。The accelerated electron beam 20b is applied to the upper scanning coil 1
The convergent electron beam 20c deflected by the first and lower scanning coils 12 and decelerated by the deceleration electric field on the sample 18 is raster-scanned. In this embodiment, the scanning coil has a two-stage configuration so that the scanned electron beam always passes through the center of the objective lens 17.
【００１８】試料１８は試料ホルダ２１で固定され、試
料ホルダ２１は、水平調整等の位置調整が可能な試料ス
テージ１９上に絶縁台９を介して載置される。試料ホル
ダ２１には重畳電圧６が印加されている。The sample 18 is fixed by a sample holder 21, and the sample holder 21 is placed via a stand 9 on a sample stage 19 that can be adjusted in position such as horizontal adjustment. A superimposed voltage 6 is applied to the sample holder 21.
【００１９】減速された電子線２０ｃが照射されて試料
１８から発生した二次電子２４は、対物レンズ１７と試
料１８間に作られた減速電界によって加速されて対物レ
ンズ１７内に吸引され、さらに、対物レンズ１７の磁場
の影響を受けて螺旋運動しながら上昇する。The secondary electrons 24 generated from the sample 18 by being irradiated with the decelerated electron beam 20c are accelerated by the deceleration electric field created between the objective lens 17 and the sample 18, are attracted into the objective lens 17, and are further drawn. Rises while undergoing a spiral motion under the influence of the magnetic field of the objective lens 17.
【００２０】対物レンズ１７を通過した二次電子２４
は、対物レンズ１７と下走査コイル１２との間で電子線
通路外に設けられて正電位が印加された吸引電極１３で
吸引され、１０ｋＶ（正電位）が印加されたシンチレー
タ１４によって吸引加速されてシンチレータを光らせ
る。The secondary electrons 24 passing through the objective lens 17
Is sucked by a suction electrode 13 provided outside the electron beam path between the objective lens 17 and the lower scanning coil 12 to which a positive potential is applied, and is accelerated by a scintillator 14 to which 10 kV (positive potential) is applied. To flash the scintillator.
【００２１】発光した光はライトガイド１５で光増倍管
１６に導かれ電気信号に変換される。光増倍管１６の出
力はさらに増幅されブラウン管の輝度変調入力になる
が、ここでは図示を省略してある。The emitted light is guided to a photomultiplier tube 16 by a light guide 15 and is converted into an electric signal. The output of the photomultiplier 16 is further amplified and becomes the luminance modulation input of the cathode ray tube, but is not shown here.
【００２２】このような構成の走査電子顕微鏡によれ
ば、コンデンサレンズ７、絞り８、対物レンズ１７を通
過するときの電子線（電子線２０ｂ）のエネルギは最終
段の電子線（電子線２０ｃ）のエネルギよりも高いの
で、色収差が改善され、高分解能が得られた。According to the scanning electron microscope having such a configuration, the energy of the electron beam (electron beam 20b) passing through the condenser lens 7, the aperture 8, and the objective lens 17 is changed to the last stage electron beam (electron beam 20c). , The chromatic aberration was improved, and high resolution was obtained.
【００２３】しかも、試料に照射される一次電子線は減
速されて低エネルギとなっているので、試料のチャージ
アップも解消される。In addition, since the primary electron beam irradiated on the sample is decelerated and has low energy, the charge-up of the sample is eliminated.
【００２４】具体的には、加速電圧（５００Ｖ）のみを
印加した時に１５ｎｍであったビーム径が、加速電圧
（１０００Ｖ）と重畳電圧６（５００Ｖ）とを加算した
ことにより１０ｎｍに改善された。Specifically, the beam diameter, which was 15 nm when only the acceleration voltage (500 V) was applied, was improved to 10 nm by adding the acceleration voltage (1000 V) and the superimposed voltage 6 (500 V).
【００２５】また、図１において、電界放出陰極１、引
出電極２、陽極３、コンデンサレンズ７、対物レンズ１
７、試料１８、試料ホルダ２１、絶縁台９、試料ステー
ジ１９等の構成要素は真空筐体６１に納められている。
なお、真空排気系は図示を省略している。In FIG. 1, a field emission cathode 1, an extraction electrode 2, an anode 3, a condenser lens 7, an objective lens 1
Components such as a sample 7, a sample 18, a sample holder 21, an insulating table 9, and a sample stage 19 are housed in a vacuum housing 61.
The illustration of the vacuum exhaust system is omitted.
【００２６】ここで、試料１８に負電圧が印加されてい
る状態では、試料交換機構７７による試料交換や真空筐
体６１を大気にすることは避けなければならない。換言
すれば、電子線が試料１８上で走査されているときだけ
重畳電圧６を印加するようにすればよい。Here, when a negative voltage is applied to the sample 18, it is necessary to avoid exchanging the sample by the sample exchange mechanism 77 and exposing the vacuum housing 61 to the atmosphere. In other words, the superimposed voltage 6 may be applied only when the electron beam is being scanned on the sample 18.
【００２７】そこで、本発明では試料の装着・交換時の
準備動作である、スイッチＳ１が閉じて加速電圧５が印
加されている第１の条件と、陰極１と試料１８との間に
設けられたバルブＧ１、バルブＧ２の両者が開いている
第２の条件と、試料交換機構７７が試料１８を試料ステ
ージ１９に載せるために通過するバルブＧ３が閉じてい
る第３の条件とが全て満たされたときのみ、スイッチＳ
２が閉じて試料１８に重畳電圧６が印加される制御が行
われるようになっている。Therefore, according to the present invention, the first condition in which the switch S1 is closed and the acceleration voltage 5 is applied, which is a preparatory operation for mounting and replacing the sample, is provided between the cathode 1 and the sample 18. The second condition in which both the valves G1 and G2 are open and the third condition in which the valve G3 through which the sample exchange mechanism 77 passes to place the sample 18 on the sample stage 19 are closed are all satisfied. Switch S only when
2 is closed, and control for applying the superimposed voltage 6 to the sample 18 is performed.
【００２８】また、試料ホルダ２１と試料ステージ１９
とは放電抵抗Ｒを介して電気的に接続されおり、スイッ
チＳ２が開放されると試料１８にチャージされた電荷が
試料ホルダ２１、放電抵抗Ｒ、試料ステージ１９を介し
て一定の時定数のもとで速やかに放電され、試料１８の
電位が下がるようになっている。The sample holder 21 and the sample stage 19
Are electrically connected to each other via a discharge resistor R. When the switch S2 is opened, the electric charge charged in the sample 18 has a constant time constant via the sample holder 21, the discharge resistor R, and the sample stage 19. Then, the discharge is quickly performed, and the potential of the sample 18 decreases.
【００２９】なお、陰極１の周囲の真空が設定値以上で
ある条件で加速電圧５が印加可能となる、あるいは真空
筐体６１の真空が設定値以上のときのみバルブＧ１、Ｇ
２が開放されるような通常のシーケンスが組まれている
ことは言うまでもない。The accelerating voltage 5 can be applied under the condition that the vacuum around the cathode 1 is equal to or higher than the set value, or the valves G1 and G can be applied only when the vacuum of the vacuum housing 61 is equal to or higher than the set value.
It goes without saying that a normal sequence in which 2 is released is set.
【００３０】また、本実施例では、上述の３つの条件の
すべてを満足したときに重畳電圧６が印加されるものと
して説明したが、これらの内の１つあるいは２つの条件
が満たされたときにスイッチＳ２が閉じるようにしても
良い。In this embodiment, the superimposed voltage 6 is applied when all of the above three conditions are satisfied. However, when one or two of these conditions are satisfied, The switch S2 may be closed first.
【００３１】図３は、本発明の第２実施例である走査電
子顕微鏡の主要部のブロック図であり、前記と同一の符
号は同一または同等部分を表している。FIG. 3 is a block diagram of a main part of a scanning electron microscope according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts.
【００３２】上記した第１実施例では、二次電子２４を
吸引電極１３により電子通路外に取り出して検出してい
たが、本実施例では、チャンネルプレート検出器２６を
用いて二次電子を検出するようにした点に特徴がある。In the above-described first embodiment, the secondary electrons 24 are taken out of the electron path by the suction electrode 13 and detected. However, in the present embodiment, the secondary electrons are detected using the channel plate detector 26. There is a characteristic in that it is done.
【００３３】同図において、対物レンズ１７と下走査コ
イル１２との間には、中央孔３３を有する円板状チャン
ネルプレート本体２５が設けられている。中央孔３３の
径は走査コイル１２で偏向された電子線２０ｂが衝突し
ない大きさに設定される。また、チャンネルプレート本
体２５の下方にはメッシュ３４が設けられている。In the figure, a disc-shaped channel plate main body 25 having a center hole 33 is provided between the objective lens 17 and the lower scanning coil 12. The diameter of the central hole 33 is set so that the electron beam 20b deflected by the scanning coil 12 does not collide. Further, a mesh 34 is provided below the channel plate body 25.
【００３４】このような構成において、加速された電子
線２０ｂはチャンネルプレートの中央孔３３を通過した
後、対物レンズ１７で収束されて試料１８上に照射され
る。試料１８で発生した二次電子２４は対物レンズ１７
でレンズ作用を受け、発散しながら全面に置かれたメッ
シュ３４を通過してチャンネルプレート２５に入射す
る。チャンネルプレート２５に入射した二次電子２４は
チャンネルプレート２５の両端に印加された増幅電圧２
８で加速、増幅される。増幅された電子２７はアノード
電圧２９でさらに加速されてアノード３７に捕獲され
る。In such a configuration, the accelerated electron beam 20b passes through the central hole 33 of the channel plate, is then converged by the objective lens 17, and is irradiated onto the sample 18. The secondary electrons 24 generated in the sample 18 are
, And enters the channel plate 25 through the mesh 34 placed over the entire surface while diverging. The secondary electrons 24 incident on the channel plate 25 are amplified by the amplified voltage 2 applied to both ends of the channel plate 25.
It is accelerated and amplified at 8. The amplified electrons 27 are further accelerated by the anode voltage 29 and are captured by the anode 37.
【００３５】捕獲された二次電子は増幅器３０で増幅さ
れた後、光変換回路３１で光３２に変換される。光３２
に変換するのは増幅器３０がチャンネルプレート２５の
増幅電圧２８等でフローティングになっているためであ
る。After the captured secondary electrons are amplified by the amplifier 30, they are converted into light 32 by the light conversion circuit 31. Light 32
This is because the amplifier 30 is floating with the amplified voltage 28 of the channel plate 25 or the like.
【００３６】光３２は接地電位の電気変換回路３５で再
び電気信号に変換され、走査像の輝度変調信号として利
用される。この方式では二次電子ばかりでなく反射電子
も検出可能である。The light 32 is converted again into an electric signal by the electric conversion circuit 35 of the ground potential, and is used as a luminance modulation signal of the scanned image. In this method, not only secondary electrons but also reflected electrons can be detected.
【００３７】明らかな様に、本実施例によっても前記と
同様の効果が達成される。As is apparent, the present embodiment also achieves the same effects as described above.
【００３８】図４は、本発明の第３実施例である走査電
子顕微鏡の主要部のブロック図であり、前記と同一の符
号は同一または同等部分を表している。本実施例では、
所望の二次信号を選択的に検出できるようにした点に特
徴がある。FIG. 4 is a block diagram of a main part of a scanning electron microscope according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. In this embodiment,
It is characterized in that a desired secondary signal can be selectively detected.
【００３９】同図において、チャンネルプレート２５に
は、その電位を任意に制御できるフィルタ電圧３６が印
加される。例えば、フィルタ電圧３６を重畳電圧６より
もさらに１０ボルト程度の負電圧とすれば、試料から放
出された二次電子および反射電子のうち、二次電子はチ
ャンネルプレート２５とメッシュ３４の間に作られた逆
電界で追い返され、エネルギの高い反射電子のみを選択
的に検出できるようになる。In the figure, a filter voltage 36 capable of arbitrarily controlling the potential is applied to the channel plate 25. For example, if the filter voltage 36 is set to a negative voltage of about 10 volts further than the superimposed voltage 6, of the secondary electrons and reflected electrons emitted from the sample, secondary electrons are generated between the channel plate 25 and the mesh 34. It is turned back by the reversed electric field, and only the reflected electrons having high energy can be selectively detected.
【００４０】また、二次電子を追い返す限界のフィルタ
電圧３６を測定すれば、試料の電位を知ることも可能
で、このような機能を付加することにより、完成した半
導体素子の機能検査を行うことができるようになる。It is also possible to know the potential of the sample by measuring the filter voltage 36 at the limit to repel secondary electrons. By adding such a function, it is possible to perform a function test on a completed semiconductor device. Will be able to
【００４１】図５は、本発明の第４実施例である走査電
子顕微鏡のブロック図であり、前記と同一の符号は同一
または同等部分を表している。本実施例は、対物レンズ
１７の上部にエネルギフィルタ（電位障壁）を設けた点
に特徴がある。また、本実施例では、特に試料１８を対
物レンズ１７内部に配置するインレンズ方式に適用した
例を示している。FIG. 5 is a block diagram of a scanning electron microscope according to a fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. The present embodiment is characterized in that an energy filter (potential barrier) is provided above the objective lens 17. Further, the present embodiment shows an example in which the present invention is applied particularly to an in-lens system in which the sample 18 is disposed inside the objective lens 17.
【００４２】エネルギフィルタは、一次電子を通すため
の円筒４６、一組のシールドグリッド４１、およびエネ
ルギフィルタ４２から構成されている。前記図３に関し
て説明した第３実施例の場合と同様に、本実施例でもフ
ィルタ電圧３６を制御してエネルギフィルタ４２の電位
を適宜に調整することにより試料１８の電位を測定する
ことが可能になる。The energy filter comprises a cylinder 46 for passing primary electrons, a set of shield grids 41, and an energy filter 42. As in the case of the third embodiment described with reference to FIG. 3, in this embodiment, the potential of the sample 18 can be measured by controlling the filter voltage 36 and appropriately adjusting the potential of the energy filter 42. Become.
【００４３】さらに、本実施例では吸引電極１３の電圧
を適宜に選択することにより、反射電子を検出せずに二
次電子のみを選択的に検出できるようになる。Further, in this embodiment, by appropriately selecting the voltage of the attraction electrode 13, only secondary electrons can be selectively detected without detecting reflected electrons.
【００４４】このインレンズ方式では、試料ステージ１
９が対物レンズ１７の内部に置かれ、絶縁台９、試料ホ
ルダ２１を介して試料１８が固定されている。試料ホル
ダ２１には重畳電圧６が印加され、試料１８と対物レン
ズ１７との間で減速電界が作られている。対物レンズ１
７の励磁コイル４５は対物レンズ１７の上部に固定され
ている。対物レンズ１７は８インチのウエハが入る大き
さである。In this in-lens system, the sample stage 1
9 is placed inside the objective lens 17, and the sample 18 is fixed via the insulating table 9 and the sample holder 21. The superimposed voltage 6 is applied to the sample holder 21, and a deceleration electric field is generated between the sample 18 and the objective lens 17. Objective lens 1
The excitation coil 45 of 7 is fixed on the upper part of the objective lens 17. The objective lens 17 is large enough to accommodate an 8-inch wafer.
【００４５】図６は、本発明の第５実施例である走査電
子顕微鏡のブロック図であり、前記と同一の符号は同一
または同等部分を表している。本実施例では、強い電界
が印加されると不都合な試料を観察できるようにした点
に特徴がある。FIG. 6 is a block diagram of a scanning electron microscope according to a fifth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. The present embodiment is characterized in that an inconvenient sample can be observed when a strong electric field is applied.
【００４６】半導体集積回路では、強電界で素子が破損
することがある。このような問題点を解決するために、
本実施例では対物レンズ１７と試料１８との間に制御電
極３９を設け、当該制御電極３９に制御電圧４０から数
十ボルトを印加している。In a semiconductor integrated circuit, an element may be damaged by a strong electric field. In order to solve such problems,
In this embodiment, a control electrode 39 is provided between the objective lens 17 and the sample 18, and several tens of volts are applied to the control electrode 39 from a control voltage 40.
【００４７】本実施例によれば、対物レンズ１７と試料
１８との間に発生した電界が制御電極３９によって緩和
され、素子の破損を防ぐことができる。According to this embodiment, the electric field generated between the objective lens 17 and the sample 18 is alleviated by the control electrode 39, so that damage to the element can be prevented.
【００４８】図７は、本発明の第６実施例である走査電
子顕微鏡のブロック図であり、前記と同一の符号は同一
または同等部分を表している。FIG. 7 is a block diagram of a scanning electron microscope according to a sixth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts.
【００４９】上記した第１および第４実施例では、電界
を利用して二次信号を偏向し、これを検出器で検出して
いたが、本実施例では、磁界および電界を利用して二次
信号を偏向するようにした点に特徴がある。In the first and fourth embodiments, the secondary signal is deflected by using the electric field and detected by the detector. In this embodiment, the secondary signal is deflected by using the magnetic field and the electric field. The feature is that the next signal is deflected.
【００５０】加速電圧が大きくなって減速電界による最
終段における電子線の減速比が小さくなると、試料に照
射される一次電子線２０ｂと試料から放出される二次電
子２４とのエネルギ差が小さくなるので、二次電子２４
を吸引するために比較的大きな電界Ｅを吸引電極１３に
より発生させると、当該電界Ｅによって一次電子２０ｂ
も曲げられてしまう。When the acceleration voltage increases and the deceleration ratio of the electron beam in the final stage due to the deceleration electric field decreases, the energy difference between the primary electron beam 20b irradiated on the sample and the secondary electrons 24 emitted from the sample decreases. So the secondary electrons 24
When a relatively large electric field E is generated by the suction electrode 13 in order to attract the primary electrons 20b by the electric field E,
Is also bent.
【００５１】本実施例は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、磁界による電子線の偏向方向が
電子線の進行方向によって異なることに着目し、電界Ｅ
による一次電子線２０ｂの偏向をキャンセルすると共に
二次電子２４の偏向量を補足するような磁界Ｂを発生さ
せるようにしている。The present embodiment has been made to solve such a problem, and focuses on the fact that the deflection direction of the electron beam due to the magnetic field differs depending on the traveling direction of the electron beam.
The magnetic field B is generated so as to cancel the deflection of the primary electron beam 20b and to supplement the deflection amount of the secondary electrons 24.
【００５２】すなわち本実施例では、一次電子線２０ｂ
が、吸引電極１３の発生する電界Ｅによる偏向方向とは
逆方向に偏向されるように磁界Ｂを発生させる。したが
って、磁界Ｂの強度を適宜に制御することにより、電子
線２０ｂの電界Ｅによる偏向がキャンセルされる。That is, in this embodiment, the primary electron beam 20b
However, the magnetic field B is generated such that the magnetic field B is deflected in the direction opposite to the direction of deflection by the electric field E generated by the suction electrode 13. Accordingly, by appropriately controlling the intensity of the magnetic field B, the deflection of the electron beam 20b due to the electric field E is canceled.
【００５３】一方、二次電子２４に対しては、磁界Ｂに
よる偏向方向と電界Ｅによる偏向方向とが同一方向にな
るので、二次電子の偏向量が大きくなって二次電子の検
出が容易になる。On the other hand, for the secondary electrons 24, the direction of deflection by the magnetic field B and the direction of deflection by the electric field E are the same, so that the amount of deflection of the secondary electrons is increased and the detection of the secondary electrons is easy. become.
【００５４】図８は、本発明の第７実施例である走査電
子顕微鏡のブロック図であり、前記と同一の符号は同一
または同等部分を表している。本実施例では、単結晶シ
ンチレータを利用して二次信号を検出するようにした点
に特徴がある。FIG. 8 is a block diagram of a scanning electron microscope according to a seventh embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts. The present embodiment is characterized in that a secondary signal is detected using a single crystal scintillator.
【００５５】同図において、単結晶シンチレータ５５
は、例えば円筒形状のＹＡＧ単結晶を斜めに切断し、そ
の切断面に一次電子２０ｂを通過させるための開口部５
７を設けたものであり、その先端部には金属またはカー
ボン等の導電性薄膜５６がコーティングされており、接
地電位が与えられている。In the same figure, single crystal scintillator 55
For example, an opening 5 for obliquely cutting a cylindrical YAG single crystal and allowing the primary electrons 20b to pass through the cut surface.
7, the tip of which is coated with a conductive thin film 56 of metal, carbon, or the like, to which a ground potential is applied.
【００５６】本実施例では、コンデンサレンズ１２で作
られる一次電子線２０ｂのクロスオーバ５８が開口部５
７の近傍に来るようにし、対物レンズ１７による二次電
子２４のクロスオーバ５９は開口部５７から離れた位置
に来るようにする。このようにすれば、一次電子線２０
ｂは開口部５７に遮られることなく、二次電子２４も効
率良く検出できるようになる。In this embodiment, the crossover 58 of the primary electron beam 20 b formed by the condenser lens 12 is
7 so that the crossover 59 of the secondary electrons 24 by the objective lens 17 comes to a position away from the opening 57. By doing so, the primary electron beam 20
b is not blocked by the opening 57, and the secondary electrons 24 can be detected efficiently.
【００５７】なお、上記した第８実施例では、シンチレ
ータの発光部とライトガイドを共にＹＡＧ単結晶により
構成するものとして説明したが、二次電子を検出する発
光部のみをＹＡＧ単結晶で形成し、他の部分はガラスや
樹脂などの透明性部材で構成するようにしても良い。In the above-described eighth embodiment, both the light emitting portion of the scintillator and the light guide are described as being composed of a YAG single crystal. However, only the light emitting portion for detecting secondary electrons is formed of a YAG single crystal. The other parts may be made of a transparent member such as glass or resin.
【００５８】図９は、本発明の第８実施例である走査電
子顕微鏡の主要部のブロック図であり、前記と同一の符
号は同一または同等部分を表している。FIG. 9 is a block diagram of a main part of a scanning electron microscope according to an eighth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those described above denote the same or equivalent parts.
【００５９】本実施例では、電子銃を構成する陽極を省
略し、接地された引出電極２と陰極１との間に印加され
た引出電圧４で電子線を加速する。引出電圧４で加速さ
れた電子は対物レンズで１７で収束されて試料１８に向
かう。試料１８には加速電圧５の正極側が接続されてい
る。このとき、低加速電圧の領域では加速電圧５より引
出電圧４の方が高いので、電子線は対物レンズ１７と試
料１８の間で加速電圧５に減速されて試料に到達する。
電界放出陰極を用いた典型的な例では、引出電圧が３ｋ
Ｖ、加速電圧が１ｋＶである。このような構成によれ
ば、陽極および重畳電圧源が省略されるので、構成が簡
素化される。In this embodiment, the anode constituting the electron gun is omitted, and the electron beam is accelerated by the extraction voltage 4 applied between the extraction electrode 2 and the cathode 1 which are grounded. The electrons accelerated by the extraction voltage 4 are converged by the objective lens 17 and travel toward the sample 18. The positive electrode side of the acceleration voltage 5 is connected to the sample 18. At this time, since the extraction voltage 4 is higher than the acceleration voltage 5 in the low acceleration voltage region, the electron beam is decelerated to the acceleration voltage 5 between the objective lens 17 and the sample 18 and reaches the sample.
In a typical example using a field emission cathode, the extraction voltage is 3 k
V, the acceleration voltage is 1 kV. According to such a configuration, since the anode and the superimposed voltage source are omitted, the configuration is simplified.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
試料に負電位を印加して対物レンズとの間に減速電界を
発生させることにより、試料に照射される電子線を減速
させて色収差の低減とチャージアップの防止とを両立さ
せた走査電子顕微鏡において、試料の装着・交換時の準
備動作に連動して試料への負電圧の印加が自動的に制御
されるようにしたので、オペレータは試料に負電圧が印
加されることを特に意識することなく試料の装着や交換
を行うことができるようになるので、取扱いが極めて容
易になる。As described in detail above, according to the present invention,
By applying a negative potential to the sample and generating a deceleration electric field between the sample and the objective lens, the electron beam applied to the sample is decelerated to reduce chromatic aberration and prevent charge-up. Since the application of the negative voltage to the sample is automatically controlled in conjunction with the preparation operation at the time of mounting and replacing the sample, the operator does not need to be particularly aware that the negative voltage is applied to the sample. Since the sample can be mounted and exchanged, the handling becomes extremely easy.
【図１】 本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a scanning electron microscope according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の走査電子顕微鏡部の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit of FIG.
【図３】 本発明の第２実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a second embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の第３実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a third embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の第４実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の第５実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の第６実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a sixth embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の第７実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a seventh embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の第９実施例である走査電子顕微鏡部
の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a scanning electron microscope unit according to a ninth embodiment of the present invention.
１…陰極、２…引出電極、３…陽極、４…引出電圧、５
…加速電圧、６…重畳電圧、７…コンデンサレンズ、８
…絞り、９…絶縁台、１０…調整つまみ、１１…上走査
コイル、１２…下走査コイル、１３…吸引電極、１４…
シンチレータ、１５…ライトガイド、１６…光増倍管、
１７…対物レンズ、１８…試料、１９…試料ステージ、
２０…一次電子線、２１…試料ホルダ、２４…二次電
子、２５…チャンネルプレート、２８…増幅電圧、２９
…アノード電圧、３０…増幅器、３１…光変換回路、３
３…中央孔、３４…メッシュ、３５…電気変換回路、３
６…フィルタ電圧、３７…アノード、３９…制御電極、
４０…制御電圧、４１…シールドグリッド、４２…エネ
ルギフィルタ、５５…単結晶シンチレータ、５６…導電
性薄膜、６１…筐体、７７…試料交換機構DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... Extraction electrode, 3 ... Anode, 4 ... Extraction voltage, 5
... acceleration voltage, 6: superimposed voltage, 7: condenser lens, 8
... Aperture, 9 ... Insulation base, 10 ... Adjustment knob, 11 ... Upper scan coil, 12 ... Lower scan coil, 13 ... Suction electrode, 14 ...
Scintillator, 15 light guide, 16 photomultiplier,
17 ... objective lens, 18 ... sample, 19 ... sample stage,
Reference numeral 20: primary electron beam, 21: sample holder, 24: secondary electron, 25: channel plate, 28: amplification voltage, 29
... Anode voltage, 30 ... Amplifier, 31 ... Light conversion circuit, 3
3: Central hole, 34: mesh, 35: electric conversion circuit, 3
6: filter voltage, 37: anode, 39: control electrode,
40: Control voltage, 41: Shield grid, 42: Energy filter, 55: Single crystal scintillator, 56: Conductive thin film, 61: Housing, 77: Sample exchange mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/20 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/20 H01J 37/28
Claims (1)
された試料上で走査する走査手段と、 試料から発生する二次信号を検出する検出器とを備えた
走査電子顕微鏡において、 試料台に設けられた負電圧被印加部に負電圧を印加し、
前記一次電子線に対する減速電界を形成する減速電界形
成手段と、 前記試料台を内在する試料室と、 前記負電圧被印加部と前記試料との接続状態が解除され
るように前記試料を前記試料室外に搬送する搬送機構
と、 前記搬送機構による前記試料の搬送の準備動作に連動し
て、前記負電圧印加が停止され、前記試料が放電抵抗を
介して接地されるように制御する手段とを備えたことを
特徴とする走査電子顕微鏡。1. An electron source, scanning means for scanning a primary electron beam emitted from the electron source on a sample placed on a sample stage, and a detector for detecting a secondary signal generated from the sample. In the scanning electron microscope provided, a negative voltage is applied to a negative voltage application portion provided on the sample stage,
A deceleration electric field forming means for forming a deceleration electric field with respect to the primary electron beam; a sample chamber in which the sample stage is provided; and the sample is connected to the sample so that a connection state between the negative voltage application section and the sample is released. A transport mechanism for transporting the sample to the outside of the room, and means for controlling the negative voltage application to be stopped and the sample to be grounded via a discharge resistor in conjunction with a preparation operation for transporting the sample by the transport mechanism. A scanning electron microscope, comprising:
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Related Parent Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP4306205A Division JP2927627B2 (en) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | Scanning electron microscope |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH11317188A (en) | 1999-11-16 |
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