JP2016110865A - Scanning electron microscope - Google Patents

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Takashi Oe
隆 大江
光二 小坂
Koji Kosaka
光二 小坂
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning electron microscope that is configured in a small size by omitting a condenser lens constituting a convergent lens and shortening the dimension in the axial line direction of an electron optics system.SOLUTION: An electron gun for generating an electron beam is provided with a gun lens 46 for varying the current density, the peripheral portion of an electron beam is removed, and an aperture 58 for restricting the size of the electron beam flux is disposed at the emission side of the gun lens 46. And the electron beam passing through the aperture 58 is passed through an objective lens and applied to a sample on a stage.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は走査型電子顕微鏡に係り、とくに電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの2次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する2次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡に関する。   The present invention relates to a scanning electron microscope, and in particular, irradiates an electron beam while scanning it relative to a sample, detects secondary electrons from the sample by a detector, and outputs secondary electrons detected at the scanning position. The present invention relates to a scanning electron microscope that forms an image from the above.

半導体を製造する場合には、シリコンウエハ上に化学処理を施して配線パターンを形成し、シリコンウエハ上に形成された各素子を上記配線パターンを介して接続する。従って、配線パターンが正しく形成されかつ正しく接続されないと、半導体が正しい動作を行なわない状態が発生し、不良品の発生に繋がる。そこで半導体の製造プロセスにおいて、半導体ウエハ上に形成される描画パターンが正しく形成されているかどうかをチェックするために、例えば特開2006−138864号公報に開示されているように、走査型電子顕微鏡を用いて検査あるいは評価を行なうようにしている。   In the case of manufacturing a semiconductor, a chemical process is performed on a silicon wafer to form a wiring pattern, and each element formed on the silicon wafer is connected via the wiring pattern. Therefore, if the wiring pattern is not correctly formed and properly connected, a state in which the semiconductor does not operate correctly occurs, leading to the generation of defective products. Therefore, in order to check whether or not the drawing pattern formed on the semiconductor wafer is correctly formed in the semiconductor manufacturing process, a scanning electron microscope is used as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-138864. It is used for inspection or evaluation.

このような用途に用いられる走査型電子顕微鏡は、電子線源からの電子ビームを、収束レンズあるいはコンデンサレンズによって集束させるとともに、偏向コイルによって所定の方向に偏向し、この後対物レンズによってステージ上に配された試料から成る半導体ウエハの所定の位置に照射するようにしている。このような構成は、電子銃の出射側に、収束レンズを構成するコンデンサレンズを設けるようにしなければならない。コンデンサレンズは電磁コイルであって、軸線方向に大きな寸法を有するために、電子光学系の高さ方向の寸法が非常に大きくなり、これによって走査型電子顕微鏡の大きさも大きくなり、とくに高さ方向に長くなる欠点があった。   A scanning electron microscope used for such an application focuses an electron beam from an electron beam source by a converging lens or a condenser lens, deflects it in a predetermined direction by a deflection coil, and then places it on a stage by an objective lens. Irradiation is performed on a predetermined position of the semiconductor wafer made of the arranged sample. In such a configuration, it is necessary to provide a condenser lens constituting a converging lens on the emission side of the electron gun. Since the condenser lens is an electromagnetic coil and has a large dimension in the axial direction, the dimension in the height direction of the electron optical system becomes very large, which increases the size of the scanning electron microscope, especially in the height direction. There was a drawback of becoming longer.

特開2006−138864号公報JP 2006-138864 A

本願発明の課題は、高さ方向の寸法を短くし、これによって小型化を可能にした走査型電子顕微鏡を提供することである。   The subject of this invention is providing the scanning electron microscope which shortened the dimension of the height direction and enabled size reduction by this.

本願発明の別の課題は、コンデンサレンズから成る収束レンズを無くし、これによってとくに電子光学系のコンパクト化を図るようにした走査型電子顕微鏡を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a scanning electron microscope that eliminates a converging lens made up of a condenser lens, thereby reducing the size of the electron optical system.

本願発明のさらに別の課題は、コンデンサレンズから成る収束レンズを用いることなく、しかもコンデンサレンズを用いた電子顕微鏡と同等あるいはそれ以上の分解能を有するコンパクトな走査型電子顕微鏡を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a compact scanning electron microscope having a resolution equal to or higher than that of an electron microscope using a condenser lens without using a converging lens made of a condenser lens.

本願発明のさらに別の課題は、電子銃に設けられた静電レンズから成るガンレンズによってコンデンサレンズの機能を達成するようにしたコンパクトな走査型電子顕微鏡を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a compact scanning electron microscope in which the function of a condenser lens is achieved by a gun lens composed of an electrostatic lens provided in an electron gun.

本願発明のさらに別の課題は、電子銃に設けられた静電レンズから成るガンレンズによってブランキング機能を達成するようにした走査型電子顕微鏡を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a scanning electron microscope in which a blanking function is achieved by a gun lens composed of an electrostatic lens provided in an electron gun.

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。   The above-described problems and other problems of the present invention will be made clear by the technical idea of the present invention described below and the embodiments thereof.

本願の主要な発明は、電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの2次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記2次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、
前記電子線を発射する電子銃に、静電レンズから成り、電子線の電流密度を変化させるガンレンズを設けるとともに、該ガンレンズの出力側に電子線の周辺部を取除いて電子線束の大きさを規制するアパーチャを配し、前記アパーチャを通過した電子線を対物レンズを通して前記試料に照射するようにした走査型電子顕微鏡に関するものである。
In the main invention of the present application, an electron beam is irradiated while being scanned relative to a sample, secondary electrons from the sample are detected by a detector, and an image is obtained from the detection output of the secondary electrons with respect to a scanning position. In a scanning electron microscope designed to form,
The electron gun that emits the electron beam is provided with a gun lens that includes an electrostatic lens and changes the current density of the electron beam, and the electron beam bundle is removed by removing the peripheral portion of the electron beam from the output side of the gun lens. The present invention relates to a scanning electron microscope in which an aperture for regulating the thickness is arranged and an electron beam that has passed through the aperture is irradiated onto the sample through an objective lens.

ここで、前記ガンレンズと前記アパーチャの対が2組設けられ、前段側の対のガンレンズがアノードよりも電子線源側に設けられるとともに、前記前段側のガンレンズに対応するアパーチャが前記アノードに形成されてよい。また前記電子銃が前記対物レンズに直接取付けられてよい。また前記対物レンズの入射側に偏向装置が取付けられるとともに、前記偏向装置の入射側に前記ガンレンズを備える前記電子銃が直結されてよい。また前記電子銃の電子線源がW/ZrO熱電界放出型電子線源であってよい。   Here, two pairs of the gun lens and the aperture are provided, the pair of gun lenses on the front stage side is provided on the electron beam source side with respect to the anode, and the aperture corresponding to the gun lens on the front stage side is provided on the anode side. May be formed. The electron gun may be directly attached to the objective lens. A deflecting device may be attached to the incident side of the objective lens, and the electron gun including the gun lens may be directly connected to the incident side of the deflecting device. The electron beam source of the electron gun may be a W / ZrO thermal field emission type electron beam source.

また、前記ガンレンズが絶縁性の筒体を備え、その中心孔の内周面に円周方向に4極以上の多極に分割された電極を形成して成り、各電極にそれぞれ制御電圧を印加することにより電子線を収束するようにしてよい。また前記ガンレンズの多極に分極された電極に非対称電圧を印加することにより、前記電子線を前記アパーチャに対して側方に移動させてブランキングを行なうようにしてよい。また前記アパーチャが円形孔であって、直径が0.3〜1.2mmの範囲内の穴であってよい。また前記試料がステージ上に載置され、該ステージによって前記試料が所定の方向に移動されることによって前記走査が行われてよい   The gun lens comprises an insulating cylinder, and is formed by forming electrodes divided into four or more poles in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the center hole, and a control voltage is applied to each electrode. The electron beam may be converged by applying. In addition, blanking may be performed by applying an asymmetric voltage to the multi-polarized electrode of the gun lens to move the electron beam laterally with respect to the aperture. The aperture may be a circular hole having a diameter in the range of 0.3 to 1.2 mm. The scanning may be performed by placing the sample on a stage and moving the sample in a predetermined direction by the stage.

なお本願の各請求項に係る発明は、独立行政法人産業技術総合研究所の主導のもとになされた戦略的基盤技術高度化支援事業の中で創出されたものである。   The invention according to each claim of the present application was created in a strategic basic technology advancement support project that was made under the leadership of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.

本願の主要な発明は、電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの2次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記2次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、
前記電子線を発射する電子銃に、静電レンズから成り、電子線の電流密度を変化させるガンレンズを設けるとともに、該ガンレンズの出力側に電子線の周辺部を取除いて電子線束の大きさを規制するアパーチャを配し、前記アパーチャを通過した電子線を対物レンズを通して前記試料に照射するようにしたものである。
In the main invention of the present application, an electron beam is irradiated while being scanned relative to a sample, secondary electrons from the sample are detected by a detector, and an image is obtained from the detection output of the secondary electrons with respect to a scanning position. In a scanning electron microscope designed to form,
The electron gun that emits the electron beam is provided with a gun lens that includes an electrostatic lens and changes the current density of the electron beam, and the electron beam bundle is removed by removing the peripheral portion of the electron beam from the output side of the gun lens. An aperture for regulating the thickness is arranged, and the sample is irradiated with an electron beam that has passed through the aperture through an objective lens.

従ってこのような走査型電子顕微鏡によると、電子銃に設けられたガンレンズによって従来のコンデンサレンズから成る収束レンズの機能を達成することが可能になり、収束レンズを構成するコンデンサレンズを省くことが可能になる。従って電子光学系の大きさ、とくに高さ方向の寸法を著しく短くすることができ、小型であってコンパクトな走査型電子顕微鏡を提供できるようになる。またガンレンズによって電子線の電流密度を変化させることができるとともに、ガンレンズによってブランキング機能をも達成することが可能になる。   Therefore, according to such a scanning electron microscope, it is possible to achieve the function of a converging lens composed of a conventional condenser lens by a gun lens provided in an electron gun, and the condenser lens constituting the converging lens can be omitted. It becomes possible. Accordingly, the size of the electron optical system, particularly the height direction can be significantly shortened, and a compact and compact scanning electron microscope can be provided. Further, the current density of the electron beam can be changed by the gun lens, and the blanking function can also be achieved by the gun lens.

本発明の一実施の形態に係る走査型電子顕微鏡のブロック図である。1 is a block diagram of a scanning electron microscope according to an embodiment of the present invention. 同電子顕微鏡の外観斜視図(A)、および各ユニットの筐体内における配置を示す縦断面図(B)である。It is the external appearance perspective view of the electron microscope (A), and the longitudinal cross-sectional view (B) which shows arrangement | positioning in the housing | casing of each unit. 電子光学系の縦断面図(A)、および電子銃の縦断面図(B)である。It is the longitudinal cross-sectional view (A) of an electron optical system, and the longitudinal cross-sectional view (B) of an electron gun. 電子線の放射の状態を示すブロックダイヤグラムである。It is a block diagram which shows the state of radiation | emission of an electron beam. ガンレンズの多極構造を示す平面図(A)、およびガンレンズの出射側に配置されたアパーチャの平面図(B)である。FIG. 2 is a plan view (A) showing a multipolar structure of a gun lens, and a plan view (B) of an aperture arranged on the exit side of the gun lens. 静電レンズから成るガンレンズの斜視図(A)および縦断面図(B)である。It is the perspective view (A) and longitudinal cross-sectional view (B) of the gun lens which consists of an electrostatic lens. 静電レンズから成るガンレンズの拡大横断面図である。It is an expansion cross-sectional view of the gun lens which consists of an electrostatic lens.

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図1は本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡のシステム構成を示すものであって、この走査型電子顕微鏡は電子光学系10を備えている。電子光学系10は、電子を発生させる電子線源を有するとともに、高真空ポンプ11を備え、この高真空ポンプ11によって内部を真空状態に維持するようにしている。そして電子光学系10の下側には真空チャンバ14が配され、この真空チャンバ14の内部であって底面側にステージ15が配されている。   The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of a scanning electron microscope according to the present embodiment, and this scanning electron microscope includes an electron optical system 10. The electron optical system 10 includes an electron beam source that generates electrons, and includes a high vacuum pump 11. The inside of the electron optical system 10 is maintained in a vacuum state by the high vacuum pump 11. A vacuum chamber 14 is disposed below the electron optical system 10, and a stage 15 is disposed on the bottom side inside the vacuum chamber 14.

真空チャンバ14の側部には搬送系17が設けられ、真空チャンバ14の真空を破ることなく搬送系17から試料16が供給され、ステージ15上に載置されるようになっている。真空チャンバ14は、その下部に配されたダイヤフラムポンプ18とターボ分子ポンプ19とによって真空吸引されて所定の真空度に維持されるようになっている。そして真空チャンバ14が載置台20上に載置されるとともに、とくにダイヤフラムポンプ18とターボ分子ポンプ19とによる振動の影響を受けないように、除振システム21を介して支持されている。   A transport system 17 is provided on the side of the vacuum chamber 14, and the sample 16 is supplied from the transport system 17 without breaking the vacuum of the vacuum chamber 14 and is placed on the stage 15. The vacuum chamber 14 is vacuum-sucked by a diaphragm pump 18 and a turbo molecular pump 19 disposed at the lower part thereof, and is maintained at a predetermined degree of vacuum. The vacuum chamber 14 is mounted on the mounting table 20 and is supported via a vibration isolation system 21 so as not to be affected by vibrations caused by the diaphragm pump 18 and the turbo molecular pump 19 in particular.

真空チャンバ14の側部には2次電子検出器23が取付けられている。2次電子検出器23は、試料16に電子光学系10によって電子線を照射したときに発生する2次電子の強度を検出するためのものであって、その検出出力が制御系の中の信号処理系24に供給され、この後信号処理系24で処理された信号が画像処理系25に転送される。画像処理系25は、信号処理系24を介して取り出した2次電子の強度であって、各走査位置における試料16の表面の2次電子の強度から画像を形成し、この画像を表示装置26に出力する。   A secondary electron detector 23 is attached to the side of the vacuum chamber 14. The secondary electron detector 23 is for detecting the intensity of secondary electrons generated when the sample 16 is irradiated with an electron beam by the electron optical system 10, and the detection output is a signal in the control system. The signal supplied to the processing system 24 and then processed by the signal processing system 24 is transferred to the image processing system 25. The image processing system 25 forms an image from the intensity of secondary electrons taken out via the signal processing system 24, and the intensity of secondary electrons on the surface of the sample 16 at each scanning position. Output to.

制御系は、さらに高圧電源29、レンズ制御系30、ステージ制御系31、真空制御系32を備えている。高圧電源29は、電子光学系10の部分に高圧電源を印加するためのものである。レンズ制御系30は、電子光学系10内の各レンズの制御を行なう。ステージ制御系31は、真空チャンバ14内のステージ15の制御を行ない、試料16を電子光学系10の電子線に対して所定の方向に走査させる。   The control system further includes a high voltage power supply 29, a lens control system 30, a stage control system 31, and a vacuum control system 32. The high voltage power source 29 is for applying a high voltage power source to the electron optical system 10. The lens control system 30 controls each lens in the electron optical system 10. The stage control system 31 controls the stage 15 in the vacuum chamber 14 to scan the sample 16 in a predetermined direction with respect to the electron beam of the electron optical system 10.

このような構成に係る走査型電子顕微鏡の各ユニットは、図2Aに示す外筐35内に収納される。なお外筐35はその下部に4つの支持脚36を備えるとともに、外筐35の前面側に凹部37が形成されている。この凹部37には操作子38が設けられている。そして凹部37の上部に上記表示装置26が取付けられている。   Each unit of the scanning electron microscope having such a configuration is housed in an outer casing 35 shown in FIG. 2A. The outer casing 35 includes four support legs 36 at a lower portion thereof, and a recess 37 is formed on the front side of the outer casing 35. An operation element 38 is provided in the recess 37. The display device 26 is attached to the upper portion of the recess 37.

外筐35内における各ブロックの配置は、図2Bに示すようになっており、最上部には高圧電源29が収納され、その下にレンズ制御系30と信号処理系24とが収納されている。そしてその下側には中間搬送系17が配置されており、その下側に電子光学系10が取付けられている。上記電子光学系10の側部には高真空ポンプ11が接続されている。そして電子光学系10の下側に真空チャンバ14が設けられている。真空チャンバ14は、載置台20上に載置されるとともに、載置台20の下側に防振システム21、ターボ分子ポンプ19、ダイヤフラムポンプ18が収納される構造になっている。   The arrangement of each block in the outer casing 35 is as shown in FIG. 2B. The high voltage power supply 29 is accommodated at the top, and the lens control system 30 and the signal processing system 24 are accommodated below the high voltage power supply 29. . An intermediate transport system 17 is disposed below the electron transport system 10, and an electron optical system 10 is mounted below the intermediate transport system 17. A high vacuum pump 11 is connected to the side of the electron optical system 10. A vacuum chamber 14 is provided below the electron optical system 10. The vacuum chamber 14 is mounted on the mounting table 20, and has a structure in which a vibration isolation system 21, a turbo molecular pump 19, and a diaphragm pump 18 are housed on the lower side of the mounting table 20.

次に電子光学系10の内部構造について説明する。電子光学系10は、図3Aに示すようになっており、電子線源42を備えるとともに、電子線源42の下側に引出電極43が配されている。そして引出電極43の下側にはサプレス電極44が取付けられている。そしてサプレス電極44の下端側がアノード45になっている。そしてこのような構造の電子銃の直ぐ下側にはアライメント/コンデンサ複合ガンレンズ46が設けられている。すなわち電子銃の下側の部分にガンレンズ46を備えた特徴ある構成を有している。このような電子銃が、偏向ユニット47側の入射側に配されている。偏向ユニット47は対物レンズ48の直ぐ上の部分に取付けられている。そして上記偏向ユニット47の中心部にOLアライメント49と非点補正50とが取付けられている。そして対物レンズ48の中心孔の部分には、その上側であって内側にシフトコイル51が、外側に偏向コイル52が配され、下段においても内側にシフトコイル53が、外側に偏向コイル54が配されている。   Next, the internal structure of the electron optical system 10 will be described. The electron optical system 10 is configured as shown in FIG. 3A, and includes an electron beam source 42, and an extraction electrode 43 is disposed below the electron beam source 42. A suppress electrode 44 is attached below the extraction electrode 43. The lower end side of the suppress electrode 44 is an anode 45. An alignment / condenser combined gun lens 46 is provided immediately below the electron gun having such a structure. That is, it has a characteristic configuration in which the gun lens 46 is provided in the lower part of the electron gun. Such an electron gun is arranged on the incident side on the deflection unit 47 side. The deflection unit 47 is attached to a portion immediately above the objective lens 48. An OL alignment 49 and an astigmatism correction 50 are attached to the center of the deflection unit 47. In the center hole portion of the objective lens 48, the shift coil 51 is disposed on the upper side and the deflection coil 52 is disposed on the inner side, the shift coil 53 is disposed on the inner side, and the deflection coil 54 is disposed on the outer side. Has been.

図3Bは、とくに上記電子光学系10の内のガンレンズ46を下端に直接取付けた電子銃の部分を拡大して示したものである。   FIG. 3B is an enlarged view of an electron gun portion in which the gun lens 46 in the electron optical system 10 is directly attached to the lower end.

次に以上のような構成に係る走査型電子顕微鏡の概略の動作を、図1および図2によって説明する。電子光学系10の電子線源42によって出射された電子線は、この電子光学系10の各ユニットを通過し、対物レンズ48によって集束されて、ステージ15上に載置された試料16に照射される。ここでステージ15がステージ制御系31によって所定の方向に試料16を移動させるために、対物レンズ48を通して照射される電子線は、ステージ15上の試料16に対して相対的に所定の方向に走査されることになる。そしてこのときの各走査位置における試料16から出射される2次電子が2次電子検出器23によって検出され、その検出出力が信号処理系24で処理される。処理された信号が画像処理系25に供給され、この画像処理系25によって、各走査位置に応じた2次電子の強度から画像が形成される。画像処理系25で形成された画像は表示装置26によって表示される。   Next, a schematic operation of the scanning electron microscope according to the above configuration will be described with reference to FIGS. The electron beam emitted from the electron beam source 42 of the electron optical system 10 passes through each unit of the electron optical system 10, is focused by the objective lens 48, and is irradiated onto the sample 16 placed on the stage 15. The Here, since the stage 15 moves the sample 16 in a predetermined direction by the stage control system 31, the electron beam irradiated through the objective lens 48 scans in a predetermined direction relative to the sample 16 on the stage 15. Will be. The secondary electrons emitted from the sample 16 at each scanning position at this time are detected by the secondary electron detector 23, and the detection output is processed by the signal processing system 24. The processed signal is supplied to the image processing system 25, and the image processing system 25 forms an image from the intensity of secondary electrons corresponding to each scanning position. An image formed by the image processing system 25 is displayed on the display device 26.

このような走査型電子顕微鏡は、とくに図3Aおよび図3Bに示すように、電子線源42から成る電子銃の下側の部分に、ガンレンズ46が直接取付けられるとともに、収束レンズを構成するコンデンサレンズを省略するようにしている。ガンレンズ46は図6および図7に示すように、静電レンズであって、セラミック製の筒体である。そして筒体の外周側にフランジ61を備えている。筒体の中心孔の内周面には、導電性金属の電極63が円周方向に8分割されて形成されている。各電極63に電圧を印加すると、ほぼ円形の静電界を形成し、最大で約1,000倍の静電レンズとなる。静電レンズは電界強度に応じて電子線のスカート状の広がりを調整できるために、これによって電子線の電流密度を調整することが可能になる。従ってこのような構成は、軸線方向に長い寸法を有するコンデンサレンズがなくなるために、電子光学系10の高さ方向の寸法が非常に短くなり、電子光学系10をコンパクトに組立てることが可能になる。このことから、走査型電子顕微鏡全体の高さ方向の寸法も著しく短くすることができるようになる。   In such a scanning electron microscope, as shown in FIGS. 3A and 3B in particular, a gun lens 46 is directly attached to a lower portion of an electron gun comprising an electron beam source 42 and a condenser constituting a converging lens. The lens is omitted. As shown in FIGS. 6 and 7, the gun lens 46 is an electrostatic lens and is a ceramic cylinder. And the flange 61 is provided in the outer peripheral side of the cylinder. On the inner peripheral surface of the center hole of the cylindrical body, a conductive metal electrode 63 is formed by being divided into eight in the circumferential direction. When a voltage is applied to each electrode 63, a substantially circular electrostatic field is formed, resulting in an electrostatic lens with a maximum of about 1,000 times. Since the electrostatic lens can adjust the skirt-like spread of the electron beam according to the electric field strength, it is possible to adjust the current density of the electron beam. Accordingly, in such a configuration, since there is no condenser lens having a long dimension in the axial direction, the dimension of the electron optical system 10 in the height direction becomes very short, and the electron optical system 10 can be assembled compactly. . For this reason, the height dimension of the entire scanning electron microscope can be significantly shortened.

電子線源42として、W/ZrO熱電界放出型であって、電界効果型エミッタから成る電子線源を用いるようにしている。この電子線源は、電子を放出する先端部が鋭利な錘状をなし、該先端部それ自身が仮想光源を構成する。そして電子線は10nm程度の分解能を有することなり、微小光源になっている。このことがコンデンサレンズの省略を可能にしている。   As the electron beam source 42, an electron beam source of a W / ZrO thermal field emission type and comprising a field effect type emitter is used. This electron beam source has a sharp spindle-shaped tip that emits electrons, and the tip itself constitutes a virtual light source. The electron beam has a resolution of about 10 nm and is a minute light source. This makes it possible to omit the condenser lens.

また本実施の形態の走査型電子顕微鏡は、とくに図4に示すように、電子線源42からの電子線が、引出電極43およびサプラス電極44を通過した後に、上段側のガンレンズ46によってスカート状の広がりが電界強度に応じて調整され、これによって電流密度が変化され、アノード45のアパーチャで外側の余分な電子線束を取除いている。なおガンレンズ46とアパーチャとの組合わせは一対でもよいが、上下2段に2対設けてもよい。図4は上下2段に2対設けた構成を示している。この場合は、下段側の複合ガンレンズ46を通過する際に、下段のガンレンズ46の電界によって分布制御が行なわれ、この結果電源密度が変化することになる。そしてここでも、その下段にあるアパーチャ58によって外周側の電子が除去される。   Further, as shown in FIG. 4 in particular, the scanning electron microscope of the present embodiment has a skirt formed by an upper gun lens 46 after the electron beam from the electron beam source 42 has passed through the extraction electrode 43 and the saplus electrode 44. The spread of the shape is adjusted according to the electric field strength, whereby the current density is changed, and the outer electron beam bundle is removed by the aperture of the anode 45. The combination of the gun lens 46 and the aperture may be a pair, but two pairs may be provided in two upper and lower stages. FIG. 4 shows a configuration in which two pairs are provided in two upper and lower stages. In this case, distribution control is performed by the electric field of the lower gun lens 46 when passing through the lower gun lens 46, and as a result, the power density changes. Also here, the electrons on the outer peripheral side are removed by the aperture 58 in the lower stage.

ガンレンズ46によってレンズアクション(電圧変化)により電流密度を変化した電子線が、この後偏向ユニット47の中心部を通過し、対物レンズ48によって絞られてステージ15上の試料16に照射される。とくに図4に示すガンレンズ46による電流密度の調整は、電磁コイルによって構成されるコンデンサレンズから成る収束レンズの使用を省き、コンデンサレンズが受持つ機能を、電子銃に設けられた複合ガンレンズ46によって達成することができる。従って、コンデンサレンズを用いることなくしかもコンデンサレンズを用いた場合と同等あるいはそれ以上の分解能を確保することが可能になる。   The electron beam whose current density has been changed by the lens action (voltage change) by the gun lens 46 then passes through the center of the deflection unit 47, is focused by the objective lens 48, and is irradiated onto the sample 16 on the stage 15. In particular, the adjustment of the current density by the gun lens 46 shown in FIG. 4 omits the use of a converging lens composed of a condenser lens constituted by an electromagnetic coil, and the function of the condenser lens is provided by a compound gun lens 46 provided in the electron gun. Can be achieved. Accordingly, it is possible to ensure a resolution equal to or higher than that when a condenser lens is used without using a condenser lens.

また本実施の形態の走査型電子顕微鏡は、図5Aに示すように、8極の磁極の内の対向4極に非対称電圧を印加して偏向電界を発生することによって、ブランキング機能を可能にする。図5Aに示すように、対向4極に非対称電圧を印加すると、ビームの中心が図5Bに示すように側方にシフトするようになり、電子ビームの中心がアパーチャ58に対して側方に移動することになる。従ってこのアパーチャ58を有する板状体によって電子ビームを遮断することができ、ブランキング機能が基本的機能として付加されることになる。   Further, as shown in FIG. 5A, the scanning electron microscope according to the present embodiment enables a blanking function by generating a deflection electric field by applying an asymmetric voltage to four opposing poles among eight magnetic poles. To do. As shown in FIG. 5A, when an asymmetric voltage is applied to the opposite four poles, the center of the beam shifts to the side as shown in FIG. 5B, and the center of the electron beam moves to the side with respect to the aperture 58. Will do. Therefore, the electron beam can be blocked by the plate-like body having the aperture 58, and the blanking function is added as a basic function.

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、半導体ウエハ上に形成されるパターンの幅等を測定するための測長用の顕微鏡として用いるものであるが、本願発明に係る走査型電子顕微鏡は、その他各種の用途に広く利用することが可能な走査型電子顕微鏡に利用することができる。また図4に示す構成は、ガンレンズとアパーチャの対を電子ビームの軸線方向に上下2段に配しているが、ガンレンズとアパーチャの対は、必ずしも上下2段に配することなく、1段であってもよい。   Although the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, although the above embodiment is used as a length measuring microscope for measuring the width of a pattern formed on a semiconductor wafer, the scanning electron microscope according to the present invention is used for various other purposes. It can be used for a scanning electron microscope that can be widely used. In the configuration shown in FIG. 4, the pair of the gun lens and the aperture is arranged in two upper and lower stages in the axial direction of the electron beam, but the pair of the gun lens and the aperture is not necessarily arranged in two upper and lower stages. It may be a step.

本願発明は、測長用顕微鏡、また各種の試料の拡大画像を得るための走査型電子顕微鏡として広く利用することが可能である。   The present invention can be widely used as a measuring microscope and a scanning electron microscope for obtaining enlarged images of various samples.

10 電子光学系
11 高真空ポンプ
14 真空チャンバ
15 ステージ
16 試料
17 搬送系
18 ダイヤフラムポンプ
19 ターボ分子ポンプ
20 載置台
21 除振システム
23 2次電子検出器
24 信号処理系
25 画像処理系
26 表示装置
29 高圧電源
30 レンズ制御系
31 ステージ制御系
32 真空制御系
35 外筐
36 支持脚
37 凹部
38 操作子
42 電子線源
43 引出電極
44 サプレス電極
45 アノード
46 アライメント/コンデンサ複合ガンレンズ
47 偏向ユニット
48 対物レンズ
49 OLアライメント
50 非点補正
51 シフトコイル
52 偏向コイル
53 シフトコイル
54 偏向コイル
57 ポール
61 フランジ
62 中心孔
63 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electro-optic system 11 High vacuum pump 14 Vacuum chamber 15 Stage 16 Sample 17 Conveyance system 18 Diaphragm pump 19 Turbo molecular pump 20 Mounting stand 21 Vibration isolation system 23 Secondary electron detector 24 Signal processing system 25 Image processing system 26 Display apparatus 29 High-voltage power supply 30 Lens control system 31 Stage control system 32 Vacuum control system 35 Outer casing 36 Support leg 37 Recess 38 Operation element 42 Electron beam source 43 Extraction electrode 44 Suppress electrode 45 Anode 46 Alignment / condenser compound gun lens 47 Deflection unit 48 Objective lens 49 OL alignment 50 Astigmatism correction 51 Shift coil 52 Deflection coil 53 Shift coil 54 Deflection coil 57 Pole 61 Flange 62 Center hole 63 Electrode

Claims (9)

電子線を試料に対して相対的に走査しながら照射し、前記試料からの2次電子を検出器によって検出し、走査位置に対する前記2次電子の検出出力から画像を形成するようにした走査型電子顕微鏡において、
前記電子線を発射する電子銃に、静電レンズから成り、電子線の電流密度を変化させるガンレンズを設けるとともに、該ガンレンズの出力側に電子線の周辺部を取除いて電子線束の大きさを規制するアパーチャを配し、前記アパーチャを通過した電子線を対物レンズを通して前記試料に照射するようにした走査型電子顕微鏡。
A scanning type in which an electron beam is irradiated while scanning relative to a sample, secondary electrons from the sample are detected by a detector, and an image is formed from the detection output of the secondary electrons at a scanning position. In electron microscope,
The electron gun that emits the electron beam is provided with a gun lens that includes an electrostatic lens and changes the current density of the electron beam, and the electron beam bundle is removed by removing the peripheral portion of the electron beam from the output side of the gun lens. The scanning electron microscope which arranged the aperture which controls thickness and irradiated the electron beam which passed the said aperture through the objective lens to the sample.
前記ガンレンズと前記アパーチャの対が2組設けられ、前段側の対のガンレンズがアノードよりも電子線源側に設けられるとともに、前記前段側のガンレンズに対応するアパーチャが前記アノードに形成される請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   Two pairs of the gun lens and the aperture are provided, the pair of gun lenses on the front stage side is provided on the electron beam source side from the anode, and the aperture corresponding to the gun lens on the front stage side is formed on the anode. The scanning electron microscope according to claim 1. 前記電子銃が前記対物レンズに直接取付けられる請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the electron gun is directly attached to the objective lens. 前記対物レンズの入射側に偏向装置が取付けられるとともに、前記偏向装置の入射側に前記ガンレンズを備える前記電子銃が直結される請求項3に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 3, wherein a deflecting device is attached to the incident side of the objective lens, and the electron gun including the gun lens is directly connected to the incident side of the deflecting device. 前記電子銃の電子線源がW/ZrO熱電界放出型電子線源である請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the electron beam source of the electron gun is a W / ZrO thermal field emission electron beam source. 前記ガンレンズが絶縁性の筒体を備え、その中心孔の内周面に円周方向に4極以上の多極に分割された電極を形成して成り、各電極にそれぞれ制御電圧を印加することにより電子線を収束する請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   The gun lens comprises an insulating cylinder, and is formed by forming electrodes divided into four or more poles in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the central hole, and applying a control voltage to each electrode. The scanning electron microscope of Claim 1 which converges an electron beam by this. 前記ガンレンズの多極に分割された電極に非対称電圧を印加することにより、前記電子線を前記アパーチャに対して側方に移動させてブランキングを行なうようにした請求項6に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning type according to claim 6, wherein blanking is performed by applying an asymmetric voltage to the multi-polarized electrode of the gun lens to move the electron beam laterally with respect to the aperture. electronic microscope. 前記アパーチャが円形孔であって、直径が0.3〜1.2mmの範囲内の穴である請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the aperture is a circular hole having a diameter in a range of 0.3 to 1.2 mm. 前記試料がステージ上に載置され、該ステージによって前記試料が所定の方向に移動されることによって前記走査が行われる請求項1に記載の走査型電子顕微鏡。   The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the scanning is performed by placing the sample on a stage and moving the sample in a predetermined direction by the stage.
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