JPH06150865A - Scanning electron microscope - Google Patents

Scanning electron microscope

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JPH06150865A
JPH06150865A JP29480592A JP29480592A JPH06150865A JP H06150865 A JPH06150865 A JP H06150865A JP 29480592 A JP29480592 A JP 29480592A JP 29480592 A JP29480592 A JP 29480592A JP H06150865 A JPH06150865 A JP H06150865A
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JP
Japan
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scanning
electron beam
sample
electron microscope
detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP29480592A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Yamada
悟 山田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06150865A publication Critical patent/JPH06150865A/en
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Abstract

PURPOSE:To minimize damage on a sample caused by excessive electron beam radiation. CONSTITUTION:A primary electron beam 2 is radiated to a sample 5 while scanning it by a scanning coil 4, and a secondary electron, a reflected electron or the like created at that time is detected by a detector 7. In a scanning electron microscope to display an image according to image contrast on a display device 9 according to this detected signal, scanning speed of the primary electron beam 2 and a detecting signal quantity of the detector 7 are integrated by an integrator 14, and the scanning coil 4 is controlled by a scanning speed controller 15 based on the result.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は顕微鏡に関する技術、特
に、半導体デバイスなどの観察のための走査電子顕微鏡
に用いて効果のある技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique relating to a microscope, and more particularly to a technique effective for use in a scanning electron microscope for observing semiconductor devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来の走査電子顕微鏡の一例を示
す構成図である。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional scanning electron microscope.

【0003】一次電子線2を放出する電子銃1は、筐体
3(内部が真空雰囲気にされる)の天井部に取り付けら
れ、その一次電子線2の通路に沿って走査コイル4が配
設され、一次電子の到達先には試料5が配設され、この
試料5はテーブル6上に載置される。
An electron gun 1 for emitting a primary electron beam 2 is attached to a ceiling portion of a casing 3 (inside of which a vacuum atmosphere is provided), and a scanning coil 4 is arranged along the passage of the primary electron beam 2. The sample 5 is arranged at the destination of the primary electrons, and the sample 5 is placed on the table 6.

【0004】また、筐体3の側壁には、試料5からの信
号10を検出する検出器7が取り付けられている。検出
器7には増幅器8が接続され、この増幅器8にはディス
プレイ装置9が接続されている。
A detector 7 for detecting the signal 10 from the sample 5 is attached to the side wall of the housing 3. An amplifier 8 is connected to the detector 7, and a display device 9 is connected to the amplifier 8.

【0005】以上の構成において、電子銃1から発せら
れた一次電子線2は、試料5に照射されるが、その際、
走査コイル4の作る磁界によって偏向され、一次電子線
2は試料5上を一定速度で走査するようになる。この走
査によって、試料5からは一次電子線2によって励起さ
れた信号10が放出される。
In the above structure, the sample 5 is irradiated with the primary electron beam 2 emitted from the electron gun 1. At that time,
The primary electron beam 2 scans the sample 5 at a constant speed by being deflected by the magnetic field generated by the scanning coil 4. By this scanning, the signal 5 excited by the primary electron beam 2 is emitted from the sample 5.

【0006】この信号10は、二次電子、反射電子、X
線、カソードルミネセンスなどであり、検出器7で検出
されて電気信号に変えられ、さらに増幅器8によって像
コントラストが形成されるレベルにまで増幅される。さ
らにディスプレイ装置9によりディスプレイに表示する
ための信号に処理され、ディスプレイ画面上に試料5の
表面形状に応じた画像(例えば、明部と暗部をコントラ
ストで区別した白黒画像)が表示される。
This signal 10 includes secondary electrons, backscattered electrons, X
Lines, cathodoluminescence, etc., which are detected by the detector 7 and converted into electric signals, and further amplified by the amplifier 8 to a level at which image contrast is formed. Further, it is processed into a signal for display on the display by the display device 9, and an image corresponding to the surface shape of the sample 5 (for example, a black and white image in which a bright part and a dark part are distinguished by contrast) is displayed on the display screen.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれ
ば、絶縁物が表面に形成された試料に一次電子線を照射
し、その二次電子などを検出して画像として表示する従
来技術は、画像の中でコントラストの高い部分は信号量
が多く、コントラストの低い部分は信号量が減り、これ
に伴ってS/N比(信号対ノイズ比)が悪くなるという
問題がある。
According to the study of the present inventor, the prior art of irradiating a sample having an insulator formed on its surface with a primary electron beam and detecting the secondary electrons thereof and displaying it as an image Has a problem that a high contrast part in an image has a large amount of signal, and a low contrast part has a small amount of signal, resulting in a poor S / N ratio (signal to noise ratio).

【0008】図5は増幅器8から得られる像コントラス
トの生成を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the generation of the image contrast obtained from the amplifier 8.

【0009】図示のように、試料5に穴11(例えば、
コンタクトホール)が形成されている場合、穴11の部
分は他の部分に対し、像コントラスト(信号量)及びS
/N比が小さくなる。この場合、S/N比は低下せずに
一定であることが望ましいのであるが、信号量に依存
し、この信号量の低下に伴って小さくなる。
As shown, a hole 11 (for example,
When a contact hole) is formed, the portion of the hole 11 is different from the other portion in image contrast (signal amount) and S.
/ N ratio becomes small. In this case, it is desirable that the S / N ratio does not decrease and is constant, but it depends on the signal amount and becomes smaller as the signal amount decreases.

【0010】また、図6は走査電子顕微鏡で絶縁物の試
料を走査した際に生じる帯電の様子を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing the state of charging that occurs when a sample of an insulator is scanned with a scanning electron microscope.

【0011】試料5が半導体素子の場合、基板12上に
絶縁物13が形成されており、この絶縁物13内に穴1
1が形成されている。このような試料5に対し、その表
面に電子銃1によって一次電子線2を照射すると、絶縁
物13が負に帯電される。この帯電により、穴11の深
い部分へ照射された電子は内部に閉じ込められ、外にで
ることができない。このため、信号量が減り、コントラ
ストは小さくなる。
When the sample 5 is a semiconductor element, the insulator 13 is formed on the substrate 12, and the hole 1 is formed in the insulator 13.
1 is formed. When the surface of the sample 5 is irradiated with the primary electron beam 2 by the electron gun 1, the insulator 13 is negatively charged. Due to this charging, the electrons emitted to the deep portion of the hole 11 are confined inside and cannot go outside. Therefore, the signal amount is reduced and the contrast is reduced.

【0012】例えば、半導体デバイスの製造工程におけ
るコンタクトホール底のレジスト残渣を検査しようとす
る場合、絶縁物のチャージアップが発生し、コントラス
ト及びS/N比が小さくなり、見たい部分が見え難くな
る。
For example, in the case of inspecting a resist residue on the bottom of a contact hole in the manufacturing process of a semiconductor device, charge-up of an insulator occurs, the contrast and S / N ratio become small, and it becomes difficult to see the desired portion. .

【0013】この場合、コントラストの低い部分におい
て十分なS/N比を得ようとすると、コントラストの高
い部分には必要以上の電子線照射を行うことになり、こ
の結果、試料のチャージアップなどの電子線損傷を引き
起こすことになる。
In this case, if an attempt is made to obtain a sufficient S / N ratio in the low contrast portion, the high contrast portion will be irradiated with more electron beam than necessary, resulting in charge-up of the sample or the like. This will cause electron beam damage.

【0014】そこで、本発明の目的は、過剰な電子線照
射による試料の損傷を最小限にとどめ、S/N比の低下
を防止することのできる技術を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of minimizing damage to a sample due to excessive electron beam irradiation and preventing a decrease in S / N ratio.

【0015】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
Among the inventions disclosed in the present application, a brief description will be given to the outline of typical ones.
It is as follows.

【0017】すなわち、試料に一次電子線を走査手段で
走査しながら照射し、その際に生じる二次電子、反射電
子などを検出器で検出し、この検出信号に基づいて像コ
ントラストに基づく画像を表示し或いは印刷を行う走査
電子顕微鏡であって、前記検出器の検出信号量に応じて
前記一次電子線の走査速度を変化させる制御手段を設け
るようにしている。
That is, the sample is irradiated with a primary electron beam while being scanned by the scanning means, and secondary electrons, backscattered electrons and the like generated at that time are detected by the detector, and an image based on the image contrast is formed based on this detection signal. It is a scanning electron microscope for displaying or printing, and is provided with control means for changing the scanning speed of the primary electron beam according to the detection signal amount of the detector.

【0018】[0018]

【作用】上記した手段によれば、検出信号の明るい部分
(信号量が多い部分)に対しては走査速度を速くして電
子線照射量を少なくし、逆に、検出信号の暗い部分(信
号量が少ない部分)に対しては走査速度を遅くして電子
線照射量を多くし、検出信号の明るい部分に帯電が生じ
にくいようにする。これにより、S/N比が一定にな
り、従来はハレーションのために観察の難しかったコン
トラストの大きい試料の観察も容易に行えるようになる
とともに、過剰な電子線照射による試料の損傷を最小限
に止めることが可能になる。
According to the above-mentioned means, the scanning speed is increased for the bright portion of the detection signal (the portion having a large amount of signal) to reduce the electron beam irradiation amount, and conversely, the dark portion of the detection signal (the portion of the signal). For a portion where the amount is small), the scanning speed is slowed to increase the electron beam irradiation amount so that the bright portion of the detection signal is less likely to be charged. As a result, the S / N ratio becomes constant, and it becomes possible to easily observe a sample with a large contrast, which was difficult to observe due to halation in the past, and to minimize the damage of the sample due to excessive electron beam irradiation. It becomes possible to stop.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明による走査電子顕微鏡の一実施
例を示す構成図である。なお、図1においては、図4に
示したと同一であるものには同一引用数字を用いたの
で、ここでは重複する説明を省略する。
1 is a block diagram showing an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention. Note that, in FIG. 1, the same reference numerals are used for the same components as those shown in FIG.

【0020】本実施例は、増幅器8に積分器14を接続
し、この積分器14と走査コイル4の間に走査速度制御
器15を接続し、さらに積分器14とディスプレイ装置
9の間に演算部16を接続したところに特徴がある。
In this embodiment, an integrator 14 is connected to the amplifier 8, a scanning speed controller 15 is connected between the integrator 14 and the scanning coil 4, and calculation is performed between the integrator 14 and the display device 9. The feature is that the part 16 is connected.

【0021】積分器14は、信号量が或る一定値に達す
るのに要する時間(以下、積分時間という)を測定す
る。この積分時間は、穴11のような暗いときには長く
なり、絶縁物13表面のように明るいときには短くなる
ように積分することで得られる。これにより、一次電子
線2の照射部の明暗状態が検出できたことになる。
The integrator 14 measures the time required for the signal amount to reach a certain constant value (hereinafter referred to as the integration time). This integration time is obtained by integrating so that it becomes longer when the hole 11 is dark and becomes shorter when the surface of the insulator 13 is bright. As a result, the bright / dark state of the irradiation portion of the primary electron beam 2 can be detected.

【0022】積分器14によって得られた積分時間に対
して、走査速度制御器15は積分時間が長いときには走
査速度を遅くし、積分時間が短いときには走査速度を早
くするように走査コイル4を制御することで、試料5上
の全ての場所から放出される信号量を同一にすることが
できる。
With respect to the integration time obtained by the integrator 14, the scanning speed controller 15 controls the scanning coil 4 to slow the scanning speed when the integration time is long and to increase the scanning speed when the integration time is short. By doing so, the signal amounts emitted from all the locations on the sample 5 can be made the same.

【0023】この結果、図2に示すように、照射電荷量
は像コントラストの低い部分、すなわち絶縁物13の部
分ほど低くなり、図3に示すように、絶縁物13の部分
は帯電が生じ難くなり、穴11内の電子は外部に飛び出
し、検出器7によって検出できるようになる。これによ
り、図2に示すようにS/N(信号量の平方根)比を一
定にしながら、十分なコントラスト(=積分時間)を得
ることができる。
As a result, as shown in FIG. 2, the irradiation charge amount becomes lower in the portion having a lower image contrast, that is, in the portion of the insulator 13, and as shown in FIG. 3, the portion of the insulator 13 is less likely to be charged. Then, the electrons in the hole 11 jump out to the outside and can be detected by the detector 7. This makes it possible to obtain a sufficient contrast (= integration time) while keeping the S / N (square root of signal amount) ratio constant as shown in FIG.

【0024】そして、図2に示すように、コントラスト
の形は従来とは逆(穴11の部分が絶縁物13部分より
高くなる)になるため、積分器14の出力信号を演算部
16により穴11の部分のコントラストが絶縁物13の
部分より低くなるように処理し、ディスプレイ装置9の
画面に現れる画像が、従来と同様の現れかたになるよう
にしている。
As shown in FIG. 2, the shape of the contrast is opposite to the conventional one (the hole 11 is higher than the insulator 13). The contrast of the portion 11 is processed so as to be lower than that of the insulator 13, so that the image appearing on the screen of the display device 9 has the same appearance as the conventional one.

【0025】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

【0026】例えば、前記実施例では、積分器14によ
る積分時間に応じて走査速度を制御するものとしたが、
電子銃1による〔照射時間/画素〕を制御してもよい。
For example, in the above embodiment, the scanning speed is controlled according to the integration time of the integrator 14, but
The [irradiation time / pixel] by the electron gun 1 may be controlled.

【0027】また、前記実施例においては、走査画像を
ディスプレイに表示するものとしたが、さらにプリンタ
で印刷を行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the scan image is displayed on the display, but it may be printed by a printer.

【0028】[0028]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0029】すなわち、試料に一次電子線を走査手段で
走査しながら照射し、その際に生じる二次電子、反射電
子などを検出器で検出し、この検出信号に基づいて像コ
ントラストに基づく画像を表示し或いは印刷を行う走査
電子顕微鏡であって、前記検出器の検出信号量に応じて
前記一次電子線の走査速度を変化させる制御手段を設け
るようにしたので、S/N比が一定になり、従来はハレ
ーションのために観察の難しかったコントラストの大き
い試料の観察も容易に行えるようになるとともに、過剰
な電子線照射による試料の損傷を最小限に抑制すること
が可能になる。
That is, the sample is irradiated with the primary electron beam while being scanned by the scanning means, and secondary electrons, reflected electrons, etc. generated at that time are detected by the detector, and an image based on the image contrast is formed based on this detection signal. In the scanning electron microscope for displaying or printing, since the control means for changing the scanning speed of the primary electron beam according to the detection signal amount of the detector is provided, the S / N ratio becomes constant. In addition, it becomes possible to easily observe a sample having a large contrast, which has been difficult to observe due to halation in the past, and it is possible to minimize damage to the sample due to excessive electron beam irradiation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による走査電子顕微鏡の一実施例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a scanning electron microscope according to the present invention.

【図2】本発明の走査電子顕微鏡によるコントラスト及
び照射電荷量の特性を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics of contrast and irradiation charge amount by the scanning electron microscope of the present invention.

【図3】本発明による一次電子線の照射による試料の帯
電状況を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a charging state of a sample by irradiation with a primary electron beam according to the present invention.

【図4】従来の走査電子顕微鏡の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a conventional scanning electron microscope.

【図5】従来の走査電子顕微鏡によるコントラスト及び
照射電荷量の特性を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing characteristics of contrast and irradiation charge amount by a conventional scanning electron microscope.

【図6】従来の走査電子顕微鏡による一次電子線の照射
による試料の帯電状況を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a charging state of a sample by irradiation with a primary electron beam by a conventional scanning electron microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃 2 一次電子線 3 筐体 4 走査コイル 5 試料 6 テーブル 7 検出器 8 増幅器 9 ディスプレイ装置 10 信号 11 穴 12 基板 13 絶縁物 14 積分器 15 走査速度制御器 16 演算部 1 Electron Gun 2 Primary Electron Beam 3 Case 4 Scanning Coil 5 Sample 6 Table 7 Detector 8 Amplifier 9 Display Device 10 Signal 11 Hole 12 Substrate 13 Insulator 14 Integrator 15 Scanning Speed Controller 16 Computing Unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に一次電子線を走査手段で走査しな
がら照射し、その際に生じる二次電子、反射電子などを
検出器で検出し、この検出信号に基づいて像コントラス
トに基づく画像を表示し或いは印刷を行う走査電子顕微
鏡であって、前記検出器の検出信号量に応じて前記一次
電子線の走査速度を変化させる制御手段を設けたことを
特徴とする走査電子顕微鏡。
1. A sample is irradiated with a primary electron beam while being scanned by a scanning means, secondary electrons and backscattered electrons generated at that time are detected by a detector, and an image based on image contrast is formed based on this detection signal. A scanning electron microscope for displaying or printing, characterized by comprising control means for changing the scanning speed of the primary electron beam according to the amount of detection signals of the detector.
【請求項2】 前記制御手段は、前記信号量が或る一定
値に到達するのに要する時間を測定する積分手段と、こ
の積分手段の出力信号に基づいて前記走査手段を制御す
る走査速度制御手段とを設けたことを特徴とする請求項
1記載の走査電子顕微鏡。
2. The control means measures the time required for the signal amount to reach a certain constant value, and the scanning speed control which controls the scanning means based on the output signal of the integrating means. The scanning electron microscope according to claim 1, further comprising means.
【請求項3】 前記積分手段による積分出力に対し、そ
の逆数をとる演算手段を設け、その出力に基づいて前記
表示或いは印刷を行うことを特徴とする請求項2記載の
走査電子顕微鏡。
3. The scanning electron microscope according to claim 2, further comprising arithmetic means for calculating the reciprocal of the integrated output of the integrating means, and displaying or printing based on the output.
JP29480592A 1992-11-04 1992-11-04 Scanning electron microscope Pending JPH06150865A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116247A (en) * 2006-11-01 2008-05-22 Topcon Corp Sample analysis device
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