CN103890896B - 扫描电子显微镜及利用它的原电子电流量的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及扫描电子显微镜及利用它的原电子及次级电子电流量的检测方法，扫描电子显微镜的特征在于包括：镜筒，在内部形成有收容空间；源头，设置在所述镜筒的内部，用于向所述镜筒的外部的试样产生带电的原电子；过滤器，在所述镜筒的内部设置在所述源头的下部，用于改变所述原电子及所述原电子与所述试样冲撞后发射的次级电子的移动路径；第一检测器，设置在所述过滤器和所述试样之间的所述镜筒的内部，用于检测通过在所述过滤器中产生的电磁场的作用下改变移动路径的所述原电子产生的电流量；第二检测器，设置在所述源头和所述过滤器之间的所述镜筒的内部，用于检测通过所述过滤器改变移动路径的所述次级电子；过滤器控制部，用于控制所述过滤器，以使所述过滤器选择性地改变所述原电子及所述次级电子的移动路径。由此提供保证检查作业的效率性且装置的整体大小小型化的扫描电子显微镜及利用它的原电子电流量的检测方法。

Description

扫描电子显微镜及利用它的原电子电流量的检测方法

技术领域

本发明涉及一种扫描电子显微镜及利用它的原电子电流量的检测方法，更为详细地涉及一种如下的扫描电子显微镜及利用它的原电子电流量的检测方法：在镜筒的内部一体形成有对原电子及次级电子施加电磁场的过滤器和第一检测器，从而无需在外部设置额外的检测装置，使装置小型化，而且在检测次级电子的同时能够容易地连续检测原电子的电流量，从而保证检查作业的效率性。

背景技术

在半导体装置的制造工艺等需要极其微细而精密的检测和加工的工艺中使用的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)为将在源头产生的电子引导至试样并使之碰撞，并且将由其结果产生的各种现象利用检测器检测而了解试样状态的设备，该装置为对放置在10^-3pa以上真空中的试样的表面，利用1～100nm左右的微细的电子线进行x-y二维方向的扫描，并且检测在试样表面上产生的次级电子的信号后，在阴极线管的屏幕上显示放大图像或进行记录，并且分析试样形状及微细结构等的装置。

图1为表示扫描电子显微镜的示意性结构的图。在扫描电子显微镜中，将在阴极1中产生的原电子通过构成电磁透镜的电极2进行加速及聚集，并以电子束的形式引导至试样而发射次级电子，并且通过检测器3检测所发射的次级电子而分析试样的规定区域。

扫描电子显微镜的电子束扫描到试样侧而构成的电子流自然形成电流，该电流被称为扫描电流。

然而，一般来讲即使在恒定地设置扫描电子显微镜设备的情况下进行操作，由于在设备的特性上，随着时间的推移，扫描电流有所会产生变化，因此操作者需要重新设置后使用，并且即使扫描电流有变化，也不易感测，因此在改变的状态下操作设备，从而会得到错误的检测值。

如上所述，以往的扫描电子显微镜，在原电子电流量和从试样发射的次级电子的信号中产生差异，随之导致因试样带电而获得的试样的图像或数据等上产生失真的问题。

于是，为了检测作为射入能量的原电子电流量，以往在如图1的(a)中表示，在分析试样之前在镜筒下部的试样位置上设置额外的检测器4并检测所射入的原电子的电流量，或在如图1的(b)中表示，在试样的旁边设置额外的检测器4，并使射入的原电子折射而射入检测器4，然后检测原电子的电流量。

为了在如上所述对试样的规定区域进行分析的过程中检测原电子的电流量，中止扫描并检测原电子的电流量。

因此具有在每次进行分析时需要另行设置检测器4，并且在分析过程中难以检测原电子的电流量的缺点，因而降低了作业效率，而且由于在镜筒外部设置检测器4，具有装置的整体大小变大的缺点。

发明内容

因此，本发明是为了解决这种以往的问题而提出的，其目的是提供一种扫描电子显微镜及利用该扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法，该扫描电子显微镜及利用该扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法在镜筒的内部一体形成对原电子及次级电子施加电磁场的过滤器和第一检测器，从而在检测次级电子的同时能够容易地连续检测原电子的电流量，由此保证了检查作业的效率性，而且使装置小型化。

所述目的通过本发明的扫描电子显微镜而实现，该扫描电子显微镜的特征在于，包括：镜筒，在内部形成有收容空间；源头，设置在所述镜筒的内部，用于向所述镜筒的外部的试样产生带电的原电子；过滤器，在所述镜筒的内部设置在所述源头的下部，用于改变所述原电子及所述原电子与所述试样冲撞后发射的次级电子的移动路径；第一检测器，设置在所述过滤器和所述试样之间的所述镜筒的内部，用于检测通过在所述过滤器中产生的电磁场作用下改变移动路径的所述原电子产生的电流量；第二检测器，设置在所述源头和所述过滤器之间的所述镜筒的内部，用于检测通过所述过滤器改变移动路径的所述次级电子；过滤器控制部，用于控制所述过滤器，以使所述过滤器选择性地改变所述原电子及所述次级电子的移动路径。

此外，优选所述扫描电子显微镜的扫描方式为对所述试样的扫描区域按行依次进行扫描的光栅扫描方式。

此外，优选所述过滤器控制部在原电子扫描到所述试样的扫描区域中的一行的期间内，以使所述次级电子流入所述第二检测器的方式控制所述过滤器，并且在为了将原电子扫描到所述试样的下一行，从而移动原电子的射入位置的期间内，以使所述原电子流入所述第一检测器的方式控制所述过滤器。

此外，优选进一步包括：检查部，用于分析由所述第一检测器及所述第二检测器检测的信号；和源头控制部，用于根据从所述检查部传递的结果值，控制从源头扫描的所述原电子的电流量。

此外，所述目的通过本发明的扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法来实现，其特征在于，使用前述第1项～第4项中的任一项所述的扫描电子显微镜，并且包括以下步骤：将带电的所述原电子扫描到试样的检查区域中的一行的同时控制所述过滤器以使所述次级电子被引导至第二检测器；和将所述原电子的扫描位置移动至下一行的同时控制所述过滤器以使所述原电子被引导至所述第一检测器。

此外，优选进一步包括：检查步骤，比较及分析由所述第一检测器和所述第二检测器检测的结果值，并调节所述源头的所述原电子的产生量。

通过本发明，提供一种在检测次级电子的同时能够容易地连续检测原电子的电流量，从而保证检查作业的效率性，而且在镜筒的内部以一体形式设置从而实现装置的小型化的扫描电子显微镜及利用该扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法。

附图说明

图1为表示以往扫描电子显微镜的示意性结构的图。

图2为用于说明本发明的扫描电子显微镜的示意性结构和本发明的使用方法的图。

图3为用于说明本发明的扫描电子显微镜的示意性结构和本发明的使用方法的图。

图4为表示本发明的扫描电子显微镜的法拉第杯的另一形式的图。

图5为用于说明本发明的扫描电子显微镜的扫描方式的图。

图6为利用本发明的扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法的流程图。

具体实施方式

在对本发明进行说明之前需要说明的是，对于具有相同结构的结构要素使用相同的附图标记在第一实施例中进行代表性的说明，在其他实施例中针对与第一实施例不同的结构进行说明。

下面，参照附图对本发明的一实施例的扫描电子显微镜进行详细的说明。

图2为用于说明本发明的扫描电子显微镜的示意性结构和本发明的使用方法的图，图3为用于说明本发明的扫描电子显微镜的示意性结构和本发明的使用方法的图，图4为表示本发明的扫描电子显微镜的法拉第杯的另一形式的图，图5为用于说明本发明的扫描电子显微镜的扫描方式的图。

参照图1及图2，本发明的扫描电子显微镜包括：镜筒10，在内部形成有收容空间；源头20，用于产生并供给原电子；扫描部30，用于设置试样；过滤器40，用于改变原电子和次级电子的移动路径；过滤器控制部50，用于控制过滤器40；检测部60，用于检测原电子的电流量及次级电子的信号；检查部70，用于分析检测部60的信号；源头控制部80，用于调节源头20的原电子产生量；和显示部90，用于通过次级电子进行图像化。

源头20为将加热阴极而产生的原电子扫描到后述的扫描部30的部件，设置在镜筒10的上端部，进一步包括：电极21，用于使所产生的原电子加速及聚集并引导至试样；和空穴板22，形成有空穴。

扫描部30与源头20相对地设置在镜筒10的下方，在上面放置试样。从源头20扫描的原电子射入设置在扫描部30的上面的试样，并且从试样发射包括次级电子的多种信号。此时发射的次级电子向源头20侧发射。

过滤器40为位于原电子和次级电子所经过的路径上，用于改变次级电子的路径的部件，设置在镜筒10的内部的空穴板22的下方，包括电场产生部和磁场产生部，在本实施例中使用通常的维恩(Wien)速度过滤器。

可通过过滤器40改变原电子及次级电子所经过的电场及磁场的方向，从而能够改变移动路径。

参照图2及图3，在过滤器40中，电场和磁场的力构成平衡，因此在原电子的路径上没有变化，但当次级电子向上侧移动时，由于电场和磁场沿相同的方向起作用，因此在次级电子的移动路径上产生变化，此外可利用电场和磁场，直接改变射入试样的原电子的移动路径。

此外，过滤器控制部50为通过控制过滤器40的电场和磁场而控制原电子及次级电子的移动路径的装置。

参照图3及图4，检测部60包括检测原电子所产生的电流值的第一检测器61及检测次级电子的第二检测器62而构成，而且使用通常的法拉第杯，其形状为杯状或在中心形成有孔的圆板形状，而且其形状并不局限于此。

第一检测器61为在所述镜筒10的内部设置在所述过滤器40的下方，用于接收在过滤器40的电场和磁场的作用下改变移动路径的原电子，并且据此检测第一电子电流量的装置。

第二检测器62为在所述镜筒的内部配置在所述空穴板22和过滤器40之间，用于检测射入试样的原电子在冲撞后生成的次级电子的装置。

如上所述，检测原电子及次级电子的第一检测器61及第二检测器62在镜筒的内部以一体型设置，从而具有使装置的整体大小变小的优点。

检查部70为，对由第一检测器61检测的原电子的电流量与由次级电子检测并显示的显示值或者使用者任意设定的原电子的电流量值的范围进行比较，调节源头20的原电子产生量的装置。

源头控制部80为根据由检查部70传递的结果值，控制由源头20产生的原电子的扫描量的装置。

显示部90为通过第二检测器62检测由试样产生的次级电子，并将试样图像化的装置。

此外，显示部90不仅只在通过上述检查部70进行检查之后显示次级电子的图像，还可以在通过扫描电子显微镜进行试样分析的同时进行显示。

因此，可以取代所述检查部70，由使用者操作扫描电子显微镜，调节在显示部90上显示的图像。

此外，优选本实施例的扫描电子显微镜进一步包括折向器(未图示)或输送部(未图示)而构成，从而能够改变试样的需要检测的区域上的原电子的射入位置。

此外，本实施例的扫描电子显微镜通过光栅方式对试样进行扫描，如图5所示，对第一行从始点A沿x方向扫描至终点B后再回到始点A，之后为了移动至下一行，沿y方向移动。之后再反复上面的过程并扫描试样的规定区域。

但是，扫描方式并不局限于上面的示例，可用多种方式进行扫描。

下面对所述的扫描电子显微镜的工作进行说明。

参照图5，在试样的需要分析的区域的第一列的起始位置，从源头20将原电子向下方扫描到试样，同时相对于试样的第一行从始点A沿x方向移动时，放置在扫描部30上的试样与原电子冲撞并发射次级电子。次级电子沿着原电子的移动路径的反方向，即向源头20方向移动，并经过过滤器40。

此时，如图2所示，过滤器控制部50控制过滤器40的电磁场，从而能够将次级电子的移动路径控制为所希望的方向，并且将次级电子的移动路径改变为朝向第二检测器62侧。

当次级电子沿着经改变的移动路径射入第二检测器62时，第二检测器62检测到次级电子所产生的多种信号，而且与第二检测器62连接的显示部90通过从第二检测器62输入的信号将试样的形状图像化。

当如上所述结束对试样的分析区域中第一列的扫描后，原电子的扫描位置再次回到第一列的起始位置，然后沿y方向移动并从第二列的始点A移动至终点B。

与此同时，如图3所示，过滤器控制部50控制过滤器40以将从源头20产生的原电子的路径改变为第一检测器61侧。

因此，能够通过射入第一检测器61的原电子检测原电子的电流量。接下来，检查部70对所检测的原电子的电流量与由次级电子检测并被显示的显示值或者使用者任意设定的原电子的电流量值的范围进行比较，并控制从源头20发射的原电子的电流量。

通过反复进行上述方法，在试样的需要分析的区域上依次移动的同时进行扫描，从而在显示部90显示基于次级电子的图像。

因此，由于在镜筒10的内部以一体型设置的第一检测器61及第二检测器62，无需额外的检测装置，因而装置的整体大小变小，此外由于在为了将原电子的射入位置移动至下一行，而沿y轴方向移动的期间内检测原电子的电流量，因此无需中止扫描，从而提高作业效率。

下面对利用所述的扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法进行说明。

图5为用于说明本发明的扫描电子显微镜的扫描方式的图，图6为利用本发明的扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法的流程图。

参照图6，本发明的原电子电流量的检测方法包括次级电子的检测步骤S10、原电子的检测步骤S20、检查步骤S30、原电子扫描量的控制步骤S31及显示步骤S40而构成。

次级电子的检测步骤S10为，将从源头20产生的原电子扫描到试样，并检测原电子与试样冲撞时产生的次级电子的步骤，包括x方向的移动步骤S11、过滤器控制步骤S12及检测步骤S13。

参照图5，x方向的移动步骤S11为，以需要分析的试样的规定区域的第一行的始点A为基准，使用折向器(未图示)或输送部(未图示)，使射入试样的原电子的射入位置移动至终点B，同时将原电子射入试样而产生次级电子的步骤。

过滤器控制步骤S12为与x方向的移动步骤S11同时进行的步骤，而且是过滤器控制部50控制过滤器40的电磁场，从而使次级电子射入第二检测器62的步骤。

检测步骤S13为，使通过射入试样的原电子而产生的次级电子，在过滤器40产生的电磁场的作用下射入第二检测器62，并检测次级电子信号的步骤。

原电子的检测步骤S20为通过第一检测器61检测从源头20产生的原电子的电流量的步骤，包括y方向的移动步骤S21、过滤器控制步骤S22及检测步骤S23而构成。

y方向的移动步骤S21为用于改变为了分析试样的下一列而移动至终点B的原电子的射入位置的步骤，该步骤为在从终点B再次移动至始点A后，沿着行移动方向，即沿着y方向移动，从而改变射入试样的原电子的射入位置的步骤。

过滤器控制步骤S22为与y方向的移动步骤S21同时进行的步骤，该步骤为过滤器控制部50控制过滤器40的电磁场，从而使原电子射入第一检测器61的步骤。

检测步骤S23为，使射入试样的原电子在过滤器40产生的电磁场作用下射入第一检测器61，并检测原电子电流量的步骤。

如上所述，次级电子的检测步骤S10在原电子的射入位置从始点A移动至终点B的期间内执行，原电子的检测步骤S20在原电子的射入位置从终点B移动至下一行的始点A的期间内执行。因此，由于所述的两个步骤连续地进行，能够提高用于检测原电子的检查作业的效率。

检查步骤S30为，将通过检查部70检测的原电子的电流量与由次级电子检测并被显示的显示值或者使用者任意设定的原电子的电流量值的范围进行比较的步骤，根据结果执行后述的原电子扫描量的控制步骤S40或显示步骤S50。

此外，次级电子根据试样的种类、形状及原电子的电流量等而改变，当改变原电子的电流量的同时反复进行次级电子的信号检查时，能够获取对相同的试样产生最佳效率次级电子的原电子的电流量。

如上所述，原电子扫描量的控制步骤S40为，当在检查步骤S30中检查的原电子和次级电子的结果值的比较结果不是使用者规定的结果值时控制源头20的原电子扫描量的步骤，当结果值为使用者希望的结果值时执行显示步骤S50。

显示步骤S50为，在由第二检测部62检测的次级电子的数据基础上，在显示器上使试样图像化的步骤。

本发明的权利范围并不限于上述实施例，在所附的权利要求书中记载的范围内可实现为多种形式的实施例。在不脱离权利要求书所要求保护的本发明精神的范围内，本发明所属技术领域中的技术人员均能变形的各种范围也应属于本发明的保护范围。

产业上的应用可行性

在镜筒的内部一体形成对原电子及次级电子施加电磁场的过滤器和第一检测器，从而无需在外部设置额外的检测装置，实现了装置的小型化，而且在检测次级电子的同时能够容易地连续检测原电子的电流量，保证了检查作业的效率性。

Claims (3)

1.一种扫描电子显微镜，其特征在于，包括：

镜筒，在内部形成有收容空间；

源头，设置在所述镜筒的内部，用于向所述镜筒的外部的试样产生带电的原电子；

过滤器，在所述镜筒的内部设置在所述源头的下部，用于改变所述原电子及所述原电子与所述试样冲撞后发射的次级电子的移动路径；

第一检测器，设置在所述过滤器和所述试样之间的所述镜筒的内部，用于检测通过在所述过滤器中产生的电磁场作用下改变移动路径的所述原电子产生的电流量；

第二检测器，设置在所述源头和所述过滤器之间的所述镜筒的内部，用于检测通过所述过滤器改变移动路径的所述次级电子；

过滤器控制部，用于控制所述过滤器，以使所述过滤器选择性地改变所述原电子及所述次级电子的移动路径，

所述扫描电子显微镜进一步包括：

检查部，用于分析由所述第一检测器及所述第二检测器检测的信号；和

源头控制部，用于根据从所述检查部传递的结果值，控制从源头扫描的所述原电子的电流量，

所述扫描电子显微镜的扫描方式为对所述试样的扫描区域按行依次进行扫描的光栅扫描方式，

所述过滤器控制部在原电子扫描到所述试样的扫描区域中的一行的期间内，以使所述次级电子流入所述第二检测器的方式控制所述过滤器，并且在为了将原电子扫描到所述试样的下一行，从而移动原电子的射入位置的期间内，以使所述原电子流入所述第一检测器的方式控制所述过滤器。

2.一种扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法，其特征在于，使用权利要求1所述的扫描电子显微镜，并且包括以下步骤：

将带电的所述原电子扫描到试样的检查区域中的一行的同时控制所述过滤器以将所述次级电子引导至第二检测器；和

将所述原电子的扫描位置移动至下一行的同时控制所述过滤器以将所述原电子引导至所述第一检测器。

3.根据权利要求2所述的扫描电子显微镜的原电子电流量的检测方法，其特征在于，进一步包括：

检查步骤，比较及分析由所述第一检测器和所述第二检测器检测的结果值，并调节所述源头的所述原电子的产生量。