JPH04223034A - Scanning type electron microscope device and method of observation using it - Google Patents

Scanning type electron microscope device and method of observation using it

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JPH04223034A
JPH04223034A JP2413975A JP41397590A JPH04223034A JP H04223034 A JPH04223034 A JP H04223034A JP 2413975 A JP2413975 A JP 2413975A JP 41397590 A JP41397590 A JP 41397590A JP H04223034 A JPH04223034 A JP H04223034A
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JP
Japan
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sample
magnetic pole
observed
wafer
magnetic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2413975A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nakagawa
秀夫 中川
Noboru Nomura
登 野村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2413975A priority Critical patent/JPH04223034A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable high-resolution observation of fine structure having deep unevenness of an optional surface by means of a clear image by not cutting but inclination of a semiconductor wafer by providing a rod-like magnetic path for magnetically connecting the first and second poles and both poles. CONSTITUTION:A first pole 1 is constituted to be symmetrical with respect to an axis while having a hole in its center and being cylindrical and having a flat tip. A second pole 7 is constituted to be cylindrical in opposition to first pole 1 and flat in its tip so as to form a magnetic field for focusing electron beams 12 together with the pole 1. Then, a rod-like magnetic path 7-1 is made to go through the hollow part of a movable table 9 to be connected to a pole 7 while inclination, rotation inside the face and movement of a sample 2 to be observed are carried out with the direction of the magnetic path 7-1 as an axis. Thereby, high-resolution observation is made practicable on the whole surface of a sample 2 of a huge size such as a wafer at an optional angle and in a short focal length. Accordingly, even on the whole wafer surface, inclined observation of fine structure having deep unevenness is practicable by means of a clear image of high contrast.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、対物レンズによって収
束した電子ビームを被観察試料に照射してこれの像を観
察する走査型電子顕微鏡装置及びそれを用いた観察方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope apparatus for irradiating an electron beam focused by an objective lens onto a sample to be observed and observing its image, and an observation method using the same.

【0002】0002

【従来の技術】一般に、従来の走査型電子顕微鏡の対物
レンズは、図5の(イ)−(a)に示す構造を持ってい
る。この構造における軸上の軸方向磁場強度Bz(以下
縦磁場強度と呼ぶ)を図5の(イ)−(b)に示す。対
物レンズは、通常、電子ビームの通路43を共通の軸と
した円筒対称の形となっている。磁極41−1、41−
2をつなぐ磁路41は純鉄などの磁性体で構成され、起
磁力を与えるコイル44に電流を流して磁極41−1と
41−2の間に磁場を発生させている。この磁場を通過
する電子ビームは、収束作用を受けて、観察対象である
ウエハ(半導体基板)42の観察面46に衝突し、2次
電子を発生させている。このようにして発生した2次電
子は、対物レンズにより発生した縦磁場と軸方向に印加
された電界に沿ってら旋運動をしながらウエハ42から
離脱し、上方に配置した図示外の2次電子検出器に捕獲
される。2次電子検出器に捕獲された2次電子は、画像
処理されブラウン管に表示される。
2. Description of the Related Art In general, an objective lens of a conventional scanning electron microscope has a structure shown in FIGS. The axial magnetic field strength Bz (hereinafter referred to as longitudinal magnetic field strength) on the axis in this structure is shown in FIGS. 5A to 5B. The objective lens is usually cylindrically symmetrical with the electron beam path 43 as a common axis. Magnetic poles 41-1, 41-
A magnetic path 41 connecting the two is made of a magnetic material such as pure iron, and a current is passed through a coil 44 that provides magnetomotive force to generate a magnetic field between the magnetic poles 41-1 and 41-2. The electron beam passing through this magnetic field is converged and collides with the observation surface 46 of the wafer (semiconductor substrate) 42 to be observed, generating secondary electrons. The secondary electrons generated in this way leave the wafer 42 while making a spiral motion along the vertical magnetic field generated by the objective lens and the electric field applied in the axial direction, and the secondary electrons placed above the wafer 42 captured by the detector. The secondary electrons captured by the secondary electron detector are image-processed and displayed on a cathode ray tube.

【0003】従来の技術において、走査型電子顕微鏡の
分解能を高めようとする場合、試料表面から発生する2
次電子に一様かつ強い縦磁場を印加することと、レンズ
収差を極力小さくすることが考えられる。以下に、上記
の原理を利用した3つの従来技術例を挙げる。第1の従
来技術例は、図5の(イ)−(a)の構造を持つ走査型
電子顕微鏡において、磁極41−1と磁極41−2の中
間位置にウエハ(被観察試料)42を出来る限り近くに
設置することにより、レンズ収差の小さな歪の少ない像
を得ようとする方法である。この場合、比較的大きな試
料を観察することができるが、下部磁極41−2が障害
となって、磁極41−1と磁極41−2の中間位置に被
観察試料を近づけるには限界がある。そのために分解能
を飛躍的に向上させることが困難である。更に、この構
造の走査型電子顕微鏡において、半導体ウエハのような
大きな試料に対して傾斜機構を設けたものもあるが、実
用上一定の解像度を得るためには大きく傾斜できない。 従って、高解像度の実現と相反関係にある。
In the conventional technology, when trying to improve the resolution of a scanning electron microscope, 2
It is possible to apply a uniform and strong vertical magnetic field to the secondary electrons and to minimize lens aberration. Below, three examples of conventional techniques that utilize the above principle are listed. A first example of the prior art is a scanning electron microscope having the structure shown in FIGS. This method attempts to obtain an image with small lens aberrations and little distortion by placing the lenses as close as possible. In this case, although it is possible to observe a relatively large sample, there is a limit to how close the sample to be observed can be to the intermediate position between the magnetic poles 41-1 and 41-2 because the lower magnetic pole 41-2 becomes an obstacle. Therefore, it is difficult to dramatically improve resolution. Furthermore, some scanning electron microscopes with this structure are provided with a tilting mechanism for large samples such as semiconductor wafers, but in practice, it is not possible to tilt the tilting mechanism to a large extent in order to obtain a certain resolution. Therefore, it is in a contradictory relationship with the realization of high resolution.

【0004】第2の従来技術例は、図5の(イ)−(a
)の構造を持つ走査型電子顕微鏡の磁極41−1と磁極
41−2の中間の最も縦磁場が強い位置にウエハ42を
挿入し、強縦磁場のもとで観察する方法である。同時に
このときが、焦点距離が小さくなり、最もレンズ収差の
小さくなる位置である。この種の使用方法の場合、約1
00度の稼動範囲で傾斜可能なものがある。ところが、
この場合、切断された小さな被観察試料しか観察するこ
とができないという欠点を持っている。
A second prior art example is shown in FIG.
) In this method, the wafer 42 is inserted into a position where the vertical magnetic field is strongest between the magnetic poles 41-1 and 41-2 of a scanning electron microscope having the structure, and the wafer 42 is observed under a strong vertical magnetic field. At the same time, this is the position where the focal length becomes small and the lens aberration becomes the smallest. For this type of usage, approx.
There are some that can be tilted within the operating range of 00 degrees. However,
In this case, the disadvantage is that only a small cut sample to be observed can be observed.

【0005】第3の従来技術例は、上述の2つの従来技
術例の持つ欠点を、半導体ウエハのような巨大試料に対
しても高分解能を得るという観点から、平均的に解決し
た、図5の(ロ)−(a)に示す構造を持つ対物レンズ
である。この構造は、第1及び第2の従来技術例の丁度
中間的な構造と言える。この場合も、レンズ収差を低減
しながら強縦磁場のもとでSNの高い2次電子信号を検
出することが狙いである。ところが、被観察試料が半導
体ウエハの場合、図5の(ロ)−(a)の構造を実現す
るためには、磁気回路が非常に大きくなり、そのため強
縦磁場を得にくいという欠点がある(図5の(ロ)−(
b))。
The third prior art example solves the shortcomings of the above two prior art examples in an average manner from the viewpoint of obtaining high resolution even for a huge sample such as a semiconductor wafer. This is an objective lens having the structure shown in (b)-(a). This structure can be said to be an intermediate structure between the first and second prior art examples. In this case as well, the aim is to detect secondary electron signals with high SN under a strong longitudinal magnetic field while reducing lens aberration. However, when the sample to be observed is a semiconductor wafer, the magnetic circuit must be extremely large in order to realize the structure shown in FIGS. Figure 5 (b)-(
b)).

【0006】また、ウエハ(被観察試料)を搭載し移動
する試料台を磁極内に設けることは非常に困難であり、
また傾斜機構を設けることは実用上極めて困難である。 次に、2次電子信号のSN(信号雑音比)という観点か
ら従来技術を考えてみる。SNの低下は、2次電子の収
率の低下により生ずるものである。2次電子の収率の低
下は、縦磁場強度が小さいことによって、縦磁場強度に
反比例するサイクロトロン半径(ラーマー半径)が大き
くなるため、一部の2次電子が被観察微細構造の側壁に
衝突することによって生じる。この様子を図6の(a)
に示す。図6は、縦磁場強度による2次電子の振舞いの
差異を示している。特に、サブミクロン以下の凹凸の深
い微細構造パターンを観察するとき、上記現象が顕著に
なる。
[0006] Furthermore, it is extremely difficult to install a moving sample stage on which a wafer (sample to be observed) is mounted inside the magnetic pole.
Furthermore, it is extremely difficult in practice to provide a tilting mechanism. Next, consider the conventional technology from the viewpoint of SN (signal to noise ratio) of the secondary electronic signal. The decrease in SN is caused by a decrease in the yield of secondary electrons. The decrease in the yield of secondary electrons is because the cyclotron radius (Lamor radius), which is inversely proportional to the longitudinal magnetic field strength, increases due to the small longitudinal magnetic field strength, so some secondary electrons collide with the side walls of the observed fine structure. arises from doing. This situation is shown in Figure 6(a).
Shown below. FIG. 6 shows the difference in the behavior of secondary electrons depending on the strength of the longitudinal magnetic field. In particular, when observing a fine structure pattern with deep irregularities of submicron size or less, the above phenomenon becomes remarkable.

【0007】この現象を防止するために、第3の従来技
術例に、更に積極的に強縦磁場を印加する方法が、19
88年春の第35回応用物理学会関係連合講演会〔31
a−H−3〕において、NTT  LSI研究所から発
表されている。しかし、この装置は、従来の走査型電子
顕微鏡の対物レンズに補助コイルを設け、磁場を増強し
ただけの装置である。
In order to prevent this phenomenon, a method of applying a stronger longitudinal magnetic field more actively to the third prior art example is proposed.
The 35th Japan Society of Applied Physics Related Conference in Spring 1988 [31
a-H-3] published by NTT LSI Laboratories. However, this device simply adds an auxiliary coil to the objective lens of a conventional scanning electron microscope to enhance the magnetic field.

【0008】従って、従来の技術を用いて、サブミクロ
ン以下の凹凸の深い微細構造パターン(トレンチ溝、コ
ンタクトホールなど)を垂直あるいは傾斜させて観察す
る場合、最も高解像度で観察したり、寸法測定を行うた
めに、被観察試料を切断し、第2の従来技術例で示した
方法を使用していた。図7に、半導体製造工程における
、SEM観察シーケンス図を示す。従来の技術では、ウ
エハを切断して断面観察をしなければならないため、観
察に用いたウエハを再び製造工程に戻すことができなか
った。そのため、半導体製造プロセスにおけるスループ
ットや歩留まりが低下し、開発効率が悪くなるという問
題があった。
[0008] Therefore, when observing a fine structure pattern (trench groove, contact hole, etc.) with deep irregularities of sub-micron size vertically or obliquely using conventional techniques, it is difficult to observe it with the highest resolution or to measure its dimensions. In order to do this, the sample to be observed was cut and the method shown in the second prior art example was used. FIG. 7 shows a SEM observation sequence diagram in the semiconductor manufacturing process. In the conventional technology, the wafer must be cut to observe the cross section, so the wafer used for observation cannot be returned to the manufacturing process. Therefore, there has been a problem that throughput and yield in the semiconductor manufacturing process are reduced, and development efficiency is reduced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、被観察試料が半導体ウエハ(一般に直径
が2インチ以上のウエハが使用されている)の場合、試
料としてのサイズが大きいことと、軸方向に垂直な面内
で移動可能な移動台を内臓した構造が必要となるため、
対物レンズの磁路が障害となって、ウエハを切断せずに
、図5の(イ)−(a)の磁極41−1と磁極41−2
の中間の位置に挿入することができなかった(第2の従
来技術例)。
However, with the above configuration, if the sample to be observed is a semiconductor wafer (generally a wafer with a diameter of 2 inches or more is used), the size of the sample is large; A structure with a built-in movable platform that can move in a plane perpendicular to the axial direction is required.
Because the magnetic path of the objective lens becomes an obstacle, the wafer is not cut and the magnetic poles 41-1 and 41-2 in FIG.
(Second prior art example).

【0010】また、第3の従来技術例、図5の(ロ)−
(a)のように、ウエハを磁極間に入れる構造にでき、
ウエハを固定して軸方向に垂直な面内で移動可能な移動
台を内臓できたとしても、ウエハ全表面を観察するため
にはウエハサイズの倍の稼動範囲が必要となってしまう
。そのため、対物レンズの磁路のサイズが巨大となって
しまい実現が困難であるという問題があった。また、ウ
エハを傾斜して観察しようとすると、磁極に接触してし
まい、傾斜観察ができないという問題があった。第2の
実施例(図5の(イ)の(a))の場合、傾斜可能であ
るがウエハを切断しなければ傾斜し得ないという問題が
あった。更に、図5の(ロ)の(a)のような構造にす
ることにより、図5の(イ)−(a)に示す構造により
も大きな縦磁場が得られるが、磁極41−1と磁極41
−2の距離が大きくなるため最大縦磁場強度を大きくす
ることが非常に困難になる。そのため、十分なサイクロ
トロン半径縮小効果が得られなかった。
[0010] Also, a third prior art example, (b)-
As shown in (a), the wafer can be inserted between the magnetic poles,
Even if a movable stage that can fix the wafer and move in a plane perpendicular to the axial direction could be incorporated, a working range twice the size of the wafer would be required to observe the entire wafer surface. Therefore, there was a problem in that the size of the magnetic path of the objective lens became enormous, making it difficult to realize. Furthermore, when attempting to observe the wafer at an angle, the wafer comes into contact with the magnetic pole, making it impossible to observe the wafer at an angle. In the case of the second embodiment ((a) of FIG. 5A), although it is possible to tilt, there is a problem in that it cannot be tilted unless the wafer is cut. Furthermore, by using the structure shown in (b) (a) in FIG. 5, a larger vertical magnetic field can be obtained than in the structure shown in (b)-(a) in FIG. 41
Since the distance of -2 becomes large, it becomes very difficult to increase the maximum longitudinal magnetic field strength. Therefore, a sufficient cyclotron radius reduction effect could not be obtained.

【0011】以上のように、従来の走査型電子顕微鏡で
は、半導体ウエハを切断することなく観察するというこ
とと、強縦磁場のもとで観察するということ、更に傾斜
して観察するということを同時に達成することができな
いという問題を有していた。そのため、図7に示すよう
に、ウエハを次工程に進めることができず、半導体開発
における効率を低下させてしまう。
As described above, conventional scanning electron microscopes are capable of observing semiconductor wafers without cutting them, observing them under a strong longitudinal magnetic field, and observing them at an oblique angle. The problem was that they could not be achieved at the same time. Therefore, as shown in FIG. 7, the wafer cannot be advanced to the next process, reducing efficiency in semiconductor development.

【0012】本発明は、かかる点に鑑み、半導体ウエハ
を切断することなく高分解能観察が可能で、ウエハのよ
うな巨大サイズ試料の任意の被観察部においても、一様
な強縦磁場を印加可能な構造をもった対物レンズ(図1
)を有すると共に傾斜機構を具備した走査型電子顕微鏡
を提供すると同時に、半導体ウエハを切断することなく
、傾斜して任意の表面の凹凸の深いサブミクロン以下の
微細構造を明瞭な画像で高分解能観察する方法を提供す
ることを目的としている。
In view of these points, the present invention enables high-resolution observation without cutting the semiconductor wafer, and applies a uniform strong longitudinal magnetic field to any part of a large-sized sample such as a wafer to be observed. Objective lens with possible structure (Fig. 1
) and a tilting mechanism. At the same time, the semiconductor wafer can be tilted to observe deep sub-micron microstructures on any surface with clear images at high resolution without cutting the semiconductor wafer. The purpose is to provide a method to do so.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、軸対称で中心
に電子ビームを通過させる穴を持ち、かつ、円錐状で先
端を平坦とした第1の磁極1と、この第1の磁極1に対
向して円錐状で先端を平坦とすると共にこれを上記第1
の磁極1に対して磁気的に棒状の磁路7−1で接続した
第2の磁極7と、この棒状の磁路7−1の部分を中空と
し、かつ上記第1の磁極1と上記第2の磁極7との間に
被観察試料2を搭載し、軸に垂直な面内で移動可能であ
って、かつ当該被観察試料2を面内で任意に回転および
中空の部分に配置された磁路7−1の方向を軸として傾
斜、および軸の方向に任意に移動可能な回転・傾斜・Z
移動機構を搭載した移動台9とを備え、上記第1の磁極
1の穴を通過する電子ビームを収束して上記移動台9上
に搭載した被観察試料2に照射し、当該被観察試料2の
傾斜した像を観察する。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a first magnetic pole 1 that is axially symmetrical, has a hole in the center through which an electron beam passes, and is conical and has a flat tip; It has a conical shape with a flat tip facing the above-mentioned first part.
The second magnetic pole 7 is magnetically connected to the magnetic pole 1 by a rod-shaped magnetic path 7-1, and the rod-shaped magnetic path 7-1 is hollow, and the first magnetic pole 1 and the The sample to be observed 2 is mounted between the magnetic pole 7 of 2 and is movable in a plane perpendicular to the axis, and the sample to be observed 2 can be arbitrarily rotated within the plane and placed in a hollow part. Rotation/tilt/Z that can tilt around the direction of the magnetic path 7-1 and move arbitrarily in the direction of the axis
A moving table 9 equipped with a moving mechanism is provided, and the electron beam passing through the hole of the first magnetic pole 1 is focused and irradiated onto the sample to be observed 2 mounted on the moving table 9. Observe the tilted image of.

【0014】[0014]

【作用】本発明は、前記した構成により、一様かつ強力
な磁場を被観察試料2であるウエハ表面に発生すること
ができると同時に短焦点距離構造になる。また、移動台
9上に搭載した被観察試料(ウエハ)2を面内で回転、
磁路7−1の方向を軸として傾斜、およびZ方向に移動
する機構を設けることにより、被観察試料2を任意の角
度に傾斜して観察できる。
[Function] With the above-described configuration, the present invention can generate a uniform and strong magnetic field on the surface of the wafer, which is the sample to be observed 2, and at the same time has a short focal length structure. In addition, the sample to be observed (wafer) 2 mounted on the moving table 9 is rotated within the plane.
By providing a mechanism that tilts with the direction of the magnetic path 7-1 as an axis and moves in the Z direction, the sample to be observed 2 can be observed while tilting at any angle.

【0015】従って、対物レンズを構成する磁極1、7
のうちの1つの磁極7に対して、棒状の磁路7−1を移
動可能な移動台9の中空部分を貫通して接続すると共に
この磁路7−1の方向を軸として被観察試料2を傾斜、
面内回転、およびZ移動することにより、ウエハのよう
な巨大サイズの被観察試料2の全面で任意の角度で、短
焦点距離のもとで高分解能で観察が可能となる。その結
果、ウエハ全面においても、凹凸の深い微細構造を明瞭
かつ高コントラストな画像で傾斜観察できるようになる
。また、半導体ウエハ以外の微細構造の観察においても
同様の効果が得られる。
Therefore, the magnetic poles 1 and 7 constituting the objective lens
A bar-shaped magnetic path 7-1 is connected to one of the magnetic poles 7 by penetrating the hollow part of the movable moving stage 9, and the specimen 2 to be observed is connected with the direction of this magnetic path 7-1 as an axis. Tilt the
By in-plane rotation and Z movement, it is possible to observe the entire surface of a huge sample 2 to be observed, such as a wafer, at any angle and with high resolution under a short focal length. As a result, even on the entire surface of the wafer, it becomes possible to obliquely observe the fine structure with deep unevenness with a clear and high-contrast image. Furthermore, similar effects can be obtained when observing fine structures other than semiconductor wafers.

【0016】[0016]

【実施例】次に、図1から図4を用いて本発明の実施例
の構成及び動作を順次詳細に説明する。図1は、本発明
の原理構成図を示す。図1の(a)は原理構成図を示し
、図1の(b)は縦磁場強度を示す。ここで、図1の(
b)に示すように、本発明の対物レンズは、被観察試料
2の近傍でほぼ最大の縦磁場強度を得ることができ、凹
凸の深い穴中から2次電子を側壁に衝突させることなく
高効率で2次電子検出器に向けて取り出すことが可能と
なる。
Embodiment Next, the structure and operation of an embodiment of the present invention will be explained in detail using FIGS. 1 to 4. FIG. 1 shows a basic configuration diagram of the present invention. FIG. 1(a) shows the principle configuration diagram, and FIG. 1(b) shows the longitudinal magnetic field strength. Here, in Figure 1 (
As shown in b), the objective lens of the present invention can obtain almost the maximum longitudinal magnetic field strength in the vicinity of the sample to be observed 2, and can generate high secondary electrons from deep holes with concavities and convexities without colliding with the side walls. It becomes possible to take out the electrons toward the secondary electron detector with high efficiency.

【0017】図1の(a)において、磁極1は、軸対称
で中心に穴を持ち、かつ円錐状で先端を平坦に構成した
磁極であって、電子ビームを収束する磁場を形成するも
のである。磁路1−1、1−2は、対物レンズを構成す
る磁路であって、コイル4に電流を流して発生させた起
磁力の通路である。
In FIG. 1(a), the magnetic pole 1 is an axially symmetrical magnetic pole with a hole in the center and a conical shape with a flat tip, and forms a magnetic field that converges the electron beam. be. The magnetic paths 1-1 and 1-2 are magnetic paths that constitute the objective lens, and are paths for the magnetomotive force generated by passing a current through the coil 4.

【0018】通路3は、電子ビームの通路である。コイ
ル4は、電流を流して励磁するものである。磁力線6は
、磁極1と磁極7との間に発生する磁場の力線であって
、模式的にその様子を示したものである。磁極7は、第
1の磁極1に対向して円錐状で先端を平坦に構成した磁
極であって、第1の磁極1と一緒になって電子ビームを
収束する磁場を形成するものである。この磁極7は、棒
状の磁路7−1に磁気的に接続されている。
Passage 3 is a passage for the electron beam. The coil 4 is excited by passing a current through it. The magnetic lines of force 6 are the lines of force of the magnetic field generated between the magnetic poles 1 and 7, and are schematically shown. The magnetic pole 7 is a conical magnetic pole with a flat tip facing the first magnetic pole 1, and together with the first magnetic pole 1 forms a magnetic field that converges the electron beam. This magnetic pole 7 is magnetically connected to a bar-shaped magnetic path 7-1.

【0019】棒状の磁路7−1は、第2の磁極7を第1
の磁極1に対して磁気的に接続するものであって、棒状
の形状を持ち磁路1−2と磁極7とを磁気的に接続する
ものである。この棒状の磁路7−1は、試料移動のとき
に移動台9と接触することがないように当該移動台9に
貫通して設けた中空部に配置し、磁路1−2に磁気的に
接続している。この棒状の磁路7−1を設けたことによ
り、後述する図4の斜視図に示すように、移動台9の水
平面内の移動に対応して第1の磁極1との空隙部に配置
した被観察試料2を非常に大幅に移動させることが可能
となる。また、この棒状の磁極7−1の方向を傾斜軸と
した傾斜機構が設けてある(図3、図4参照)。
The bar-shaped magnetic path 7-1 connects the second magnetic pole 7 to the first
It has a rod-like shape and magnetically connects the magnetic path 1-2 and the magnetic pole 7. This bar-shaped magnetic path 7-1 is arranged in a hollow part provided through the moving table 9 so as not to come into contact with the moving table 9 during sample movement, and is magnetically connected to the magnetic path 1-2. is connected to. By providing this bar-shaped magnetic path 7-1, as shown in the perspective view of FIG. It becomes possible to move the observed sample 2 to a very large extent. Further, a tilting mechanism is provided with the direction of the rod-shaped magnetic pole 7-1 as a tilting axis (see FIGS. 3 and 4).

【0020】移動台9は、水平移動可能であって、磁極
1、磁極7に平行に設けたものである。この移動台9上
に被観察試料2を搭載して電子ビームを収束して照射し
、発生させた2次電子を補集して2次電子像を表示させ
るようにしている。また、この移動台9上には、被観察
試料2を面内で回転させる回転機構、上述した棒状の磁
路7−1の方向を傾斜軸として傾斜機構、および軸の方
向(Z方向)に移動させるZ移動機構を搭載している。
The movable table 9 is horizontally movable and is provided parallel to the magnetic poles 1 and 7. The sample to be observed 2 is mounted on the movable table 9 and irradiated with a focused electron beam, the generated secondary electrons are collected and a secondary electron image is displayed. Further, on this moving table 9, there is a rotation mechanism for rotating the observed sample 2 within the plane, a tilting mechanism with the direction of the above-mentioned bar-shaped magnetic path 7-1 as the tilting axis, and a tilting mechanism in the direction of the axis (Z direction). It is equipped with a Z movement mechanism.

【0021】試料台23は、被観察試料2であるウエハ
を保持して固定するものである。試料台傾斜機構5は、
磁路7−1の方向を傾斜軸として試料台23を傾斜させ
る機構である。試料台回転用モータ29は、試料台23
を面内で回転させるモータ、例えば超音波モータ、リニ
アモータなどである。
The sample stage 23 holds and fixes a wafer, which is the sample 2 to be observed. The sample stage tilting mechanism 5 is
This is a mechanism for tilting the sample stage 23 with the direction of the magnetic path 7-1 as the tilt axis. The sample stage rotation motor 29 is connected to the sample stage 23.
A motor that rotates the motor in a plane, such as an ultrasonic motor or a linear motor.

【0022】試料台高さ調整用モータ34は、試料台2
3をZ方向に任意に移動させるモータである。これは、
試料台23を傾斜、回転させたときに、電子ビーム12
が照射する位置がワーキング・ディスタンス(焦点が合
う範囲)内に収まるようにZ方向に移動させるものであ
る。以上のように、水平移動可能な試料台9の中空部に
磁路7−1を配置してこれに磁極7を接続すると共に、
この磁路7−1の方向を傾斜軸として試料台23を傾斜
、面内回転およびZ方向移動することにより、短焦点距
離のもとで、ウエハなどの巨大サイズの被観察試料2の
全面を傾斜した状態で容易に高分解能で観察することが
可能となる。また、磁極1、7の両者が固定されている
ため、常に一定の均一な磁場が得られ、ウエハの移動に
伴う磁場の乱れが発生しない。そのため、被観察試料2
の全体を傾斜した状態で安定に高分解能観察できる。 更に、磁極7の形状を円錐台にするなど、その形状及び
大きさを最適化することにより、均一な強縦磁場を発生
させることができる。
The sample stage height adjustment motor 34 is connected to the sample stage 2.
3 in the Z direction. this is,
When the sample stage 23 is tilted or rotated, the electron beam 12
The object is moved in the Z direction so that the irradiation position is within the working distance (in-focus range). As described above, the magnetic path 7-1 is arranged in the hollow part of the horizontally movable sample stage 9, and the magnetic pole 7 is connected to this, and
By tilting the sample stage 23 with the direction of the magnetic path 7-1 as the tilt axis, rotating it in the plane, and moving it in the Z direction, the entire surface of the large-sized sample 2 such as a wafer can be observed under a short focal length. It becomes possible to easily observe with high resolution in a tilted state. Furthermore, since both the magnetic poles 1 and 7 are fixed, a constant and uniform magnetic field is always obtained, and disturbances in the magnetic field due to movement of the wafer do not occur. Therefore, observed sample 2
The entire area can be observed stably and with high resolution in a tilted position. Furthermore, by optimizing the shape and size of the magnetic pole 7, such as by making it a truncated cone, a uniform strong longitudinal magnetic field can be generated.

【0023】本発明の対物レンズを用いたときの、2次
電子の振舞い方を図6の(b)に示す。従来の場合の図
6の(a)と比較して分かるように、縦磁場強度Bzを
強くすることによりサイクロトロン半径が小さくなり、
2次電子の微細構造側壁衝突によるSN低下を大幅に改
善できる。その結果、任意の方向から深い3次元構造の
底部について、高SNの明瞭な高解像度観察が可能とな
る。
FIG. 6(b) shows how secondary electrons behave when using the objective lens of the present invention. As can be seen by comparing the conventional case with FIG. 6(a), by increasing the longitudinal magnetic field strength Bz, the cyclotron radius becomes smaller.
It is possible to significantly improve the SN reduction caused by collision of secondary electrons with the sidewalls of the fine structure. As a result, it becomes possible to observe the bottom of a deep three-dimensional structure from any direction with high SN and clear high resolution.

【0024】図2ないし図4を用いて、本発明を具体的
に説明する。図2は本発明の実施例の構成図(正面図)
および図3は本発明の実施例の構成図(側面図)であり
、図1の(a)の対物レンズの部分を詳細に示したもの
である。図4は本発明に係る要部斜視図である。また、
図2および図3は、図4中のA方向およびB方向から見
た図である。
The present invention will be specifically explained using FIGS. 2 to 4. Figure 2 is a configuration diagram (front view) of an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram (side view) of an embodiment of the present invention, showing the objective lens portion in FIG. 1(a) in detail. FIG. 4 is a perspective view of essential parts according to the present invention. Also,
2 and 3 are views seen from direction A and direction B in FIG. 4.

【0025】図2及び図3において、電子銃11は、電
子線を放射するものである。電子ビーム12は、電子銃
11から放射された電子ビームである。軸合せコイル1
3は、電子ビームの軸を合わせるものである。収束レン
ズ14は、電子ビームを収束する磁界レンズである。収
束コイル15は、電流を流して収束レンズ14に起磁力
を与え、レンズ作用を生成させるものである。
In FIGS. 2 and 3, an electron gun 11 emits an electron beam. The electron beam 12 is an electron beam emitted from the electron gun 11. Aligning coil 1
3 is for aligning the axis of the electron beam. The converging lens 14 is a magnetic field lens that converges the electron beam. The converging coil 15 applies a magnetomotive force to the converging lens 14 by passing a current through it, thereby generating a lens action.

【0026】絞り16は、不要な電子ビームを遮断し、
有意な電子ビーム12のみをウエハ22に照射するため
のものである。磁極18は、軸対称であって中心に穴を
持ち、かつ円錐状で先端を平坦にした磁極である。磁極
19は、磁極18に対向する磁極であって、円錐状で先
端を平坦にした磁極である。
[0026] The aperture 16 blocks unnecessary electron beams,
This is for irradiating only the significant electron beam 12 onto the wafer 22. The magnetic pole 18 is a magnetic pole that is axially symmetrical, has a hole in the center, and has a conical shape with a flat tip. The magnetic pole 19 is a magnetic pole facing the magnetic pole 18, and is a conical magnetic pole with a flat tip.

【0027】コイル20は、電流を流して対物レンズ1
7に起磁力を与え、レンズ作用を生成するものである。 棒状の磁路21は、本実施例に係るものであって、対向
する磁極18、19の間隙に対物レンズ磁場を発生させ
るための磁路であって、試料台23が面内で移動しても
当該試料台23中に設けた中空部に接触することがない
ように棒状にしたものである(図4参照)。
The coil 20 is connected to the objective lens 1 by passing a current through it.
7 to generate a lens effect. The bar-shaped magnetic path 21 is related to this embodiment, and is a magnetic path for generating an objective lens magnetic field in the gap between the opposing magnetic poles 18 and 19. It is also shaped like a rod so that it does not come into contact with the hollow part provided in the sample stage 23 (see FIG. 4).

【0028】ウエハ22は、被観察試料である。試料台
(保持台)23は、ウエハ22を保持する台であって、
ウエハ22を保持する部分の下に中空部を有し、その中
に棒状の磁路21が入るように構成したものである。試
料台23は、試料台傾斜機構33上に搭載してある。こ
の試料台23に中空部を設けて棒状の磁路21を内部に
配置したことにより、ウエハ22を水平面内で大幅に移
動させることができると共に、試料台傾斜機構33をこ
の磁路21の方向を傾斜軸として巨大サイズのウエハ2
2を0゜ないし90゜(あるいは磁極18に接触するま
での角度)の範囲で容易に傾斜できる(図4のβ参照)
。また、この試料台23は、面内で回転およびZ方向へ
移動できる。
The wafer 22 is a sample to be observed. The sample stand (holding stand) 23 is a stand that holds the wafer 22,
It has a hollow part under the part that holds the wafer 22, and is configured so that the bar-shaped magnetic path 21 is inserted into the hollow part. The sample stage 23 is mounted on a sample stage tilting mechanism 33. By providing a hollow part in this sample stage 23 and arranging the rod-shaped magnetic path 21 inside, the wafer 22 can be moved significantly in the horizontal plane, and the sample stage tilting mechanism 33 can be moved in the direction of this magnetic path 21. Huge size wafer 2 with the tilt axis
2 can be easily tilted in the range of 0° to 90° (or the angle until it contacts the magnetic pole 18) (see β in Figure 4)
. Further, this sample stage 23 can rotate within the plane and move in the Z direction.

【0029】2次電子検出器24は、電子ビーム12を
ウエハ22に照射して発生させた2次電子を補集して検
出するものである。偏向コイル25は、電子ビーム12
をウエハ22上に走査するものである。磁路26は、棒
状の磁路21を対物レンズ17に磁気的に接続するもの
である。
The secondary electron detector 24 collects and detects secondary electrons generated by irradiating the electron beam 12 onto the wafer 22. The deflection coil 25
is scanned onto the wafer 22. The magnetic path 26 magnetically connects the bar-shaped magnetic path 21 to the objective lens 17 .

【0030】移動台27、28は、試料台23を対物レ
ンズ17の軸方向に垂直な面内で移動(X方向、Y方向
の移動)させるものである。試料台回転用モータ29は
、試料台23を面内で回転させるモータであって、例え
ば超音波モータやリニアモータなどである。これら超音
波モータやリニアモータを用いて回転することにより、
安定かつ高精度で回転制御が可能となる。ここで、図4
に示すαの方向に回転させる。
The moving stages 27 and 28 are used to move the sample stage 23 in a plane perpendicular to the axial direction of the objective lens 17 (movement in the X direction and Y direction). The sample stage rotation motor 29 is a motor that rotates the sample stage 23 within a plane, and is, for example, an ultrasonic motor or a linear motor. By rotating using these ultrasonic motors and linear motors,
Stable and highly accurate rotation control is possible. Here, Figure 4
Rotate in the direction of α shown in .

【0031】試料室30は、ウエハ22などを収める真
空の室である。固定具31、31’、32、32’は、
ウエハ22を試料台23に固定するためのものである。 試料台傾斜機構33は、棒状の磁路21の方向を傾斜軸
とし、図3に示すβ方向に試料台23を傾斜させる機構
であって、例えば一定の曲率を持った円弧のすり合せた
機構、あるいは傾斜軸を中心に傾斜する機構である。角
度βを変化させるには、サーボモータなどの位置精度(
角度精度)の高いモータを用いる。
The sample chamber 30 is a vacuum chamber containing the wafer 22 and the like. The fixtures 31, 31', 32, 32' are
This is for fixing the wafer 22 to the sample stage 23. The sample stage tilting mechanism 33 is a mechanism that tilts the sample stage 23 in the β direction shown in FIG. 3 with the direction of the bar-shaped magnetic path 21 as the tilt axis, and is, for example, a mechanism in which circular arcs with a constant curvature are aligned. , or a mechanism that tilts around a tilt axis. To change the angle β, position accuracy (
Uses a motor with high angle accuracy).

【0032】試料台高さ調整用モータ34は、試料台2
3のZ方向の位置を調整するモータである。試料台回転
用モータ23によって試料台23を回転した場合、ある
いは試料台傾斜機構33によって試料台23を傾斜した
場合、電子ビーム12を照射してSEM観察しようとす
る位置を対物レンズ17のワーキング・エリア(焦点合
せの可能な範囲)に入るように、Z方向の高さを調整す
るものである。試料台高さ調整用モータ34は、図中で
は4箇所設けたあるが、3箇所でもよい。また、試料台
23と試料台傾斜機構33との間に設けてあるが、試料
台傾斜機構33と移動台27との間に設けてもよい。こ
の場合には、高さ調整範囲を大きくとることができる。
The sample stage height adjustment motor 34 is connected to the sample stage 2.
This is a motor that adjusts the position of No. 3 in the Z direction. When the sample stand 23 is rotated by the sample stand rotation motor 23 or when the sample stand 23 is tilted by the sample stand tilting mechanism 33, the working position of the objective lens 17 is The height in the Z direction is adjusted so that it falls within the area (range where focusing is possible). Although the sample stage height adjustment motor 34 is provided at four locations in the figure, it may be provided at three locations. Moreover, although it is provided between the sample stage 23 and the sample stage tilting mechanism 33, it may be provided between the sample stage tilting mechanism 33 and the moving stage 27. In this case, the height adjustment range can be widened.

【0033】2次電子軌道35は、ある1つの2次電子
の軌道を表しており、磁界と2次電子の初速度により決
定されるら旋軌道を表現している。次に、図2ないし図
4の構成の動作を説明する。 (1)  電子銃11から放射した電子ビーム12は、
軸合せコイル13によって軸合せし、収束レンズ14に
よって収束し、絞り16を経由して対物レンズ17に入
射する。対物レンズ17によって更に収束された電子ビ
ームは、ウエハ22を照射すると共にこの照射点を偏向
コイル25によって走査し、ウエハ22から放射された
2次電子を2次電子検出器24によって検出し、図示外
のディスプレイ上で輝度変調していわゆる2次電子像を
表示する。
The secondary electron trajectory 35 represents the trajectory of a certain secondary electron, and represents a spiral trajectory determined by the magnetic field and the initial velocity of the secondary electron. Next, the operation of the configuration shown in FIGS. 2 to 4 will be explained. (1) The electron beam 12 emitted from the electron gun 11 is
The beam is aligned by the alignment coil 13, converged by the converging lens 14, and enters the objective lens 17 via the aperture 16. The electron beam further focused by the objective lens 17 irradiates the wafer 22 and scans this irradiation point by the deflection coil 25, and the secondary electrons emitted from the wafer 22 are detected by the secondary electron detector 24. A so-called secondary electron image is displayed by modulating the brightness on an external display.

【0034】(2)  対物レンズ17を構成するコイ
ル20に電流を流すことにより、発生した起磁力が図中
点線を描いたループに印加される。このループのうち、
電子ビーム12に対して対物レンズ17として有効に作
用する磁場は、磁極18と、磁極19との間に発生する
軸対称のものだけである。棒状の磁路21は、磁極19
と対物レンズ17との間の磁気的なループを構成するた
めのものである。また、試料台23上には、被観察対象
のウエハ22が密着して置かれ、固定具31、31’、
32、32’によって固定されている。試料室30及び
電子ビーム12の通路は、電子ビーム12の走行を邪魔
しないように、図示外の真空排気系によって排気するよ
うにしている。また、ウエハ22の挿入及び取り出しを
行うウエハ搬送機構などが具備されている。磁極18、
19、棒状の磁路21などの磁気回路は、高透磁率材料
(例えば純鉄、コバルト鉄、パーマロイ等々)を使用す
るようにしている。
(2) By passing a current through the coil 20 constituting the objective lens 17, the generated magnetomotive force is applied to the loop indicated by the dotted line in the figure. Of this loop,
The only magnetic field that effectively acts as the objective lens 17 on the electron beam 12 is the axially symmetrical magnetic field generated between the magnetic poles 18 and 19. The rod-shaped magnetic path 21 is connected to the magnetic pole 19
This is for forming a magnetic loop between the objective lens 17 and the objective lens 17. Further, the wafer 22 to be observed is placed closely on the sample stage 23, and the fixtures 31, 31',
32, 32'. The sample chamber 30 and the electron beam 12 passage are evacuated by a vacuum exhaust system (not shown) so as not to interfere with the movement of the electron beam 12. Further, a wafer transport mechanism for inserting and removing the wafer 22 is provided. magnetic pole 18,
19. The magnetic circuit such as the bar-shaped magnetic path 21 is made of a high magnetic permeability material (for example, pure iron, cobalt iron, permalloy, etc.).

【0035】(3)  ウエハ22から放出された2次
電子は、磁極18と磁極19とにより生成された磁界に
よって取り込まれ、図中上方に向かって回転しつつ移動
し、ら旋軌道を描きながら正の電圧が印加されている2
次電子検出器24によって補集されるため、2次電子の
補集効率を極めて高くすることが可能となる。本発明の
ような構造の対物レンズ17を用いると、ウエハ22の
表面に強い軸方向磁場を発生できるため、2次電子の補
集効率は、更に向上する。このため、明るい良質の2次
電子像を表示することができる。この際、対物レンズ1
7の下側の試料台23を水平移動(X、Y方向)可能と
し、対物レンズ17の磁極18、19の間に被観察試料
である当該ウエハ22を配置して短焦点距離のもとで2
次電子を収集して2次電子像を表示させることにより、
高分解能の状態で巨大サイズのウエハ22を全面に沿っ
て容易に観察することが可能となる。
(3) The secondary electrons emitted from the wafer 22 are captured by the magnetic field generated by the magnetic poles 18 and 19, and move upward in the figure while rotating, drawing a spiral trajectory. Positive voltage is applied2
Since the secondary electrons are collected by the secondary electron detector 24, it is possible to make the collection efficiency of the secondary electrons extremely high. When the objective lens 17 having the structure of the present invention is used, a strong axial magnetic field can be generated on the surface of the wafer 22, so that the secondary electron collection efficiency is further improved. Therefore, a bright, high-quality secondary electron image can be displayed. At this time, objective lens 1
The sample stage 23 on the lower side of the sample table 7 is made horizontally movable (in the X and Y directions), and the wafer 22, which is the sample to be observed, is placed between the magnetic poles 18 and 19 of the objective lens 17 under a short focal length. 2
By collecting secondary electrons and displaying a secondary electron image,
It becomes possible to easily observe the entire surface of the gigantic wafer 22 with high resolution.

【0036】以上のように、ウエハ22のような巨大サ
イズの試料の凹凸の深い微細構造を観察できるようにな
ると、ウエハ22を切断する必要がなくなるため、半導
体製造工程において大きな効果が得られる。図7に示す
ように、半導体製造工程中のウエハをSEM観察後、再
び次の工程に戻すことができるため、半導体製造工程に
おけるスループットと歩留まりが大幅に向上する。その
結果、半導体製造における開発効率が、非常に向上する
As described above, if it becomes possible to observe the fine structure with deep unevenness of a gigantic sample such as the wafer 22, there will be no need to cut the wafer 22, and a great effect will be obtained in the semiconductor manufacturing process. As shown in FIG. 7, after SEM observation of a wafer during the semiconductor manufacturing process, it can be returned to the next process, thereby significantly improving throughput and yield in the semiconductor manufacturing process. As a result, development efficiency in semiconductor manufacturing is greatly improved.

【0037】(4)  次に、ウエハ22を傾斜させて
観察する場合の動作を説明する。ウエハ22上の任意の
観察点を傾斜して観察する場合、試料台回転用モータ2
9によって試料台23をα方向に回転および試料台傾斜
機構33とによってβ方向に傾斜させると共に、この任
意の観察点が観察視野から外れそうになったときは移動
台27、28によってX方向およびY方向に移動して観
察視野内に戻すことを繰り返し、所望の角度だけ傾斜さ
せ、ウエハ22を観察する。この際、観察点がワーキン
グエリアから外れそうになった場合、試料台高さ調整用
モータ34によってZ方向の移動を行いワーキングエリ
ア内に戻すようにする。このように回転α、傾斜β、更
に必要に応じてZ移動、X、Y移動し(5軸制御し)、
試料台23に固定したウエハ22上の所望の観察点を所
望の角度に傾斜して観察することが可能となる。
(4) Next, the operation when observing the wafer 22 while tilting it will be explained. When observing an arbitrary observation point on the wafer 22 at an angle, the sample stage rotation motor 2
9 rotates the sample stage 23 in the α direction, and the sample stage tilting mechanism 33 tilts it in the β direction, and when this arbitrary observation point is about to go out of the observation field, it is rotated in the X direction and The wafer 22 is observed by repeatedly moving it in the Y direction and returning it to the observation field, tilting it by a desired angle. At this time, if the observation point is about to go out of the working area, the sample stage height adjustment motor 34 moves it in the Z direction to return it to the working area. In this way, rotate α, tilt β, and further move Z, X, and Y as necessary (5-axis control),
It becomes possible to observe a desired observation point on the wafer 22 fixed to the sample stage 23 while tilting it at a desired angle.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対物レンズを構成する磁極のうちの下方の磁極について
棒状の磁路によって移動可能な試料台の中空部を介して
磁気的に接続し、対物レンズの磁極間に被観察試料を配
置した状態で、この磁路の方向を傾斜軸とした試料台傾
斜機構(β方向の傾斜)、試料台の面内の回転機構(α
方向の回転)、更に試料台のZ移動機構(Z方向の移動
)を設ける構成を採用しているため、(1)  被観察
試料を傾斜させ、強磁場のもとで高解像度観察できる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
The lower magnetic pole of the magnetic poles constituting the objective lens is magnetically connected via the hollow part of the movable sample stage by a bar-shaped magnetic path, and the sample to be observed is placed between the magnetic poles of the objective lens. A sample table tilting mechanism with the direction of this magnetic path as the tilt axis (tilt in the β direction), a rotation mechanism in the plane of the sample table (α
(rotation in the direction) and a Z movement mechanism (movement in the Z direction) for the sample stage. (1) The sample to be observed can be tilted and observed with high resolution under a strong magnetic field.

【0039】(2)  被観察試料を傾けて観察できる
ため、トレンチなどのアスペクト比(縦横比)構造の側
面及び底部を高解像度観察できる。 (3)  短焦点距離にしてレンズ収差を小さくできる
。 (4)  磁極が固定配置であるため、均一かつ一様な
磁場を容易に発生することができる。
(2) Since the sample to be observed can be observed by tilting it, the side and bottom parts of an aspect ratio structure such as a trench can be observed with high resolution. (3) Lens aberrations can be reduced by using a short focal length. (4) Since the magnetic poles are fixedly arranged, a uniform and uniform magnetic field can be easily generated.

【0040】(5)  被観察試料が、半導体ウエハの
ように大きくても、磁路が巨大にならず、一様な強磁場
を効率よく発生させることができる。 (6)  被観察試料が一様な強磁場中であるため、発
生した2次電子を高効率で検出することができる。 (7)  2次電子の収集効率が飛躍的に向上するため
に、一次電子ビーム量を減らしても良質の2次電子像が
得られ、ひいては、一次電子ビーム量の低減により、被
観察試料の帯電による画像劣化を防止できる。
(5) Even if the sample to be observed is as large as a semiconductor wafer, the magnetic path does not become huge, and a uniform strong magnetic field can be efficiently generated. (6) Since the sample to be observed is in a uniform strong magnetic field, the generated secondary electrons can be detected with high efficiency. (7) Since the collection efficiency of secondary electrons is dramatically improved, a high-quality secondary electron image can be obtained even if the amount of primary electron beam is reduced. Image deterioration due to charging can be prevented.

【0041】(8)  2次電子の収集効率が高いため
に、被観察試料面に深い凹凸があっても、明るい良質な
高分解能2次電子像を容易に観察することが可能となる
。 (9)  半導体ウエハを切断することなく、高分解能
観察できる。以上の効果により、ウエハのような巨大サ
イズの試料を短焦点距離のもとで、高分解能で明るい良
質の2次電子像を容易に傾斜観察することができるよう
になる。その結果、アスペクト比5を超えるトレンチ溝
(幅:0.2〜0.7μm、深さ:3〜5μm)や、コ
ンタクト・ホールなどの微細構造を表面から底部まで、
更に傾斜させて側面も併せて明瞭な画像で高分解能観察
可能となる。
(8) Since the secondary electron collection efficiency is high, it is possible to easily observe a bright, high-quality, high-resolution secondary electron image even if the surface of the sample to be observed has deep irregularities. (9) High-resolution observation is possible without cutting the semiconductor wafer. As a result of the above effects, it becomes possible to easily obliquely observe a high-resolution, bright, high-quality secondary electron image of a huge sample such as a wafer at a short focal length. As a result, microstructures such as trench grooves (width: 0.2 to 0.7 μm, depth: 3 to 5 μm) with an aspect ratio exceeding 5 and contact holes can be formed from the surface to the bottom.
By tilting it further, it is possible to observe the sides with clear images at high resolution.

【0042】更に、ウエハを切断することなく、高分解
能観察可能になることによって、製造工程途中にあるウ
エハを、一旦、本発明の走査型電子顕微鏡で観察した後
に、次工程から製造を続けることができるようになるた
め、半導体製造工程やその開発段階において、極めてス
ループットが向上する。従って、本発明が半導体製造業
に与える効果は、極めて大きいものと言える。
Furthermore, since high-resolution observation is possible without cutting the wafer, it is possible to observe the wafer in the middle of the manufacturing process using the scanning electron microscope of the present invention, and then continue manufacturing from the next process. This greatly improves throughput in the semiconductor manufacturing process and its development stage. Therefore, it can be said that the effect of the present invention on the semiconductor manufacturing industry is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の原理構成図である。FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の実施例の構成図(正面図)であり、図
1の対物レンズの部分を詳細に示したものである。
FIG. 2 is a block diagram (front view) of an embodiment of the present invention, showing the objective lens portion of FIG. 1 in detail.

【図3】本発明の実施例の構成図(側面図)であり、図
1の対物レンズの部分を詳細に示したものである。
FIG. 3 is a configuration diagram (side view) of an embodiment of the present invention, showing the objective lens portion of FIG. 1 in detail.

【図4】本発明に係る要部斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of essential parts according to the present invention.

【図5】従来技術の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the prior art.

【図6】縦磁場強度による2次電子の振舞い方の差異の
説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of differences in the behavior of secondary electrons depending on the strength of the longitudinal magnetic field.

【図7】半導体製造工程におけるSEM観察シーケンス
図である。
FIG. 7 is a SEM observation sequence diagram in a semiconductor manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、7、18、19:磁極 1−1、1−2、26:磁路 7−1、21:棒状の磁路 2:被観察試料(ウエハ) 4、20:コイル 9、27、28:移動台 11:電子銃 12:電子ビーム 13:軸合せコイル 14:収束レンズ 16:絞り 17:対物レンズ 22:ウエハ 23:試料台 24:2次電子検出器 25:偏向コイル 29:試料台回転用モータ 31、31’、32、32’:固定具 33:試料台傾斜機構 34:試料台高さ調整用モータ α:試料台の回転角度 β:試料台の傾斜角度 Z:試料台のZ移動距離 1, 7, 18, 19: magnetic pole 1-1, 1-2, 26: Magnetic path 7-1, 21: Bar-shaped magnetic path 2: Observed sample (wafer) 4, 20: Coil 9, 27, 28: Moving platform 11: Electron gun 12: Electron beam 13: Axis alignment coil 14: Convergent lens 16: Aperture 17: Objective lens 22: Wafer 23: Sample stand 24: Secondary electron detector 25: Deflection coil 29: Sample stage rotation motor 31, 31', 32, 32': Fixtures 33: Sample stage tilting mechanism 34: Sample stage height adjustment motor α: Rotation angle of sample stage β: Inclination angle of sample stage Z: Z movement distance of sample stage

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  対物レンズによって収束した電子ビー
ムを被観察試料に照射してこれの像を観察する走査型電
子顕微鏡において、軸対称で中心に電子ビームを通過さ
せる穴を持ち、かつ、円錐状で先端を平坦とした第1の
磁極(1)と、この第1の磁極(1)に対向して円錐状
で先端を平坦とすると共にこれを上記第1の磁極(1)
に対して磁気的に棒状の磁路(7−1)で接続した第2
の磁極(7)と、この棒状の磁路(7−1)の部分を貫
通する中空部を有し、上記第1の磁極(1)と上記第2
の磁極(7)との間に被観察試料(2)を搭載し、軸に
垂直な面内で移動可能であって、かつ当該被観察試料(
2)を面内で任意に回転、中空の部分に配置された磁路
(7−1)の方向を傾斜軸として傾斜、および軸の方向
に任意に移動可能な回転・傾斜・Z移動機構を搭載した
移動台(9)とを備え、上記第1の磁極(1)の穴を通
過する電子ビームを収束して上記移動台(9)上に搭載
した被観察試料(2)に照射し、当該被観察試料(2)
の傾斜した像を観察するように構成したことを特徴とす
る走査型電子顕微鏡。
Claim 1: In a scanning electron microscope in which an electron beam focused by an objective lens is irradiated onto a sample to be observed and an image thereof is observed, the microscope has an axially symmetrical hole through which the electron beam passes through the center, and has a conical shape. a first magnetic pole (1) with a flat tip; and a conical magnetic pole (1) opposite to the first magnetic pole (1) with a flat tip;
The second
The first magnetic pole (1) and the second magnetic pole (7) have a hollow portion penetrating the rod-shaped magnetic path (7-1).
A specimen to be observed (2) is mounted between the magnetic pole (7) of the specimen, and is movable in a plane perpendicular to the axis, and
2) can be rotated arbitrarily in the plane, tilted with the direction of the magnetic path (7-1) arranged in the hollow part as the tilt axis, and a rotation/tilt/Z movement mechanism that can be moved arbitrarily in the direction of the axis. a moving table (9) mounted thereon, the electron beam passing through the hole of the first magnetic pole (1) is focused and irradiated onto the sample to be observed (2) mounted on the moving table (9); The sample to be observed (2)
A scanning electron microscope characterized in that it is configured to observe a tilted image of.
【請求項2】  請求項の第1項において、被観察試料
(2)から放出された2次電子を上記第1の磁極(1)
の穴を逆上った位置に設けた2次電子検出器によって検
出し、2次電子像を表示するように構成したことを特徴
とする走査型電子顕微鏡。
2. In claim 1, the secondary electrons emitted from the observed sample (2) are transferred to the first magnetic pole (1).
What is claimed is: 1. A scanning electron microscope characterized in that the scanning electron microscope is configured to detect the hole with a secondary electron detector provided at a position upside down and display a secondary electron image.
【請求項3】  請求項の第1項において、被観察試料
を超音波モータまたはリニアモータによって回転させる
ように構成したことを特徴とする走査型電子顕微鏡。
3. A scanning electron microscope according to claim 1, characterized in that the sample to be observed is rotated by an ultrasonic motor or a linear motor.
【請求項4】  対物レンズによって収束した電子ビー
ムを被観察試料に照射してこれの像を観察する走査型電
子顕微鏡を用いた半導体ウエハの観察に際し、軸対称で
中心に電子ビームを通過させる穴を持ち、かつ、円錐状
で先端を平坦とした第1の磁極(1)と、この第1の磁
極(1)に対向して円錐状で先端を平坦とすると共にこ
れを上記第1の磁極(1)に対して磁気的に棒状の磁路
(7−1)で接続した第2の磁極(7)と、この棒状の
磁路(7−1)の部分を貫通する中空部を有し、かつ上
記第1の磁極(1)と上記第2の磁極(7)との間に被
観察試料(2)を搭載し、軸に垂直な面内で移動可能で
あって、かつ当該被観察試料(2)を面内で任意に回転
および中空の部分に配置された磁路(7−1)の方向を
軸として傾斜する回転・傾斜機構を搭載した移動台(9
)とを備え、上記第1の磁極(1)の穴を通過する電子
ビームを収束して上記移動台(9)上に搭載した被観察
試料(2)に照射し、当該被観察試料(2)の像を観察
するように構成した走査型電子顕微鏡を用いて、半導体
ウエハを切断することなく傾斜して当該半導体ウエハ上
の微細構造を観察することを特徴とする半導体ウエハ観
察方法。
4. An axially symmetrical hole through which the electron beam passes through the center when observing a semiconductor wafer using a scanning electron microscope that irradiates the sample to be observed with an electron beam focused by an objective lens and observes its image. a first magnetic pole (1) having a conical shape and a flat tip; and a first magnetic pole opposite to this first magnetic pole (1) having a conical shape and a flat tip; It has a second magnetic pole (7) magnetically connected to (1) by a bar-shaped magnetic path (7-1), and a hollow part that penetrates this bar-shaped magnetic path (7-1). , and a sample to be observed (2) is mounted between the first magnetic pole (1) and the second magnetic pole (7), and is movable in a plane perpendicular to the axis; A moving table (9) equipped with a rotation/tilting mechanism that rotates the sample (2) arbitrarily within the plane and tilts the sample (2) around the direction of the magnetic path (7-1) placed in the hollow part.
), the electron beam passing through the hole of the first magnetic pole (1) is focused and irradiated onto the observed sample (2) mounted on the movable table (9), and 1. A method for observing a semiconductor wafer, the method comprising observing a fine structure on a semiconductor wafer by tilting the semiconductor wafer without cutting the semiconductor wafer using a scanning electron microscope configured to observe an image of the semiconductor wafer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003532256A (en) * 2000-04-24 2003-10-28 フェイ カンパニ Collection of secondary electrons through the objective of a scanning electron microscope
WO2016088249A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device, and observation method using charged particle beam device

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