JPH0678999B2 - Electronic counter - Google Patents

Electronic counter

Info

Publication number
JPH0678999B2
JPH0678999B2 JP61153228A JP15322886A JPH0678999B2 JP H0678999 B2 JPH0678999 B2 JP H0678999B2 JP 61153228 A JP61153228 A JP 61153228A JP 15322886 A JP15322886 A JP 15322886A JP H0678999 B2 JPH0678999 B2 JP H0678999B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
light
electron
optical fiber
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP61153228A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS639855A (en
Inventor
応之 宇田
幸雄 富岡
力 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOOCHIKI KK
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
HOOCHIKI KK
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HOOCHIKI KK, RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical HOOCHIKI KK
Priority to JP61153228A priority Critical patent/JPH0678999B2/en
Publication of JPS639855A publication Critical patent/JPS639855A/en
Publication of JPH0678999B2 publication Critical patent/JPH0678999B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光エネルギーの照射で試料から放出される電
子の数を計数する電子計数装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron counting device that counts the number of electrons emitted from a sample upon irradiation with light energy.

(従来技術) 従来、例えば半導体素子等の試料表面を覆って設けた酸
化膜等の膜厚を計測する方法として、試料表面に光を照
射し、光の照射により試料の薄膜を通って外部に放出さ
れる電子を電子検出部により検出して膜厚を計測する方
法が知られている(特願昭59−118818号等)。
(Prior Art) Conventionally, for example, as a method of measuring the film thickness of an oxide film or the like provided to cover the surface of a sample such as a semiconductor element, the sample surface is irradiated with light and the light is irradiated to pass through the thin film of the sample to the outside. A method is known in which emitted electrons are detected by an electron detector to measure the film thickness (Japanese Patent Application No. 59-118818, etc.).

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の電子検出部を使用した
膜厚計測装置にあっては、電子検出部に対し分離配置さ
れた光源装置からの光を電子検出部の検出窓に相対配置
されている試料に斜め方向から照射するようにしていた
ため、電子検出部に対し斜め方向から光を試料面に照射
できる位置に光源装置を配置しなければならず、特に試
料表面を走査するような場合には光源装置も一体に移動
させなければならないために装置構成が複雑になるとい
う問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional film thickness measuring apparatus using the electron detecting unit, the light from the light source device separately arranged with respect to the electron detecting unit is used as the electron detecting unit. Since the sample that is positioned relative to the detection window is irradiated from the oblique direction, the light source device must be arranged at a position where the sample surface can be irradiated with light from the oblique direction with respect to the electron detection section. In the case of scanning the surface, the light source device also has to be moved integrally, which causes a problem that the device configuration becomes complicated.

更に光源からの光を光学系で絞って微小なビームスポッ
トを試料表面に照射して半導体パターン部分の膜厚を計
測するような場合、斜め方向からの光の照射となるため
にビームスポットが楕円状に広がり、円形のビームスポ
ットとならないためにスポット径を充分小さくすること
が困難であった。このような斜め方向から光を照射する
ことによる問題は、試料の特定部分に対してビームスポ
ットを照射する場合のみならず、光源からの光を拡大し
て試料の特定部分に照射する場合にも、照射範囲が照射
角度によって変化し、照射範囲を正確に設定できず、特
定の試料測定部分から放出される正確な電子数の計測が
できないという問題もあった。
Furthermore, when measuring the film thickness of the semiconductor pattern part by irradiating the light from the light source with an optical system and irradiating a small beam spot on the sample surface, the beam spot is elliptical because the light is radiated from an oblique direction. It is difficult to make the spot diameter sufficiently small because it does not form a circular beam spot. The problem caused by irradiating light from such an oblique direction is not only in the case of irradiating a beam spot on a specific portion of the sample, but also in the case of enlarging the light from the light source to irradiate a specific portion of the sample There is also a problem that the irradiation range changes depending on the irradiation angle, the irradiation range cannot be set accurately, and the number of electrons emitted from a specific sample measurement portion cannot be accurately measured.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、電子検出部に対し光源側を分離配置することで電
子検出部の取り回しが自由にできると共に、試料表面に
対し直交する方向から光を照射してより正確な電子数の
計測ができるようにした電子計数装置を提供することを
目的とする。
(Means for Solving Problems) The present invention has been made in view of such conventional problems, and the light source side is separately disposed with respect to the electron detection unit, so that the electron detection unit can be freely arranged. At the same time, it is an object of the present invention to provide an electron counting device capable of irradiating light from a direction orthogonal to the sample surface to measure the number of electrons more accurately.

この目的を達成するため本発明にあっては、電子検出部
に対し分離配置された光源装置から光を光ファイバーに
より電子検出部に導き、この光ファイバーを電子検出部
内の内部中心を貫通して配置した絶縁部材でなるホルダ
部材を通して試料に相対した電子検出部の検出窓から光
ファイバー先端を突出して試料表面に直交する方向から
光を照射するように配置し、且つ電子検出部内の陽極を
水平リング構造としてホルダ部材の周囲に支持し、水平
リング構造の中心となるホルダ部材を通るように前記光
ファイバーを配置し、更にホルダ部材の先端を光ファイ
バーのファイバー先端面を越えて試料側に延在し、該延
在したホルダ部材のファイバー先端面から所定距離離れ
た位置に、光ファイバーから照射された光を試料表面に
照射する光学系と、試料に照射された光の反射光が前記
電子検出部内に入射することを防ぐ遮蔽部材とを設ける
ようにしたものである。
In order to achieve this object, in the present invention, light is guided from a light source device separately arranged with respect to the electron detection section to the electron detection section by an optical fiber, and the optical fiber is arranged so as to penetrate the inner center of the electron detection section. The tip of the optical fiber is projected from the detection window of the electron detection unit facing the sample through the holder member made of an insulating member so that light is emitted from the direction orthogonal to the sample surface, and the anode in the electron detection unit has a horizontal ring structure. The optical fiber is arranged so as to be supported around the holder member and pass through the holder member which is the center of the horizontal ring structure, and the tip of the holder member extends beyond the fiber tip surface of the optical fiber to the sample side. An optical system that irradiates the sample surface with the light emitted from the optical fiber at a position apart from the fiber tip surface of the existing holder member by a predetermined distance. In which reflected light of light irradiated on the sample is acceptable to provide a shielding member that prevents incident on the electronic detection portion.

(作用) このような本発明の構成によれば、電子検出部の陽極を
水平リング構造とすることで光ファイバーの先端を電子
検出部内を通して検出窓から試料に対向した位置に突出
させて試料表面に直交する方向から光を照射することが
でき、また電子検出部の検出窓から突出した光ファイバ
ーの先端から所定距離離れた試料表面に近接した位置に
集光レンズや拡大レンズ等の光学系を配置できるため、
試料表面にミクロンオーダ又はそれ以下の光スポットを
形成したり、若しくは照射範囲を拡大した光スポットを
照射して広い試料表面の特定部分に光を照射できるよう
になる。
(Operation) According to such a configuration of the present invention, by making the anode of the electron detection unit a horizontal ring structure, the tip of the optical fiber is projected through the inside of the electron detection unit from the detection window to a position facing the sample, and is projected onto the sample surface. Light can be emitted from orthogonal directions, and an optical system such as a condenser lens or a magnifying lens can be arranged at a position close to the sample surface, which is a predetermined distance from the tip of the optical fiber protruding from the detection window of the electron detector. For,
It becomes possible to form a light spot of micron order or less on the sample surface or to irradiate a light spot with an expanded irradiation range to irradiate a specific portion of a wide sample surface with light.

更に、ファイバー先端面から所定距離離れた位置に試料
表面からの反射光の電子検出部への入射を防ぐ遮蔽部材
が配置されているため、反射光が電子検出部内に入射す
ることによる不必要な電子の放出を防ぎ、正確な電子数
の計数ができる。
Further, since a shielding member for preventing the reflected light from the sample surface from entering the electron detecting portion is arranged at a position apart from the fiber tip end surface by a predetermined distance, it is unnecessary for the reflected light to enter the electron detecting portion. It can prevent the emission of electrons and accurately count the number of electrons.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示した説明図である。(Embodiment) FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention.

まず構成を説明すると、1は電子検出部であり、下部に
検出窓2を開口した金属製のケース3を有し、このケー
ス3はアースされて陰極となる。ケース3内には水平リ
ング構造をもつ水平陽極リング4が配置され、水平陽極
リング4は、例えば3.4KVの高圧電源23が接続される。
水平陽極リング4とケース3の間には、例えば100Vの電
圧が印加された第1格子電極5が設置され、更に第1格
子電極5とケース3の検出窓2に相対して配置された試
料10との間には、例えば80Vの電圧が印加された第2格
子電極6が設置される。
First, the structure will be described. Reference numeral 1 denotes an electron detecting portion, which has a metal case 3 having a detection window 2 opened at the bottom, and the case 3 is grounded to serve as a cathode. A horizontal anode ring 4 having a horizontal ring structure is arranged in the case 3, and the horizontal anode ring 4 is connected to a high voltage power source 23 of 3.4 KV, for example.
Between the horizontal anode ring 4 and the case 3, a first grid electrode 5 to which a voltage of, for example, 100 V is applied, is installed, and further, the sample is arranged so as to face the first grid electrode 5 and the detection window 2 of the case 3. A second grid electrode 6 to which a voltage of 80 V, for example, is applied is installed between the second grid electrode 6 and the electrode 10.

一方、12は電子検出部1に対し分離配置された光源装置
であり、光源装置12には光源13、光源13からの光を単色
化する分光器14、分光器14の前後に配置されたスリット
15,16が設けられ、スリット15,16により光強度が調整さ
れた分光器14からの単色光を光ファイバー18に入射して
いる。
On the other hand, 12 is a light source device separately arranged with respect to the electron detection unit 1. The light source device 12 includes a light source 13, a spectroscope 14 for monochromatic light from the light source 13, and slits arranged before and after the spectroscope 14.
15, 16 are provided, and monochromatic light from the spectroscope 14 whose light intensity is adjusted by the slits 15, 16 is incident on the optical fiber 18.

光源装置12からの光の入射を受けた光ファイバー18の先
端側は電子検出部1の内部中心を貫通して配置した絶縁
材料でなる円筒状のホルダ部材19の中を通ってケース3
の検出窓2より試料10側に突出して設けられている。ま
た、電子検出部1内に設けられる水平陽極リング4はホ
ルダ19の周囲に導電性の支持線20によって水平状態に支
持されており、この水平陽極リング4の中心となるホル
ダ19内を通って光ファイバー18の先端は試料10に対向し
た検出窓2の外側に突出するように配置されている。
The tip side of the optical fiber 18 which receives the light incident from the light source device 12 passes through the cylindrical holder member 19 made of an insulating material which penetrates through the inner center of the electron detecting section 1 and the case 3
It is provided so as to project from the detection window 2 to the sample 10 side. Further, the horizontal anode ring 4 provided in the electron detector 1 is horizontally supported around the holder 19 by a conductive support wire 20, and passes through the holder 19 which is the center of the horizontal anode ring 4. The tip of the optical fiber 18 is arranged so as to project to the outside of the detection window 2 facing the sample 10.

更に、電子検出部1の検出窓2から突出された光ファイ
バー18のファイバー先端18aから所定距離離れた位置に
は、小型の集光レンズ21が配置され、ファイバー先端18
aから照射された光源装置12からの光を集光して試料10
の表面にミクロンオーダ又はそれ以下の光スポットを試
料表面に直交する方向からの光の照射で形成するように
している。また、ファイバー先端18aに対し所定距離離
れた位置に集光レンズ21を設置する支持構造として、こ
の実施例にあっては、ホルダ19の先端をファイバー先端
18aを越えて試料10側に延在し、この延在したホルダ19
の内部に集光レンズ21を嵌め込むことで、試料10の表面
に微小な光スポットを形成できる焦点距離に相当する位
置に集光レンズ21を支持できるようにしている。
Further, a small condenser lens 21 is arranged at a position separated from the fiber tip 18a of the optical fiber 18 protruding from the detection window 2 of the electron detector 1 by a predetermined distance.
The light from the light source device 12 emitted from
A light spot of micron order or less is formed on the surface of the sample by irradiation with light from a direction orthogonal to the sample surface. Further, in this embodiment, the tip of the holder 19 is the tip of the fiber as a supporting structure for installing the condenser lens 21 at a position apart from the fiber tip 18a by a predetermined distance.
The holder 19 that extends beyond 18a toward the sample 10
By fitting the condenser lens 21 into the inside of the sample, the condenser lens 21 can be supported at a position corresponding to the focal length capable of forming a minute light spot on the surface of the sample 10.

更に、ホルダ19の先端は集光レンズ21の配置位置を越え
て試料10側に延在されていることで、試料10の表面で反
射された反射光が検出窓2から電子検出部1内に入射し
てしまうことを防ぐ遮蔽部材としての機能を実現してお
り、試料表面からの矢印Aで示す反射光の反射角θが検
出窓2を外れる所定反射角以下となるようにホルダ19の
先端を試料10側に延在して遮蔽部材としての機能を実現
している。
Furthermore, since the tip of the holder 19 extends to the sample 10 side beyond the position where the condenser lens 21 is arranged, the reflected light reflected by the surface of the sample 10 enters the electron detection section 1 from the detection window 2. The holder 19 has a function as a shielding member that prevents the light from entering the tip of the holder 19 so that the reflection angle θ of the reflected light from the surface of the sample is equal to or less than a predetermined reflection angle that deviates from the detection window 2. To the sample 10 side to realize the function as a shielding member.

一方、計測回路30は、電子検出部1の水平陽極リング4
にコンデンサCを介して接続された増幅器31を備え、増
幅器31と第1格子電極5との間には第1パルス発生器32
が設けられる。この第1パルス発生器32は水平陽極リン
グ4にパルス電圧が発生した時に、第1格子電極5に例
えば時間幅Te(5ms)で300Vの矩形波パルスを送り、第
1格子電極5の電圧を第2図(b)に示すように100Vか
ら400Vに増加させる。また、増幅器31と第2格子電極6
との間には第2パルス発生器33が設けられ、この第2パ
ルス発生器33は水平陽極リング4にパルス電圧が発生し
た時、例えば時間幅Te(5ms)で−110Vの矩形波パルス
を第2格子電極6に供給し、第2格子電極6の電圧を第
2図(c)に示すように80Vから−30Vまで低下させる。
尚、第1及び第2のパルス発生器32,33で発生する矩形
波パルスの時間幅Te及び波高電圧は任意に設定すること
ができる。
On the other hand, the measuring circuit 30 includes the horizontal anode ring 4 of the electron detector 1.
An amplifier 31 connected to the first grid electrode 5 via a capacitor C, and a first pulse generator 32 is provided between the amplifier 31 and the first grid electrode 5.
Is provided. When a pulse voltage is generated in the horizontal anode ring 4, the first pulse generator 32 sends a rectangular wave pulse of 300 V to the first grid electrode 5 with a time width Te (5 ms), for example, and the voltage of the first grid electrode 5 is changed. Increase from 100V to 400V as shown in Fig. 2 (b). In addition, the amplifier 31 and the second grid electrode 6
A second pulse generator 33 is provided between the second pulse generator 33 and the second pulse generator 33. When a pulse voltage is generated in the horizontal anode ring 4, the second pulse generator 33 outputs a −110V rectangular wave pulse with a time width Te (5 ms), for example. It is supplied to the second grid electrode 6, and the voltage of the second grid electrode 6 is reduced from 80V to -30V as shown in FIG. 2 (c).
The time width Te and the peak voltage of the rectangular wave pulse generated by the first and second pulse generators 32 and 33 can be set arbitrarily.

34は増幅器31の出力に接続された計数手段であり、この
計数手段34は水平陽極リング4に発生するパルス電圧の
数を計数する。計数手段34の出力は演算手段35に与えら
れ、演算手段35としては、例えばマイクロコンピュータ
が使用される。この演算手段35による演算機能は、計数
手段34における、例えば1秒間当りの電子パルスのカウ
ント数(計数率)をNとすると、計数手段34の出力カウ
ント数Nを受けて試料10における薄膜10bの膜厚Tを次
式によって演算する。
34 is a counting means connected to the output of the amplifier 31, and this counting means 34 counts the number of pulse voltages generated in the horizontal anode ring 4. The output of the counting means 34 is given to the calculating means 35, and as the calculating means 35, for example, a microcomputer is used. The calculating function of the calculating means 35 is such that, when the counting number (counting rate) of the electron pulse per second in the counting means 34 is N, the output count number N of the counting means 34 is received and the thin film 10b of the sample 10 is processed. The film thickness T is calculated by the following equation.

logN=logN1−T/2.30λ…(1) 但し、λは薄膜内の電子の平均自由工程(オングストロ
ーム)、N1は膜厚が零のときのカウント数(計数率) 演算手段35で求められた薄膜10bの膜厚Tは、例えばCR
T、プリンタ等の表示手段36に送られ、表示手段36にお
いて演算手段35の演算結果となる薄膜10bの膜厚Tが表
示される。
logN = logN1-T / 2.30λ (1) where λ is the mean free path of electrons in the thin film (angstrom), and N1 is the number of counts (counting rate) when the film thickness is zero. The thickness T of the thin film 10b is, for example, CR
The film thickness T of the thin film 10b, which is sent to the display means 36 such as T or a printer and is the calculation result of the calculation means 35, is displayed on the display means 36.

次に第1図の実施例による膜厚計測動作を第2図の信号
波形図を参照して説明する。
Next, the film thickness measuring operation according to the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to the signal waveform diagram of FIG.

まず試料10として半導体集積回路を例にとると、シリコ
ンから成る試料本体10aの表面に酸化シリコンから成る
薄膜10bをもった半導体集積パターンが形成されてお
り、このような半導体集積回路で成る試料10を試料台9
の上に設置する。
First, taking a semiconductor integrated circuit as an example of the sample 10, a semiconductor integrated pattern having a thin film 10b made of silicon oxide is formed on the surface of a sample body 10a made of silicon, and the sample 10 made of such a semiconductor integrated circuit is formed. The sample table 9
Install on top of.

次に、計測回路30に設けた高圧電源23から電子検出部1
の水平陽極リング4に、例えば第2図(a)に示すよう
に3.4KVの高電圧を印加する。同時に電子検出部1に対
し分離配置された光源装置12の光源13からの光を分光器
14によって単色光にすると共にスリット15,16によって
その光強度を調整し、光ファイバー18を介して試料10に
光ビームを照射する。
Next, from the high voltage power supply 23 provided in the measurement circuit 30, the electronic detection unit 1
A high voltage of 3.4 KV is applied to the horizontal anode ring 4 as shown in FIG. 2 (a). At the same time, the light from the light source 13 of the light source device 12 separately arranged with respect to the electron detector 1 is spectroscopically separated.
The light intensity is adjusted by the slits 15 and 16 while making it a monochromatic light by 14, and the sample 10 is irradiated with the light beam through the optical fiber 18.

この光ファイバー18による試料10に対する光ビームの照
射は、電子検出部1の内部を通して光ファイバー18を配
置していることから、ファイバー先端18aからの光は試
料10の表面に対し直交する方向から照射されることとな
り、更にファイバー先端18aから所定距離離れた位置に
集光レンズ21を配置しているため、ファイバー先端18a
から出た光は集光レンズ21で絞り込まれ、試料10の表面
に1ミクロン又はそれ以下の微小な光スポットを形成す
るように照射される。このため、試料10として半導体集
積回路を測定対象としても、半導体集積回路の表面に形
成されたサブミクロンオーダの酸化膜パターンより小さ
い光スポットを形成することができ、酸化膜パターンの
膜厚測定が可能となる。
Since the optical fiber 18 is arranged through the inside of the electron detector 1 for irradiating the sample 10 with the optical beam by the optical fiber 18, the light from the fiber tip 18a is irradiated from the direction orthogonal to the surface of the sample 10. Furthermore, since the condenser lens 21 is arranged at a position apart from the fiber tip 18a by a predetermined distance, the fiber tip 18a
The light emitted from the sample is narrowed down by the condenser lens 21, and is irradiated so as to form a minute light spot of 1 micron or less on the surface of the sample 10. Therefore, even when the semiconductor integrated circuit is measured as the sample 10, a light spot smaller than the oxide film pattern of the submicron order formed on the surface of the semiconductor integrated circuit can be formed, and the film thickness of the oxide film pattern can be measured. It will be possible.

ここで、試料10は試料本体10aがシリコン、薄膜10bが酸
化シリコンであるので、試料10にエネルギーを与える単
色光は試料本体10aの光電的仕事関数以上で且つ薄膜10b
の光電的仕事関数未満のエネルギーを有する紫外光を使
用する。
Here, since the sample body 10a of the sample 10 is silicon and the thin film 10b is silicon oxide, the monochromatic light that gives energy to the sample 10 is equal to or higher than the photoelectric work function of the sample body 10a and the thin film 10b.
Ultraviolet light having an energy less than the photoelectric work function of is used.

光ファイバー18及び集光レンズ21を介して試料10に照射
された単色光の光スポットは、薄膜10bを透過後、試料
本体10aの表面に光エネルギーを与え、試料本体10aの表
面から低エネルギーの光電子を放出させる。この時、単
色光の有する光エネルギーが薄膜10bの光電的仕事関数
未満であるため、薄膜10bから電子は放出されない。
The light spot of the monochromatic light irradiated on the sample 10 through the optical fiber 18 and the condenser lens 21 transmits the thin film 10b and then gives the light energy to the surface of the sample body 10a, and the low energy photoelectrons from the surface of the sample body 10a. To release. At this time, since the light energy of the monochromatic light is less than the photoelectric work function of the thin film 10b, no electrons are emitted from the thin film 10b.

試料本体10aから放出された電子の一部は薄膜10bを通り
抜けて外部に放出される。即ち、試料本体10aから放出
された電子のうち、運動エネルギーが小さなものは薄膜
10bの中でエネルギーを失って薄膜10bの中に留まる。一
方、大きな運動エネルギーを持つものは薄膜10bを通り
抜けて外部に放出される。
Some of the electrons emitted from the sample body 10a pass through the thin film 10b and are emitted to the outside. That is, among the electrons emitted from the sample body 10a, those with small kinetic energy are thin films.
It loses energy in 10b and stays in the thin film 10b. On the other hand, those having a large kinetic energy pass through the thin film 10b and are emitted to the outside.

ここで、薄膜10bを通り抜けることのできる電子の数は
膜厚が厚くなるに従い電子から運動エネルギーを多く奪
うため、徐々に減少する。
Here, the number of electrons that can pass through the thin film 10b gradually decreases as the film thickness increases, because more kinetic energy is taken from the electrons.

即ち、試料本体10aに与えられるエネルギーが一定で放
出電子数が一定であるならば、薄膜10bの膜厚が厚くな
るに従い、薄膜10bを通り抜けられる電子数が減少し、
膜厚と通り抜けられる電子数との間に前記第(1)式の
関数関係が成立する。また、試料本体10aから放出され
た電子の薄膜10b内での平均自由工程は、一般に数十オ
ングストローム程度であるため、膜厚が極めて薄いオン
グストロームオーダのものを計測することができる。
That is, if the energy applied to the sample body 10a is constant and the number of emitted electrons is constant, the number of electrons that can pass through the thin film 10b decreases as the thickness of the thin film 10b increases.
The functional relationship of the equation (1) holds between the film thickness and the number of electrons that can pass through. Further, since the average free path of electrons emitted from the sample body 10a in the thin film 10b is generally about several tens of angstroms, it is possible to measure an extremely thin film in the angstrom order.

このように薄膜10bを通り抜けて試料10の外部に放置さ
れた電子は、検出窓2から電子検出部1内に入り、第2
格子電極6及び第1格子電極5を通過し、水平陽極リン
グ4に引き寄せられる。放出電子が水平陽極リング4に
近づくと、水平陽極リング4の近傍には高電圧によって
強い電界が発生しているため、この電界により電子が加
速されて気体放電現象を引き起こす。この結果、気体放
電により水平陽極リング4に印加されている電圧は第2
図(a)に示すように低下し、電圧パルスが発生する。
Thus, the electrons that have passed through the thin film 10b and left outside the sample 10 enter the electron detection unit 1 through the detection window 2 and
It passes through the grid electrode 6 and the first grid electrode 5 and is attracted to the horizontal anode ring 4. When the emitted electrons approach the horizontal anode ring 4, a strong electric field is generated in the vicinity of the horizontal anode ring 4 due to the high voltage, and the electric field accelerates the electrons to cause a gas discharge phenomenon. As a result, the voltage applied to the horizontal anode ring 4 by the gas discharge is the second
As shown in FIG. 6A, the voltage drops and a voltage pulse is generated.

水平陽極リング4に発生した電圧パルスは増幅器31で増
幅後、第1パルス発生器32及び第2パルス発生器33に与
えられ、それぞれ矩形波パルスを発生する。即ち、第1
パルス発生器32は電圧が300Vで時間幅がTeの矩形波パル
スを発生して第1格子電極5に印加し、第1格子電極5
の電圧を100Vから400VにTe時間だけ増加させる。この結
果、水平陽極リング4と第1格子電極5との間の電位差
が300Vだけ低下し、これによって気体放電作用により発
生した光や陽イオンによる二次電子は放電電圧に達する
ことができず、なだれ的な放電増幅が阻止される。
The voltage pulse generated in the horizontal anode ring 4 is amplified by the amplifier 31 and then given to the first pulse generator 32 and the second pulse generator 33 to generate rectangular wave pulses. That is, the first
The pulse generator 32 generates a rectangular wave pulse having a voltage of 300 V and a time width of Te and applies it to the first grid electrode 5,
Voltage is increased from 100V to 400V for Te time. As a result, the potential difference between the horizontal anode ring 4 and the first lattice electrode 5 is reduced by 300 V, and the secondary electrons due to light or cations generated by the gas discharge action cannot reach the discharge voltage. Avalanche discharge amplification is prevented.

一方、第2パルス発生器32は時間幅がTeで電圧が−110V
の矩形波パルスを第2格子電極6に印加し、第2格子電
極6の電圧を80Vから−30Vに下げる。この結果、増幅作
用を伴う気体放電によって発生した陽イオンが第2格子
電極6で捕捉されて中和され、これによって陽イオンが
試料10の薄膜10b及び試料本体10aに到達して低エネルギ
ー電子の放出作用に影響を及ぼすことを防ぐ。また、外
部からの電子が電子検出部1内に入射するのを遮蔽す
る。
On the other hand, the second pulse generator 32 has a time width of Te and a voltage of -110V.
Is applied to the second grid electrode 6 to reduce the voltage of the second grid electrode 6 from 80V to -30V. As a result, the cations generated by the gas discharge accompanied by the amplifying action are captured and neutralized by the second lattice electrode 6, whereby the cations reach the thin film 10b of the sample 10 and the sample body 10a, and the low-energy electrons are emitted. Prevents affecting the release action. In addition, it blocks electrons from the outside from entering the electron detector 1.

このようなパルス発生によりTe時間が経過すると、第1
及び第2の格子電極5,6の電圧がもとに戻り、電子検出
部1は再び試料10からの放出電子を検出できる状態とな
り、試料10からの放出電子を捕捉する毎に同じ動作を繰
り返す。
When Te time elapses due to such pulse generation, the first
Then, the voltages of the second lattice electrodes 5 and 6 are restored, and the electron detector 1 is again in a state where it can detect the emitted electrons from the sample 10, and the same operation is repeated every time the emitted electrons from the sample 10 are captured. .

一方、計測回路30における計数手段34には、増幅器31か
らの電圧パルスが与えられており、このパルス数を計数
することで試料本体10aから放出され、薄膜10bを通り抜
けてきた電子数を計数し、この計数結果、例えば計数率
を演算手段35に出力する。演算手段35は前記第(1)式
に基づいた演算を実行して膜厚Tを求め、表示手段36に
より計測した膜厚Tを表示する。
On the other hand, the counting means 34 in the measuring circuit 30 is given a voltage pulse from the amplifier 31, and by counting the number of pulses, the number of electrons emitted from the sample body 10a and passing through the thin film 10b is counted. The counting result, for example, the counting rate is output to the calculating means 35. The calculation means 35 executes the calculation based on the equation (1) to obtain the film thickness T, and displays the film thickness T measured by the display means 36.

一方、光ファイバー18を通してファイバー先端18aから
集光レンズ21を介して試料10の表面に光スポットを照射
した時、試料10の表面からの反射光が矢印Aに示すよう
に電子検出部1側に反射するようになるが、光ファイバ
ー18を収納したホルダ19を集光レンズ21を越えて試料10
の表面に近接した位置まで延在しているため、試料10か
らの反射角θはホルダ19の先端で定まる反射角となり、
矢印Aで示す反射光が検出窓2を通って電子検出部1の
内部に入射することを防いでいる。
On the other hand, when a light spot is irradiated from the fiber tip 18a through the optical fiber 18 to the surface of the sample 10 through the condenser lens 21, the reflected light from the surface of the sample 10 is reflected to the electron detection unit 1 side as shown by an arrow A. However, the holder 19 containing the optical fiber 18 is passed over the condenser lens 21 and the sample 10
Since it extends to a position close to the surface of, the reflection angle θ from the sample 10 becomes the reflection angle determined by the tip of the holder 19,
The reflected light indicated by the arrow A is prevented from entering the inside of the electron detecting section 1 through the detection window 2.

即ち、電子検出部1の内部に試料10の表面からの反射光
が入射すると、試料10に光ビームを照射したと同様に反
射光を受けた電子検出部1のケース3や第1及び第2格
子電極5,6から低エネルギー電子が外部に放出され、こ
の反射光により放出される低エネルギー電子が水平陽極
リング4に引き寄せられて気体放電現象を起こすことで
誤った電圧パルスを発生するが、第1図の実施例にあっ
ては、試料表面からの反射光を電子検出部1内に入射し
ないように光ファイバー18を収納したホルダ19の先端を
延在しているため、反射光によるノイズ分としての電子
放出を防いで膜厚計測精度を高めることができる。
That is, when the reflected light from the surface of the sample 10 enters the inside of the electron detection unit 1, the case 3 of the electron detection unit 1 which receives the reflected light similarly to the case where the sample 10 is irradiated with the light beam, and the first and second cases. Low energy electrons are emitted to the outside from the lattice electrodes 5 and 6, and low energy electrons emitted by this reflected light are attracted to the horizontal anode ring 4 to cause a gas discharge phenomenon, thereby generating an incorrect voltage pulse. In the embodiment shown in FIG. 1, since the tip of the holder 19 accommodating the optical fiber 18 is extended so that the reflected light from the sample surface does not enter the electron detector 1, the noise component due to the reflected light is reduced. As a result, electron emission can be prevented and the film thickness measurement accuracy can be improved.

第3図は、光ファイバーの先端面から所定距離離れた位
置に配置される光学系統の他の実施例を示した説明図で
あり、この実施例にあっては光ファイバー18から照射さ
れた光をホルダ19内に設けた拡大レンズ40で広げて試料
10の表面に照射するようにしたことを特徴とする。
FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the optical system arranged at a position separated from the tip end surface of the optical fiber by a predetermined distance. In this embodiment, the light emitted from the optical fiber 18 is held by the holder. Magnify the sample with the magnifying lens 40 provided in 19
It is characterized in that the surface of 10 is irradiated.

即ち、試料表面の傷等を光の照射による放出電子数の変
化から検出するような場合には、試料表面のある程度広
い範囲に光を照射する必要があり、このような場合に光
ファイバー18からの光を拡大レンズ40で広げて照射する
ようになる。
That is, when detecting scratches on the sample surface from changes in the number of emitted electrons due to light irradiation, it is necessary to irradiate light on a somewhat wide range of the sample surface. The light is spread by the magnifying lens 40 to be emitted.

また、この実施例にあっても拡大レンズ40の位置を越え
てホルダ19の先端が試料10側に延在されており、試料10
の表面で反射した光がホルダ19の先端で遮られて電子検
出部1内に入射しないようにしている。
Further, even in this embodiment, the tip of the holder 19 extends toward the sample 10 beyond the position of the magnifying lens 40.
The light reflected on the surface of is blocked by the tip of the holder 19 so as not to enter the electron detection unit 1.

尚、遮蔽部材としては、上記のようにホルダ19の先端を
延在させる他に、ホルダ19の先端に円板状又は傘状の遮
蔽部材を別途装着するようにしても良い。
As the shield member, in addition to extending the tip of the holder 19 as described above, a disc-shaped or umbrella-shaped shield member may be separately attached to the tip of the holder 19.

(発明の効果) 以上説明してきたように本発明によれば、電子検出部に
対し分離配置された光源装置からの光を光ファイバーに
より電子検出部に導き、この光ファイバーを電子検出部
内の内部中心を貫通して配置した絶縁部材でなるホルダ
部材を通して試料に相対した電子検出部の検出窓から光
ファイバー先端を突出して試料表面に直交する方向から
光を照射するように配置し、且つ電子検出部内の陽極を
水平リング構造としてホルダ部材の周囲に支持し、水平
リング構造の中心となるホルダ部材を通るように前記光
ファイバーを配置し、更にホルダ部材の先端を光ファイ
バーのファイバー先端面を越えて試料側に延在し、該延
在したホルダ部材のファイバー先端面から所定距離離れ
た位置に、光ファイバーから照射された光を試料表面に
照射する光学系と、試料に照射された光の反射光が前記
電子検出部内に入射することを防ぐ遮蔽部材とを設ける
ようにしたため試料に相対して電子検出部を配置してい
ても、電子検出部内を通る光ファイバーによって試料表
面に直交する方向から光を照射することができ、また、
試料表面に直交する方向からの光の照射であることから
ファイバー先端の所定距離離れた位置に集光レンズを配
置することで光ビームを集光して試料表面にミクロンオ
ーダ若しくはそれ以下の光スポットを形成することがで
き、このような微小な光スポットの形成により、微細薄
膜パターンが形成された半導体集積回路における酸化膜
パターン等の膜厚計測を正確に行なうことができる。ま
た光学系統として拡大レンズを配置した場合には光ファ
イバーから照射された光を拡大して試料表面に照射する
ことができ、試料表面の傷などの検出に最適な光の照射
状態を作り出すことができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the light from the light source device that is separately arranged with respect to the electron detection unit is guided to the electron detection unit by the optical fiber, and the optical fiber is guided to the inner center of the electron detection unit. It is arranged so that the tip of the optical fiber is projected from the detection window of the electron detection unit facing the sample through the holder member made of an insulating member penetratingly arranged so as to irradiate light from the direction orthogonal to the sample surface, and the anode in the electron detection unit Is supported around the holder member as a horizontal ring structure, the optical fiber is arranged so as to pass through the holder member that is the center of the horizontal ring structure, and the tip of the holder member is extended to the sample side beyond the fiber tip surface of the optical fiber. And irradiate the sample surface with the light emitted from the optical fiber at a position separated by a predetermined distance from the fiber tip surface of the extended holder member. Since an optical system for emitting light and a shielding member for preventing reflected light of the light irradiated on the sample from entering the electron detection unit are provided, even if the electron detection unit is arranged facing the sample, Light can be emitted from the direction orthogonal to the sample surface by the optical fiber that passes through the inside of the detection unit.
Since the light is emitted from the direction orthogonal to the sample surface, a light condensing lens is placed at a position a certain distance away from the tip of the fiber to focus the light beam, and a light spot of micron order or less on the sample surface. By forming such a minute light spot, it is possible to accurately measure the film thickness of the oxide film pattern or the like in the semiconductor integrated circuit in which the fine thin film pattern is formed. Also, when a magnifying lens is arranged as an optical system, the light emitted from the optical fiber can be enlarged and applied to the sample surface, and the optimum irradiation condition of light for detecting scratches on the sample surface can be created. .

また、電子検出部内に設ける陽極を水平リング構造とし
て水平に取り付けることにより光ファイバーを電子検出
部の中心を通して試料表面に光を照射できるように配置
する構造が実現されるため、従来のように電子検出部の
周囲に斜め方向から光を照射する光学系で配置構造が不
要となり、電子検出部との一体化で検出部の小型化を計
ることができる。更に、陽極リングを水平リング構造構
造とすることで、陽極リングにより電子検出部内に発生
する高電界の対称性が得られ、試料放出電子を確実に捕
えて電子計測のための放電状態を作り出すことができ
る。
Also, by horizontally mounting the anode provided in the electron detector as a horizontal ring structure, a structure is realized in which the optical fiber is arranged so that the sample surface can be irradiated with light through the center of the electron detector. The arrangement structure is not required for the optical system that irradiates light around the part from an oblique direction, and the size of the detection part can be reduced by integration with the electronic detection part. Furthermore, by making the anode ring a horizontal ring structure, the symmetry of the high electric field generated in the electron detector is obtained by the anode ring, and it is possible to reliably capture the sample emitted electrons and create a discharge state for electron measurement. You can

更に、光ファイバー先端面から所定距離離れた試料側の
位置に遮蔽部材を設けているため、試料の表面からの反
射光の電子検出部への入射を防ぐことができ、反射光に
よる計測ノイズを低減して精度の高い電子計測を行うこ
とができる。
Furthermore, since a shielding member is provided at a position on the sample side that is a certain distance away from the tip of the optical fiber, it is possible to prevent reflected light from the surface of the sample from entering the electron detector, and reduce measurement noise due to reflected light. Thus, highly accurate electronic measurement can be performed.

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

第1図は本発明の一実施例を示した説明図、第2図は電
子検出部の動作信号の波形図、第3図は光ファイバーの
先端側に配置される光学系の他の実施例を取出して示し
た説明図である。 1:電子検出部 2:検出窓 3:ケース 4:水平陽極リング 5:第1格子電極 6:第2格子電極 9:試料台 10:試料 10a:試料本体 10b:薄膜 12:光源装置 13:光源 14:分光器 15,16:スリット 18:光ファイバー 18a:ファイバー先端 19:ホルダ 20:支持線 21:集光レンズ 23:高圧電源 30:計測回路 31:増幅器 32:第1パルス発生器 33:第2パルス発生器 34:計数手段 35:演算手段 36:表示手段 40:拡大レンズ
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram of an operation signal of an electron detector, and FIG. 3 is another embodiment of an optical system arranged on the tip side of an optical fiber. It is explanatory drawing which took out and was shown. 1: Electron detection part 2: Detection window 3: Case 4: Horizontal anode ring 5: First grid electrode 6: Second grid electrode 9: Sample stage 10: Sample 10a: Sample body 10b: Thin film 12: Light source device 13: Light source 14: Spectrometer 15, 16: Slit 18: Optical fiber 18a: Fiber tip 19: Holder 20: Support line 21: Condenser lens 23: High voltage power supply 30: Measuring circuit 31: Amplifier 32: First pulse generator 33: Second Pulse generator 34: Counting means 35: Calculation means 36: Display means 40: Magnifying lens

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−195177(JP,A) 特開 昭60−93336(JP,A) 特開 昭62−145396(JP,A)Continuation of front page (56) Reference JP-A-59-195177 (JP, A) JP-A-60-93336 (JP, A) JP-A-62-145396 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料に光を照射し、該試料から放出される
電子を電子検出部内に導入して電子の数を計数する電子
計数装置に於いて、 前記電子検出部に対し分離配置された光源装置からの光
を光ファイバーにより電子検出部に導き、該光ファイバ
ーを前記電子検出部内の内部中心を貫通して配置した絶
縁部材でなるホルダ部材を通して試料に相対した電子検
出部の検出窓から光ファイバー先端を突出して試料表面
に直交する方向から光を照射するように配置し、且つ電
子検出部内の陽極を水平リング構造として前記ホルダ部
材の周囲に支持し、該水平リング構造の中心となるホル
ダ部材を通るように前記光ファイバーを配置し、更に前
記ホルダ部材の先端を前記光ファイバーのファイバー先
端面を越えて試料側に延在し、該延在したホルダ部材の
ファイバー先端面から所定距離離れた位置に、光ファイ
バーから照射された光を試料表面に照射する光学系と、
試料に照射された光の反射光が前記電子検出部内に入射
することを防ぐ遮蔽部材とを設けたことを特徴とする電
子計数装置。
1. An electron counter which irradiates a sample with light and introduces electrons emitted from the sample into an electron detector to count the number of electrons, the electron counter being separated from the electron detector. The light from the light source device is guided to the electron detecting section by an optical fiber, and the optical fiber tip is detected from the detecting window of the electron detecting section facing the sample through a holder member made of an insulating member that is arranged to penetrate the inner center of the electron detecting section. Is arranged so as to project light from the direction orthogonal to the sample surface, and the anode in the electron detector is supported around the holder member as a horizontal ring structure, and a holder member serving as the center of the horizontal ring structure is formed. The optical fiber is arranged so as to pass therethrough, and further, the tip of the holder member extends toward the sample side beyond the fiber tip surface of the optical fiber, and the extended holder member An optical system that irradiates the sample surface with the light emitted from the optical fiber at a position apart from the fiber tip surface by a predetermined distance.
An electron counting device, comprising: a shield member that prevents reflected light of the light irradiated on the sample from entering the electron detection unit.
JP61153228A 1986-06-30 1986-06-30 Electronic counter Expired - Fee Related JPH0678999B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61153228A JPH0678999B2 (en) 1986-06-30 1986-06-30 Electronic counter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61153228A JPH0678999B2 (en) 1986-06-30 1986-06-30 Electronic counter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS639855A JPS639855A (en) 1988-01-16
JPH0678999B2 true JPH0678999B2 (en) 1994-10-05

Family

ID=15557855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61153228A Expired - Fee Related JPH0678999B2 (en) 1986-06-30 1986-06-30 Electronic counter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0678999B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59195177A (en) * 1983-04-20 1984-11-06 Rikagaku Kenkyusho Counting method of photoelectron
JPS6093336A (en) * 1983-10-26 1985-05-25 Mitsubishi Electric Corp Microanalysis device by laser

Also Published As

Publication number Publication date
JPS639855A (en) 1988-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4302316B2 (en) Scanning electron microscope
US5444242A (en) Scanning and high resolution electron spectroscopy and imaging
US4680467A (en) Electron spectroscopy system for chemical analysis of electrically isolated specimens
EP0180780B1 (en) Noncontact dynamic tester for integrated circuits
Staib et al. Recent developments on an improved retarding-field analyser
KR101696941B1 (en) Simultaneous measurement of beams in lithography system
US11610754B2 (en) Charged particle beam device
JPH0135304B2 (en)
Chouffani et al. Determination of electron beam parameters by means of laser-Compton scattering
JPH05121030A (en) Apparatus and method for ion beam for measuring potential by using ion beam
US3733483A (en) Electron spectroscopy
US4983864A (en) Electronic beam drawing apparatus
JPH0678999B2 (en) Electronic counter
US9613781B2 (en) Scanning electron microscope
US11579318B2 (en) Characterization of an electron beam
US7205539B1 (en) Sample charging control in charged-particle systems
JP2764505B2 (en) Electron spectroscopy method and electron spectrometer using the same
JPH07272653A (en) Adjusting method for electric field ionizing type gas phase ion source and ion beam device
KR20010053095A (en) Method of measuring film thickness
JP3152455B2 (en) Energy distribution measurement device for charged particles
JP3409954B2 (en) Energy dispersive X-ray detector
JPH07296759A (en) Observing method of semiconductor element, and scanning electron microscope used therefor
JP3574279B2 (en) Ultra high vacuum gauge
JPH01118757A (en) Mask for surface analyzing device
JP3462107B2 (en) Secondary ion mass spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees