JP2005004995A - Scanning type electron microscope - Google Patents

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JP2005004995A JP2003164098A JP2003164098A JP2005004995A JP 2005004995 A JP2005004995 A JP 2005004995A JP 2003164098 A JP2003164098 A JP 2003164098A JP 2003164098 A JP2003164098 A JP 2003164098A JP 2005004995 A JP2005004995 A JP 2005004995A
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Katsuhiko Sakai
克彦 酒井
Mitsugi Sato
佐藤  貢
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Hitachi High Tech Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to display as an image the energy distribution characteristics of signal electrons such as reflecting electrons and secondary electrons generated when primary electron beams are irradiated on a test piece. <P>SOLUTION: The voltage applied onto the signal electron detector 120, which measures the signal electrons 109, 110 emitted from the test piece 107 irradiated by the primary electron beams 104, is changed, and the energy distribution of the signal electrons is measured, and a color is assigned to each energy value. An image is displayed by the color corresponding to each energy value and the luminance corresponding to signal strength. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子線装置に係り、特に試料から発生した反射電子或いは二次電子等の信号電子を検出し、検出した信号電子に基づいて試料走査像を表示する走査形電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
走査形電子顕微鏡は、加速した一次電子線を観察する試料表面に2次元的に微小に走査し、そのとき発生する反射電子、或いは二次電子等の信号電子を検出し、それらの信号強度(信号電流)を走査信号と同期させて、画像として表示装置に2次元的に拡大表示する装置である。信号電子は、比較的低エネルギーの二次電子が大部分を占める。しかし、一次電子線を照射した試料表面からは低エネルギー二次電子だけでなく、一次電子線とほぼ同程度のエネルギーで弾性的に反射してくる反射電子、またこの反射電子と低エネルギー二次電子の間の範囲のエネルギーを持つ電子も放出されてくる。このように信号電子のエネルギーは、0から一次電子線のエネルギー値まで連続的に分布しており、これらの分布の割合は、試料およびその材料特有の性質を反映している。従来の一般的な走査形電子顕微鏡は、これらの電子を区別することなく、単にそれらの信号電子の合計を信号電流、または、信号強度として検出し、その強度に応じて表示装置に画素の明暗として画像を表示する。また、特許文献1のように反射電子用検出器と低エネルギー二次電子用検出器を設け、それぞれの信号を独立に計測することを可能にした技術もある。特許文献1には、反射電子信号,二次電子信号による画像、及びこれらの画像を合成した画像を表示することが記載されている。また、反射電子信号、または、二次電子信号のどちらか一方、又はおのおの検出信号レベルを表示装置へ表示する色信号に変換し合成することも記載されている。これにより、同一の試料に対し、反射電子,二次電子信号により微妙に異なる部分を色の差として区別して表示することが可能になる。この場合、合成する元の画像の種類は、反射電子信号画像と二次電子信号画像の2枚であり、合成画像は2色表示の画像となる。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−192679号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
反射電子信号と二次電子信号を異なる色で表示すると、従来のモノクロ画像よりは情報量が多くなる。しかし、0から一次電子線のエネルギー値まで連続的に分布している信号電子の分布特性、すなわち、試料が持っている固有の特性を表示することはできなかった。
【0005】
本発明の目的は、一次電子線を試料に照射したときに発生する反射電子や二次電子等の信号電子の特性の違いを反映した像表示ができる走査形電子顕微鏡を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、一次電子線の照射によって試料から放出された信号電子を計測する信号電子検出器の部分に信号電子のエネルギー値を識別するための機能を付加した。そして、信号電子強度のエネルギー分布を計測し、各エネルギー値に色を割り当て、それぞれのエネルギー値の信号強度に対応した明るさで画像を構成し、それぞれのエネルギー値の画像、およびその合成画像を表示しするようにした。
【0007】
本発明によれば、走査形電子顕微鏡にて一次電子線を試料に照射したときに発生する反射電子や二次電子等の信号電子のエネルギー分布・特性を忠実に表示装置にカラーの画像として表示することができるので、試料の2次元的な微細表面構造だけでなく、試料物質の相違・分布等の情報も同時に表示・観察・確認することができる。基本的に電子のエネルギー状態に係らず電子が検出できるようになるので、エネルギーが高い状態の反射電子を検出し、試料の組成を調べる場合にも、高エネルギー反射電子と低エネルギー二次電子とを連続的に分別して検出し、正確な組成分析を行うことが可能になる。したがって、目的や試料の状態に応じて低エネルギー二次電子信号と高エネルギー反射電子信号を選択的に検出あるいは合成することができるだけでなく、試料の物質的な性質の違いを色で表すことができ、それらを1枚のカラー画像として観察できるので、従来の走査形電子顕微鏡のモノクロ画像よりも情報量の多い画像を提供することができ、凹凸情報、組成情報を1枚の画像で確認できるだけでなく、その色調等から、感覚的、感応的に試料の状態を把握できる。
【0008】
また、従来は、X線分析等を行わなければ、元素等の物質を同定できなかったものが、走査形電子顕微鏡の画像で予想が付けられるようになり、分析の時間、効率を大幅に向上させることができる。また、半導体デバイス製造ラインでの適用では、製造中の半導体基板を観察したときに、配線、プラグ、ホール底の電位的な異常・欠陥を色の違いで表示でき、欠陥解析の効率を上げることができる。また、基板表面に異物がある場合なども、異物を通常の表面物質とは異なった色で表示できるので、異物を発見しやすく、異物検査、解析、分析の効率を向上することができる。特に、エッチング後のレジストの残渣等がある場合、レジスト残渣部がSi等の基板とは異なった色で表示されるので、残渣の有無を即座に確認することができ、またその分布の具合も明瞭に表示されるので、良し悪しの程度を感覚的にも把握することができる。さらに画像処理により、残渣量をその分布面積の比率から定量的に評価することも可能になる。その他、従来得られなかった情報が表示され得るので、その画像から新たな発見がなされることが期待できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同じ機能部分には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【0010】
図1は、本発明による走査形電子顕微鏡の一実施例を示す概略図である。陰極101と第一陽極102に印加される電圧V1により陰極101から放射された一次電子線104は、第二陽極103に印加される電圧Vaccに加速されて後段のレンズ系に進行する。この一次電子線104は、走査形電子顕微鏡制御システム140内の集束レンズ制御器170で制御された集束レンズ105と対物レンズ制御器174で制御された対物レンズ106により試料107に微小スポットとして集束され、二段の偏向コイル108で試料上を2次元的に走査される。偏向コイル108の走査信号は、入力装置154により指定された観察倍率に応じて、CPU150によって走査制御器176を介し制御される。
【0011】
この試料107の一次電子線照射点からは二次電子109と反射電子110が放出される。二次電子109と反射電子110は、対物レンズ106による磁界の影響で螺旋運動をしながら上部へ進行し、電子検出器120に捕捉される。電子検出器120からの信号は信号変換器160に入力され、それぞれの信号はおのおのゼロを含む任意の利得で増幅された後、ディジタル信号に変換される。そしてこれらの信号は、CPU150の指示により信号処理器178で信号処理され、その後、又は信号処理される前にもメモリ等による記憶手段152にデータ信号を記憶させている。そして、記憶手段152に記憶された反射電子,二次電子の信号、又は処理された信号を用いてCPU150はインターフェース156を介して、CRT等の表示装置125に試料の反射電子像,二次電子像、そして処理された信号による拡大された試料像を表示している。また、記憶手段を介さなくても、試料107を走査している時に、それらの試料像をリアルタイムで表示する機能を持つ。
【0012】
ここで、可変電圧電源151により信号検出器120に印加している電圧Vbを変化させることによって、信号検出器120で検出される二次電子109、反射電子110等の信号電子電流を制限している。信号検出器120に印加している可変電圧電源151の電圧が低い場合は、低エネルギーの二次電子109が引き込まれにくくなり、反射電子110等のエネルギーの高い信号電子のみが検出される。また、信号検出器120に印加している可変電圧電源151の電圧Vbを高くして行くと、それに従い低エネルギーの二次電子の取り込む量が増え、割合が高くなって行く。このように、電子検出器120に印加する電圧を変更すること等の手段で電子検出器120に入る信号電子のエネルギーを変化させ、信号処理器178、および、CPU150の制御によって、信号電子のエネルギースペクトル分析を行う。さらに、そのエネルギー値とその強度に従いそれぞれ色と明度を割りあて、それぞれのエネルギー値の画像、および、それぞれのエネルギー値の画像を1つの画像に合成してカラーで表示する。
【0013】
可変電圧電源151から電子検出器120に印加する電圧Vbは、二次電子109や反射電子110などの信号の取り込み中に、図2(a)に示すように段階的に変化させてゆく。この変化は、図2(b)に示したような一次電子線の偏向走査信号と同期して行う。この場合は、1波長が画像1フレームに相当するY方向の偏向走査信号に同期させて変化させて行く。走査形電子顕微鏡における観察画像の作成は、観察領域を一次電子線104で2次元的に走査し、そのとき試料107から発生した二次電子109や反射電子110などの信号電子の強度を走査位置に対応して、2次元的画像として表示装置125に再現する。1フレームの画像は、X方向に繰り返し一次電子線104を走査し、それと共にY方向に走査位置をずらしながら2次元的に走査することで作成される。X方向、Y方向の偏向走査制御信号は、図2(b)に示すような、のこぎり波になる。この場合、Y方向の偏向走査制御信号ののこぎり波1山が、1フレームに相当する。画像の作成に際して、観察領域を高速に2次元的に走査し、同じ領域に対して複数の画像フレームを取得し、その画像を合成することで、チャージアップの影響やノイズが低減された画像を作ることができる。
【0014】
本発明の場合、具体的には例えば、画像取り込みを開始し、電子検出器120にVbの最大電圧を印加する。そして、最初の1フレーム画像取り込みが終了すると、電圧Vbを1段階低下させ、第二フレームの画像を取り込む。取得画像のフレーム数をNフレームとした場合。バイアス電圧Vbは、最大値から最小値まで、N段階に分け、1フレーム画像取得ごとに1段階ずつ電圧を変化させてゆく。このVbとY方向の偏向走査信号、即ち画像取得のタイミングの関係を図2(a)、および、図2(b)に示す。
【0015】
このときの二次電子109や反射電子110などの信号電子の強度推移の一例として図2(c)が得られる。図2(c)の縦軸は信号電子の強度Isである。図2(c)は、電子検出器120が検出した1フレーム画像分の全信号電子電流のバイアス電圧Vbに対する変化と見てもいいし、または、観察領域に割り当てた、1画素ごとの信号電流のバイアス電圧Vbに対する変化とみても良い。これを1画素の信号電流のバイアス電圧Vbに対する変化とみると、このような信号スペクトルが、画素数分存在する。
【0016】
この信号スペクトルを微分すると、図2(d)に示されるような信号電子のエネルギー分布が得られる。スペクトル右端のピークは、一次電子線が試料で弾性的に反射した反射電子110の信号である。二次電子、反射電子のスペクトルは、ADRIANUS J. DEKKER著:固体物理(コロナ社、橋本隆吉・神山雅英訳、458ページ)に記されている。これを図3に示す。図3において、bの部分に試料物質に固有の小さな極大が存在する。これらは、表面から逃げ出る前に一定の離散的なエネルギーを失って非弾性的に反射された一次電子線に対応している。信号電子の大部分は、比較的低エネルギーを持ち幅の広いピークCにある。これらの電子のエネルギー分布は、ほとんど一次電子線のエネルギーによらない。実際の計測でも単一金属試料に対して、これと同様な信号スペクトルが得られている。
【0017】
このようなスペクトルのエネルギー範囲の最大値から最小値にわたり紫から青、緑、黄、赤といった色を連続的に割り当てる。そして、それぞれのエネルギーレベルに対応した画像を割り当てた色で表示し、それらの画像を全フレームにわたって合成することで、信号電子のエネルギーに対応した色で表現されたカラーの観察画像を得ることができる。これによって、観察画像で2次元的な表面構造を表すだけでなく、各画素に対応した材料が出す固有の反射電子のエネルギー値を色で表現できるので、材料物質的な相違も同時に確認することができる。
【0018】
図2(e)に、信号電子のエネルギーの最大値から最小値まで、紫から青、空色、緑、黄、赤といった可視光色波長の短い順に連続的に割り当てた1例を示す。これを画像表示機能の三原色RGBの3要素に分解すると、図2(e)に示したような分布になる。図2(e)では、このRGBの各値を独立に最大値から最小値まで変化させ、それらを組み合わせることで、複数色のカラー表示が可能になる。RGB各値階調を16階調とすると、原理的には最大で、16×16×16=4096色の表現が可能である。また、RGB各値階調を256階調とすると、原理的には最大で、256×256×256=16,777,216色の表現が可能となる。
【0019】
図2(d)において、すべての画素に対する信号スペクトルの最大値を明度の最大値として割り当て、その1/2の値を明度中央値と割り当てると、図2(e)は明度の中央値におけるRGBそれぞれの階調の分布を示している。例えば図2(e)において、「緑」に対応する信号強度が、中央値以下である場合、その割合にしたがって、G:緑の階調を下げることで、画素の明度を下げることができる。また、エネルギー最大値付近の紫において明度が最大である場合、G:緑の階調を最大に上げることで明度を最大にすることができる。その他の中間色に対しても、それぞれのエネルギーの信号強度に対応した明度になるように、RGBの各階調を調節する。たとえは、緑に対応する信号強度が最大の場合には、赤:Rと青:Bの階調を共に最大にすることで、明度を最大にすることができる。
【0020】
各フレームで、取得される画像は、一次電子線の加速エネルギーを画像フレーム数で割った(分割した)エネルギー幅をもつ信号電子のスペクトルの一部である(図4参照)。このとき1フレームで表現される色調は基本的に1色で、一次電子線のスキャンに対応する信号電子の量によって画面の明暗が決定され、採度が最大の点から、白に向かって明るいほうに256階調、また、黒に向かって暗いほうに256階調取れる。したがって、図2(e)から各画像フレームの個々のピクセルがとり得る色の数は、256×5色×(256×2階調)=655,360色である。これらの画像フレームが重なりあうことで、最大256×256×256=16,777,216色が使われ得る。
【0021】
画像の合成は、各対応するピクセル毎の加算が望ましい。各画像フレームを合成して、1枚の画像を作成する場合、各画像フレームの対応する画素の赤黄青、RGB、もしくは、CMYKの色要素の諧調値を単純加算し、その加算結果を、各色、諧調に均等分配することが望ましい。例えば、画像の各ピクセルのRGB各値が合成のための加算によって、最大値がそれぞれR:4025、G:3602、B:4226になったとすると、個々のピクセルの値(Rij、Gij、Bij)は、単純加算の結果の値(Rij、Gij、Bij)に対し、Rij=Rij×256/4025、Gij=Gij×256/3602、Bij=Bij×256/4226にすると適当な、画像の合成ができる。ここで示した色の割り当ては、これ以外にもさまざまに考案され得る。例えば、赤から紫へのエネルギーの並び順を入れ替え、高エネルギー側の信号を赤に対応させ、低エネルギー側の信号を紫に対応させることもできる。
【0022】
また、変化を効果的に表現するため、途中の配色の分布を非線形にし、例えば、図2(d)で信号変化の大きな、低エネルギー側に配色の変化が多く付くように配分することも可能である。図4に示す様に、あるエネルギー領域の配色の変化を、信号を示す曲線と横軸が作る面積に比例させる。これにより信号の変化を効果的に色の変化で表現させることができる。画像フレームの加算枚数をN枚とする。図4に示すように、あるエネルギーE1からE1+δまでの領域に対し電子信号の曲線fs(E)が作る面積をΔSとするとき、配色の変化をこのΔSに比例させる。信号電子のエネルギーが“0”から最大値“Emax”までの間に作られる面積Sは、次式で表される。
【0023】
【数1】

Figure 2005004995
【0024】
これは、1枚の画像取得時に電子検出器120が検出した、電子の総電荷量に比例する値である。これにより、エネルギーE1における配色の変化率C(E1)は、次式で表される。ここでkは通常、定数の1である。
【0025】
【数2】
Figure 2005004995
【0026】
図5は、図2(d)の信号スペクトルに対して、信号量の多い部分に色変化を多く付くように配色を分布させた例である。ここで、明暗を除いた基本色を256×5色使っていたとすると、互いに隣り合う各フレーム間の基本配色の変化は、通常256×5/Nとなる。これに、式(2)の値をかけて、エネルギーE1に対応するフレームの色変化の割合は、次式で表せる。
【0027】
【数3】
Figure 2005004995
【0028】
図2(d)において、試料の物質的な特長は、比較的高いエネルギーのa,b,c,d等の小さなピークに表れる。表示画像に試料物質の特徴を強調して表示するためにさまざまな方法が考えられるが、一例として、この信号電流スペクトルの対数をとり、これに対応させて画像表示をすることで、a,b,c,d等の小さなピークを強調することができる。この状態を、図6に示す。図6において、実線が、破線で示す信号電流スペクトルの対数をとったスペクトルである。
【0029】
また、ある特定のエネルギー値に電子信号を放出する物質の分布を確認したいといった用途に対しては、その様なエネルギー帯に赤等の目立つ色を対応させて表示することにより、目的の像観察をしやすくすることができる。
【0030】
1フレームごとの画像を重ね合わせるとき、電極電圧変化他の要因で、一次電子線のスキャン領域が、わずかに移動することがある。したがって、画像を重ね合わせるときには、それぞれのフレームの画像の明るさの相関をとり、画像がマッチするように重ね合わせて行く。この場合、まず、電極電圧等を変化させずに二次電子、反射電子すべての信号を取り込んだ、基準と成る画像を最初に取得、保存しておき、相関のベースとなる画像をこの全電子信号を含んだ画像にすると相関がとりやすい。
【0031】
図7は、バイアス電圧Vbの値の変化を1フレーム毎ではなく、4フレーム毎に変化させている例である。このように1フレーム毎に電圧を変化させるのではなく、2フレーム毎、4フレーム毎等、数フレーム毎に電圧を変化させても、試料の物質的特徴を十分表現し得る。バイアス電圧Vbを変化させなければ、一次電子線のスキャン領域が移動することもなくなるので、同一バイアス電圧で取得した数フレームの画像は、そのまま合成し得る。最後に1枚のカラー画像へ合成するときに、予めそれぞれの同一のVbで取得し合成した画像群を、その画素の明度の相関から合わせ位置を調節し、合成することも有効である。
【0032】
さらに明度も、信号強度に対し、明暗を反転させて表示することもできる。このような操作は、入力装置154からの命令入力で、CPU150による信号処理器178、画像積算器155等の制御によってさまざまに変え得る。
【0033】
図8は、これら一連の作業をフローチャートにまとめたものである。
まず、フレーム数Nを決定する(ステップ301)。そして、バイアス電圧の初期値を設定し、電極に電圧を印加する(ステップ302)。この場合、一例として、すべての信号電子電流を取得する設定を初期値としておく。次に、このバイアス電圧設定条件のままで、基準となる画像を取得しておく(ステップ303)。この画像のフレーム数は、4から16フレーム程度、多くても32フレームもあれば十分である。
【0034】
次に、主目的の画像の取得を開始する(ステップ304)。一次電子線を2次元的に走査し、1フレームの画像信号を検出し、保存する(ステップ305)。これを、フレーム毎にバイアス電圧を変化させながら設定したフレーム数だけ繰り返す(ステップ307、308)。前述のように、このバイアス電圧の変化を数フレーム毎に行ってもかまわない。信号取得が終了したら、取得したすべてのデータを保存しておく(ステップ309)。この場合、データとしては、1フレーム画面の画素数×フレーム数(Vb変化の段数に対応)だけある。
【0035】
これらのデータから、各画素の信号スペクトルを取り出し、それを微分し、各エネルギー値に対する信号量を求める。これが、各色に対する明度となる(ステップ310)。各フレーム(Vb電圧:信号電子エネルギー)に配色をし、表示色を決定する。配色は、式(2)に示した方法を使って決定する(ステップ311)。次に、信号処理方法を指定する。物質の特徴を示す信号を強調するといったことが必要な場合、信号の対数をとるなどして、微小信号を強調する指示を入力する(ステップ312)。入力指示に従い、信号の補正を行う(ステップ313)。フレームごとの画像を作成する(ステップ314)。ステップ303で求めた基準画像に対して、マッチングを行い、各フレーム画像の位置を調節する(ステップ315)。調整後、それぞれのフレーム画像を合成する(ステップ316)。これで、1枚の観察画像が出来上がる。ステップ316では、所望のエネルギーの画像のみを表示するようにしてもかまわない。そうすることによって、特定エネルギー特性をもった試料上の個所の分布、面積比等をわかりやすく表示することができる。
【0036】
図9は、本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図である。図9において、光軸上に二次電子109を透過できる多孔電極112と対向電極111、および該電極で発生する電界Eとほぼ直交する磁界Bを発生させる図10に示した磁界発生用コイル213,214を配置して、二次電子109と反射電子110の軌道を偏向させる構成となっている。多孔電極112と対向電極111の電位差を±Ve(V)、磁界発生用コイル213,214の励磁電流をIb(A)、一次電子線の加速電圧をVacc(V)、多孔電極112と対向電極111、および磁界発生用コイル213,214の形状で決まる定数をKe,Kbとしたとき、特許公報第3291880号記載のように、次式の関係を保つようにIbおよびVeを制御し、比例定数K1,K2は一次電子線に偏向作用を及ぼさない条件に設定する。
【0037】
【数4】
Figure 2005004995
【0038】
多孔電極112を透過した二次電子109の軌道を見込む位置に二次電子検出器120配置して検出する。また、反射電子軌道は二次電子と分離され、その反射電子軌道上に反射電子を二次電子に変換する二次電子変換電極440を配置する。この電極に負の電圧を印加すると反射電子は電極に衝突して、電極表面からエネルギーの小さい二次電子を発生する。直交電磁界の強さは、一次電子線104に対して偏向作用を及ぼさないように設定されているが、一次電子線に比較してエネルギーの小さい二次電子450は、磁界よりも電界によって強く曲げられる。その結果、多孔電極側に強く偏向されて多孔電極112を透過し、多孔電極を見込む位置に配置された電子検出器120で検出される。
【0039】
また、多孔電極112の下部に軸対称電極441を配置してこの電極に適当な負の電圧を印加すると、試料から発生した二次電子はこの軸対称電極を進行できずに試料側にはね返される。このように、軸対称電極441に印加する負電圧にしたがって、低エネルギー電子による信号が切り捨てられる。そして、エネルギーの高い反射電子のみが多孔電極上部に配置した変換電極440で二次電子450に変換される。この変換された二次電子450は、試料からの反射電子情報を反映しているため、この信号で像形成することは、試料からの反射電子信号で像形成することと等価となる。電子検出器120は、二次電子変換電極440で発生し、引き込まれる二次電子と、試料から放出され電磁界発生器によって偏向される二次電子を同じように検出できるため、電磁界発生器によって広い範囲に軌道分散(エネルギー分散)する反射電子、及び二次電子を高効率に検出することができる。
【0040】
軸対称電極441に印加する負電圧は、図1における電子検出器120の正のバイアス電圧Vbの逆の作用がある。したがって、図2(a)で示したVbの変化のように、可変電圧電源201から軸対称電極441に印加するバイアス電圧Vb’を、図11(a)に示すように、試料画像の取り込み時にN段に分割し、1フレーム画像取り込みごとにVb’を段階的に印加して行くようにする。こうすると図2(c)で示したのと同様に、電子検出器120には、図11(b)に示したような信号電流が得られる。
【0041】
図12は、本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図である。この走査形電子顕微鏡は、図9の装置における反射電子および二次電子のエネルギーをフィルタリングする機能をより強化したものである。低エネルギーの二次電子が直交電磁界部に入射すると、電磁界によって偏向され、多孔電極112を通って電子検出器120に向かう。このとき、多孔電極112と電子検出器120との間に、多孔電極113があり、これに負電圧を印加して、ここを通過する二次電子をそのエネルギーで制限する。比較的エネルギーの高い反射電子も同様に、直交電磁界以内に設けた負電圧が印加できる多孔電極114を通過するときにフィルタリングされ多孔電極114の電位を越えるエネルギーを持った電子のみがここを通過する。
【0042】
多孔電極113と114は同一の電源Vb’に接続されている。多孔電極114を通過した電子は、二次電子変換電極440に衝突し、二次電子450を発生する。この二次電子450も直交電磁界部の多孔電極112を通って電子検出器120へ達する。試料107と電子検出器120の間には、必ず負電位の多孔電極113もしくは114があるので、一次電子線104の照射によって試料107上で発生した二次電子109、および反射電子110は、この負電位を越えられるエネルギーを持つもののみが検出器120にて検出される。比較的高エネルギーの反射電子は、二次電子変換電極440に衝突して二次電子450を発生することで信号量を増幅することができる。
【0043】
直交電磁界内の多孔電極114は、接地されている多孔電極117にはさまれており、一次電子線104が通る光軸中央部は、シールド筒116によって電磁シールドされている。したがって、多孔電極114の負電位は、一次電子線104の軌道に影響を与えることはない。この構造により、低エネルギー二次電子から高エネルギー反射電子まで連続的に確実にエネルギー分析することができる。さらに、取得する信号電子のエネルギーを変更するよう電極の電圧を変更しても、一次電子線の軌道にはなにも変化を出さず、影響を与えないので、画像フレームを重ねるときに像位置がずれるという恐れがない。低エネルギー電子の信号量をできるだけ増大させるためには、軸対称電極441には、数十Vの正電圧が印加されていることが望ましいが必ずしも不可欠ではない。
【0044】
図13は、本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図である。この走査形電子顕微鏡は、図9の電子検出器120の代わりにアレー状の電子検出器121を配置したものである。
【0045】
アレー状の電子検出器121は、複数の検出器を一列に並べたようなものである。この検出器の列が、図13において、軸方向、縦に並ぶように配置する。こうすることで、エネルギーの低い二次電子は、直交電磁界によってすぐに偏向され、アレー状の電子検出器121の下部で検出される。一方、エネルギーの高い反射電子等は、図13において、アレー状の電子検出器121の上方で検出される。
【0046】
このようにアレー状の電子検出器121を使うことによって、信号電子のエネルギー分布を、電極等の電圧を変化させずに、信号電子を検出する検出器要素の位置によって計測することができる。アレー状の電子検出器121のそれぞれの検出器の数がM個有った場合、M段階に信号電子のエネルギーを分析できる。信号変換器160では、これらM段の信号を並列で処理し、それぞれの検出器要素の信号ごとに色を割り当てる。これら各検出要素で検出した信号に色成分及び信号強度情報を付加して、スキャン信号に同期させて1枚の画像を仕上げる。この場合、1フレームの画像が既に複数色(M色)のカラー画像になっていることが、上述の図1及び図9の実施例と異なる。通常の走査形電子顕微鏡と同様に、この1フレームの画像を複数枚取得して、それらを重ね合わせノイズを低減することができる。
【0047】
図14は、アレー状電子検出器の拡大図である。図14(a)に示すように、検出器の前面には、シンチレータ901とその背面に位置する光電面902があり、その後ろにダイノードアレー903がある。シンチレータ901には、バイアス電圧153が印加してあり、これにより、このシンチレータ901に入射した信号電子は加速され、シンチレータに衝突したときにシンチレータ901を発光させる。光電面902およびダイノードアレー903にも、図のように高電圧904が印加してある。電圧153および904は、数kVから数十kVが望ましい。ダイノードアレー903の背面には収集電極アレー905がある。また、ダイノードアレー903全体には、側面から磁場Bが印加されている。
【0048】
図15(a)は、図14(a)の拡大断面図である。ダイノードアレー903は、抵抗体の中にチャンネルごとに二次電子増倍用の通路を設けてある。この場合、この通路がM個あり、M個のチャンネルを形成している。この抵抗体の表面と裏面に金属電極を蒸着し、この電極に電圧を印加することで、各チャンネルに均一に電圧が印加できる。図14(b)にダイノードアレー903を示す。
【0049】
試料表面から発生した信号電子は、シンチレータ901に入射し、シンチレータ901を発光させる。その光が光電面901に入射すると、裏面から電子を発する。電子は、ダイノードに入るが、ここで、ダイノードには、側面から磁場が印加してあるので、直進できずチャネル側面に衝突する。このとき、複数個の二次電子が発生し、また加速される。この電子もまた磁場によって、偏向され、ダイノード壁面に衝突し、さらに多くの電子を発生させる。このようにして、電子電流が増倍されて行き、最後に電極905に達する。
【0050】
図15(b)は、ダイノードに抵抗体ではなく、金属電極を使った場合の図である。いくつかに分割された電極に電圧が印加されており、この電極内間を電子が増倍されながら進み、最後に電極905に達する。図14(c)に、この電極が並んだダイノードアレー906を示す。図15(a)および図15(b)は、共に図示していないが、光電面902からダイノードアレー903、電極アレー906までは、ガラス管等で密封されており、外部の影響を受けない構造にしておくことが望ましい。
【0051】
図16は、本発明を試料が傾斜できるタイプの走査形電子顕微鏡に適用した例を示す図である。検出器の部分は、図9、図12及び図13記載の構成を使用してもかまわない。
【0052】
図9及び図16で取得した1フレームごとの画像を重ね合わせるとき、図1の実施例の場合と同様に軸対称電極441の電圧変化他の要因で、一次電子線のスキャン領域が、わずかに移動することがある。したがって、画像を重ね合わせるときには、それぞれの画像の明るさの相関をとり、画像がマッチするように重ね合わせて行く。この場合、まず、電極電圧等を変化させずに二次電子、反射電子すべての信号を取り込んだ、基準と成る画像を最初に取得、保存しておき、相関のベースとなる画像をこの全電子信号を含んだ画像にすると相関がとりやすい。
【0053】
図17,図18は、本発明の走査形電子顕微鏡で試料を測定した場合の表示画面例を説明する図である。
図17は半導体基板(シリコンオキサイド)に設けられたフォトレジスト2212のホール2210を測定した例の説明図である。図17(a)は測定対象の概略形状を示し、ホール開口部近辺に起伏2214があり、その開口部近辺の試料表面が負に帯電している状態を表している。図17(b)はこのホールを開口部方向から一次電子線で走査した像を示しており、ホールの帯電していない壁面の定在波2220、底の部分の正確な像情報が得られているが、帯電している試料開口部近辺の正確な像状態は得られていないことを示している。図17(c)は一次電子線で試料を走査し、高エネルギー反射電子信号による試料表面像を現しており、ホールの底の部分の像は得られていないが、試料開口部近辺の正確な起伏状態が得られていることを示している。
【0054】
通常、一次電子線で試料を走査したことにより発生する二次電子信号は、試料の表面から放出されるエネルギーの低い(数エレクトロンボルト程度)電子であるため、試料の表面から放出され試料の凹凸状態を忠実に反映するため、電子線の試料材料内部での散乱の影響を受けず、高い空間分解能の情報を備える特徴を持っている。しかし、従来の低エネルギー二次電子信号による分析方法においては、試料表面が負に帯電(以下、チャージアップと表現する)していると、低エネルギー二次電子の上昇がチャージアップによって妨げられてしまい、このため、ホール開口部近辺の起伏、即ち試料表面の凹凸状態を忠実に反映することが出来なくなってしまう現象がある。この現象によって帯電している試料開口部近辺の正確な像情報が得られていないことを図17(b)の試料像は示している。これに対し図17(c)に示した試料像は、高エネルギー反射電子によるものであるが、低エネルギー二次電子では得られていない試料開口部近辺の正確な起伏状態が判明していることを示している。
【0055】
以下、本発明の走査形電子顕微鏡において、高エネルギー反射電子により正確な試料像を検出することができる理由を述べる。従来の高エネルギー反射電子検出方法においては、エネルギーが高い高加速電圧の一次電子線で試料を走査しているので試料の深部に入り込み、これに対応して試料の深部からエネルギーが高い反射電子(ほぼ加速電圧と同じエネルギー)を発生させるものである。このため一次電子線の試料内部散乱の影響で高エネルギー反射電子の発生領域が広がり空間分解能は低下するが、その信号は試料表面の凹凸状態の他に組成情報を多く含む特徴を持っているため、従来方法においては主に試料内の組成情報を得るためにエネルギーが高い反射電子を検出していた。また、従来の高エネルギー反射電子検出方法として、低加速の一次電子線で試料を走査し、試料の表面近くで高エネルギー反射電子を発生させ、なるべく空間分解能を低下させずに高エネルギー反射電子を検出する方法も存在するが、従来例の方法では試料に一次電子線を照射することにより発生する低エネルギー二次電子と、高エネルギー反射電子を正確に分別して検出する手段がなく、高エネルギー反射電子信号としてとられた信号には低エネルギー二次電子が混入してしまっていたため、結果的に高い分解能を持つ高エネルギー反射電子検出方法は存在しなかった。
【0056】
これに対し本発明の装置においては、電子源から試料までの光学系上に試料から生じた高エネルギー反射電子および低エネルギー二次電子を連続的に分離する電極を設けこの電極が発生する電界によって、または図13に示した構成のように、これら試料から生じた高エネルギー反射電子および低エネルギー二次電子の軌道を分離する電磁界を設けることによって、それぞれのエネルギーに対応した位置で反射電子、および、二次電子をエネルギー別に連続的に検出することが出来るので、高エネルギー反射電子のみによる試料像の形成を始め、特定のエネルギーの信号電子のみによる試料画像を形成することを可能にしている。そして、本発明の一次電子線照射,高エネルギー反射電子検出方法においては、従来の高エネルギー反射電子の発生方法と異なり加速電圧を低く、即ちエネルギー状態を低くした場合においても、高エネルギー反射電子と低エネルギー二次電子をエネルギー別に連続的に分別して、比較的低いエネルギー状態の高エネルギー反射電子のみで試料像を形成することを可能にしている。
【0057】
このため、加速電圧が低い一次電子線は試料表面の浅い部分にしか入り込まず、試料からの高エネルギー反射電子は浅い部分から放出されるようになるため、この高エネルギー反射電子の信号には試料の組成情報に対して、試料の凹凸状態の情報が多く含まれるので、この状態の高エネルギー反射電子の信号を検出することによって、従来の二次電子走査と同等の試料像を形成することを可能にしている。また、絶縁物等の観察において試料が負に帯電(チャージアップ)している場合においても、上述したようにエネルギーの低い二次電子はその発生過程で試料表面の帯電の影響を受けるため、低エネルギー二次電子信号には試料の凹凸情報が忠実に反映されなくなるが、二次電子に比較してエネルギーレベルの高い反射電子では、帯電の影響を受けないため、試料の帯電があっても試料の凹凸情報を安定して得られるようになる。
【0058】
これから、本発明の一次電子線照射,高エネルギー反射電子検出方法により、試料表面の情報を、その表面が帯電していても正確に検出できることを、図17(c)の開口部近辺の試料像は示している。そして、本発明の走査形電子顕微鏡によれば、一次電子線照射に同期して、反射電子信号,二次電子信号をそれぞれエネルギー別に検出し、また、図13のような構成を使うことによってそれぞれのエネルギーの電子を同時に検出できるので、試料が帯電しない状態で凹凸情報のみを高分解能に観察するための、低エネルギー二次電子の検出、および、組成情報を主に観察するため、また帯電している試料の凹凸観察のための、高エネルギー反射電子の検出、これら両方を同時に観察するための、低エネルギー二次電子から高エネルギー反射電子までの検出を連続的に可能にしている。
【0059】
さらに、本発明の走査形電子顕微鏡によれば、高エネルギー反射電子信号による対象試料の像と、低エネルギー二次電子信号による対象試料の像を重ねあわせて試料像の情報を構築することを可能にしている。例えば、図17(b)の低エネルギー二次電子信号による対象試料の像は、ホールの開口部が帯電しているためその側面,底部しか正確な試料凹凸情報を得られていないが、図17(c)の高エネルギー反射電子信号によれば、開口部の正確な凹凸情報が得られているため、これらの試料像を重ねあわせること、即ち、ホールの内部を低エネルギー二次電子信号による試料像で、そして、その外部を高エネルギー反射電子による試料像を用いることにより、ホール全体の対象試料の情報を得ることが可能になる。さらにそれぞれの信号電子のエネルギーによって画像を色別に合成し1枚の画像を形成することができる。
【0060】
図17(d)は、に全エネルギーの電子信号を合成した像の説明図である。図17(d)は、エネルギー別に色付けをしたカラー像となっている。図17(d)により、ホール内の側面、底部の凹凸情報と共に、ホール開口部の凹凸情報、および、レジスト表面の起伏の状態が同時に観察できると共に、それぞれが、二次電子や反射電子の信号電子エネルギーによって色分けされているので、レジスト表面の帯電のしやすさや、組成の違い等が、色の違いとして表示されている。
【0061】
図18は、半導体基板(シリコンオキサイド)に設けられたフォトレジスト2212のホール2210の断面を測定した例の説明図である。図18(a)は測定対象の概略形状を示し、半導体基板(シリコンオキサイド)上に形成されたフォトレジスト中に、レジスト形成中に発生した定在波2220がいくつかの層状に存在していることを表している。尚、このフォトレジスト2212は帯電していない状態にある。
【0062】
図17(b)は、このホール2210の断面を断面方向から一般的な一次電子線走査,低エネルギー二次電子検出方法で構成した試料像を示しており、断面形状の凹凸状態を忠実に反映し、かつ、高い空間分解能を持つ試料像が得られていることが示している。図17(c)は一次電子線走査,高エネルギー反射電子検出方法による試料像を示しているが、試料からの高エネルギー反射電子には対象試料中の組成情報が多く含まれるので、これを検出することによってこのフォトレジスト中にレジスト形成時に発生した定在波が、いくつかの層を形成して存在していることが示されている。これは、高エネルギー反射電子が低エネルギー二次電子と比較して試料の深部から発生し、この高エネルギー反射電子信号にはその組成の相違が現れるようになるためである。
【0063】
そして、本発明の走査形電子顕微鏡によれば、一次電子線照射に同期して、高エネルギー反射電子信号から低エネルギー二次電子信号までそれぞれを連続的に明確に分離して同時に検出できるので、試料の凹凸情報と組成情報の両方を精密に対比して観察することが可能である。これにより、例えば試料がこわれやすく、電子線をあまり照射しないで試料の表面情報および組成情報を検出したい場合でも、一回の試料への一次電子線照射によって、凹凸情報と組成情報の両方を精密に得ることができるので、従来の複数回一次電子線を照射しなければ試料の表面情報と組成情報が得られない方法と比較して、試料へのダメージを最小限に抑えることができるので、広い範囲の試料測定アプリケーションに対応することができる。
【0064】
さらに、本発明の走査形電子顕微鏡によれば、高エネルギー反射電子信号による対象試料の像と、低エネルギー二次電子信号による対象試料の像を重ねあわせて試料像の情報を構築することが可能になる。本実施例の図18(b)の低エネルギー二次電子信号によれば、正確な試料表面情報が得られ、図18(c)の高エネルギー反射電子信号によれば、レジストの組成状態の情報が得られているため、これら2つの試料像を重ねあわせることにより、試料の表面状態と組成状態を容易に比較して表示できる。また、表示するための信号処理方法として、単にそれぞれの画像の輝度調整のみでなく、それぞれの画像状態に応じて所定の色情報を付加することによって、試料の表面状態と組成状態を容易に比較して表示することが可能である。
【0065】
図18(d)は、全エネルギーの電子信号を合成した像の説明図である。図18(d)では、エネルギー別に色付けをしたカラー像となっている。これにより、ホール内の正確な試料表面情報とレジストの組成状態の情報が同時に観察できると共に、それぞれが、二次電子や反射電子の信号電子エネルギーによって色分けされているので、組成の違い等が色の違いとして表示されている。
【0066】
本発明の走査形電子顕微鏡による画像表示の他の例についてさらに説明する。図19は、半導体基板(シリコンオキサイド)上の異物の画像例を示す図である。異物の部分が持つエネルギーの周辺の画像だけ表示したものが、図19(b)である。このように、表示するエネルギー範囲を限定することで、異物を特定しやすくなる。自動で画像処理により異物の位置を特定する場合にも、予め予想される異物のエネルギー範囲のデータを取得しておき、そのエネルギー範囲に着目し、その画像によって異物の位置を特定することで、より正確に異物を捉えることができる。特にこの方法は、異物の位置が見つかりにくい場合に有効である。低倍率で広い面積範囲にわたって目標の物体・異物の特性エネルギー範囲の画像を調べることにより、従来の画像認識の方法では、捕まえられなかった異物を捕まえることができる。
【0067】
また、各エネルギー画面を合成した画像である図19(a)では、異物を例えば赤系等の目立つ色で表示することで、人間にも確認しやすいように表示させることができる。図19(c)は、異物のエネルギー範囲以外のあるエネルギー範囲の画像を表示したものである。単純なモノクロ画像では確認しにくい、表面の組成の相違、小さな凹凸が黒点として確認される。
【0068】
図20は、ポリシリコンラインをエッチングした後、アッシングしたサンプルの画像を示している。ポリシリコンラインの左右に異物が付着していることが確認できる。図20(b)は、特に異物のみが発する信号電子のエネルギー範囲のみで作成した画像である。この部分に赤系等の目立つ配色を割り当て、図20(a)に示すようにカラー画像を作成することにより、異物の存在やその位置がわかりやすい画像を作成できる。図20(c)は、異物のエネルギー範囲以外のあるエネルギー範囲の画像を表示したものである。単純なモノクロ画像では確認しにくい、表面の組成の相違、小さな凹凸が黒点として確認される。
【0069】
図21は、シリコン基板上の薄膜積層試料の断面の説明図である。図21(b)は、同一の試料断面をエネルギーの異なる信号電子を用いて形成した走査像である。信号電子のエネルギーによって走査像に現れる層が異なっている。これら信号電子のエネルギーの異なる各走査像にそれぞれ特定の色を割り当て合成することで、層毎に色の異なるカラー画像である図21(a)が得られる。図21(a)により、この1枚の画像で、各層の厚み、材料の混ざり具合、各層相互の関係等を一目で認識できる。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、観察試料の微細構造だけでなく、物質的な分布をもカラー表示で識別することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による走査形電子顕微鏡の一実施例を示す概略図。
【図2】(a)は電子検出器に印加する電圧Vbの変化の様子を示す図、(b)は一次電子線のY方向の偏向走査信号の図、(c)は1画像取得時の信号電子電流の平均推移を示す図、(d)は信号電子のエネルギー分布を示す図、(e)は信号電子のエネルギー分布に対応した配色分布とRGB成分の分布を示す図。
【図3】二次電子、反射電子のスペクトルの説明図。
【図4】電子信号曲線:fs(E)がE1,E1+δの間で作る面積ΔSの説明図。
【図5】信号量に比例して、色変化が大きくなるように配色を分布させた例を示す図。
【図6】信号電子のエネルギー分布で微小信号を強調した例を示す図。
【図7】バイアス電圧の変化を数フレーム毎に変化させる例を示す図。
【図8】本発明による分析信号の処理手順を示すフローチャート。
【図9】本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図。
【図10】直交電磁界発生部の平面構成図。
【図11】(a)は軸対称電極に印加するバイアス電圧Vb’の変化の様子を示す図、(b)は1画像取得時の信号電子電流の平均推移を示す図。
【図12】本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図。
【図13】本発明による走査形電子顕微鏡の他の実施例を示す概略図。
【図14】アレー状電子検出器の一実施例を示す図。
【図15】アレー状電子検出器の拡大図。
【図16】本発明を試料が傾斜できるタイプの走査形電子顕微鏡に適用した例を示す図。
【図17】本発明の走査形電子顕微鏡で試料を測定した場合の表示画面例を示す図。
【図18】本発明の走査形電子顕微鏡で試料を測定した場合の表示画面例を示す図。
【図19】本発明により異物試料を観察した例を示す図。
【図20】本発明により異物試料を観察した例を示す図。
【図21】本発明により多層材料を観察した例を示す図。
【符号の説明】
101…陰極、102…第一陽極、103…第二陽極、104…一次電子線、105…収束レンズ、106、206…対物レンズ、107、207…試料、108…偏向コイル、109,450…二次電子、110…反射電子、111…対向電極、112…多孔電極、113、114…エネルギー制御用負電位多孔電極、117…接地電極、115…絞り装置、116…シールド筒、120…信号電子検出器、120…アレー状信号電子検出器、125…表示装置(CRT・LCD)、140…走査形電子顕微鏡制御システム、150…CPU、151…可変電圧電源、152…記憶装置(メモリ、ハードディスク)、153…バイアス電源、154…入力装置、155…画像積算器、156…表示装置I/F、160…信号変換器、170…収束レンズ制御器、174…対物レンズ制御器、176…走査制御器、178…信号処理器、213,214…直交磁界発生コイル、440…二次電子変換電極、441…軸対称電極、901…シンチレータ、902…光電面、903…アレー状ダイノード、904…バイアス電圧、905…電極アレー、906…アレー状ダイノード、2212…フォトレジスト、2210…コンタクトホール、2214…フォトレジスト上の起伏、2220…定在波。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam apparatus, and more particularly to a scanning electron microscope that detects signal electrons such as reflected electrons or secondary electrons generated from a sample and displays a sample scanning image based on the detected signal electrons.
[0002]
[Prior art]
The scanning electron microscope scans the surface of the sample for observing the accelerated primary electron beam in a two-dimensional manner, detects signal electrons such as reflected electrons or secondary electrons, and detects their signal intensity ( The signal current) is synchronized with the scanning signal, and is enlarged and displayed two-dimensionally on the display device as an image. The signal electrons are mostly secondary electrons with relatively low energy. However, not only the low-energy secondary electrons from the sample surface irradiated with the primary electron beam, but also the reflected electrons that are elastically reflected with almost the same energy as the primary electron beam, and the reflected electrons and the low-energy secondary electrons. Electrons with energy in the range between electrons are also emitted. Thus, the energy of the signal electrons is continuously distributed from 0 to the energy value of the primary electron beam, and the ratio of these distributions reflects the properties specific to the sample and its material. Conventional conventional scanning electron microscopes simply detect the sum of these signal electrons as a signal current or signal intensity without distinguishing these electrons, and display pixels on the display device according to the intensity. As an image. Further, there is a technique in which a backscattered electron detector and a low energy secondary electron detector are provided as in Patent Document 1, and each signal can be measured independently. Patent Document 1 describes that an image based on a reflected electron signal and a secondary electron signal, and an image obtained by synthesizing these images are displayed. In addition, it is also described that either a reflected electron signal or a secondary electron signal, or each detected signal level is converted into a color signal to be displayed on a display device and synthesized. As a result, it is possible to distinguish and display a slightly different portion as a color difference on the same sample depending on the reflected electron and secondary electron signals. In this case, there are two types of original images to be combined: a reflected electron signal image and a secondary electron signal image, and the combined image is a two-color display image.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-192679
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the reflected electron signal and the secondary electron signal are displayed in different colors, the amount of information is larger than that of a conventional monochrome image. However, the distribution characteristics of the signal electrons distributed continuously from 0 to the energy value of the primary electron beam, that is, the inherent characteristics of the sample cannot be displayed.
[0005]
An object of the present invention is to provide a scanning electron microscope capable of displaying an image reflecting the difference in characteristics of signal electrons such as reflected electrons and secondary electrons generated when a sample is irradiated with a primary electron beam.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a function for identifying the energy value of the signal electrons is added to the portion of the signal electron detector that measures the signal electrons emitted from the sample by the irradiation of the primary electron beam. Then, the energy distribution of the signal electron intensity is measured, a color is assigned to each energy value, an image is configured with brightness corresponding to the signal intensity of each energy value, and an image of each energy value and a composite image thereof are obtained. Displayed.
[0007]
According to the present invention, the energy distribution / characteristics of signal electrons such as reflected electrons and secondary electrons generated when a sample is irradiated with a primary electron beam by a scanning electron microscope is faithfully displayed as a color image on a display device. Therefore, not only the two-dimensional fine surface structure of the sample but also information such as the difference and distribution of the sample substance can be displayed, observed and confirmed at the same time. Basically, electrons can be detected regardless of the energy state of the electrons. Therefore, when detecting backscattered electrons in a high energy state and examining the composition of the sample, high energy backscattered electrons and low energy secondary electrons Can be separated and detected continuously, and an accurate composition analysis can be performed. Therefore, not only can the low-energy secondary electron signal and the high-energy reflected electron signal be selectively detected or synthesized according to the purpose and the state of the sample, but also the difference in material properties of the sample can be expressed in color. Since these images can be observed as a single color image, an image having a larger amount of information than a monochrome image of a conventional scanning electron microscope can be provided, and the unevenness information and composition information can be confirmed with a single image. In addition, the state of the sample can be grasped sensorially and sensitively from the color tone.
[0008]
Also, in the past, materials that could not be identified without X-ray analysis etc. could now be predicted by scanning electron microscope images, greatly improving analysis time and efficiency. Can be made. In addition, when applied to semiconductor device manufacturing lines, the potential abnormality / defects of wiring, plugs, and hole bottoms can be displayed in different colors when observing the semiconductor substrate being manufactured, increasing the efficiency of defect analysis. Can do. In addition, even when there is a foreign substance on the surface of the substrate, the foreign substance can be displayed in a color different from that of a normal surface substance, so that the foreign substance can be easily found and the efficiency of foreign substance inspection, analysis, and analysis can be improved. In particular, when there are resist residues after etching, the resist residue is displayed in a color different from that of the substrate such as Si, so the presence or absence of residues can be checked immediately, and the distribution is also Since it is displayed clearly, the degree of good or bad can be grasped sensuously. Furthermore, the amount of residue can be quantitatively evaluated from the ratio of the distribution area by image processing. In addition, since information that could not be obtained conventionally can be displayed, it can be expected that a new discovery will be made from the image.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same functional parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0010]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention. The primary electron beam 104 radiated from the cathode 101 by the voltage V1 applied to the cathode 101 and the first anode 102 is accelerated to the voltage Vacc applied to the second anode 103 and proceeds to the subsequent lens system. The primary electron beam 104 is focused as a minute spot on the sample 107 by the focusing lens 105 controlled by the focusing lens controller 170 in the scanning electron microscope control system 140 and the objective lens 106 controlled by the objective lens controller 174. The sample is scanned two-dimensionally by the two-stage deflection coil 108. The scanning signal of the deflection coil 108 is controlled by the CPU 150 via the scanning controller 176 according to the observation magnification designated by the input device 154.
[0011]
Secondary electrons 109 and reflected electrons 110 are emitted from the primary electron beam irradiation point of the sample 107. The secondary electrons 109 and the reflected electrons 110 travel upward while being spiraled under the influence of the magnetic field by the objective lens 106 and are captured by the electron detector 120. Signals from the electron detector 120 are input to a signal converter 160, where each signal is amplified with an arbitrary gain including zero and then converted to a digital signal. These signals are signal-processed by the signal processor 178 according to instructions from the CPU 150, and after that, or before the signal processing, the data signal is stored in the storage means 152 such as a memory. Then, using the backscattered electron, secondary electron signal, or processed signal stored in the storage unit 152, the CPU 150 transmits the backscattered electron image, secondary electron of the sample to the display device 125 such as a CRT via the interface 156. The image and the magnified sample image with the processed signal are displayed. Further, it has a function of displaying the sample images in real time while scanning the sample 107 without using the storage means.
[0012]
Here, by changing the voltage Vb applied to the signal detector 120 by the variable voltage power supply 151, the signal electron currents such as the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110 detected by the signal detector 120 are limited. Yes. When the voltage of the variable voltage power supply 151 applied to the signal detector 120 is low, the low-energy secondary electrons 109 are not easily drawn, and only high-energy signal electrons such as the reflected electrons 110 are detected. Further, as the voltage Vb of the variable voltage power supply 151 applied to the signal detector 120 is increased, the amount of low energy secondary electrons taken in increases accordingly, and the ratio increases. Thus, the energy of the signal electrons entering the electron detector 120 is changed by means such as changing the voltage applied to the electron detector 120, and the energy of the signal electrons is controlled by the signal processor 178 and the CPU 150. Perform spectral analysis. Furthermore, according to the energy value and the intensity, the color and the brightness are respectively assigned, the images of the energy values and the images of the energy values are combined into one image and displayed in color.
[0013]
The voltage Vb applied to the electron detector 120 from the variable voltage power supply 151 is changed stepwise as shown in FIG. 2A during capturing of signals such as the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110. This change is performed in synchronization with the deflection scanning signal of the primary electron beam as shown in FIG. In this case, one wavelength is changed in synchronization with a deflection scanning signal in the Y direction corresponding to one frame of an image. In the preparation of an observation image in the scanning electron microscope, the observation region is two-dimensionally scanned with the primary electron beam 104, and the intensity of signal electrons such as the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110 generated from the sample 107 at that time is scanned. Corresponding to the above, it is reproduced on the display device 125 as a two-dimensional image. An image of one frame is created by scanning the primary electron beam 104 repeatedly in the X direction and two-dimensionally scanning it while shifting the scanning position in the Y direction. The deflection scanning control signals in the X and Y directions are sawtooth waves as shown in FIG. In this case, one peak of the sawtooth wave of the deflection scanning control signal in the Y direction corresponds to one frame. When creating an image, the observation area is scanned two-dimensionally at high speed, multiple image frames are acquired for the same area, and the images are combined to create an image with reduced charge-up effects and noise. Can be made.
[0014]
In the case of the present invention, specifically, for example, image capturing is started and a maximum voltage of Vb is applied to the electron detector 120. When the first one-frame image capturing is completed, the voltage Vb is decreased by one step, and the second frame image is captured. When the number of frames of the acquired image is N frames. The bias voltage Vb is divided into N stages from the maximum value to the minimum value, and the voltage is changed by one stage every time one frame image is acquired. The relationship between Vb and the deflection scanning signal in the Y direction, that is, the timing of image acquisition is shown in FIGS.
[0015]
FIG. 2C is obtained as an example of the intensity transition of the signal electrons such as the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110 at this time. The vertical axis in FIG. 2C is the signal electron intensity Is. FIG. 2C may be regarded as a change in the bias voltage Vb of the total signal electron current for one frame image detected by the electron detector 120, or the signal current for each pixel assigned to the observation region. It may be considered that the change to the bias voltage Vb. When this is considered as a change of the signal current of one pixel with respect to the bias voltage Vb, such a signal spectrum exists for the number of pixels.
[0016]
When this signal spectrum is differentiated, an energy distribution of signal electrons as shown in FIG. 2D is obtained. The peak at the right end of the spectrum is a signal of the reflected electrons 110 that the primary electron beam is elastically reflected from the sample. The spectra of secondary electrons and reflected electrons are shown in ADRIANUS J. et al. Dekker: Solid physics (corona, Takayoshi Hashimoto, Masahide Kamiyama, page 458). This is shown in FIG. In FIG. 3, a small maximum inherent to the sample substance exists in the portion b. These correspond to primary electron beams that are inelastically reflected losing certain discrete energy before escaping from the surface. Most of the signal electrons are in a broad peak C with relatively low energy. The energy distribution of these electrons hardly depends on the energy of the primary electron beam. Even in actual measurement, a signal spectrum similar to this is obtained for a single metal sample.
[0017]
Colors such as purple, blue, green, yellow, and red are continuously assigned from the maximum value to the minimum value of the energy range of such a spectrum. Then, an image corresponding to each energy level is displayed in an assigned color, and those images are synthesized over all frames, thereby obtaining an observation image having a color expressed in a color corresponding to the energy of the signal electrons. it can. As a result, not only the two-dimensional surface structure can be represented in the observed image, but also the unique reflected electron energy value produced by the material corresponding to each pixel can be expressed in color, so that differences in material and material can be confirmed at the same time. Can do.
[0018]
FIG. 2E shows an example in which the signal electrons are continuously assigned from the maximum value to the minimum value in the order of shortest visible light color wavelengths such as purple, blue, sky blue, green, yellow, and red. When this is decomposed into three elements of the three primary colors RGB of the image display function, a distribution as shown in FIG. In FIG. 2 (e), each RGB value is independently changed from the maximum value to the minimum value, and a combination of these values enables color display of a plurality of colors. If each RGB value gradation is 16 gradations, in principle, a maximum of 16 × 16 × 16 = 4096 colors can be expressed. Further, if each RGB value gradation is 256 gradations, it is possible in principle to express 256 × 256 × 256 = 16,777,216 colors.
[0019]
In FIG. 2D, when the maximum value of the signal spectrum for all the pixels is assigned as the maximum value of lightness, and half of the value is assigned as the median value of lightness, FIG. The distribution of each gradation is shown. For example, in FIG. 2E, when the signal intensity corresponding to “green” is equal to or lower than the median value, the brightness of the pixel can be lowered by lowering the G: green gradation according to the ratio. When the lightness is maximum in purple near the maximum energy value, the lightness can be maximized by increasing the gradation of G: green to the maximum. For the other intermediate colors, the gradations of RGB are adjusted so that the brightness corresponds to the signal intensity of each energy. For example, when the signal intensity corresponding to green is the maximum, the brightness can be maximized by maximizing both the red: R and blue: B gradations.
[0020]
The image acquired in each frame is a part of the spectrum of signal electrons having an energy width obtained by dividing (dividing) the acceleration energy of the primary electron beam by the number of image frames (see FIG. 4). At this time, the color tone expressed in one frame is basically one color, and the brightness of the screen is determined by the amount of signal electrons corresponding to the scanning of the primary electron beam, and the brightness is brighter toward the white from the point where the grade is maximum. 256 gradations can be obtained, and 256 gradations can be obtained darker toward black. Therefore, from FIG. 2E, the number of colors that each pixel of each image frame can take is 256 × 5 colors × (256 × 2 gradations) = 655,360 colors. By overlapping these image frames, a maximum of 256 × 256 × 256 = 16,777,216 colors can be used.
[0021]
For image synthesis, addition for each corresponding pixel is desirable. When synthesizing each image frame to create one image, the tone values of the red, yellow, blue, RGB, or CMYK color elements of the corresponding pixels of each image frame are simply added, and the addition result is It is desirable to distribute evenly to each color and tone. For example, if the RGB values of each pixel of the image are added for synthesis and the maximum values are R: 4025, G: 3602, and B: 4226, the values of the individual pixels (Rij, Gij, Bij) If the result of simple addition (Rij, Gij, Bij) is Rij = Rij × 256/4625, Gij = Gij × 256/3602, Bij = Bij × 256/4226 it can. Various other color assignments may be devised. For example, the arrangement order of the energy from red to purple can be changed so that the signal on the high energy side corresponds to red and the signal on the low energy side corresponds to purple.
[0022]
In order to express changes effectively, it is also possible to make the distribution of the color scheme in the middle non-linear, for example, to distribute so that the color change is large on the low energy side where the signal change is large in FIG. It is. As shown in FIG. 4, the change in color scheme in a certain energy region is proportional to the area formed by the signal curve and the horizontal axis. Thereby, the change of the signal can be effectively expressed by the change of the color. The number of added image frames is N. As shown in FIG. 4, when ΔS is an area formed by the curve fs (E) of the electronic signal for a region from a certain energy E1 to E1 + δ, a change in color scheme is made proportional to ΔS. The area S created when the energy of the signal electrons is between “0” and the maximum value “Emax” is expressed by the following equation.
[0023]
[Expression 1]
Figure 2005004995
[0024]
This is a value proportional to the total charge amount of electrons detected by the electron detector 120 when one image is acquired. Thereby, the color change rate C (E1) in the energy E1 is expressed by the following equation. Here, k is usually a constant 1.
[0025]
[Expression 2]
Figure 2005004995
[0026]
FIG. 5 is an example in which the color scheme is distributed so that a large color change is applied to a portion with a large amount of signal with respect to the signal spectrum of FIG. Here, assuming that 256 × 5 basic colors excluding light and dark are used, the change in the basic color scheme between adjacent frames is usually 256 × 5 / N. The ratio of the color change of the frame corresponding to the energy E1 can be expressed by the following equation by multiplying this by the value of the equation (2).
[0027]
[Equation 3]
Figure 2005004995
[0028]
In FIG. 2 (d), the material features of the sample appear in small peaks such as a, b, c, and d with relatively high energy. Various methods are conceivable for highlighting and displaying the characteristics of the sample substance on the display image. As an example, by taking the logarithm of this signal current spectrum and displaying the image corresponding to this, a, b , C, d, etc. can be emphasized. This state is shown in FIG. In FIG. 6, the solid line is a spectrum obtained by taking the logarithm of the signal current spectrum indicated by the broken line.
[0029]
For applications where you want to confirm the distribution of substances that emit an electronic signal at a specific energy value, display the target image by displaying a conspicuous color such as red in such an energy band. Can make it easier.
[0030]
When superimposing images for each frame, the scan region of the primary electron beam may move slightly due to changes in electrode voltage and other factors. Therefore, when the images are superimposed, the brightness of the images of the respective frames is correlated, and the images are superimposed so that the images match. In this case, first, a reference image obtained by capturing all the signals of secondary electrons and reflected electrons without changing the electrode voltage or the like is first acquired and stored, and the image serving as a base for correlation is obtained as the all electrons. If the image includes a signal, it is easy to correlate.
[0031]
FIG. 7 shows an example in which the change in the value of the bias voltage Vb is changed every four frames instead of every frame. In this way, the material characteristics of the sample can be sufficiently expressed by changing the voltage every several frames, such as every 2 frames, every 4 frames, etc., instead of changing the voltage every frame. If the bias voltage Vb is not changed, the scan region of the primary electron beam will not move, so that several frames of images acquired with the same bias voltage can be synthesized as they are. Finally, when compositing to one color image, it is also effective to synthesize an image group acquired and synthesized with the same Vb in advance by adjusting the alignment position based on the correlation of the brightness of the pixels.
[0032]
Furthermore, the brightness can also be displayed by reversing the brightness with respect to the signal intensity. Such an operation can be variously changed by controlling the signal processor 178, the image integrator 155, and the like by the CPU 150 by inputting a command from the input device 154.
[0033]
FIG. 8 summarizes the series of operations in a flowchart.
First, the number N of frames is determined (step 301). Then, an initial value of the bias voltage is set and a voltage is applied to the electrode (step 302). In this case, as an example, a setting for acquiring all signal electronic currents is set as an initial value. Next, a reference image is acquired under the bias voltage setting conditions (step 303). The number of frames of this image is about 4 to 16 frames, and at most 32 frames is sufficient.
[0034]
Next, acquisition of the main target image is started (step 304). The primary electron beam is scanned two-dimensionally, and an image signal of one frame is detected and stored (step 305). This is repeated for the set number of frames while changing the bias voltage for each frame (steps 307 and 308). As described above, the bias voltage may be changed every several frames. When the signal acquisition is completed, all acquired data is stored (step 309). In this case, the data includes only the number of pixels of one frame screen × the number of frames (corresponding to the number of steps of Vb change).
[0035]
From these data, the signal spectrum of each pixel is taken out and differentiated to obtain the signal amount for each energy value. This is the lightness for each color (step 310). Each frame (Vb voltage: signal electron energy) is colored to determine the display color. The color arrangement is determined using the method shown in the equation (2) (step 311). Next, a signal processing method is designated. When it is necessary to emphasize the signal indicating the characteristics of the substance, an instruction to enhance the minute signal is input by taking the logarithm of the signal (step 312). The signal is corrected in accordance with the input instruction (step 313). An image for each frame is created (step 314). Matching is performed on the reference image obtained in step 303, and the position of each frame image is adjusted (step 315). After the adjustment, the respective frame images are synthesized (step 316). Thus, one observation image is completed. In step 316, only an image having a desired energy may be displayed. By doing so, it is possible to display the distribution of the locations on the sample having specific energy characteristics, the area ratio, and the like in an easily understandable manner.
[0036]
FIG. 9 is a schematic view showing another embodiment of the scanning electron microscope according to the present invention. In FIG. 9, a magnetic field generating coil 213 shown in FIG. 10 that generates a porous electrode 112 capable of transmitting secondary electrons 109 on the optical axis, a counter electrode 111, and a magnetic field B substantially orthogonal to the electric field E generated at the electrode. , 214 are arranged to deflect the trajectories of the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110. The potential difference between the porous electrode 112 and the counter electrode 111 is ± Ve (V), the excitation current of the magnetic field generating coils 213 and 214 is Ib (A), the acceleration voltage of the primary electron beam is Vacc (V), and the porous electrode 112 and the counter electrode 111, and constants determined by the shapes of the magnetic field generating coils 213 and 214 are Ke and Kb, and as described in Japanese Patent No. 3291880, Ib and Ve are controlled so as to maintain the relationship of K1 and K2 are set to conditions that do not exert a deflection action on the primary electron beam.
[0037]
[Expression 4]
Figure 2005004995
[0038]
The secondary electron detector 120 is arranged and detected at a position where the trajectory of the secondary electrons 109 transmitted through the porous electrode 112 is expected. The reflected electron trajectory is separated from the secondary electrons, and a secondary electron conversion electrode 440 that converts the reflected electrons into secondary electrons is disposed on the reflected electron orbit. When a negative voltage is applied to the electrode, the reflected electrons collide with the electrode and generate secondary electrons with low energy from the electrode surface. The strength of the orthogonal electromagnetic field is set so as not to exert a deflection action on the primary electron beam 104. However, the secondary electron 450 having a lower energy than the primary electron beam is stronger by the electric field than the magnetic field. Bend. As a result, it is strongly deflected to the porous electrode side, passes through the porous electrode 112, and is detected by the electron detector 120 arranged at the position where the porous electrode is seen.
[0039]
Further, when an axially symmetric electrode 441 is disposed under the porous electrode 112 and an appropriate negative voltage is applied to this electrode, secondary electrons generated from the sample cannot be propagated through the axially symmetric electrode and rebounded to the sample side. . In this way, the signal due to the low energy electrons is discarded according to the negative voltage applied to the axisymmetric electrode 441. Then, only the high-energy reflected electrons are converted into secondary electrons 450 by the conversion electrode 440 disposed above the porous electrode. Since the converted secondary electrons 450 reflect the reflected electron information from the sample, forming an image with this signal is equivalent to forming an image with the reflected electron signal from the sample. The electron detector 120 can detect the secondary electrons generated and drawn in the secondary electron conversion electrode 440 and the secondary electrons emitted from the sample and deflected by the electromagnetic field generator in the same manner. Therefore, reflected electrons and secondary electrons that orbitally disperse (energy disperse) over a wide range can be detected with high efficiency.
[0040]
The negative voltage applied to the axisymmetric electrode 441 has the reverse effect of the positive bias voltage Vb of the electron detector 120 in FIG. Therefore, as shown in FIG. 2A, the bias voltage Vb ′ applied from the variable voltage power source 201 to the axially symmetric electrode 441 is changed when the sample image is captured as shown in FIG. Dividing into N stages, Vb ′ is applied step by step every time one frame image is captured. In this way, as shown in FIG. 2C, the signal current as shown in FIG. 11B is obtained in the electron detector 120.
[0041]
FIG. 12 is a schematic view showing another embodiment of the scanning electron microscope according to the present invention. This scanning electron microscope has an enhanced function of filtering the energy of reflected electrons and secondary electrons in the apparatus of FIG. When low energy secondary electrons enter the orthogonal electromagnetic field portion, they are deflected by the electromagnetic field and travel toward the electron detector 120 through the porous electrode 112. At this time, there is a porous electrode 113 between the porous electrode 112 and the electron detector 120, and a negative voltage is applied to the porous electrode 113 to limit secondary electrons passing therethrough with its energy. Similarly, reflected electrons having relatively high energy are filtered when passing through the porous electrode 114 to which a negative voltage provided within an orthogonal electromagnetic field can be applied, and only electrons having energy exceeding the potential of the porous electrode 114 pass through here. To do.
[0042]
The porous electrodes 113 and 114 are connected to the same power source Vb ′. The electrons that have passed through the porous electrode 114 collide with the secondary electron conversion electrode 440 and generate secondary electrons 450. The secondary electrons 450 also reach the electron detector 120 through the porous electrode 112 in the orthogonal electromagnetic field portion. Since there is always a negative potential porous electrode 113 or 114 between the sample 107 and the electron detector 120, the secondary electrons 109 and the reflected electrons 110 generated on the sample 107 by the irradiation of the primary electron beam 104 are Only those having energy that can exceed the negative potential are detected by the detector 120. The reflected electrons having relatively high energy collide with the secondary electron conversion electrode 440 and generate secondary electrons 450, thereby amplifying the signal amount.
[0043]
The porous electrode 114 in the orthogonal electromagnetic field is sandwiched between the grounded porous electrodes 117, and the central portion of the optical axis through which the primary electron beam 104 passes is electromagnetically shielded by the shield cylinder 116. Therefore, the negative potential of the porous electrode 114 does not affect the trajectory of the primary electron beam 104. With this structure, energy analysis can be continuously and reliably performed from low energy secondary electrons to high energy reflected electrons. Furthermore, changing the electrode voltage to change the energy of the signal electrons to be acquired does not change the trajectory of the primary electron beam and does not affect it. There is no fear of slipping. In order to increase the signal amount of low energy electrons as much as possible, it is desirable that a positive voltage of several tens of volts is applied to the axially symmetric electrode 441, but it is not indispensable.
[0044]
FIG. 13 is a schematic view showing another embodiment of the scanning electron microscope according to the present invention. In this scanning electron microscope, an array-shaped electron detector 121 is arranged instead of the electron detector 120 of FIG.
[0045]
The array-shaped electron detector 121 is like arranging a plurality of detectors in a line. In FIG. 13, the detector rows are arranged in the axial direction and vertically. By doing so, secondary electrons with low energy are immediately deflected by the orthogonal electromagnetic field and detected at the lower part of the array-shaped electron detector 121. On the other hand, reflected electrons having high energy are detected above the arrayed electron detector 121 in FIG.
[0046]
By using the array-like electron detector 121 in this way, the energy distribution of signal electrons can be measured by the position of the detector element that detects the signal electrons without changing the voltage of the electrodes or the like. When there are M detectors in each of the array-shaped electron detectors 121, the energy of signal electrons can be analyzed in M stages. The signal converter 160 processes these M-stage signals in parallel, and assigns a color to each detector element signal. Color components and signal intensity information are added to the signals detected by these detection elements, and one image is finished in synchronization with the scan signal. In this case, one frame image is already a color image of a plurality of colors (M colors), which is different from the above-described embodiments of FIGS. Similar to a normal scanning electron microscope, it is possible to obtain a plurality of images of one frame and overlay them to reduce noise.
[0047]
FIG. 14 is an enlarged view of the array electron detector. As shown in FIG. 14A, a scintillator 901 and a photocathode 902 located on the back surface of the scintillator 901 are disposed on the front surface of the detector, and a dynode array 903 is disposed behind the scintillator 901. A bias voltage 153 is applied to the scintillator 901, whereby signal electrons incident on the scintillator 901 are accelerated and cause the scintillator 901 to emit light when colliding with the scintillator. A high voltage 904 is also applied to the photocathode 902 and the dynode array 903 as shown. The voltages 153 and 904 are preferably several kV to several tens kV. On the back of the dynode array 903 is a collection electrode array 905. A magnetic field B is applied to the entire dynode array 903 from the side surface.
[0048]
Fig.15 (a) is an expanded sectional view of Fig.14 (a). The dynode array 903 is provided with a passage for secondary electron multiplication for each channel in the resistor. In this case, there are M passages, and M channels are formed. By depositing metal electrodes on the front and back surfaces of the resistor and applying a voltage to the electrodes, a uniform voltage can be applied to each channel. FIG. 14B shows a dynode array 903.
[0049]
Signal electrons generated from the sample surface enter the scintillator 901 and cause the scintillator 901 to emit light. When the light enters the photocathode 901, electrons are emitted from the back surface. The electrons enter the dynode. Here, since a magnetic field is applied to the dynode from the side surface, the electron cannot travel straight and collides with the side surface of the channel. At this time, a plurality of secondary electrons are generated and accelerated. These electrons are also deflected by the magnetic field and collide with the dynode wall surface to generate more electrons. In this way, the electron current is multiplied and finally reaches the electrode 905.
[0050]
FIG. 15B shows a case where a metal electrode is used for the dynode instead of a resistor. A voltage is applied to the electrodes divided into several parts, and the electrons progress while being multiplied between the electrodes, and finally reach the electrode 905. FIG. 14C shows a dynode array 906 in which the electrodes are arranged. Although neither FIG. 15A nor FIG. 15B is shown, the structure from the photocathode 902 to the dynode array 903 and the electrode array 906 is sealed with a glass tube or the like and is not affected by the outside. It is desirable to keep it.
[0051]
FIG. 16 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a scanning electron microscope of a type in which a sample can be tilted. For the detector portion, the configuration described in FIGS. 9, 12, and 13 may be used.
[0052]
When the images for each frame acquired in FIG. 9 and FIG. 16 are superimposed, the scan region of the primary electron beam is slightly changed due to the voltage change of the axially symmetrical electrode 441 and other factors as in the case of the embodiment of FIG. May move. Therefore, when the images are superimposed, the brightness of each image is correlated, and the images are superimposed so that the images match. In this case, first, a reference image obtained by capturing all the signals of secondary electrons and reflected electrons without changing the electrode voltage or the like is first acquired and stored, and the image serving as a base for correlation is obtained as the all electrons. If the image includes a signal, it is easy to correlate.
[0053]
17 and 18 are diagrams for explaining examples of display screens when a sample is measured with the scanning electron microscope of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an example in which a hole 2210 of a photoresist 2212 provided on a semiconductor substrate (silicon oxide) is measured. FIG. 17A shows a schematic shape of the measurement target, and shows a state in which there are undulations 2214 in the vicinity of the hole opening, and the sample surface in the vicinity of the opening is negatively charged. FIG. 17B shows an image obtained by scanning the hole with a primary electron beam from the direction of the opening, and the standing wave 2220 on the uncharged wall surface of the hole and accurate image information on the bottom portion are obtained. This shows that an accurate image state in the vicinity of the charged sample opening is not obtained. FIG. 17C shows a sample surface image obtained by scanning a sample with a primary electron beam and a high-energy reflected electron signal. An image of the bottom portion of the hole is not obtained, but an accurate image near the sample opening is obtained. It shows that the undulation state is obtained.
[0054]
Usually, secondary electron signals generated by scanning a sample with a primary electron beam are electrons with low energy (about several electron volts) emitted from the surface of the sample. In order to reflect the state faithfully, it is not affected by scattering of the electron beam inside the sample material, and has a feature of providing high spatial resolution information. However, in the conventional analysis method using low energy secondary electron signals, if the sample surface is negatively charged (hereinafter referred to as charge-up), the rise of low-energy secondary electrons is hindered by charge-up. Therefore, there is a phenomenon in which the undulations near the hole opening, that is, the uneven state of the sample surface cannot be accurately reflected. The sample image in FIG. 17B shows that accurate image information in the vicinity of the charged sample opening is not obtained due to this phenomenon. On the other hand, the sample image shown in FIG. 17C is based on high-energy reflected electrons, but an accurate undulation state near the sample opening that has not been obtained with low-energy secondary electrons has been found. Is shown.
[0055]
The reason why an accurate sample image can be detected by high-energy reflected electrons in the scanning electron microscope of the present invention will be described below. In the conventional high-energy backscattered electron detection method, the sample is scanned with a primary electron beam having a high energy and a high acceleration voltage. It generates almost the same energy as the acceleration voltage). For this reason, the region where high-energy reflected electrons are generated spreads due to the internal scattering of the primary electron beam and the spatial resolution is lowered, but the signal has a feature that contains a lot of composition information in addition to the uneven state of the sample surface. In the conventional method, reflected electrons having high energy are detected mainly to obtain composition information in the sample. In addition, as a conventional high-energy reflected electron detection method, a sample is scanned with a low-acceleration primary electron beam, high-energy reflected electrons are generated near the surface of the sample, and high-energy reflected electrons are detected without reducing the spatial resolution as much as possible. Although there is a method for detection, there is no means for accurately separating and detecting low energy secondary electrons generated by irradiating a sample with a primary electron beam and high energy reflected electrons in the conventional method. Since the low-energy secondary electrons have been mixed in the signal taken as the electronic signal, there was no high-energy backscattered electron detection method with high resolution as a result.
[0056]
On the other hand, in the apparatus of the present invention, an electrode for continuously separating high-energy reflected electrons and low-energy secondary electrons generated from the sample is provided on the optical system from the electron source to the sample, and the electric field generated by this electrode generates an electrode. Or by providing an electromagnetic field that separates the orbits of high-energy reflected electrons and low-energy secondary electrons generated from these samples as in the configuration shown in FIG. 13, reflected electrons at positions corresponding to the respective energies, Since secondary electrons can be detected continuously by energy, it is possible to form sample images using only signal electrons with a specific energy, starting with the formation of sample images using only high-energy reflected electrons. . In the primary electron beam irradiation and high energy backscattered electron detection method of the present invention, unlike the conventional high energy backscattered electron generation method, even when the acceleration voltage is low, that is, when the energy state is low, The low energy secondary electrons are continuously sorted according to energy, and it is possible to form a sample image only with high energy reflected electrons in a relatively low energy state.
[0057]
Therefore, the primary electron beam with a low accelerating voltage only enters the shallow part of the sample surface, and the high energy reflected electrons from the sample are emitted from the shallow part. Therefore, it is possible to form a sample image equivalent to the conventional secondary electron scanning by detecting a signal of high energy reflected electrons in this state. It is possible. Even when the sample is negatively charged (charged up) in the observation of an insulator or the like, since the secondary electrons with low energy are affected by the charging of the sample surface during the generation process as described above, The information on the unevenness of the sample is not faithfully reflected in the energy secondary electron signal. However, the reflected electrons with a higher energy level than the secondary electrons are not affected by charging, so the sample is charged even if the sample is charged. Can be obtained stably.
[0058]
From this, it can be seen that the information on the surface of the sample can be accurately detected by the primary electron beam irradiation and high energy backscattered electron detection method of the present invention even if the surface is charged. Shows. According to the scanning electron microscope of the present invention, the reflected electron signal and the secondary electron signal are detected for each energy in synchronism with the irradiation of the primary electron beam, and each of them is used by using the configuration as shown in FIG. Because it is possible to detect electrons with high energy at the same time, it is possible to detect low-energy secondary electrons and observe composition information mainly for observing only unevenness information with high resolution when the sample is not charged. Detection of high-energy reflected electrons for observing the unevenness of a sample, and detection from low-energy secondary electrons to high-energy reflected electrons for observing both of them simultaneously are enabled.
[0059]
Furthermore, according to the scanning electron microscope of the present invention, it is possible to construct the sample image information by superimposing the target sample image by the high energy reflected electron signal and the target sample image by the low energy secondary electron signal. I have to. For example, in the image of the target sample by the low energy secondary electron signal of FIG. 17B, since the opening of the hole is charged, accurate sample unevenness information can be obtained only at the side and bottom, but FIG. According to the high energy reflected electron signal of (c), accurate unevenness information of the opening is obtained. Therefore, these sample images are superimposed, that is, the inside of the hole is a sample by a low energy secondary electron signal. By using a sample image with high-energy reflected electrons on the outside of the image, it is possible to obtain information on the target sample of the entire hole. Furthermore, it is possible to form a single image by synthesizing images according to colors by the energy of each signal electron.
[0060]
FIG. 17D is an explanatory diagram of an image obtained by synthesizing the electronic signal of all energy. FIG. 17D shows a color image colored by energy. As shown in FIG. 17 (d), it is possible to simultaneously observe the unevenness information on the side surface and bottom of the hole, the unevenness information on the hole opening, and the undulation state of the resist surface. Since it is color-coded by electronic energy, the ease of charging the resist surface, the difference in composition, etc. are displayed as the difference in color.
[0061]
FIG. 18 is an explanatory diagram of an example in which the cross section of the hole 2210 of the photoresist 2212 provided on the semiconductor substrate (silicon oxide) is measured. FIG. 18A shows a schematic shape of a measurement target, and standing waves 2220 generated during resist formation are present in several layers in a photoresist formed on a semiconductor substrate (silicon oxide). Represents that. The photoresist 2212 is not charged.
[0062]
FIG. 17B shows a sample image in which the cross section of the hole 2210 is formed by a general primary electron beam scanning and low energy secondary electron detection method from the cross sectional direction, and faithfully reflects the uneven state of the cross sectional shape. In addition, it is shown that a sample image having a high spatial resolution is obtained. FIG. 17 (c) shows a sample image obtained by the primary electron beam scanning and high energy reflected electron detection method. Since the high energy reflected electrons from the sample contain a lot of composition information in the target sample, this is detected. Thus, it is shown that standing waves generated at the time of resist formation exist in this photoresist by forming several layers. This is because high-energy reflected electrons are generated from the deep part of the sample as compared with low-energy secondary electrons, and a difference in the composition appears in this high-energy reflected electron signal.
[0063]
And according to the scanning electron microscope of the present invention, in synchronization with the primary electron beam irradiation, each from the high energy reflected electron signal to the low energy secondary electron signal can be continuously and clearly separated and simultaneously detected, It is possible to accurately observe and compare both the unevenness information and the composition information of the sample. As a result, for example, even if the sample is easily broken and it is desired to detect the surface information and composition information of the sample without irradiating the electron beam very much, both the unevenness information and the composition information are accurately obtained by the primary electron beam irradiation to the sample once. Compared with the conventional method in which the surface information and composition information of the sample cannot be obtained unless the primary electron beam is irradiated multiple times, damage to the sample can be minimized. It can support a wide range of sample measurement applications.
[0064]
Furthermore, according to the scanning electron microscope of the present invention, it is possible to construct the sample image information by superimposing the target sample image by the high energy reflected electron signal and the target sample image by the low energy secondary electron signal. become. According to the low energy secondary electron signal of FIG. 18B of this example, accurate sample surface information can be obtained, and according to the high energy reflected electron signal of FIG. 18C, information on the composition state of the resist. Therefore, by superimposing these two sample images, the surface state and the composition state of the sample can be easily compared and displayed. In addition, as a signal processing method for display, not only the brightness adjustment of each image but also the addition of predetermined color information according to each image state makes it easy to compare the surface state and composition state of the sample. Can be displayed.
[0065]
FIG. 18D is an explanatory diagram of an image obtained by synthesizing all energy electronic signals. In FIG. 18D, a color image is colored according to energy. As a result, accurate sample surface information in the hole and information on the composition state of the resist can be observed at the same time, and each is color-coded by the signal electron energy of secondary electrons and reflected electrons. Is displayed as a difference.
[0066]
Another example of image display by the scanning electron microscope of the present invention will be further described. FIG. 19 is a diagram illustrating an example of an image of foreign matter on a semiconductor substrate (silicon oxide). FIG. 19B shows only an image around the energy of the foreign matter portion. Thus, it becomes easy to specify a foreign substance by limiting the energy range to display. Even when the position of a foreign object is automatically identified by image processing, data on the energy range of a foreign object that is expected in advance is acquired, and by paying attention to the energy range, the position of the foreign object is specified by the image, Foreign objects can be captured more accurately. This method is particularly effective when it is difficult to find the position of the foreign matter. By examining the image of the target object / foreign material characteristic energy range over a wide area range at a low magnification, the conventional image recognition method can catch foreign matter.
[0067]
Further, in FIG. 19A, which is an image obtained by combining the energy screens, the foreign matter can be displayed in a conspicuous color such as red, so that it can be displayed easily for human confirmation. FIG. 19C shows an image in a certain energy range other than the energy range of the foreign matter. Differences in the surface composition and small irregularities that are difficult to confirm in simple monochrome images are confirmed as black spots.
[0068]
FIG. 20 shows an image of a sample ashed after etching the polysilicon line. It can be confirmed that foreign matter is attached to the left and right sides of the polysilicon line. FIG. 20B is an image created only in the energy range of signal electrons generated by only foreign matters. By assigning a conspicuous color scheme such as red to this portion and creating a color image as shown in FIG. 20A, it is possible to create an image in which the presence and position of a foreign object can be easily understood. FIG. 20C shows an image in a certain energy range other than the energy range of the foreign matter. Differences in the surface composition and small irregularities that are difficult to confirm in simple monochrome images are confirmed as black spots.
[0069]
FIG. 21 is an explanatory diagram of a cross section of a thin film laminated sample on a silicon substrate. FIG. 21B is a scanning image in which the same sample cross section is formed using signal electrons having different energies. The layer that appears in the scanned image differs depending on the energy of the signal electrons. By assigning and synthesizing a specific color to each of the scanning images having different signal electron energies, a color image having a different color for each layer is obtained as shown in FIG. From FIG. 21A, it is possible to recognize at a glance the thickness of each layer, the mixing condition of materials, the relationship between layers, and the like from this single image.
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, not only the fine structure of the observation sample but also the material distribution can be identified by color display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.
2A is a diagram showing a change in voltage Vb applied to an electron detector, FIG. 2B is a diagram of a deflection scanning signal in the Y direction of a primary electron beam, and FIG. 2C is a diagram when one image is acquired; The figure which shows the average transition of a signal electron current, (d) is a figure which shows the energy distribution of a signal electron, (e) is a figure which shows the color scheme distribution and RGB component distribution corresponding to the energy distribution of a signal electron.
FIG. 3 is an explanatory diagram of spectra of secondary electrons and reflected electrons.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an area ΔS created by an electronic signal curve: fs (E) between E1 and E1 + δ.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a color arrangement is distributed so that a color change is increased in proportion to a signal amount;
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a minute signal is emphasized by the energy distribution of signal electrons.
FIG. 7 is a diagram showing an example in which a change in bias voltage is changed every several frames.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of an analysis signal according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing another embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.
FIG. 10 is a plan configuration diagram of an orthogonal electromagnetic field generation unit.
11A is a diagram showing a change in bias voltage Vb ′ applied to an axially symmetric electrode, and FIG. 11B is a diagram showing an average transition of signal electron current when one image is acquired.
FIG. 12 is a schematic view showing another embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic view showing another embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of an array-shaped electron detector.
FIG. 15 is an enlarged view of an array electron detector.
FIG. 16 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a scanning electron microscope of a type in which a sample can be tilted.
FIG. 17 is a diagram showing an example of a display screen when a sample is measured with the scanning electron microscope of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing an example of a display screen when a sample is measured with the scanning electron microscope of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing an example of observing a foreign material sample according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing an example of observing a foreign material sample according to the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing an example of observing a multilayer material according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Cathode, 102 ... First anode, 103 ... Second anode, 104 ... Primary electron beam, 105 ... Converging lens, 106, 206 ... Objective lens, 107, 207 ... Sample, 108 ... Deflection coil, 109, 450 ... Two Secondary electron, 110 ... Reflected electron, 111 ... Counter electrode, 112 ... Porous electrode, 113, 114 ... Negative potential porous electrode for energy control, 117 ... Ground electrode, 115 ... Drawing device, 116 ... Shield tube, 120 ... Signal electron detection 120 ... array signal electron detector, 125 ... display device (CRT / LCD), 140 ... scanning electron microscope control system, 150 ... CPU, 151 ... variable voltage power supply, 152 ... storage device (memory, hard disk), 153: Bias power supply, 154: Input device, 155 ... Image accumulator, 156 ... Display device I / F, 160 ... Signal converter, 170 Converging lens controller, 174 ... Objective lens controller, 176 ... Scanning controller, 178 ... Signal processor, 213, 214 ... Orthogonal magnetic field generating coil, 440 ... Secondary electron conversion electrode, 441 ... Axisymmetric electrode, 901 ... Scintillator 902: Photocathode, 903 ... Array-like dynode, 904 ... Bias voltage, 905 ... Electrode array, 906 ... Array-like dynode, 2212 ... Photoresist, 2210 ... Contact hole, 2214 ... Unevenness on photoresist, 2220 ... Standing wave.

Claims (23)

電子線源と、前記電子線源から放出された一次電子線を試料上で走査する走査偏向器と、電子線照射によって試料から放出された信号電子を検出する信号電子検出器と、画像表示部とを備え、前記画像表示部に試料の走査像を表示する走査形電子顕微鏡において、
前記信号電子のエネルギー分布を計測し、計測されたエネルギー値とその強度に従いそれぞれ色と明度を割り当て、1つの画像に合成して前記画像表示部にカラー表示することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
An electron beam source, a scanning deflector that scans the sample with a primary electron beam emitted from the electron beam source, a signal electron detector that detects signal electrons emitted from the sample by electron beam irradiation, and an image display unit In a scanning electron microscope that displays a scanning image of a sample on the image display unit,
A scanning electron microscope characterized by measuring an energy distribution of the signal electrons, assigning a color and brightness according to the measured energy value and intensity thereof, and combining them into one image and displaying the color on the image display unit. .
請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子検出器に印加する電圧を前記走査偏向器による前記一次電子線の走査と同期して段階的に変化させることにより信号電子のエネルギー分布を計測することを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the energy distribution of the signal electrons is measured by stepwise changing the voltage applied to the signal electron detector in synchronization with the scanning of the primary electron beam by the scanning deflector. A scanning electron microscope characterized by: 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、試料と前記信号電子検出器との間に前記信号電子検出器に入射する信号電子のエネルギーを制限するための制御電極を備え、当該制御電極に印加する電圧を前記走査偏向器による前記一次電子線の走査と同期して段階的に変化させることにより信号電子のエネルギー分布を計測することを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, further comprising a control electrode for limiting energy of signal electrons incident on the signal electron detector between a sample and the signal electron detector, and applying the control electrode to the control electrode. A scanning electron microscope characterized by measuring an energy distribution of signal electrons by changing a voltage stepwise in synchronization with scanning of the primary electron beam by the scanning deflector. 請求項2又は3記載の走査形電子顕微鏡において、取得画像のフレーム数がN(Nは正の整数)の場合、前記段階的に変化させる電圧を最大値から最小値までN段階に分け、1フレーム画像取得ごとに1段階ずつ変化させることを特徴とする走査形電子顕微鏡。4. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein when the number of frames of an acquired image is N (N is a positive integer), the stepwise change voltage is divided into N stages from a maximum value to a minimum value. A scanning electron microscope characterized by being changed by one step for each frame image acquisition. 請求項2又は3記載の走査形電子顕微鏡において、前記段階的に変化させる電圧を指定された画像フレーム数毎に変化させることを特徴とする走査形電子顕微鏡。4. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the voltage to be gradually changed is changed for each designated number of image frames. 請求項4記載の走査形電子顕微鏡において、1フレーム毎の画像を重ね合わせるとき、それぞれのフレーム画像の明るさの相関をとり、各フレーム画像がマッチするように重ね合わせることを特徴とする走査形電子顕微鏡。5. The scanning electron microscope according to claim 4, wherein when the images for each frame are overlaid, the brightness of each frame image is correlated and the frame images are overlaid so that they match. electronic microscope. 請求項5記載の走査形電子顕微鏡において、前記段階的に変化させる電圧を同じ電圧にして取得した複数フレームの画像はそれぞれそのまま合成して合成画像とし、それらを最後に1枚のカラー画像に合成するとき前記各合成画像の画素の明度の相関から合わせ位置を調節して合成することを特徴とする走査形電子顕微鏡。6. The scanning electron microscope according to claim 5, wherein the images of a plurality of frames obtained by setting the stepwise changing voltage to the same voltage are combined as they are to form a combined image, and finally combined into a single color image. In this case, the scanning electron microscope is characterized in that the combined positions are adjusted based on the correlation of the brightness of the pixels of each of the combined images. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子検出器によって広いエネルギー範囲の信号電子を検出して取得した試料の走査像を基準とし、各エネルギーの信号電子による走査像を、前記基準の走査像との明度の相関をもとに合わせ位置を調節し合成することを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein a scanning image of a sample obtained by detecting signal electrons in a wide energy range by the signal electron detector is used as a reference, and a scanning image by signal electrons of each energy is used as the reference electron microscope. A scanning electron microscope characterized in that the position is adjusted and synthesized based on the correlation of brightness with a scanned image. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記一次電子線に偏向作用を及ぼさず前記信号電子を前記信号電子検出器の方に偏向する直交電磁界を光軸上に発生させる直交電磁界発生部を有し、前記信号電子検出器は複数の検出器を光軸方向に並べたアレー状電子検出器であることを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein an orthogonal electromagnetic field generator for generating an orthogonal electromagnetic field on the optical axis for deflecting the signal electrons toward the signal electron detector without exerting a deflection action on the primary electron beam. The scanning electron microscope is characterized in that the signal electron detector is an arrayed electron detector in which a plurality of detectors are arranged in the optical axis direction. 請求項9記載の走査形電子顕微鏡において、前記アレー状電子検出器は、シンチレータ、光電面、ダイノードアレー及び集電電極アレーを有し、前記ダイノードアレーは、一体となった抵抗体の中に極数分だけチャンネル孔が並べて設けられていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。10. The scanning electron microscope according to claim 9, wherein the array-shaped electron detector includes a scintillator, a photocathode, a dynode array, and a collecting electrode array, and the dynode array is disposed in an integrated resistor. A scanning electron microscope, wherein channel holes are provided side by side for several minutes. 請求項9記載の走査形電子顕微鏡において、前記アレー状電子検出器は、シンチレータ、光電面、ダイノードアレー、及び集電電極アレーを有し、前記ダイノードアレーは、極数分だけチャンネル孔が空いている電極を複数並べて構成されていることを特徴とする走査形電子顕微鏡。10. The scanning electron microscope according to claim 9, wherein the arrayed electron detector includes a scintillator, a photocathode, a dynode array, and a collecting electrode array, and the dynode array has channel holes corresponding to the number of poles. A scanning electron microscope comprising a plurality of electrodes arranged side by side. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子のエネルギー値に従い色を割り当てるとき、エネルギー値の最大値から最小値にわたり可視光色波長の順に割り当てることを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein when colors are assigned according to the energy values of the signal electrons, the colors are assigned in order of visible light color wavelengths from the maximum value to the minimum value of the energy values. 請求項12において、各エネルギー領域の配色の変化がそれぞれのエネルギー領域における信号電子の信号強度に比例するように配色を割り当てたことを特徴とする走査形電子顕微鏡。13. The scanning electron microscope according to claim 12, wherein the color scheme is assigned so that the change in the color scheme of each energy region is proportional to the signal intensity of the signal electrons in each energy region. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子の各エネルギー値における信号強度に従い画素の明度を割りあて、すべての画素に対する信号スペクトルの信号強度の最大値を明度の最大値として割り当て、その1/2の値を明度中央値と割り当てることを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the brightness of the pixels is assigned according to the signal intensity at each energy value of the signal electrons, the maximum value of the signal intensity of the signal spectrum for all the pixels is assigned as the maximum value of the brightness, A scanning electron microscope characterized in that a value of 1/2 is assigned as a median brightness value. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子の各エネルギー値における信号強度の対数値を明度に対応させたことを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein a logarithmic value of a signal intensity at each energy value of the signal electrons corresponds to lightness. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、前記信号電子のエネルギー値に従い色を割り当てるとき、特定のエネルギー値に指定した色を割り当てることを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein when a color is assigned according to an energy value of the signal electrons, a specified color is assigned to a specific energy value. 請求項1記載の走査形電子顕微鏡において、指定した1つの電子エネルギー値に対応する画像を表示又は複数の電子エネルギー値に対応する画像を合成して表示することを特徴とする走査形電子顕微鏡。2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein an image corresponding to one designated electron energy value is displayed or an image corresponding to a plurality of electron energy values is synthesized and displayed. 電子線源と、前記電子線源から放出された一次電子線を試料上で走査する走査偏向器と、電子線照射によって試料から放出される信号電子を検出する信号電子検出器とを備える走査形電子顕微鏡において、
前記信号電子検出器と試料との間に配置された制御電極及び前記制御電極に電圧を印加する可変電圧電源を有し、前記可変電圧電源から前記制御電極に印加する電圧を変化させることによって前記信号電子検出器で検出される信号電子のエネルギー分布を計測する機能を有することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
A scanning type comprising: an electron beam source; a scanning deflector that scans the sample with a primary electron beam emitted from the electron beam source; and a signal electron detector that detects signal electrons emitted from the sample by electron beam irradiation In electron microscope,
A control electrode disposed between the signal electron detector and the sample, and a variable voltage power source for applying a voltage to the control electrode, and changing the voltage applied to the control electrode from the variable voltage power source A scanning electron microscope having a function of measuring an energy distribution of signal electrons detected by a signal electron detector.
請求項18記載の走査形電子顕微鏡において、
正電圧が印加され電子が前記信号電子検出器に通過し得る多孔電極と負電圧を印加された電極とからなる一対の電界発生電極対を有し、前記一次電子線に偏向作用を及ぼさず前記信号電子を前記信号電子検出器の方向に偏向する直交電磁界を光軸上に発生させる直交電磁界発生部と、
前記直交電磁界発生部の電子源側部に前記一次電子線の軌道を囲むように設けられた電磁界遮蔽用の金属筒と、
前記金属筒の試料側端部付近に光軸方向の前後を接地電位の多孔電極で挟んで設けられ負電圧が印加された第1の多孔電極と、
前記正電圧が印加された多孔電極と前記信号電子検出器との間に前記第1の多孔電極と同電位の第2の多孔電極を設け、
前記第1及び第2の多孔電極を前記制御電極とすることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
The scanning electron microscope according to claim 18,
It has a pair of electric field generating electrodes consisting of a porous electrode through which a positive voltage is applied and electrons can pass through the signal electron detector and an electrode to which a negative voltage is applied, and does not exert a deflection effect on the primary electron beam. An orthogonal electromagnetic field generator for generating an orthogonal electromagnetic field on the optical axis for deflecting signal electrons in the direction of the signal electron detector;
An electromagnetic shielding metal cylinder provided to surround the trajectory of the primary electron beam on the electron source side of the orthogonal electromagnetic field generation unit;
A first porous electrode to which a negative voltage is applied, provided in the vicinity of the sample side end portion of the metal cylinder, with a porous electrode having a ground potential sandwiched between the front and rear in the optical axis direction;
Providing a second porous electrode having the same potential as the first porous electrode between the porous electrode to which the positive voltage is applied and the signal electron detector;
A scanning electron microscope characterized in that the first and second porous electrodes are the control electrodes.
請求項19記載の走査形電子顕微鏡において、前記電子検出器で検出される電子のエネルギー値とその強度に従いそれぞれ色と明度を割り当て、1つの画像に合成してカラー表示することを特徴とする走査形電子顕微鏡。20. The scanning electron microscope according to claim 19, wherein color and brightness are respectively assigned according to the energy value and intensity of electrons detected by the electron detector, and are combined into one image and displayed in color. Shape electron microscope. 一次電子線を試料上に走査して照射するステップと、
前記一次電子線の照射によって試料から発生した信号電子を前記走査に同期してエネルギー別に検出するステップと、
検出された信号電子のエネルギー値とその強度に従いそれぞれ色と明度を割り当て、試料の走査像をカラー表示することを特徴とする試料観察方法。
Scanning and irradiating a sample with a primary electron beam;
Detecting signal electrons generated from the sample by irradiation of the primary electron beam according to energy in synchronization with the scanning;
A sample observation method characterized by assigning a color and brightness according to an energy value and intensity of detected signal electrons, and displaying a scan image of the sample in color.
請求項21記載の試料観察方法において、複数の画像フレームを合成して1枚の画像を作成するステップを含み、各画像フレームの対応する画素の赤黄青、RGB、もしくは、CMYKの色要素の諧調値を単純加算し、その加算結果を各色、諧調に均等分配したことを特徴とする試料観察方法。23. The sample observation method according to claim 21, further comprising a step of creating a single image by combining a plurality of image frames, and the red, yellow, blue, RGB, or CMYK color elements of the corresponding pixels of each image frame. A sample observation method characterized in that gradation values are simply added and the addition result is equally distributed to each color and gradation. 一次電子線を試料上に走査して照射するステップと、
前記一次電子線の照射によって試料から発生した信号電子を前記走査に同期してエネルギー別に検出するステップと、
特定のエネルギーを有する信号電子に基づく走査画像を表示し、その信号電子に対応する構造の位置を特定することを特徴とする試料観察方法。
Scanning and irradiating a sample with a primary electron beam;
Detecting signal electrons generated from the sample by irradiation of the primary electron beam according to energy in synchronization with the scanning;
A sample observation method characterized by displaying a scanning image based on signal electrons having specific energy and specifying a position of a structure corresponding to the signal electrons.
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