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JPH10214586A - Scanning electron microscope - Google Patents

Scanning electron microscope

Info

Publication number
JPH10214586A
JPH10214586A JP9016180A JP1618097A JPH10214586A JP H10214586 A JPH10214586 A JP H10214586A JP 9016180 A JP9016180 A JP 9016180A JP 1618097 A JP1618097 A JP 1618097A JP H10214586 A JPH10214586 A JP H10214586A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
sample
objective lens
primary
secondary electron
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.)
Pending
Application number
JP9016180A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norimichi Anazawa
紀道 穴澤
Naoyuki Nakamura
直行 中村
Izumi Santo
泉 山藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holon Co Ltd
Original Assignee
Holon Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holon Co Ltd filed Critical Holon Co Ltd
Priority to JP9016180A priority Critical patent/JPH10214586A/en
Publication of JPH10214586A publication Critical patent/JPH10214586A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a loss of information of a secondary electron to the minimum so as to achieve observation of the information of the secondary of electron having a high S/N ratio by disposing on a shaft of a plurality of beam deflectors of a magnetic field type, shifting the axis of a primary electron beam by a predetermined distance, and detecting a secondary electron emitted from a sample by means of secondary electron detectors. SOLUTION: Upper and lower beam deflectors 17, 18 disposed on a shaft are deflected, at two stages, a primary electron beam 5 generated by an electron gun 4, to shift the axis of the electron gun 4 and the axis of an objective lens 2 by a predetermined distance in a horizontal direction. An image is focused by the objective lens 2, and then, the finely throttled primary beam 5 is irradiated on a sample 1. After surface scanning, a secondary electron 16 emitted from the sample 1 is detected by a secondary electron detector 9 disposed above the objective lens 2. The secondary electron 16 deflected in a reverse direction by the lower beam deflector 18 is detected by another secondary electron detector 10. Consequently, it is possible to suppress a loss of information of the secondary electron to the minimum, thus achieving observation of a clear secondary electron image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、1次電子ビームを
試料表面に走査して発生する2次電子を検出して画像を
表示する走査型電子顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope for displaying an image by detecting secondary electrons generated by scanning a primary electron beam on a sample surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、走査型電子顕微鏡は、図2に示す
構成を持ち、試料1に細く絞った電子ビームを照射しつ
つ走査し、そのときに試料1から放出された2次電子1
4を2次電子検出器9、10で検出し、増幅器22、2
3でそれぞれ増幅し、図示外の表示装置上に2次電子像
をそれぞれ表示するようにしていた。以下図2の構成を
簡単に説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning electron microscope has a configuration shown in FIG. 2 and scans a sample 1 while irradiating it with a finely focused electron beam.
4 is detected by the secondary electron detectors 9 and 10, and the amplifiers 22 and 2
3, and the secondary electron images are respectively displayed on a display device (not shown). Hereinafter, the configuration of FIG. 2 will be briefly described.

【0003】図2は、従来技術の説明図を示す。図2に
おいて、試料1は、細く絞った1次電子ビームを照射し
て放出される2次電子を検出して2次電子像を表示して
観察する対象の試料である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the prior art. In FIG. 2, a sample 1 is a sample to be irradiated with a narrowly focused primary electron beam, to detect secondary electrons emitted, to display and observe a secondary electron image, and to be observed.

【0004】対物レンズ2は、1次電子ビームを細く絞
って試料1上に照射するものである。コンデンサレンズ
3は、電子銃4から放出された1次電子ビームを集束す
るものである。
The objective lens 2 irradiates the sample 1 with the primary electron beam narrowed down. The condenser lens 3 focuses the primary electron beam emitted from the electron gun 4.

【0005】電子銃4は、1次電子ビームを発生するも
のである。1次電子ビーム5は、電子銃4によって発生
され、放出された1次電子ビームである。
[0005] The electron gun 4 generates a primary electron beam. The primary electron beam 5 is a primary electron beam generated and emitted by the electron gun 4.

【0006】絞り6は、電子銃4から放出された1次電
子ビームをコンデサレンズ3で集束したときに所定の開
き角を与えるためのものである。ビーム偏向器7、8
は、1次電子ビームを2段偏向して試料1上で走査する
ための偏向器(偏向コイルあるいは偏向電極)である。
The stop 6 is for giving a predetermined opening angle when the primary electron beam emitted from the electron gun 4 is focused by the condenser lens 3. Beam deflectors 7, 8
Is a deflector (deflection coil or deflection electrode) for deflecting the primary electron beam in two steps and scanning it on the sample 1.

【0007】2次電子検出器9は、1次電子ビームで試
料1を照射したときに当該試料1から放出された2次電
子のうちの軸から離れた部分の2次電子を検出する検出
器である。
The secondary electron detector 9 is a detector for detecting a portion of the secondary electrons emitted from the sample 1 when the sample 1 is irradiated with the primary electron beam, the secondary electrons being away from the axis. It is.

【0008】2次電子検出器10は、1次電子ビームで
試料1を照射したときに当該試料1から放出された2次
電子のうちの軸に近い部分の2次電子を検出する検出器
である。
The secondary electron detector 10 is a detector for detecting a secondary electron in a portion near an axis of secondary electrons emitted from the sample 1 when the sample 1 is irradiated with a primary electron beam. is there.

【0009】検出用電極11は、試料1より放出され、
軸から離れた方向の2次電子が2次電子検出器9によっ
て検出されるように電界を印加する電極である。検出用
電極12は、試料1より放出され、軸に近い方向の2次
電子が2次電子検出器10によって検出されるように電
界を印加する電極である。
The detection electrode 11 is emitted from the sample 1,
The electrode applies an electric field so that secondary electrons in a direction away from the axis are detected by the secondary electron detector 9. The detection electrode 12 is an electrode that applies an electric field so that secondary electrons emitted from the sample 1 and in a direction close to the axis are detected by the secondary electron detector 10.

【0010】2次電子14は、試料1から放出され、軸
から離れた方向の2次電子の軌跡である。2次電子15
は、試料1から放出され、軸に近い方向の2次電子の軌
跡である。
The secondary electrons 14 are trajectories of the secondary electrons emitted from the sample 1 in a direction away from the axis. Secondary electron 15
Is the trajectory of the secondary electrons emitted from the sample 1 in a direction near the axis.

【0011】バイアス電圧21は、試料1に印加するバ
イアス電圧であって、試料1であるウェハのコンタクト
ホールの底から2次電子を放出させるために十分なバイ
アス電圧(例えば1000VDC)である。
The bias voltage 21 is a bias voltage applied to the sample 1, and is a bias voltage (for example, 1000 VDC) sufficient to emit secondary electrons from the bottom of the contact hole of the wafer as the sample 1.

【0012】増幅器22、23は、2次電子検出器9、
10によって検出された2次電子による電流を増幅する
ものである。次に、試料1であるウェハのコンタクトホ
ールの内部を観察するときの動作を簡単に説明する。
The amplifiers 22 and 23 include a secondary electron detector 9,
10 amplifies the current due to the secondary electrons detected. Next, the operation when observing the inside of the contact hole of the wafer as the sample 1 will be briefly described.

【0013】電子銃4から放出された1次電子ビーム5
は、コンデンサレンズ3によって集束され、更に対物レ
ンズ2で結合され、試料1の表面に細く絞った1次電子
ビームとして照射される。この際、絞り6は1次電子ビ
ーム5の開き角を決め、ビーム偏向器7、8で1次電子
ビームを偏向して試料1上を2次元的に走査させる。そ
して、試料1の表面から2次電子14、15が発生し、
試料1に印加したバイアス電圧21と対物レンズ2の外
面で作られる電界と、対物レンズ2によって作られる磁
界との作用を受けながら最終的に2次電子検出器9、1
0によって捕獲され、検出される。2次電子検出器9、
10によって検出された2次電子の信号は、増幅器2
2、23によって増幅して画像信号としてそれぞれ出力
する。これら画像信号を図示外の表示装置に入力して2
次電子像をそれぞれ表示する。
The primary electron beam 5 emitted from the electron gun 4
Are focused by a condenser lens 3, further combined by an objective lens 2, and irradiated as a narrowed primary electron beam on the surface of the sample 1. At this time, the stop 6 determines the opening angle of the primary electron beam 5 and deflects the primary electron beam by the beam deflectors 7 and 8 to scan the sample 1 two-dimensionally. Then, secondary electrons 14 and 15 are generated from the surface of the sample 1,
Finally, the secondary electron detectors 9 and 1 receive the effects of the bias voltage 21 applied to the sample 1, the electric field generated on the outer surface of the objective lens 2, and the magnetic field generated by the objective lens 2.
Captured by 0 and detected. Secondary electron detector 9,
The signal of the secondary electron detected by the
Amplified by 2 and 23 and output as image signals. These image signals are input to a display device (not shown) to
The secondary electron images are displayed.

【0014】上述したように、最近の走査型電子顕微鏡
は、試料1にバイアス電圧21を印加して2次電子を2
次電子検出器9、10の方向に加速する。これにより、
試料1の表面で発生した2次電子は、広い角度範囲に飛
び出すがその軌道により分かれて2つの2次電子検出器
9、10に到達する。2つの2次電子検出器のうち、試
料1に近い方の2次電子検出器9は試料1から大きな角
度で飛び出した2次電子を検出し、試料1から遠い方の
2次電子検出器10は試料1から小さい角度で飛び出し
た2次電子を検出する。
As described above, recent scanning electron microscopes apply a bias voltage 21 to the sample 1 to generate secondary electrons.
It accelerates in the direction of the secondary electron detectors 9 and 10. This allows
The secondary electrons generated on the surface of the sample 1 fly out over a wide angle range, but are separated by their orbits and reach the two secondary electron detectors 9 and 10. Of the two secondary electron detectors, the secondary electron detector 9 closer to the sample 1 detects the secondary electrons that jump out of the sample 1 at a large angle, and the secondary electron detector 10 farther from the sample 1 Detects secondary electrons that have jumped out of the sample 1 at a small angle.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】最近の走査型電子顕微
鏡の重要な観察対象に半導体ウェハの微細パターンがあ
る。その中でも特にコンタクトホールと言われる対象
は、半導体ICの高集積化に伴い益々重要性を高めてい
る。ホールの口径に比べて深い底(高アスペクト比)を
有するコンタクトホールの場合には、ホール底からの2
次電子が弱いために観察が非常に困難になっている。こ
のような場合に、試料1であるウェハの表面に強い電界
を印加し、コンタクトホールの底からの2次電子を引き
出すために、上述したバイアス電圧21を印加する方法
が使われる。この方法は、きわめて効果的ではあるが、
以下のような別の問題が発生した。
An important observation object of a recent scanning electron microscope is a fine pattern of a semiconductor wafer. Among them, the object referred to as a contact hole in particular is becoming more and more important as semiconductor ICs become more highly integrated. In the case of a contact hole having a deep bottom (high aspect ratio) as compared with the diameter of the hole, 2 mm from the hole bottom is required.
Observation is very difficult due to weak secondary electrons. In such a case, the above-described method of applying the bias voltage 21 is used in order to apply a strong electric field to the surface of the wafer as the sample 1 and extract secondary electrons from the bottom of the contact hole. This method is very effective,
Another problem has arisen:

【0016】即ち、試料1であるウェハの表面から放出
された2次電子は、+電位に向かって加速され、2次電
子検出器9、10の近傍では大きな速度を持つようにな
る。例えば図2の対物レンズ2、レンズ電極13を接地
電位(0V)に保ち、試料1であるウェハにマイナスの
1000V(バイアス電圧21)を加えると、2次電子
は対物レンズ2を通過した後では、ほぼ1000eVの
エネルギーに達する。一方、1次電子のエネルギーは、
試料1の帯電を防ぐために1000eV以下である。
That is, the secondary electrons emitted from the surface of the wafer as the sample 1 are accelerated toward the + potential, and have a large velocity near the secondary electron detectors 9 and 10. For example, when the objective lens 2 and the lens electrode 13 of FIG. 2 are kept at the ground potential (0 V) and a negative 1000 V (bias voltage 21) is applied to the wafer as the sample 1, the secondary electrons pass through the objective lens 2 , Reach an energy of almost 1000 eV. On the other hand, the energy of primary electrons is
It is 1000 eV or less in order to prevent charging of the sample 1.

【0017】従って、2次電子のエネルギーは1次電子
のエネルギーと同程度になっている。このようなエネル
ギーの2次電子の軌道は、ビーム軸(垂直方向)に集中
するようになる。図2では、このような2次電子に対す
る検出効率を高めるために、第2の2次電子検出器10
を、第1の2次電子検出器9に対して上方(後方)に設
けている。しかしながら、それでも第2の2次電子検出
器10の中心孔を通り抜ける2次電子が存在する。バイ
アス電圧21を更に高めようとするときには、この部分
(中心孔を通り抜ける2次電子)の損失の割合が更に大
きくなり、2次電子の捕獲検出効率が低下してしまい、
良好なS/N比の2次電子像を表示できないという問題
がある。
Therefore, the energy of the secondary electrons is almost equal to the energy of the primary electrons. The trajectories of secondary electrons of such energy are concentrated on the beam axis (vertical direction). In FIG. 2, in order to increase the detection efficiency for such secondary electrons, the second secondary electron detector 10 is used.
Is provided above (rearward) with respect to the first secondary electron detector 9. However, there are still secondary electrons passing through the center hole of the second secondary electron detector 10. When the bias voltage 21 is to be further increased, the rate of loss in this portion (secondary electrons passing through the center hole) is further increased, and the efficiency of capturing and detecting secondary electrons is reduced.
There is a problem that a secondary electron image with a good S / N ratio cannot be displayed.

【0018】本発明は、これらの問題を解決するため、
1次電子ビームの軸を偏向コイルにより若干ずらしてお
き、試料から放出されて逆方向に走行する2次電子をこ
の軸をずらした部分で逆方向に曲げた位置に設けた2次
電子検出器によって検出し、半導体ウェハのコンタクト
ホールなどの観察時に2次電子情報の損失を最低限に抑
えて明るい高S/N比の2次電子像の観察を実現するこ
とを目的としている。
The present invention solves these problems,
A secondary electron detector in which the axis of the primary electron beam is slightly shifted by a deflection coil, and secondary electrons emitted from the sample and traveling in the opposite direction are provided at positions where the axis is shifted in the opposite direction. It is an object of the present invention to realize the observation of a bright secondary electron image with a high S / N ratio while minimizing the loss of secondary electron information when observing a contact hole or the like of a semiconductor wafer.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、試料1
は、細く絞った1次電子ビームを走査して2次電子を放
出させ、2次電子像を観察する対象である。
Means for solving the problem will be described with reference to FIG. In FIG. 1, sample 1
Is an object to be observed by observing a secondary electron image by emitting a secondary electron by scanning a narrowed primary electron beam.

【0020】対物レンズ2は、1次電子ビームを結像し
て試料1上に細く絞って照射するものである。電子銃4
は、1次電子ビームを発生するものである。
The objective lens 2 forms an image of the primary electron beam, and irradiates the sample 1 with a fine focus. Electron gun 4
Generates a primary electron beam.

【0021】2次電子検出器9、10は、2次電子を検
出する検出器である。ビーム偏向器17、18は、1次
電子ビームを偏向する、2段の電磁型の偏向器である。
The secondary electron detectors 9 and 10 are detectors for detecting secondary electrons. The beam deflectors 17 and 18 are two-stage electromagnetic deflectors that deflect the primary electron beam.

【0022】次に、構成および動作を説明する。電子銃
4により発生された1次電子ビームを、ビーム偏向器1
7、18によって2段偏向し、対物レンズ2により結像
して試料1上に細く絞った1次電子ビームを照射し、面
走査する。試料1から放出された2次電子を対物レンズ
2の上側に設けた2次電子検出器9によって検出し、更
にビーム偏向器(下)18によって1次電子と逆方向に
偏向された2次電子を2次電子検出器10によって検出
する。これら2次電子検出器9、10によって検出した
信号を増幅して図示外の表示装置上に2次電子画像とし
てそれぞれ表示する。
Next, the configuration and operation will be described. The primary electron beam generated by the electron gun 4 is converted into a beam deflector 1
The sample 1 is deflected by two steps, is focused by the objective lens 2, and is irradiated with a finely focused primary electron beam on the sample 1 to scan the surface. Secondary electrons emitted from the sample 1 are detected by a secondary electron detector 9 provided above the objective lens 2 and further deflected by a beam deflector (lower) 18 in a direction opposite to the primary electrons. Is detected by the secondary electron detector 10. The signals detected by the secondary electron detectors 9 and 10 are amplified and displayed as secondary electron images on a display device (not shown).

【0023】この際、軸上に2組みの磁界型のビーム偏
向器17、18を設けて電子銃4からの1次電子ビーム
を2段偏向し、電子銃4側の軸と対物レンズ2の軸とを
水平方向に所定距離だけずらすようにしている。
At this time, two sets of magnetic field type beam deflectors 17 and 18 are provided on the axis to deflect the primary electron beam from the electron gun 4 in two steps, and the axis on the electron gun 4 side and the objective lens 2 The shaft is shifted horizontally by a predetermined distance.

【0024】また、試料1から放出され対物レンズ2を
通り抜けて加速された2次電子について、最初のビーム
偏向器(下)18によって、1次電子と逆方向に偏向さ
れた2次電子を2次電子検出器10によって検出するよ
うにしている。
The secondary electrons emitted from the sample 1 and accelerated through the objective lens 2 are converted by the first beam deflector (lower) 18 into secondary electrons deflected in the opposite direction to the primary electrons. Detection is performed by the next electron detector 10.

【0025】また、対物レンズ2と試料1との間に1次
電子のエネルギーに相当あるいはそれ以下のバイアス電
圧21を印加するようにしている。従って、1次電子ビ
ームの軸を偏向コイルにより若干ずらしておき、試料1
から放出されて逆方向に走行する2次電子をこの軸をず
らした部分で逆方向に曲げた位置に設けた2次電子検出
器10によって検出することにより、半導体ウェハのコ
ンタクトホールなどの観察時に2次電子情報の損失を最
低限に抑えて明るい高S/N比の2次電子像を観察する
ことが可能となる。
Further, a bias voltage 21 corresponding to or less than the energy of primary electrons is applied between the objective lens 2 and the sample 1. Therefore, the axis of the primary electron beam is slightly shifted by the deflection coil,
The secondary electrons emitted from the substrate and traveling in the opposite direction are detected by the secondary electron detector 10 provided at the position where the axis is shifted in the opposite direction, so that the secondary electrons can be observed at the time of observing the contact hole or the like of the semiconductor wafer. It is possible to observe a bright secondary electron image with a high S / N ratio while minimizing the loss of secondary electron information.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】次に、図1を用いて本発明の実施
の形態および動作を順次詳細に説明する。図1は、本発
明の1実施例構成図を示す。この図1は、図2の従来技
術の説明図に比し、ビーム偏向器(上)17、ビーム偏
向器(下)18、1次電子ビーム19が異なり、他はほ
ぼ同じであるので説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment and operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 shows a configuration diagram of one embodiment of the present invention. FIG. 1 is different from the conventional diagram of FIG. 2 in that a beam deflector (upper) 17, a beam deflector (lower) 18, and a primary electron beam 19 are different, and the other components are almost the same. Omitted.

【0027】図1において、ビーム偏向器(上)17、
ビーム偏向器(下)18は、照射系(ここでは電子銃4
およびコンデンサレンズ3)の軸と、対物レンズ2の軸
とを水平方向に所定距離(例えば2〜10mm程度の距
離)だけ移動させるものである。
In FIG. 1, the beam deflector (upper) 17,
The beam deflector (lower) 18 includes an irradiation system (here, the electron gun 4).
Further, the axis of the condenser lens 3) and the axis of the objective lens 2 are moved in the horizontal direction by a predetermined distance (for example, a distance of about 2 to 10 mm).

【0028】2次電子16は、ビーム偏向器(下)18
によって2次電子を偏向した軌跡の例を示す。ここで
は、2次電子16のエネルギーと1次電子ビーム19の
エネルギーとがほぼ同一である場合、両者の走行方向が
逆であるので、図示のように2次電子16はビーム偏向
器(下)18によって図上で左方向に偏向され、1次電
子ビーム19と同じ方向に逆行しない。これにより、2
次電子16のエネルギーと、1次電子ビーム19のエネ
ルギーとがたとえ同一であっても両者を分離し、ここで
は、2次電子16を2次電子検出器10によって検出す
ることが可能となる。
The secondary electrons 16 are supplied to a beam deflector (lower) 18
Shows an example of a trajectory of secondary electrons deflected by the above. Here, when the energy of the secondary electrons 16 and the energy of the primary electron beam 19 are substantially the same, the traveling directions of the two are opposite. The beam is deflected to the left in the figure by 18 and does not go back in the same direction as the primary electron beam 19. This gives 2
Even if the energy of the primary electron 16 and the energy of the primary electron beam 19 are the same, they are separated from each other. In this case, the secondary electron 16 can be detected by the secondary electron detector 10.

【0029】また、2次電子16のエネルギーは、ここ
では、試料1に印加するバイアス電圧21とほぼ等しく
なり、試料1に印加するバイアス電圧21と、試料1に
対する1次電子のエネルギーと、当該1次電子の電子銃
4における加速電圧との関係は、例えば1次電子ビーム
が試料1を照射するときのエネルギーを1000V(正
確には1000eV)とし、バイアス電圧21を100
0V(2次電子のエネルギーはほぼ1000eVに加速
される)とすると、概略 ・1次電子ビームが試料1を照射するときのエネルギ
ー:1000eV ・試料1のバイアス電圧:1000V ・2次電子16のエネルギー:ほぼ1000eV ・1次電子ビームが電子銃4で加速されて放出されると
きのエネルギー:1000eV+1000eV=200
0eV となる。
In this case, the energy of the secondary electrons 16 is substantially equal to the bias voltage 21 applied to the sample 1, and the bias voltage 21 applied to the sample 1, the energy of the primary electrons to the sample 1, The relationship between the primary electron and the accelerating voltage in the electron gun 4 is, for example, that the energy when the primary electron beam irradiates the sample 1 is 1000 V (accurately, 1000 eV) and the bias voltage 21 is 100
Assuming 0V (the energy of the secondary electrons is accelerated to approximately 1000 eV), the energy when the primary electron beam irradiates the sample 1 is 1000 eV. The bias voltage of the sample 1 is 1000 V. The energy of the secondary electrons 16 : Almost 1000 eV. Energy when the primary electron beam is accelerated and emitted by the electron gun 4: 1000 eV + 1000 eV = 200
0 eV.

【0030】次に、図2の構成および動作を詳細に説明
する。 (1) 図1に示すように、照射系(ここでは電子銃4
およびコンデサレンズ3からなる照射系)と結像系(こ
こでは対物レンズ2からなる結像系)とを、2段の電磁
型のビーム偏向器(上)17およびビーム偏向器(下)
18によって水平方向に2〜10mm程度ずらす。 (2) (1)のように調整すると、図1に示すよう
に、電子銃4から放出された1次電子ビーム5はコンデ
ンサレンズ3によって集束され、絞り6によってその開
口角が規定される。そして、ビーム偏向器(上)17に
よって図1上で左方向へ曲げ、ビーム偏向器(下)18
によって図1上で右方向に曲げ、対物レンズ2の軸に入
射するようにする。そして、対物レンズ2によって結像
され、試料1上に1次電子ビームが細く絞られ照射され
ることとなる。これによりコンデンサレンズ3の軸と、
対物レンズ2の軸とが水平方向に2mm〜10mm程度
ずれた状態で細く絞った1次電子ビームが試料1上に照
射されることとなる。 (3) (2)の状態で試料1上から2次電子が放出さ
れ、バイアス電圧21によって対物レンズ2の軸上を加
速されてほぼ1次電子ビームのエネルギーと同じ程度に
なり、対物レンズの軸を上方向に通過する。そして、一
部の2次電子14は図示の軌道を通って2次電子検出器
9によって検出される。他の2次電子16は2次電子検
出器9の中心の孔を通過してビーム偏向器(下)18の
磁場の作用により、1次電子ビーム19と逆方向(図1
上で左方向)に曲げられ(2次電子16の走行方向が1
次電子ビーム19の走行方向と逆なので図1上で左方向
に曲げられ)、2次電子検出器10によって検出され
る。これにより、ビーム偏向器(上)17およびビーム
偏向器(下)18によって照射系の軸と結像系の軸とを
電磁型の2段コイルでずらしたために、試料1から放出
された2次電子16が図1上でビーム偏向器(下)18
の部分で電磁的に左方向に曲げられ、2次電子検出器1
0の孔を通過することなく2次電子16を検出すること
ができるようになり、従来の図1の構成による2次電子
の2次電子検出器10の孔を通過してしまう事態を回避
し、1次電子ビームと同程度のエネルギーを持つ2次電
子16を効率的に2次電子検出器10によって検出する
ことが可能となった。
Next, the configuration and operation of FIG. 2 will be described in detail. (1) As shown in FIG. 1, the irradiation system (here, the electron gun 4
And an irradiation system including the condenser lens 3) and an image forming system (here, an image forming system including the objective lens 2) are a two-stage electromagnetic beam deflector (upper) 17 and a beam deflector (lower).
18 shifts about 2 to 10 mm in the horizontal direction. (2) When adjusted as in (1), as shown in FIG. 1, the primary electron beam 5 emitted from the electron gun 4 is focused by the condenser lens 3 and the aperture angle is defined by the stop 6. The beam is deflected to the left in FIG. 1 by the beam deflector (upper) 17, and the beam deflector (lower) 18
In FIG. 1, it is bent rightward so that it is incident on the axis of the objective lens 2. Then, an image is formed by the objective lens 2 and the primary electron beam is narrowed down and irradiated onto the sample 1. Thereby, the axis of the condenser lens 3 and
The sample 1 is irradiated with the narrowed-down primary electron beam with the axis of the objective lens 2 shifted from the axis by about 2 mm to 10 mm in the horizontal direction. (3) In the state of (2), secondary electrons are emitted from the sample 1 and accelerated on the axis of the objective lens 2 by the bias voltage 21 so that the energy becomes almost the same as the energy of the primary electron beam. Passing up the axis. Then, some of the secondary electrons 14 are detected by the secondary electron detector 9 through the illustrated orbit. Other secondary electrons 16 pass through the center hole of the secondary electron detector 9 and act in the opposite direction to the primary electron beam 19 (FIG. 1) by the action of the magnetic field of the beam deflector (lower) 18.
(Left direction above) (the traveling direction of the secondary electrons 16 is 1)
Since it is opposite to the traveling direction of the secondary electron beam 19, it is bent leftward in FIG. As a result, since the axis of the irradiation system and the axis of the imaging system are shifted by the two-stage electromagnetic coil by the beam deflector (upper) 17 and the beam deflector (lower) 18, the secondary beam emitted from the sample 1 is shifted. The electron 16 is a beam deflector (lower) 18 in FIG.
Is electromagnetically bent to the left in the area of
Thus, the secondary electrons 16 can be detected without passing through the hole 0, thereby avoiding a situation in which the secondary electrons pass through the hole of the secondary electron detector 10 according to the conventional configuration of FIG. The secondary electron 16 having the same energy as the primary electron beam can be efficiently detected by the secondary electron detector 10.

【0031】尚、ビーム偏向器7、ビーム偏向器8は1
次電子ビーム19を試料1面上で2次的に走査するため
のものであるが、当該ビーム偏向器7、ビーム偏向器8
を用いて照射系の軸と結像系の軸とを水平方向に2mm
〜10mm程度ずらすと同時に、1次電子ビームを試料
1上で2次元的に走査するように電流を供給してもよ
い。
The beam deflector 7 and the beam deflector 8 are 1
The secondary electron beam 19 is used for secondary scanning on the surface of the sample, and the beam deflector 7 and the beam deflector 8 are used.
2 mm horizontally between the axis of the irradiation system and the axis of the imaging system
At the same time, the current may be supplied so that the primary electron beam is two-dimensionally scanned on the sample 1 at the same time.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1次電子ビームの軸を電磁型の偏向コイルにより若干ず
らしておき、試料1から放出されて逆方向に走行する2
次電子をこの軸をずらした部分で逆方向に曲げた位置に
設けた2次電子検出器10によって検出し2次電子像を
表示する構成を採用しているため、試料1にバイアス電
圧をほぼ1次電子ビームと同じ程度あるいはそれ以下印
加したときでも軸とほぼ平行に放出された2次電子を効
率的に検出し高S/N比の2次電子像の観察することが
できる。これらにより、試料1の重要な情報を伝える2
次電子が1次電子ビームの軸とほぼ平行な軌道を占める
ような場合、たとえば半導体ウェハのコンタクトホール
の底部などを観察する場合であっても、2次電子情報の
損失を最低限に抑えて、明るい2次電子像を観察するこ
とができるようになった。
As described above, according to the present invention,
The axis of the primary electron beam is slightly shifted by an electromagnetic deflection coil, and is emitted from the sample 1 and travels in the opposite direction.
Since a configuration is adopted in which the secondary electrons are detected by the secondary electron detector 10 provided at the position where the secondary electrons are bent in the opposite direction at the portion where the axis is shifted and the secondary electron image is displayed, the bias voltage is substantially applied to the sample 1. Even when the primary electron beam is applied to the same degree or less, the secondary electrons emitted almost parallel to the axis can be efficiently detected, and a secondary electron image with a high S / N ratio can be observed. By these, important information of the sample 1 is transmitted.
Even when the secondary electrons occupy a trajectory substantially parallel to the axis of the primary electron beam, for example, when observing the bottom of a contact hole of a semiconductor wafer, the loss of secondary electron information is minimized. Thus, a bright secondary electron image can be observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】従来技術の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:試料 2:対物レンズ 3:コンデンサレンズ 4:電子銃 5、19:1次電子ビーム 6:絞り 7、8:ビーム偏向器 9、10:2次電子検出器 11、12:検出用電極 13:レンズ電極 14、16:2次電子 17:ビーム偏向器(上) 18:ビーム偏向器(下) 21:バイアス電圧 22、23:増幅器 1: Sample 2: Objective lens 3: Condenser lens 4: Electron gun 5, 19: Primary electron beam 6: Aperture 7, 8: Beam deflector 9, 10: Secondary electron detector 11, 12: Detection electrode 13 : Lens electrode 14, 16: secondary electron 17: beam deflector (upper) 18: beam deflector (lower) 21: bias voltage 22, 23: amplifier

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1次電子ビームを試料表面に走査して発生
する2次電子を検出して画像を表示する走査型電子顕微
鏡において、 1次電子を結像して試料上に細い電子ビームとして投影
する対物レンズと、 この対物レンズの試料と反対側であって、上記1次電子
ビームの透過する孔を持ち、試料から放出されて上記対
物レンズを通り抜けて加速された2次電子を検出する第
1の2次電子検出器と、 この第1の2次電子検出器より電子銃側に設け、当該電
子銃からの1次電子ビームを偏向して上記対物レンズを
介して試料上に細い電子ビームとして投影させる磁界型
のビーム偏向器と、 このビーム偏向器より電子銃側に設け、当該ビーム偏向
器によって試料から放出され対物レンズを通り抜けて加
速された2次電子について、1次電子と逆方向に偏向さ
れる位置に配置して検出する第2の2次電子検出器とを
備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
1. A scanning electron microscope for displaying secondary electrons generated by scanning a primary electron beam on the surface of a sample and displaying an image, wherein the primary electrons are imaged to form a fine electron beam on the sample. An objective lens for projection; and an opposite side of the objective lens from the sample, having a hole through which the primary electron beam passes, and detecting secondary electrons emitted from the sample, accelerated through the objective lens. A first secondary electron detector, provided on the electron gun side with respect to the first secondary electron detector, and deflects a primary electron beam from the electron gun to form a thin electron beam on a sample via the objective lens. A magnetic field type beam deflector for projecting as a beam, and secondary electrons emitted from the sample and accelerated through the objective lens by the beam deflector and provided on the electron gun side with respect to the beam deflector. In the direction A scanning electron microscope, comprising: a second secondary electron detector arranged and detected at a position to be deflected.
【請求項2】上記磁界型のビーム偏向器として、軸上に
2組み設けて2段偏向し上記電子銃側の軸と、上記対物
レンズの軸とを水平方向に所定距離だけずらしたことを
特徴とする請求項1記載の走査型電子顕微鏡。
2. The magnetic field type beam deflector according to claim 1, wherein two sets are provided on an axis, and two-stage deflection is performed to shift the axis on the electron gun side and the axis of the objective lens by a predetermined distance in the horizontal direction. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein:
【請求項3】試料から放出され対物レンズを通り抜けて
加速された2次電子について、上記2段偏向のうちの最
初の偏向によって、1次電子と逆方向に偏向された2次
電子を上記第2の2次電子検出器によって検出すること
を特徴とする請求項2記載の走査型電子顕微鏡。
3. A secondary electron emitted from a sample and accelerated through an objective lens, the secondary electron deflected in the opposite direction to the primary electron by the first of the two-stage deflections is converted to the second electron. 3. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the detection is performed by a secondary electron detector.
【請求項4】上記対物レンズ2と試料との間に1次電子
のエネルギーに相当あるいはそれ以下のバイアス電圧を
印加したことを特徴とする請求項1ないし請求項3記載
のいずれかの走査型電子顕微鏡。
4. A scanning type device according to claim 1, wherein a bias voltage corresponding to or less than the energy of primary electrons is applied between said objective lens 2 and said sample. electronic microscope.
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