JPH0425664B2 - - Google Patents
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- JPH0425664B2 JPH0425664B2 JP57195814A JP19581482A JPH0425664B2 JP H0425664 B2 JPH0425664 B2 JP H0425664B2 JP 57195814 A JP57195814 A JP 57195814A JP 19581482 A JP19581482 A JP 19581482A JP H0425664 B2 JPH0425664 B2 JP H0425664B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/266—Measurement of magnetic or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
- H01J37/268—Measurement of magnetic or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy with scanning beams
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、走査形電子顕微鏡に関し、特に電子
ビームを探針としてLSIの機能検査と高分解能で
の形態検査とを両立させる走査形電子顕微鏡に関
するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a scanning electron microscope, and particularly to a scanning electron microscope that uses an electron beam as a probe to perform both functional inspection and high-resolution morphological inspection of LSI. It is something.
従来、集束レンズの磁場を通して、レンズ上方
で試料からの2次電子を検出することにより、試
料の形態を観察する走査形電子顕微鏡(特公昭47
−33539号公報参照)および、2次電子のエネル
ギを分析して試料上の電位を測定する走査形電子
顕微鏡(特公昭47−51024号公報参照)が知られ
ている。前者では、第1図aに示すように、入射
された1次電子ビーム16を集束レンズ5で試料
15上に集束、走査すると、試料15の表面より
放射される2次電子13は補助ソレノイド28,
28′が作る磁場により上方に導かれ、2次電子
偏向用電極29で偏向することにより2次電子1
3はシンチレータ6を衝撃して光出力として取り
出される。この場合、試料15の上方には、2次
電子引出電極(グリツド)13が試料15の表面
と平行に配置されている。第1図aに示すよう
に、シンチレータ6からの光は光電子増倍器8で
増幅され、陰極線管(CRT)25に入力されて
ビームを変調するための信号となる。1次電子ビ
ーム16の試料15上の走査と同期して、発振器
26で鋸歯状波を発生しCRT25の偏向板27
に印加することにより、CRT25の画面は、試
料15の形態が表示される。
Conventionally, a scanning electron microscope (Special Publication No. 47) was used to observe the morphology of a sample by detecting secondary electrons from the sample above the lens through the magnetic field of a focusing lens.
33539) and a scanning electron microscope (see Japanese Patent Publication No. 47-51024) that measures the potential on a sample by analyzing the energy of secondary electrons. In the former case, as shown in FIG. 1a, when the incident primary electron beam 16 is focused and scanned onto the sample 15 by the focusing lens 5, the secondary electrons 13 emitted from the surface of the sample 15 are transferred to the auxiliary solenoid 28. ,
28' is guided upward by the magnetic field created by the secondary electron deflection electrode 29, and the secondary electron 1
3 impacts the scintillator 6 and is taken out as optical output. In this case, above the sample 15, a secondary electron extraction electrode (grid) 13 is arranged parallel to the surface of the sample 15. As shown in FIG. 1a, light from the scintillator 6 is amplified by a photomultiplier 8 and input to a cathode ray tube (CRT) 25 to become a signal for modulating the beam. In synchronization with the scanning of the primary electron beam 16 on the sample 15, the oscillator 26 generates a sawtooth wave, and the deflection plate 27 of the CRT 25 generates a sawtooth wave.
By applying this voltage, the form of the sample 15 is displayed on the screen of the CRT 25.
後者では、試料15上には3つのグリツドG1,
G2,G3が配置され、第1のグリツドG1は2次電
子を引き込む役目、第2グリツドG2は異なつた
電位をもつ試料15の表面からの2次電子を区別
するための電位障壁を形成する役目、第3グリツ
ドG3は正電位によりグリツドG2を貫通した2次
電子を引き付ける役目をそれぞれ持つている。 In the latter case, there are three grids G 1 on sample 15,
G 2 and G 3 are arranged, the first grid G 1 serves to draw in secondary electrons, and the second grid G 2 serves as a potential barrier to distinguish secondary electrons from the surface of the sample 15 having different potentials. The third grid G3 has the role of attracting the secondary electrons that penetrated the grid G2 due to the positive potential.
第1図cは、この電位障壁の動作を説明する図
であつて、試料15上にグリツドが配置されない
場合には、試料15上の2次電子のエネルギ分布
は0eV〜10eV(電子ボルト)の範囲になるが、電
位障壁を形成するグリツド(−5V)が配置され
た場合には、5eV以上のエネルギの電子のみが抽
出され、それ以下のエネルギの電子はグリツドを
貫通できない。また、2次電子を引き付けるグリ
ツド(+5V)が配置された場合には、0eVの電
子が5eVとなるため、5eV〜15eVの範囲のエネル
ギ分布となる。 FIG. 1c is a diagram explaining the operation of this potential barrier, and shows that when no grid is placed on the sample 15, the energy distribution of secondary electrons on the sample 15 ranges from 0eV to 10eV (electron volt). However, if a grid (-5V) that forms a potential barrier is placed, only electrons with an energy of 5 eV or more will be extracted, and electrons with less energy will not be able to penetrate the grid. Furthermore, if a grid (+5V) that attracts secondary electrons is placed, 0eV electrons become 5eV, resulting in an energy distribution in the range of 5eV to 15eV.
このようにして、試料15の表面の電位差の2
次元分布像を表示することができる。この方法
は、微細なパターンを持つLSIの動作機能を検査
する方法として走査形電子顕微鏡が注目されてい
る。前者、後者の機能は、LSIの検査に重要なも
のである。ところが、半導体デバイスの微細化傾
向は著しく、その線幅は1μmを切るところまで
に至つており、それに伴つて走査形電子顕微鏡で
の高分解能形態検査と高い電位感度での観察が要
求される。 In this way, 2 of the potential difference on the surface of the sample 15 is
A dimensional distribution image can be displayed. In this method, scanning electron microscopy is attracting attention as a method for inspecting the operational functions of LSIs with fine patterns. The former and latter functions are important for LSI inspection. However, the trend toward miniaturization of semiconductor devices is remarkable, with line widths reaching less than 1 μm, which requires high-resolution morphology inspection using a scanning electron microscope and observation with high potential sensitivity.
ところで、走査形電子顕微鏡の分解能は主とし
て集束レンズの収差で決定され、この収差は集束
レンズを短焦点で用いるほど小さくすることがで
きる。しかし、前述のように、LSIの機能検査を
行うためには、試料と2次電子検出器との間に2
次電子のエネルギ・フイルタ(グリツドG1,G2,
G3等)を取り付けなければならないため、集束
レンズを短焦点にすることは困難である。 By the way, the resolution of a scanning electron microscope is mainly determined by the aberration of the focusing lens, and this aberration can be made smaller as the focusing lens is used at a shorter focus. However, as mentioned above, in order to test the functionality of LSI, it is necessary to
Next electron energy filter (grids G 1 , G 2 ,
G 3 etc.), it is difficult to make the focusing lens short focus.
したがつて、従来、機能検査用と形態検査用と
の走査形電子顕微鏡は別個に研究されている。し
かし、機能検査の結果によつては、同時に高分解
能で観察したり、線幅等の寸法を測定することが
必要となるため、動作機能走査と微細な形態検査
の両機能を併せもつた装置が要求されている。 Therefore, conventionally, scanning electron microscopes for functional inspection and morphological inspection have been studied separately. However, depending on the results of the functional inspection, it is necessary to simultaneously observe with high resolution and measure dimensions such as line width, so we have developed a system that combines the functions of both functional scanning and fine morphology inspection. is required.
本発明の目的は、このような要求に応えるた
め、電子ビーム探針によるLSIの機能検査と、高
分解能形態検査の両方の機能を併せもつた走査形
電子顕微鏡を提供することにある。
In order to meet such demands, an object of the present invention is to provide a scanning electron microscope that has both the functions of functional inspection of LSI using an electron beam probe and high-resolution morphological inspection.
本発明の走査形電子顕微鏡は、入射された電子
ビームを試料上に集束し、かつ走査する集束レン
ズ、および上記試料の表面より放射される2次電
子を取り出すための集束レンズの上方に設けられ
た電子検出器を備えた走査形電子顕微鏡におい
て、試料に直接隣接された位置に配置された集束
レンズ、および該集束レンズと電子検出器の間に
配置された2次電子引き出し用グリツドおよび2
次電子に対し電位障壁を形成するグリツドを具備
することに特徴がある。
The scanning electron microscope of the present invention includes a focusing lens that focuses and scans an incident electron beam on a sample, and a focusing lens that is provided above the focusing lens that takes out secondary electrons emitted from the surface of the sample. In a scanning electron microscope equipped with an electron detector, a focusing lens is disposed directly adjacent to a sample, and a grid for extracting secondary electrons is disposed between the focusing lens and the electron detector.
It is characterized by having a grid that forms a potential barrier against secondary electrons.
第2図、第3図は、それぞれ本発明の実施例を
示す走査形電子顕微鏡の断面構造図であり、第2
図が機能検査の場合、第3図が形態検査の場合を
示している。
2 and 3 are cross-sectional structural diagrams of a scanning electron microscope showing embodiments of the present invention, respectively.
The figure shows the case of a functional test, and FIG. 3 shows the case of a form test.
本発明において、第1の集束レンズ5の他に、
試料15に直接隣接された第2の集束レンズ3を
設け、動作機能検査を行う場合には、第2図に示
すように、第1の集束レンズ5のみでビームを試
料15上に集束し、高分解能形態検査を行う場合
には、第3図に示すように、第1と第2の集束レ
ンズを両方動作させ、短焦点動作を実現するもの
で、第3図では第2集束レンズ3の磁場を通過し
た2次電子を検出する。 In the present invention, in addition to the first focusing lens 5,
When a second focusing lens 3 is provided directly adjacent to the sample 15 and an operational function test is performed, the beam is focused onto the sample 15 using only the first focusing lens 5, as shown in FIG. When performing high-resolution morphology inspection, as shown in Figure 3, both the first and second focusing lenses are operated to realize short focal length operation. Detects secondary electrons that have passed through the magnetic field.
以下、第2図により、さらに詳細に説明する。 A more detailed explanation will be given below with reference to FIG.
LSI等の試料15の直下に、第2集束レンズ3
を配置する。この第2集束レンズ3は、励磁コイ
ル1とギヤツプをもつた磁路2からなる。第2集
束レンズ3の上部に、半球状の第1グリツド13
と第2グリツド14とが取り付けられている。第
1グリツド13と第2グリツド14には、それぞ
れ直流電源11と12が接続されている。これら
のグリツド13,14の両側上方に2次電子17
のコレクタが取り付けられる。このコレクタは、
シンチレータ6,6′と光電子増倍器8,8′の組
み合わせである。シンチレータ6,6′には、2
次電子17を吸引、加速し、シンチレータを発光
させるための正の高圧電源10,10′が接続さ
れている。また、シンチレータ6,6′の光は、
ライト・ガイド7,7′を通して光電子増倍器8,
8′で増幅され、電気信号に変換される。2次電
子17のコレクタより上方には、第1集束レンズ
5が設けられている。この第1集束レンズ5も、
励磁コイル3′とギヤツプをもつた磁路4とから
なる。第1集束レンズ5の励磁コイル3の内側に
は、走査コイル24が設けられ、この走査コイル
24が動作することによりビーム16は試料15
上を走査する。 A second focusing lens 3 is placed directly below the sample 15 such as an LSI.
Place. This second focusing lens 3 consists of an excitation coil 1 and a magnetic path 2 with a gap. A hemispherical first grid 13 is placed above the second focusing lens 3.
and a second grid 14 are attached. DC power supplies 11 and 12 are connected to the first grid 13 and the second grid 14, respectively. Secondary electrons 17 are placed above both sides of these grids 13 and 14.
collector is installed. This collector is
This is a combination of scintillators 6, 6' and photomultipliers 8, 8'. The scintillators 6 and 6' have 2
Positive high voltage power supplies 10 and 10' are connected to attract and accelerate the electrons 17 and cause the scintillator to emit light. In addition, the light from the scintillators 6 and 6' is
Through the light guides 7, 7', the photomultiplier 8,
8' and converted into an electrical signal. A first focusing lens 5 is provided above the collector of the secondary electrons 17. This first focusing lens 5 also
It consists of an excitation coil 3' and a magnetic path 4 with a gap. A scanning coil 24 is provided inside the excitation coil 3 of the first focusing lens 5, and when the scanning coil 24 operates, the beam 16 is directed to the sample 15.
Scan above.
第2図の1次電子ビーム16の軌道は、LSIの
機能検査時のものであり、第1集束レンズ5のみ
でビーム16を試料15に集束させる。このと
き、第2集束レンズ3の励磁電流は遮断されてい
る。試料15から1次電子16の励起で放射され
た2次電子17は、第1グリツド13に印加され
た正の電圧(例えば10〜300V)で上方に引き出
される。第2グリツド14には、2次電子に対し
て電位障壁を作る負電位(例えば−5V)が印加
されているので、この障壁を越えることができる
2次電子17のみが第2グリツド14を通過し、
コレクタ(シンチレータ6,6′)に検出される。 The trajectory of the primary electron beam 16 shown in FIG. 2 is for testing the functionality of the LSI, and the beam 16 is focused onto the sample 15 using only the first focusing lens 5. At this time, the excitation current of the second focusing lens 3 is cut off. Secondary electrons 17 emitted from the sample 15 by excitation of the primary electrons 16 are drawn upward by a positive voltage (for example, 10 to 300 V) applied to the first grid 13. Since a negative potential (eg -5V) that creates a potential barrier against secondary electrons is applied to the second grid 14, only the secondary electrons 17 that can overcome this barrier pass through the second grid 14. death,
It is detected by the collector (scintillator 6, 6').
試料15の表面では、より負電位の部分から放
出される2次電子17ほど高いエネルギーをもつ
ので、検出される2次電子17の量は増加し、
CRTの映像信号は試料の電位分布を反映する。 On the surface of the sample 15, the secondary electrons 17 emitted from areas with more negative potential have higher energy, so the amount of secondary electrons 17 detected increases.
The CRT video signal reflects the potential distribution of the sample.
LSI試料の電位分布の計測や機能検査は、この
方法で実行される。機能検査時の空間分解能は、
電子照射によるLSIの損傷を少なくするため、集
束レンズの電圧が1000Vに設定されるので、電界
放射形の電子源を採用しても、0.1μm程度であ
る。この分解能は、機能検査には十分な値である
が形態検査には不十分な値である。 Measurement of potential distribution and functional testing of LSI samples are performed using this method. The spatial resolution during functional testing is
In order to reduce damage to the LSI due to electron irradiation, the voltage of the focusing lens is set to 1000V, so even if a field emission type electron source is used, the distance is about 0.1 μm. This resolution is sufficient for functional testing, but insufficient for morphological testing.
高分解能で形態検査が必要になつた場合には、
第3図に示すような電子ビーム16を形成する。
すなわち、第1集束レンズ5をさらに強励磁と
し、かつ第2集束レンズ3を動作させて、電子ビ
ーム16を試料15上に集束させる。第2集束レ
ンズ3は、試料15と密着して配置されているた
め、短焦点で動作させることができる。試料15
から放出された2次電子17は、第2集束レンズ
3の磁場に捕獲され、上方に導かれる。磁場のな
い上方では、第1グリツド13、第2グリツド1
4に正電圧を与えて、2次電子17を引き出し、
これを加速してコレクタ(シンチレータ6,6′)
で検出する。機能検査時に、第2グリツド14に
印加されていた負電圧は、形態検査時には正電圧
に切り替えられる。第3図では、第2集束レンズ
3でビーム16を集束しているため、短焦点とな
り、したがつて空間分解能は約100Åになつて、
形態検査に十分な値となる。 When high-resolution morphological inspection becomes necessary,
An electron beam 16 as shown in FIG. 3 is formed.
That is, the first focusing lens 5 is further strongly excited and the second focusing lens 3 is operated to focus the electron beam 16 onto the sample 15. Since the second focusing lens 3 is placed in close contact with the sample 15, it can be operated with a short focus. Sample 15
The secondary electrons 17 emitted from the second focusing lens 3 are captured by the magnetic field of the second focusing lens 3 and guided upward. Above there is no magnetic field, the first grid 13, the second grid 1
Apply a positive voltage to 4 to draw out secondary electrons 17,
Accelerate this to the collector (scintillator 6, 6')
Detect with. The negative voltage applied to the second grid 14 during the functional test is switched to a positive voltage during the form test. In FIG. 3, since the beam 16 is focused by the second focusing lens 3, it becomes a short focal point, and therefore the spatial resolution is about 100 Å.
This value is sufficient for morphological inspection.
第4図は、本発明の他の実施例を示す走査形電
子顕微鏡の断面構造図である。 FIG. 4 is a cross-sectional structural diagram of a scanning electron microscope showing another embodiment of the present invention.
第4図においては、第2集束レンズ21を永久
磁石で形成し、真空外部の操作でこの第2集束レ
ンズ21を着脱自在にしている。 In FIG. 4, the second focusing lens 21 is formed of a permanent magnet, and is made detachable by operation outside the vacuum.
配列は、第2図、第3図と同じように、第1集
束レンズ5と試料15に隣接された第2集束レン
ズ21の間にコレクタ(シンチレータ6,6′、
光電子増倍器8,8′)を設け、このコレクタと
第2集束レンズ21の間に第1グリツド13、第
2グリツド14を設けている。第2集束レンズ2
1は、フエライト磁石18,20、コア19から
構成され、ツマミ22を持つて移動操作すること
により、試料15の上方から横方向の外れた位置
に移動される。移動させる空間を設けるため、真
空内部と外部の間の金属壁23に突起を設ける。 As in FIGS. 2 and 3, the arrangement is such that a collector (scintillator 6, 6',
A photomultiplier 8, 8') is provided, and a first grid 13 and a second grid 14 are provided between the collector and the second focusing lens 21. Second focusing lens 2
1 is composed of ferrite magnets 18, 20 and a core 19, and is moved to a position laterally away from above the sample 15 by moving it with a knob 22. In order to provide a space for movement, a protrusion is provided on the metal wall 23 between the inside and outside of the vacuum.
以上の実施例では、第2集束レンズを動作させ
たときには、形態検査を行つたが、この状態で、
第2グリツドを動作(負電位)とし、機能検査を
行わせることも可能である。ただし、この場合に
は、微細部の機能検査ができる代りに、視野が狭
く、電位の分解能が低下する。 In the above embodiment, the morphology was inspected when the second focusing lens was operated, but in this state,
It is also possible to activate the second grid (negative potential) and perform a functional test. However, in this case, although it is possible to inspect the function of minute parts, the field of view is narrow and the potential resolution is reduced.
以上説明したように、本発明によれば、第1集
束レンズの外に試料に隣接させて第2集束レンズ
を設け、かつ2次電子に対する電位障壁形成用の
グリツドを設けたので、同一の走査形電子顕微鏡
をLSI機能検査用と高分解能形態検査用の両方に
使うことができ、LSI検査の高能率化と経済化を
図ることが可能となる。
As explained above, according to the present invention, the second focusing lens is provided adjacent to the sample outside the first focusing lens, and the grid for forming a potential barrier against secondary electrons is provided, so that the same scanning can be performed. The shape electron microscope can be used for both LSI functional inspection and high-resolution morphological inspection, making it possible to improve the efficiency and economy of LSI inspection.
第1図は従来の走査形電子顕微鏡の説明図、第
2図、第3図はそれぞれ本発明の実施例を示す機
能検査と形態検査時の走査形電子顕微鏡の断面構
造図、第4図は本発明の他の実施例を示す走査形
電子顕微鏡の断面構造図である。
3,21:第2集束レンズ、5:第1集束レン
ズ、13:第1グリツド、14:第2グリツド、
15:試料。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional scanning electron microscope, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional structural diagrams of a scanning electron microscope during functional inspection and morphological inspection, respectively, showing an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a scanning electron microscope showing another embodiment of the present invention. 3, 21: second focusing lens, 5: first focusing lens, 13: first grid, 14: second grid,
15: Sample.
Claims (1)
つ走査する集束レンズ、および上記試料の表面よ
り放射される2次電子を取り出すための上記集束
レンズの上方に設けられた電子検出器を備えた走
査形電子顕微鏡において、上記試料に直接隣接さ
れた位置に配置された集束レンズ、および該集束
レンズと上記電子検出器の間に配置された2次電
子引き出し用グリツドおよび2次電子に対し電位
障壁を形成するグリツドを具備することを特徴と
する走査形電子顕微鏡。 2 電子ビームを集束する第1の集束レンズ、該
第1の集束レンズの下方でかつ試料に隣接して配
置された第2の集束レンズ、上記第1、第2の集
束レンズの中間に配置され、2次電子検出器、該
2次電子検出器と上記第2の集束レンズの間に配
置された2次電子引き出し用グリツド、および2
次電子に対し電位障壁を形成するグリツドを有す
ることを特徴とする走査形電子顕微鏡。 3 前記第2の集束レンズは、永久磁石で形成さ
れ、かつ真空外部の操作により着脱自在に構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載の走査形電子顕微鏡。 4 前記グリツドは、試料に対して半球状の形状
を有していることを特徴とする特許請求の範囲第
1項または第3項に記載の走査形電子顕微鏡。[Claims] 1. A focusing lens for focusing and scanning an incident electron beam onto a sample, and a focusing lens provided above the focusing lens for extracting secondary electrons emitted from the surface of the sample. In a scanning electron microscope equipped with an electron detector, a focusing lens is arranged directly adjacent to the sample, and a grid for extracting secondary electrons is arranged between the focusing lens and the electron detector. A scanning electron microscope characterized by comprising a grid that forms a potential barrier against secondary electrons. 2. A first focusing lens that focuses the electron beam, a second focusing lens located below the first focusing lens and adjacent to the sample, and a second focusing lens located between the first and second focusing lenses. , a secondary electron detector, a grid for extracting secondary electrons disposed between the secondary electron detector and the second focusing lens;
A scanning electron microscope characterized by having a grid that forms a potential barrier against secondary electrons. 3. The scanning electron microscope according to claim 2, wherein the second focusing lens is formed of a permanent magnet and is configured to be detachable by operation outside the vacuum. 4. The scanning electron microscope according to claim 1 or 3, wherein the grid has a hemispherical shape with respect to the sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57195814A JPS5986145A (en) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57195814A JPS5986145A (en) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | scanning electron microscope |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3321879A Division JP2560271B2 (en) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | Scanning electron microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5986145A JPS5986145A (en) | 1984-05-18 |
| JPH0425664B2 true JPH0425664B2 (en) | 1992-05-01 |
Family
ID=16347427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57195814A Granted JPS5986145A (en) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | scanning electron microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5986145A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ298912B6 (en) * | 2006-11-16 | 2008-03-12 | Tescan, S. R. O. | Scanning electron microscope |
-
1982
- 1982-11-08 JP JP57195814A patent/JPS5986145A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5986145A (en) | 1984-05-18 |
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