JP2008267981A - Sample observation method using electron beam apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子線を用いて試料表面の観察を行う電子線装置、例えば、走査型電子顕微鏡、液晶基板検査装置、EBテスター、半導体基板検査装置を用いた試料観察方法に関する。 The present invention relates to an electron beam apparatus that observes a sample surface using an electron beam, for example, a sample observation method using a scanning electron microscope, a liquid crystal substrate inspection apparatus, an EB tester, and a semiconductor substrate inspection apparatus.
電子線装置は、電子銃からの電子線を収束させて電子ビームとして試料表面に照射し、試料から発生する二次電子を検出するとともに、その電子ビームによる照射位置を試料表面上で走査することによって試料を観察するものである。 The electron beam device converges the electron beam from the electron gun and irradiates the sample surface as an electron beam, detects secondary electrons generated from the sample, and scans the irradiation position of the electron beam on the sample surface. Is used to observe the sample.
電子線装置の一つである走査型電子顕微鏡を用いて誘電体の試料表面を観察する場合には、金などの導電性薄膜を蒸着するなどして、被観察表面に導電性を持たせる必要がある。これは、試料に入射された電子が誘電体の試料表面に蓄積される結果、照射された電子ビームと試料から発生する二次電子のバランスが崩れ、顕微鏡像が不鮮明になる、いわゆるチャージアップ現象を防ぐためである。 When observing the surface of a dielectric sample using a scanning electron microscope, which is one of the electron beam devices, it is necessary to make the surface to be observed conductive by evaporating a conductive thin film such as gold. There is. This is because the electrons incident on the sample are accumulated on the surface of the dielectric sample, and the balance between the irradiated electron beam and the secondary electrons generated from the sample is lost. Is to prevent.
従来技術の一例として、特許文献1には、絶縁性の試料表面を観察する場合にカーボンや金などの薄い膜を蒸着することによってチャージアップ現象を防ぐことが記載されている。
走査型電子顕微鏡を用いて誘電体の試料表面を観察する場合には、金などの導電性薄膜を蒸着するなどして、被観察表面に導電性を持たせ、チャージアップを防止する必要がある。試料表面へ金などの導電性薄膜を蒸着するには、真空装置を用いた蒸着が一般的であるが、非常に時間のかかる作業である。また、試料によっては、蒸着時の加熱に適さないものも存在する。 When observing the surface of a dielectric sample using a scanning electron microscope, it is necessary to make the surface to be observed conductive by evaporating a conductive thin film such as gold to prevent charge-up. . In order to deposit a conductive thin film such as gold on the sample surface, vapor deposition using a vacuum apparatus is generally used, but it is a very time-consuming operation. Some samples are not suitable for heating during vapor deposition.
さらに、液晶基板検査装置等を用いて試料表面を観察する場合には、電子ビームの照射によって試料がダメージを受けたり、試料に汚れが付着したりすることがある。 Furthermore, when the sample surface is observed using a liquid crystal substrate inspection apparatus or the like, the sample may be damaged by the electron beam irradiation, or the sample may be soiled.
本発明は、上記の課題を解決するために、電子ビームを試料に照射し、試料から放出される二次電子を検出することによって試料表面の状態を観察する電子線装置を用いた試料観察方法において、試料の上に誘電体材料を載せ、試料と誘電体材料とを接触させることにより接触帯電を起こさせ、接触帯電に起因して誘電体材料表面に誘起される表面電位のコントラストを二次電子を用いた像によって観察することにより、試料表面の凹凸を観察することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sample observation method using an electron beam apparatus that observes the state of a sample surface by irradiating the sample with an electron beam and detecting secondary electrons emitted from the sample. In this case, a dielectric material is placed on the sample and contact charging is caused by bringing the sample and the dielectric material into contact with each other, and the contrast of the surface potential induced on the surface of the dielectric material due to the contact charging is secondary. It is characterized by observing the unevenness of the sample surface by observing with an image using electrons.
本発明の観察方法によれば、試料に直接電子ビームが照射されることがなくなるため、これを走査型電子顕微鏡や基板検査装置等に用いた場合、後述する効果を得られる。 According to the observation method of the present invention, the sample is not directly irradiated with the electron beam. Therefore, when this is used in a scanning electron microscope, a substrate inspection apparatus, or the like, the effects described later can be obtained.
走査型電子顕微鏡において誘電体の試料表面を観察する場合には、従来必要とされた金などの導電性薄膜の蒸着によるチャージアップ防止手段をとることなく、試料表面の凹凸を観察することができる。また、熱に弱く、蒸着時の加熱に耐えられない試料であっても観察することができる。 When observing a dielectric sample surface with a scanning electron microscope, it is possible to observe irregularities on the sample surface without taking charge-up prevention means by vapor deposition of a conductive thin film such as gold, which has been conventionally required. . Further, even a sample that is weak against heat and cannot withstand the heating during vapor deposition can be observed.
液晶基板検査装置等において試料表面を観察する場合には、電子ビームの照射によって試料がダメージを受けたり、試料に汚れが付着したりすることがなくなる。 When observing the surface of a sample in a liquid crystal substrate inspection apparatus or the like, the sample is not damaged by the electron beam irradiation and the sample is not contaminated.
本発明の実施の形態を図面を参照しながら、走査型電子顕微鏡の場合を例に説明する。図1は、走査型電子顕微鏡を用いて本発明の観察方法を実施した場合の概略構成図である。 An embodiment of the present invention will be described by taking a scanning electron microscope as an example with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram when the observation method of the present invention is carried out using a scanning electron microscope.
走査型電子顕微鏡1は、一次ビーム12を照射する電子銃2及び陽極3と、一次ビーム12を収束するコンデンサレンズ4、試料15上に載せた誘電体材料16に一次ビーム12の焦点を合わせる対物レンズ6、一次ビーム12を走査させる偏向コイル5及び走査電源7、一次ビーム12の照射により誘電体材料16から放出される二次電子13を検出する検出器8、検出した信号を増幅する増幅器9、増幅された信号に基づいて映像化するブラウン管10等を備える。 The scanning electron microscope 1 includes an electron gun 2 and an anode 3 that irradiate a primary beam 12, a condenser lens 4 that focuses the primary beam 12, and an objective that focuses the primary beam 12 on a dielectric material 16 placed on a sample 15. Lens 6, deflection coil 5 and scanning power source 7 for scanning primary beam 12, detector 8 for detecting secondary electrons 13 emitted from dielectric material 16 by irradiation of primary beam 12, and amplifier 9 for amplifying the detected signal And a cathode ray tube 10 or the like for imaging based on the amplified signal.
本装置の動作について、図1を用いて説明する。電子銃2を出た一次ビーム12は、陽極3によって加速された後、コンデンサレンズ4で収束される。コンデンサレンズ4を通過した一次ビーム12は、偏向コイル5によって走査電源7からの電流値に応じて偏向される。偏向された一次ビーム12は、対物レンズ6によって試料15上に載置された誘電体材料16に焦点が合うように収束される。 The operation of this apparatus will be described with reference to FIG. The primary beam 12 exiting the electron gun 2 is accelerated by the anode 3 and then converged by the condenser lens 4. The primary beam 12 that has passed through the condenser lens 4 is deflected by the deflection coil 5 in accordance with the current value from the scanning power supply 7. The deflected primary beam 12 is converged so as to be focused on the dielectric material 16 placed on the sample 15 by the objective lens 6.
誘電体材料16に一次ビーム12が照射されると、二次電子13が放出されるが、誘電体材料16の表面には接触帯電により試料15の凹凸に応じた電位が誘起されているため、放出される二次電子に接触帯電により生じた電位に応じたコントラストが生じる。 When the dielectric material 16 is irradiated with the primary beam 12, secondary electrons 13 are emitted. However, a potential corresponding to the unevenness of the sample 15 is induced on the surface of the dielectric material 16 by contact charging. A contrast corresponding to a potential generated by contact charging is generated in the emitted secondary electrons.
ここで、図2を用いて接触帯電によって誘電体材料16の表面に試料15の凹凸に応じた電位が誘起される過程を説明する。 Here, a process in which a potential corresponding to the unevenness of the sample 15 is induced on the surface of the dielectric material 16 by contact charging will be described with reference to FIG.
図2(a)は、接触させる前の試料15と誘電体材料16を示している。試料15は誘電体に限らず、導電体であってもよい。誘電体材料16はガラス等の薄い誘電体である。この段階では試料15及び誘電体材料16に電荷は現れていない。 FIG. 2A shows the sample 15 and the dielectric material 16 before contact. The sample 15 is not limited to a dielectric, but may be a conductor. The dielectric material 16 is a thin dielectric such as glass. At this stage, no charge appears in the sample 15 and the dielectric material 16.
図2(b)は、試料15と誘電体材料16を接触させたときの状態を示している。接触界面において電荷の移動が発生する。実施例においては、電荷が移動した結果、誘電体材料16側にプラスの電荷21が、試料15側にマイナスの電荷22が発生している様子を示している。電荷の極性については、本実施例に限定されることなく、誘電体材料16及び試料15の材質の組み合わせに応じた極性の電荷が発生する。 FIG. 2B shows a state when the sample 15 and the dielectric material 16 are brought into contact with each other. Charge transfer occurs at the contact interface. In the embodiment, as a result of the movement of charges, a positive charge 21 is generated on the dielectric material 16 side and a negative charge 22 is generated on the sample 15 side. The polarity of the charge is not limited to the present embodiment, and a charge having a polarity corresponding to the combination of the dielectric material 16 and the material of the sample 15 is generated.
図2(c)は、誘電体材料16の表面に表面電荷23が発生した様子を示している。接触界面で発生した電荷は電気双極子を形成し、誘電体材料16では、電気双極子の局所的な電界によって、その内部に誘電分極を発生する。その結果、厚みの薄い誘電体材料16の表面には試料15の凹凸に応じた表面電荷23が誘起される。表面に誘起された表面電荷23は自由に移動することが出来ないため、表面に局在することになる。このようにして誘電体材料16の表面に試料15の凹凸に応じた電位が誘起される。 FIG. 2C shows a state in which surface charges 23 are generated on the surface of the dielectric material 16. The electric charge generated at the contact interface forms an electric dipole, and the dielectric material 16 generates a dielectric polarization in the dielectric material 16 by a local electric field of the electric dipole. As a result, a surface charge 23 corresponding to the unevenness of the sample 15 is induced on the surface of the thin dielectric material 16. Since the surface charge 23 induced on the surface cannot move freely, it is localized on the surface. In this way, a potential corresponding to the unevenness of the sample 15 is induced on the surface of the dielectric material 16.
発明者は、誘電体材料16として0.7mm厚のガラスを用いて表面電荷23が誘起されることを確認しているが、誘電体材料16の厚みについては、0.7mm厚に限定されるものではなく、表面電荷23が誘起される厚みであればよい。極端に薄いと扱い難いし、極端に厚いと表面電荷が誘起されなくなるため、0.5mm〜1mmの厚みが適当であると考えられる。そして、誘電体材料16の材質としては、ガラス、アクリル、PDMS等が使用できるが、これらに限定されるものではない。 The inventor has confirmed that the surface charge 23 is induced using 0.7 mm thick glass as the dielectric material 16. However, the thickness of the dielectric material 16 is limited to 0.7 mm. The thickness may be any thickness that induces the surface charge 23. If it is extremely thin, it is difficult to handle, and if it is extremely thick, surface charge is not induced. Therefore, a thickness of 0.5 mm to 1 mm is considered appropriate. The dielectric material 16 can be made of glass, acrylic, PDMS, or the like, but is not limited thereto.
図1に戻って説明する。誘電体材料16の表面に一次ビーム12が照射されると、二次電子13が放出されるが、誘電体材料16の表面には表面電荷23が局在しており、表面電荷23の分布状態に応じて電位が異なり、放出される二次電子13は、この表面電荷23の分布に応じたコントラストをもつことになる。このとき、一次ビーム12の照射によって誘電体材料16の表面がチャージアップされるが、一般的な照射量であれば、表面電荷23に比べて無視できるレベルであるため、顕微鏡像へ影響を与えることはない。 Returning to FIG. When the surface of the dielectric material 16 is irradiated with the primary beam 12, secondary electrons 13 are emitted, but the surface charge 23 is localized on the surface of the dielectric material 16, and the surface charge 23 is distributed. Therefore, the emitted secondary electrons 13 have a contrast according to the distribution of the surface charges 23. At this time, the surface of the dielectric material 16 is charged up by the irradiation of the primary beam 12. However, if the irradiation amount is a general amount, the level is negligible compared to the surface charge 23, which affects the microscopic image. There is nothing.
放出される二次電子13は検出器8によって検出され、電気信号に変換される。増幅器9はその電気信号を増幅し、増幅された信号はブラウン管10の輝度をコントロールする。ブラウン管10の偏向コイル11には走査電源7から偏向コイル5への電流に同期した電流が流れるため、誘電体材料16の表面の電位分布に応じたコントラストがブラウン管10に映し出される。誘電体材料16の表面の電位分布は試料15の表面の凹凸に対応しているため、試料15の表面の凹凸を観察することができる。 The emitted secondary electrons 13 are detected by the detector 8 and converted into electrical signals. The amplifier 9 amplifies the electric signal, and the amplified signal controls the luminance of the cathode ray tube 10. Since a current synchronized with the current from the scanning power supply 7 to the deflection coil 5 flows through the deflection coil 11 of the cathode ray tube 10, a contrast corresponding to the potential distribution on the surface of the dielectric material 16 is displayed on the cathode ray tube 10. Since the potential distribution on the surface of the dielectric material 16 corresponds to the unevenness on the surface of the sample 15, the unevenness on the surface of the sample 15 can be observed.
図3は、本発明の観察方法を用いて走査型電子顕微鏡によって実際に取得した試料表面の凹凸の画像である。試料15にはアルミ板、誘電体材料16には0.7mm厚のガラスを用いた。 FIG. 3 is an image of the unevenness of the sample surface actually obtained by a scanning electron microscope using the observation method of the present invention. The sample 15 was an aluminum plate, and the dielectric material 16 was 0.7 mm thick glass.
1…走査型電子顕微鏡、2…電子銃、3…陽極、4…コンデンサレンズ、5…偏向コイル、6…対物レンズ、7…走査電源、8…検出器、9…増幅器、10…ブラウン管、11…偏向コイル、12…一次ビーム、13…二次電子、14…試料設置台、15…試料、16…誘電体材料、21…プラスの電荷、22…マイナスの電荷、23…表面電荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scanning electron microscope, 2 ... Electron gun, 3 ... Anode, 4 ... Condenser lens, 5 ... Deflection coil, 6 ... Objective lens, 7 ... Scanning power supply, 8 ... Detector, 9 ... Amplifier, 10 ... CRT, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Deflection coil, 12 ... Primary beam, 13 ... Secondary electron, 14 ... Sample mounting stand, 15 ... Sample, 16 ... Dielectric material, 21 ... Positive charge, 22 ... Negative charge, 23 ... Surface charge
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