CN101022075B - 扫描型电子显微镜及缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种扫描型电子显微镜，其中，施加用于使一次电子束加速的正电压，并且在物镜的上部配置电场屏蔽板、或磁场屏蔽板、或电磁场屏蔽板。利用具有这样的构造的扫描型电子显微镜获得试样像。由此可提供具有获得试样表面的高分辨率且高对比度的凹凸像的特征的扫描型电子显微镜。
Description
技术领域
本发明涉及适合用于晶片的缺陷检测的电子显微镜装置，尤其涉及用于拍摄试样表面的凹凸像的扫描型电子显微镜。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，实施对晶片的缺陷进行检查的成行(inline)晶片检查。通过检测晶片的缺陷并进行分析，来找到产生缺陷的原因，从而可实现成品率的提高和生产线的稳定运转。
以往，为了对晶片的缺陷进行检查而使用光学式缺陷检查装置，但在近几年，利用了扫描型电子显微镜的缺陷检查装置逐渐被使用。扫描型电子显微镜可获得试样表面的微细凹凸的像。
特开2001-110351和特开2002-83563号中记载有利用扫描型电子显微镜来获得试样表面的凹凸像的方法。
近年来，伴随着半导体制造工艺的微细化，缺陷尺寸也逐渐微细化。因此，作为试样表面的像，需要获得高分辨率且高对比度的凹凸像。
专利文献1：特开2001-110351号
专利文献2：特开2002-83563号
发明内容
本发明的目的在于，提供一种作为试样表面的像可获得高分辨率且高对比度的凹凸像的扫描型电子显微镜。
根据本发明，扫描型电子显微镜具有：电子源，产生一次电子束；物镜，使一次电子束汇聚到试样上；导体板，用于使从试样产生的信号电子撞击到其上；检测器，检测从导体板产生的二次电子；加速电场产生机构，产生用于使信号电子加速的加速电场；和屏蔽板，配置在物镜的上侧。利用具有这样的构造的扫描型电子显微镜获得试样像。
根据本发明，作为试样表面的像，可获得高分辨率且高对比度的凹凸像。
附图说明
图1是表示本发明的扫描型电子显微镜的构造的概略图；
图2是表示本发明的扫描型电子显微镜的物镜附近的构造的图；
图3是用于说明在本发明的扫描型电子显微镜中屏蔽板的功能的说明图；
图4是表示本发明的屏蔽板的例子的图；
图5是表示本发明的扫描型电子显微镜的导体板和检测器的位置关系的图；
图6是表示本发明的扫描型电子显微镜的导体板的其他例子的图；
图7是用于说明通过本发明的扫描型电子显微镜来拍摄试样表面的凹部的像例子的说明图；
图8是用于说明通过本发明的扫描型电子显微镜来拍摄试样表面的凸部的像例子的说明图。
图中：1-阴极；2-第一阳极；3-第二阳极；4-一次电子束；5-聚焦透镜；6-光阑；7-第一导体板；8-第一检测器；9-偏转线圈；10-第二导体板；10a-第二导体板的上表面；10b，10c-第二导体板的下表面；10d，10e-第二导体板的侧面；10f-第二导体板的孔；10g-导体管；11a，11b-第二检测器；12-屏蔽板；12a-电场屏蔽板；12b-磁场屏蔽板；12c-电磁场屏蔽板；13-物镜；13a-主磁极；13b-分离磁极；13c-间隙；14-电极；15-试样；16-低能量的信号电子；17-高能量的信号电子；18-高电压控制电源；19-聚焦透镜控制电源；20-第一放大器；21-偏转线圈控制部；22a，22b-第二放大器；23a，23b-检测器施加电压控制部；24-物镜控制电源；25-施加电压控制部；26-试样施加电压控制部；27-屏蔽板施加电压控制部；28-图像显示装置；29-CPU；30，31-二次电子；50-加速电场；51-吸引电场；52-磁场；70-试样表面的凹部；71，72-信号电子；73-凹部的像中的左侧部分；74-凹部的像中的右侧部分；75-凹部的像中的左侧部分；76-凹部的像中的右侧部分；80-试样表面的凸部；81，82-信号电子；83-凸部的像中的左侧部分；84-凸部的像中的右侧部分；85-凸部的像中的左侧部分；86-凸部的像中的右侧部分；121-屏蔽板的上端部；122-屏蔽板的侧面；123-屏蔽板的开口部分。
具体实施方式
图1表示本发明的扫描型电子显微镜的一个例子。本例的扫描型电子显微镜具有：阴极1、阳极2、3、聚焦透镜5、光阑6、第一导体板7、第一检测器8、偏转线圈9、第二导体板10、第二检测器11a、11b、屏蔽板12、物镜13。在物镜13的下方配置有试样15。第二检测器11a、11b的电子检测体也可以是闪烁体。
本例的扫描型电子显微镜还具有：高电压控制电源18，其对施加到阴极1与第一阳极2、第二阳极3之间的高电压进行控制；聚焦透镜控制电源19，其对聚焦透镜5中流动的电流进行控制；第一放大器20，其放大来自第一检测器8的信号；偏转线圈控制部21，其向偏转线圈9供给与倍率相对应的扫描信号；第二放大器22a、22b，其放大来自第二检测器11a、11b的信号；检测器施加电压控制部23a、23b，其对施加到第二检测器11a、11b的电压进行控制；物镜控制电源24，其对物镜中流动的电流进行控制；施加电压控制部25，其对施加到物镜的分离磁极13b的电压进行控制；试样施加电压控制部26，其对施加到试样15的负电压进行控制；屏蔽板施加电压控制部27，其对施加到屏蔽板12的电压进行控制；图像显示装置28，其显示试样15的放大像；和CPU29，其对扫描型电子显微镜整体进行控制。
物镜13是磁场泄漏型物镜，在物镜13的中心区域，于试样15上生成泄漏磁场。物镜13是包括主磁极13a和环状的分离磁极13b的分割型，在主磁极13a和分离磁极13b之间形成有间隙13c。由施加电压控制部25对分离磁极13b施加正电压。由此生成加速电场。
由试样施加电压控制部26对试样15施加负电压。由此在试样15上生成减速电场。由屏蔽板施加电压控制部27对屏蔽板12施加0V～数十V的负电压。
由检测器施加电压控制部23a、23b对第二检测器11a、11b施加正电压。由此生成吸引电场。对加速电场、减速电场、吸引电场的功能在后面说明。
另外，省略了保持试样15的试样台、搬运试样的搬运系统、收容扫描型电子显微镜的真空容器等的图示。
通过对阴极1与第二阳极3之间施加高电压，从阴极1放出的一次电子束4被加速。一次电子束4被聚焦透镜5汇聚，由光阑6去除不需要的射束区域。一次电子束4通过第一导体板7的开口，被偏转线圈9进行二维扫描，然后通过第二导体板10的开口。一次电子束4被物镜13汇聚，通过试样15上的减速电场而被减速，在试样15上生成微小斑点。
通过一次电子束4的照射，从试样15放出低能量的信号电子16和高能量的信号电子17。在此，设低能量的信号电子16的能量小于10eV、高能量的信号电子17的能量在10eV以上。低能量的信号电子16不具有放射方向的指向性。通过低能量的信号电子16可获得试样15的表面的轮廓、不同材质的边界等的图像，但难以获得明了的凹凸像。另一方面，高能量的信号电子17向相对于试样15的表面倾斜的方向放射。即，具有放射方向的指向性。通过高能量的信号电子17可获得试样15的表面的凹凸像。
低能量的信号电子16通过试样15的加速电场而向物镜13方向被加速，通过物镜13的泄漏磁场而被向物镜13的中心方向汇集，通过物镜13的中心。通过了物镜13的低能量的信号电子16撞击到第一导体板7。由此，产生二次电子30。二次电子30由第一检测器8检测。来自第一检测器8的检测信号被第一放大器20放大，由CPU29进行处理，供给到图像显示装置28。图像显示装置28显示试样的放大像。
高能量的信号电子17向相对于试样15的表面倾斜的方向放射，但通过物镜13的泄漏磁场而向物镜13的中心方向弯曲。这样，高能量的信号电子17，以轨道弯曲的方式而通过物镜13的中心。通过了物镜13的高能量的信号电子17通过由磁极13b生成的加速电场而向阴极1方向被加速。加速后的高能量的信号电子17可撞击到第二导体板10。由此，产生二次电子31。二次电子31由第二检测器11a、11b检测。来自第二检测器11a、11b的检测信号被第二放大器22a、22b放大，由CPU29进行处理，供给到图像显示装置28。图像显示装置28显示试样的凹凸像。
在本例中，不仅是高能量的信号电子17，而且一次电子束4也通过由磁极13b生成的加速电场而被加速，因此一次电子束4的像差降低，可获得高分辨率的凹凸像。另外，设置在物镜13的上部的屏蔽板12的功能的说明在后面参照图3进行说明。
下面，对利用高能量的信号电子17获得试样表面的微小凹凸的像的情况进行说明。
参照图2，表示本发明的扫描型电子显微镜的第二例。在图2中仅表示扫描型电子显微镜的下部的一部分。在本例中，物镜13不是分割型而是一体型。代之而在物镜13的内侧的下端且为屏蔽板12的下端，设置有环状的电极14。由施加电压控制部25对电极14施加正电压。由此，生成加速电场。电极14具有与磁极13b同样的功能。
向相对于试样15的表面倾斜的方向放射的高能量的信号电子17，通过物镜13的泄漏磁场而向物镜13的中心方向弯曲。通过了物镜13的高能量的信号电子17通过由电极14生成的加速电场而向阴极1方向被加速。加速后的高能量的信号电子17可撞击到第二导体板10。由此，产生二次电子31。二次电子31由第二检测器11a、11b检测。来自第二检测器11a、11b的检测信号被第二放大器22a、22b放大，由CPU29进行处理，供给到图像显示装置28。图像显示装置28明了地显示试样的凹凸像。
在本例中，不仅是高能量的信号电子17，而且一次电子束4也通过由电极14生成的加速电场而被加速，因此一次电子束4的像差降低，可获得高分辨率的凹凸像。
由于二次电子31被吸引到由磁极13b或电极14生成的加速电场方向，所以二次电子31的检测效率不高。因此，根据本发明，通过设置屏蔽板12，可使高能量的信号电子17的检测效率提高。
参照图3，对本例的扫描型电子显微镜的屏蔽板12的功能进行详细地说明。在此，作为屏蔽板12的例子，对电场屏蔽板12a、磁场屏蔽板12b、和电磁场屏蔽板12c进行说明。图3(a)表示从图1的物镜除去了屏蔽板12后的状态。通过对物镜的分离磁极13b施加正电压，从而在第二导体板10与分离磁极13b之间的空间生成使高能量的信号电子加速的加速电场50。通过对第二检测器11a、11b施加正电压，产生具有将二次电子束31吸引到第二检测器11a、11b上的作用的吸引电场51。因此，在物镜13的上方，存在加速电场50和吸引电场51。但是，在第二导体板10的F端附近，加速电场50的强度比吸引电场51的强度大。因此，从第二导体板10产生的二次电子31被加速电场50吸引到物镜的方向。因此，由第二检测器11a、11b检测的高能量的信号电子17减少，无法获得清晰的凹凸像。
因此，根据本发明，如图3(b)所示，在物镜13的上部设置非磁性体的导体的电场屏蔽板12a。在物镜13的上方，生成加速电场50和吸引电场51。但是，加速电场50被电场屏蔽板12a屏蔽，不会影响到物镜13的上方。在物镜13的上方，吸引电场51处于支配地位。从第二导体板10产生的二次电子31被吸引电场51吸引到第二检测器11a、11b的方向。由检测器11a、11b检测的高能量的信号电子17增多，可获得清晰的凹凸像。
图3(c)与图3(a)同样，表示从图1的物镜除去了屏蔽板12后的状态。在图3(a)的例子中，未考虑物镜的磁极13a与磁极13b之间的间隙13c的影响。实际上，由于存在间隙13c，在磁极13a与磁极13b之间会产生磁隙。因此，在第二导体板10与磁极13b之间的空间产生磁场52。因此，从第二导体板10产生的二次电子31因磁场52的洛伦茨力而弯曲，到达第二检测器11a、11b的效率不高。因此，由第二检测器11a、11b检测的高能量的信号电子17减少，无法获得清晰的凹凸像。
因此，根据本发明，如图3(d)所示，在物镜13的上部设置磁性体的磁场屏蔽板12b。在物镜13的上方生成磁场52，但被磁场屏蔽板12b屏蔽。因此，可抑制由磁场52导致的二次电子31的轨道的弯曲。由检测器11a、11b检测的高能量的信号电子17增多，可获得清晰的凹凸像。
图3(e)与图3(a)同样，表示从图1的物镜除去了屏蔽板12后的状态。通过对物镜的分离磁极13b施加正电压而产生加速电场50，通过对第二检测器11a、11b施加正电压而产生吸引电场51。由于因间隙13c引起的磁隙而产生磁场52。加速电场50的强度比吸引电场51的强度大。由于加速电场50的影响和磁场52的影响，由检测器11a、11b检测的高能量的信号电子17减少，无法获得清晰的凹凸像。
因此，根据本发明，如图3(f)所示，在物镜13的上部设置磁性体的电磁场屏蔽板12c。在物镜13的上方，生成加速电场50、吸引电场51和磁场52。但是，加速电场50被电磁场屏蔽板12c屏蔽，吸引电场51处于支配地位。磁场52被电磁场屏蔽板12c屏蔽，可抑制磁场52的影响。因此，从第二导体板10产生的二次电子31被吸引电场51吸引到第二检测器11a、11b的方向。由检测器11a、11b检测的高能量的信号17增多，可获得清晰的凹凸像。
以上，对图1所示的分割型的物镜13的情况进行了说明。即使在利用图2所示的一体型的物镜13并设置电极14的情况下，加速电场50也会扩散到物镜13上部。另外，磁场52虽然小但也会扩散，与上述同样的屏蔽板12是有效的。
参照图4，对电场屏蔽板12a、磁场屏蔽板12b、以及电磁场屏蔽板12c的形状进行说明。电场屏蔽板12a、磁场屏蔽板12b、以及电磁场屏蔽板12c的形状可以相同。在此，对电场屏蔽板12a的形状进行说明。电场屏蔽板12a具有如咖啡滴滤器(coffee drip filter)那样的相对于光轴轴对称的形状。即，具有环状的上端部121、圆锥状的侧面122、以及下端的开口部分123。
若开口部分123的直径过大，则无法发挥遮断加速电场50的所谓屏蔽的功能。但是，若开口部分123的直径过小，则无法发挥使高能量的信号电子17加速的所谓加速电场50的功能。因此，开口部分123的直径在20mm以上为好。电场屏蔽板12a与分离磁极13b的间隔需要为不放电程度的间隔。
通过本发明者所做的实验发现：通过屏蔽板施加电压控制部27对屏蔽板12a施加0V～数十V的负电压，由此提高检测从第二导体板10产生的二次电子31的效率。对于电磁场屏蔽板12c也同样发现：通过施加0V～数十V的负电压，提高检测从第二导体板10产生的二次电子31的效率。
电场屏蔽板12a的材料优选不锈钢SUS316。磁场屏蔽板12b的材料优选铁素体。电磁场屏蔽板12c的材料优选坡莫合金或纯铁。
参照图5，对第二导体板10的构造进行说明。本例的第二导体板10是横向配置三角柱的形状，由水平的上表面10a、倾斜的两个下表面10b、10c、垂直的两个侧面10d、10e构成，沿光轴形成有圆形截面的孔10f。在第二导体板10两侧，配置有第二检测器11a、11b。第二导体板10及第二检测器11a、11b，具有相对于包括光轴的垂直面面对称的构造。
第二检测器11a、11b被配置为：其光轴的延长线与第二导体板10的两个下表面10b、10c交叉。因此，从第二导体板10的两个下表面10b、10c产生的二次电子31可由第二检测器11a、11b检测。
在本例中，从试样产生的高能量的信号电子17被照射到第二导体板10的两个下表面10b、10c。即，高能量的信号电子17的一半被照射到一方的下表面10b，产生二次电子31。高能量的信号电子17的另一半被照射到一方的下表面10c，产生二次电子31。从两个下表面10b、10c产生的二次电子31分别由第二检测器11a、11b检测。如上所述，通过对第二导体板10和第二检测器11a、11b采用相对于包括光轴的垂直面面对称的构造，由两个第二检测器11a、11b获得的检测信号等量，可获得对称的凹凸图像。
从阴极1到试样15的表面的一次电子束4的通路，相对于光轴必须为轴对称。若一次电子束4的通路不是轴对称，则在通路形成的电场相对于光轴将非轴对称。被偏转线圈9偏转后的一次电子束4受到来自非轴对称的电场的力，则在试样像中会发生像失真。
第二导体板10的孔10f形成了一次电子束4的通路。孔10f的内部为相对于光轴轴对称的构造。因此，在孔10f的内部形成的电场相对于光轴轴对称。但是，在孔10f的下端的开口部分的周围配置有两个下表面10b、10c。即，孔10f的下端的开口部分的周围的形状相对于光轴为非轴对称。因此，孔10f的下端的开口部分的周围的电场也不是轴对称。
在图6所示的例子中，第二导体板10的孔10f的下端的开口部分安装有圆柱状的导体管10g。导体管10g延伸为从第二导体板10的孔10f的下端向下方突出。导体管10g的下端的开口部分的周围部远离下表面10b、10c，成为轴对称的空间。因此，导体管10g的下端的开口部分的周围的电场为轴对称，从而在试样像中不会发生像失真。
参照图7，对通过本例的扫描型电子显微镜来生成试样表面的凹部的像的方法进行说明。图7(a)表示试样表面的凹部70的截面构造。图7(b)表示由左侧的检测器11a获得的凹部的像。左侧的检测器11a对从试样15的表面向左放出的高能量的信号电子72进行检测。因此，左侧的检测器11a对从凹部70的右侧部分放出的高能量的信号电子72进行检测，但不对从凹部70的左侧部分放出的高能量的信号电子71进行检测。凹部70的像中右侧部分74变亮，而左侧部分73变暗。图7(c)表示由右侧的检测器11b获得的凹部70的像。右侧的检测器11b对从试样15的表面向右放出的高能量的信号电子71进行检测。因此，右侧的检测器11b对从凹部的左侧部分放出的高能量的信号电子71进行检测，但不对从凹部的右侧部分放出的高能量的信号电子72进行检测。凹部70的像中的左右侧部分75变亮，而右侧部分76变暗。
参照图8，对通过本例的扫描型电子显微镜来生成试样表面的凸部的像的方法进行说明。图8(a)表示试样表面的凸部80的截面构造。图8(b)表示由左侧的检测器11a获得的凸部80的像。左侧的检测器11a对从试样15的表面向左放出的高能量的信号电子82进行检测。因此，左侧的检测器11a对从凸部的左侧部分放出的高能量的信号电子82进行检测，但不对从凸部的右侧部分放出的高能量的信号电子81进行检测。凸部80的像中的右侧部分84变暗，而左侧部分83变亮。图8(c)表示由右侧的检测器11b获得的凸部80的像。右侧的检测器11b对从试样15的表面向右放出的高能量的信号电子81进行检测。因此，右侧的检测器11b对从凸部的右侧部分放出的高能量的信号电子81进行检测，但不对从凸部的左侧部分放出的高能量的信号电子82进行检测。凸部80的像中的左右侧部分85变暗，而右侧部分86变亮。
以上，对本发明的例子进行了说明，但本发明并不限定于上述的例子，本领域技术人员容易理解可在专利的技术方案所记载的发明的范围内进行各种变更。
Claims (20)
1.一种扫描型电子显微镜，其中具有：
电子源，产生一次电子束；
物镜，使所述一次电子束汇聚到试样上；
导体板，用于使从所述试样产生的10eV以上的高能量的信号电子撞击到其上；
两个检测器，检测从所述导体板产生的二次电子；
加速电场产生机构，在所述物镜与所述导体板之间产生用于使所述信号电子加速的加速电场；和
屏蔽板，配置在所述物镜的上侧。
2.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述物镜是由中心侧的分离磁极和外侧的主磁极构成的分割型，
所述加速电场产生机构由所述分离磁极构成。
3.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述加速电场产生机构由设置在所述物镜内侧的环状的电极构成。
4.根据权利要求2或3所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述屏蔽板是用于抑制所述加速电场的电场屏蔽板。
5.根据权利要求2所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述屏蔽板是用于抑制由所述两个磁极之间的间隙产生的磁隙所引起的磁场的磁场屏蔽板。
6.根据权利要求2所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述屏蔽板是用于抑制由所述两个磁极之间的间隙产生的磁隙所引起的磁场、且抑制所述加速电场的电磁场屏蔽板。
7.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述物镜生成用于将所述信号电子向所述物镜的中央方向引导的泄漏磁场。
8.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
为了生成用于吸引所述信号电子的吸引电场，对所述检测器施加正电压。
9.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
为了生成用于使所述一次电子减速的减速电场，对所述试样施加负电压。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
对所述屏蔽板施加负电压。
11.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述屏蔽板具有环状的上端部、圆锥状的侧面、和下端的开口部分。
12.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述两个检测器配置在所述导体板的两侧，具有相对于包括电子显微镜光轴的平面面对称的构造。
13.根据权利要求1所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
所述导体板具有作为所述一次电子束通路的中心孔、和所述信号电子撞击的两个面，所述两个检测器被配置为可检测从所述两个面产生的二次电子。
14.根据权利要求13所述的扫描型电子显微镜，其特征在于，
在所述导体板的中心孔的下端设置有圆柱状的部件。
15.一种缺陷检测装置，具有扫描型电子显微镜和图像显示装置，其中所述扫描型电子显微镜具有：
电子源，产生一次电子束；
物镜，使所述一次电子束汇聚到试样上；
导体板，用于使从所述试样产生的10eV以上的高能量的信号电子撞击到其上；
第一及第二检测器，检测从所述导体板产生的二次电子；
加速电场产生机构，在所述物镜与所述导体板之间产生用于使所述信号电子加速的加速电场；和
屏蔽板，配置在所述物镜的上侧，
所述物镜生成用于将所述信号电子向所述物镜的中央方向引导的泄漏磁场，
为了生成用于吸引所述信号电子的吸引电场，对所述检测器施加正电压。
16.根据权利要求15所述的缺陷检测装置，其特征在于，
所述屏蔽板是用于抑制所述加速电场的电场屏蔽板。
17.根据权利要求15所述的缺陷检测装置，其特征在于，
为了生成用于使所述一次电子减速的减速电场，对所述试样施加负电压。
18.根据权利要求15所述的缺陷检测装置，其特征在于，
对所述屏蔽板施加负电压。
19.一种通过扫描型电子显微镜来获得试样像的方法，其中包括如下步骤：
通过物镜汇聚来自电子源的一次电子束，在试样上形成微小斑点；
使从所述试样产生的信号电子撞击导体板；
由检测器检测从所述导体板产生的二次电子；
在所述物镜与所述导体板之间产生用于使所述信号电子加速的加速电场；和
在所述物镜的上侧配置屏蔽板。
20.根据权利要求19所述的通过扫描型电子显微镜来获得试样像的方法，其特征在于，
还具有如下步骤：
通过对所述试样施加负电压，在所述试样上生成用于使所述一次电子减速的减速电场；和
对所述屏蔽板施加负电压。
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