JP3398403B2 - 走査型電子顕微鏡の試料像表示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型電子顕微鏡の試
料像表示技術に関し、特に半導体ウェハの製造工程など
における試料構造の観察において、電子ビームの照射方
向から見えない部分も顕在化して観察することが可能と
される走査型電子顕微鏡の試料像表示方法に適用して有
効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、走査型電子顕微鏡は、“人間
の眼”に代わるものとして電子ビームを用い、たとえば
図９に示すように、試料１に比較的低速の電子ビーム２
を照射し、この電子ビーム２と試料１との相互作用の結
果生じる２次電子３を像信号として試料像を形成し、観
察するための装置である。

【０００３】このため、従来の走査型電子顕微鏡では、
“眼の届く部分”、すなわち電子ビーム２に直接照射さ
れた部分のみが試料像として表示され、観察することが
できるようになっている。

【０００４】たとえば、図２(a) に示すような穴構造４
を有する試料１ａに電子ビーム２を照射して観察する
と、像信号としての２次電子３は照射部分近傍の試料１
ａの表面だけから放出されるため、図２(b) に示すよう
な試料像が観察される。

【０００５】同様に、図３(a) に示すような土堤構造５
を有する試料１ｂを観察した場合には、図３(b) に示す
ような試料像が得られ、さらに図４(a) に示すように表
面下に内部構造６が隠されている試料１ｃについては、
図４(b) に示すような試料像となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術において、たとえば図２(a) に示す穴構造４
を有する試料１ａを観察した場合には、穴側壁で電子ビ
ーム２の陰となる穴底部分が試料像として表示されず、
観察することができない。同様に、図３(a) の土堤構造
５を有する試料１ｂの場合にも、やはり電子ビーム２の
陰に位置する側壁は観察することができない。

【０００７】さらに、図４(a) に示すように表面下に内
部構造６が隠されている試料１ｃについては、図４(b)
に示すように試料像上に何のコントラストも現れず、内
部構造６が在ることを推測することすらできない。

【０００８】従って、図２(a) 〜図４(a) に示すような
試料構造の観察において、図２（ｃ）〜図４（ｃ） に
示すように電子ビーム２の陰になっていた穴底部分、土
堤の側壁部分または埋もれている内部部分を表示し、試
料１を観察する部分、隠されている部分がどのようにな
っているかが分かるためには、試料像から得られる情報
量が飛躍的に増大することになる。

【０００９】たとえば、図５(a) に示すような円錐穴構
造７を有する試料１ｄの場合にも、試料像として図５
(b) のような円形像が表示されるが、この円形像から
は、この穴が“井戸のようになっているのか、円錐状を
しているのか？”、または“穴の深さはどの程度なのか
？”といった疑問に答えることができない。

【００１０】しかし、図５(c) に示すように隠されてい
る部分がどのように見えるかが分かれば、円錐形状であ
ることと、電子ビーム２の入射角度θと像観察倍率・像
上の穴の深さｄから実際の穴の深さが求められ、このよ
うな疑問を解消することができる。

【００１１】そこで、本発明の目的は、このような従来
の走査型電子顕微鏡像では見えない部分を顕在化し、試
料像から得られる知見を広く・深くすることができる走
査型電子顕微鏡の試料像表示方法を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１３】

【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、
下記のとおりである。

【００１４】すなわち、本発明の走査型電子顕微鏡の試
料像表示方法は、試料に対して走査する電子ビームを照
射し、この電子ビームと試料との相互作用の結果生じる
２次電子を像信号として試料像を形成する走査型電子顕
微鏡であって、電子ビームの照射方向から見えている試
料部分の試料像と、電子ビームの照射方向から見えない
試料部分の試料像とを重ねて表示するものである。

【００１５】また、前記電子ビームの照射方向から見え
ない試料部分の像信号源として、電子ビームの照射に伴
って試料から発生する情報を用いるようにしたものであ
る。

【００１６】この場合に、前記電子ビームの照射に伴っ
て試料から発生する情報として、Ｘ線、反射電子または
試料の内部で散乱された反射電子の作る２次電子の情報
を用いるようにしたものである。

【００１７】さらに、前記電子ビームの照射方向から見
えない試料部分の像信号源として、試料の構造に係わる
設計情報を利用したコンピュータグラフィックスを用い
るようにしたものである。

【００１８】

【作用】前記した走査型電子顕微鏡の試料像表示方法に
よれば、電子ビームの照射方向から見えている試料部分
の試料像と、見えない試料部分の試料像、たとえば電子
ビームの照射に伴って試料から発生するそのままの情報
または加工後の情報、あるいは試料の構造に係わる設計
情報を利用したコンピュータグラフィックスによる試料
像とが重ねて表示されることにより、従来技術で表示さ
れた試料像に、従来技術では隠されて表示されなかった
部分を重ねて表示することができる。

【００１９】これにより、従来の走査型電子顕微鏡像で
は見えない部分を顕在化して観察することができ、これ
によって立体形状や３次元寸法などのより多くの情報を
得ることができる。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の一実施例である走査型電子顕
微鏡の試料像表示方法における信号検出原理を示す構成
図である。

【００２１】まず、図１により本実施例の走査型電子顕
微鏡の試料像表示方法における信号検出原理を説明す
る。

【００２２】本実施例の走査型電子顕微鏡の試料像表示
方法は、たとえば半導体ウェハの製造工程における試料
構造の観察において、電子ビームの照射方向から見えて
いる試料部分の試料像と、電子ビームの照射方向から見
えない試料部分の試料像とを重ねて表示する方法とさ
れ、試料１に対して走査する電子ビーム２ａが照射さ
れ、この電子ビーム２ａと試料１との相互作用の結果生
じる２次電子３，３ａを像信号として試料像が形成され
るようになっている。

【００２３】この場合に、従来に比べて極めて高速の電
子ビーム２ａが用いられ、通常の２次電子３とともに試
料１の内部で散乱された反射電子の作る２次電子３ａの
信号をそのまま用い、電子ビーム２ａの照射方向から見
えない試料部分の試料像を、従来技術で表示された電子
ビーム２ａの照射方向から見えている試料部分の試料像
に重ねて表示するようにしたものである。

【００２４】次に、本実施例の作用について、従来技術
との比較により説明する。

【００２５】始めに、従来技術では、比較的低速の電子
ビーム２を用いていたため、電子ビーム２の陰となる部
分ができ、この陰となる図９のような穴底８や内部構造
９からは反射電子の作る２次電子３ａの発生がないか、
あるいは発生量が極めて少なく、像として観察すること
ができなかった。

【００２６】ところが、本発明のように高速の電子ビー
ム２ａを用いると、照射電子が十分な運動エネルギーを
持っているために、図１のように電子ビーム２ａが試料
１内を通り抜け、穴底８や内部構造９で反射された後、
再び試料１から脱出させることができる。

【００２７】その上、試料１を脱出する際に、比較的多
くの反射電子の作る２次電子３ａを発生する。この２次
電子３ａの発生量は照射した電子ビーム２ａの量および
エネルギーに依存するが、反射した電子ビーム２ａは穴
底８や内部構造９の情報を持っているため、この２次電
子３ａを像信号として検出することにより、穴底８や内
部構造９の像を得ることができる。

【００２８】すなわち、２次電子３および試料１の内部
で散乱された反射電子の作る２次電子３ａを合わせて検
出することにより、従来技術で表示された図２(b) 〜図
５(b) の試料像に合わせて、電子ビーム２ａの陰になっ
ていた穴底部分、土堤の側壁部分、埋もれている内部部
分または円錐穴部分を表示し、図２(c) 〜図５(c) に斜
線で示すように電子ビーム２ａの照射方向からは見るこ
とができない部分も含めて表示させることができる。

【００２９】ここで、本発明の手法を用いて撮えられた
試料像の写真例を、図６〜図８により従来の走査型電子
顕微鏡による写真例との比較で説明する。

【００３０】この場合に、２次電子３，３ａの発生量に
対応して白黒の濃淡が決定され、２次電子３，３ａの発
生量が多くなる程淡い色に撮えられ、逆に少ないときに
は濃い色で撮えられる。

【００３１】まず、図６の写真については、図２の構造
に対応される穴構造４を有する試料１ａとして、たとえ
ば半導体ウェハに対するレジストパターン形成後にレジ
スト上の穴を走査型電子顕微鏡で観察したものである。

【００３２】この場合に、従来は、図６(a) のように穴
のエッジおよび電子ビーム２ａの照射方向から見えてい
る側壁部分は淡い色に撮えられ、穴底および穴の周囲の
レジスト部分は濃い色に撮えられていた。このように、
穴側壁で電子ビーム２ａの陰となる穴底部分が試料像と
して表示されなかったものが、本実施例においては図６
(b) に示すように淡い色の隠されている穴底部分を合わ
せた試料像を撮えることができる。

【００３３】また、図３のように土堤構造５を有する試
料１ｂの場合にも、図６の写真と同様にレジストパター
ン形成後の半導体ウエハを観察したものであり、図７の
写真のように電子ビーム２ａの陰に位置するレジストの
反対側側壁を従来に比べて淡い色に撮えて観察すること
ができる。その上、図７の写真の場合には、内部構造で
あるコンタクトホールの窪み部分も、表面のレジスト部
分よりもさらに濃い色により撮えることができる。

【００３４】さらに、図８の写真については、たとえば
２層構造に配線が形成された配線パターン加工後に撮え
たものであり、従来技術では図８(a) のように表面の配
線の側壁のみが淡い色で撮えられ、内部構造については
何の濃淡も現れずに在ることすら推測することができな
かったものが、本実施例においては、図８(b) のように
表面の上層配線に合わせて、内部に埋もれている表面下
の配線も周囲に比べて淡い色に撮えて観察することがで
きる。

【００３５】従って、本実施例の走査型電子顕微鏡の試
料像表示方法によれば、極めて高速の電子ビーム２ａを
用い、通常の２次電子３とともに試料１の内部で散乱さ
れた反射電子の作る２次電子３ａの信号をそのまま用い
ることにより、従来技術で表示された電子ビーム２ａの
照射方向から見えている試料部分の試料像に、電子ビー
ム２ａの照射方向から見えない試料部分の試料像を重ね
て表示することができるので、従来の走査型電子顕微鏡
像では見ることができなかった部分も含めて表示させて
観察することができる。

【００３６】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いうまでもない。

【００３７】たとえば、本実施例の走査型電子顕微鏡の
試料像表示方法については、電子ビーム２ａの照射方向
から見えない部分を表示するために用いる情報源とし
て、試料１の内部で散乱された反射電子の作る２次電子
３ａの信号をそのまま用いる場合について説明したが、
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下の
ような他の方法についても広く適用可能である。

【００３８】すなわち、前記実施例のように走査型電子
顕微鏡像では見えない部分を表示するために用いる情報
源として、電子ビームの照射によって試料から発生する
反射電子やＸ線などを像信号として利用する場合には、
反射電子、Ｘ線などの信号を加工した後で像表示に用い
る方法も可能である。

【００３９】この場合には、たとえば通常の２次電子に
よる試料像に合わせて、Ｘ線による像を取り込み、両者
の像の比較から内部構造などの隠された部分の情報を算
出し、通常の２次電子による像に重ねて表示することが
できる。

【００４０】また、ＬＳＩのパターン・構造データのよ
うな設計情報を像信号として利用する方法も可能であ
り、たとえば予め試料に係わるパターンデータやデバイ
ス構造情報をデータベースに蓄えておき、観察に際し
て、像観察視野の観察方向・位置・領域情報を検出し、
この視野領域のデータをデータベースから読み出すとと
もにコンピュータグラフィックス化することにより可能
となる。

【００４１】さらに、このような試料像の表示に際して
は、隠されている部分をカラー表示、輪郭表示などのよ
うに特徴付けをした表示をすることも可能である。

【００４２】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野である半導体ウェハの製
造工程に用いられる走査型電子顕微鏡に適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、走
査型電子顕微鏡を用いる関連装置または類似装置や、こ
れらを利用する全ての分野についても広く適用可能であ
り、特に電子ビームの照射方向から見えない試料部分も
含めた観察が必要とされる場合に良好に適用することが
できる。

【００４３】

【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、
下記のとおりである。

【００４４】すなわち、電子ビームの照射方向から見え
ている試料部分の試料像と、前記電子ビームの照射方向
から見えない試料部分の試料像とを重ねて表示すること
により、通常の２次電子像だけでは見えない部分を表示
させることができるので、立体形状や３次元寸法などの
より多くの情報を得ることが可能となる。

【００４５】この結果、従来の走査型電子顕微鏡像では
見えない部分を顕在化し、試料像から得られる知見を広
く・深くすることが可能とされる走査型電子顕微鏡の試
料像表示方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡の試
料像表示方法における信号検出原理を示す構成図であ
る。

【図２】(a) 〜(c) は穴構造を有する試料の要部斜視断
面図と、この試料を観察した場合の従来技術による試料
像および本発明による試料像との表示例を示す説明図で
ある。

【図３】(a) 〜(c) は土堤構造を有する試料の要部斜視
断面図と、この試料を観察した場合の従来技術による試
料像および本発明による試料像との表示例を示す説明図
である。

【図４】(a) 〜(c) は内部構造を有する試料の要部斜視
断面図と、この試料を観察した場合の従来技術による試
料像および本発明による試料像との表示例を示す説明図
である。

【図５】(a) 〜(c) は円錐穴構造を有する試料の要部斜
視断面図と、この試料を観察した場合の従来技術による
試料像および本発明による試料像との表示例を示す説明
図である。

【図６】(a),(b) は穴構造を有する試料として、レジス
トパターン形成後の半導体ウェハを走査型電子顕微鏡で
撮えた従来技術による試料像と本発明による試料像との
写真である。

【図７】(a),(b) は土堤構造を有する試料として、レジ
ストパターン形成後の半導体ウェハを走査型電子顕微鏡
で撮えた従来技術による試料像と本発明による試料像と
の写真である。

【図８】(a),(b) は内部構造を有する試料として、配線
パターン加工後の半導体ウェハを走査型電子顕微鏡で撮
えた従来技術による試料像と本発明による試料像との写
真である。

【図９】従来技術の一例である走査型電子顕微鏡の試料
像表示方法における信号検出原理を示す構成図である。

【符号の説明】

１，１ａ〜１ｄ 試料 ２ 電子ビーム ２ａ 電子ビーム（極めて高速の電子ビーム） ３ ２次電子 ３ａ ２次電子（試料の内部で散乱された反射電子の作
る２次電子） ４ 穴構造 ５ 土堤構造 ６ 内部構造 ７ 円錐穴構造 ８ 穴底 ９ 内部構造

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺門 貞夫 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所 計測器事業部内 (72)発明者 黒田 勝広 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 二宮 建 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 久禮 徳男 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平５−258700（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−103950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−53553（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−111748（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−290786（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/22 H01J 37/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対して電子ビームを走査し、該電
   子ビームと前記試料との相互作用の結果生じる電子を像
   信号として試料像を形成する走査型電子顕微鏡であっ
   て、前記電子ビームの照射方向から見えている試料部分から
   放出される電子、および前記試料の一部を通り抜け、前
   記電子ビームの照射方向から見えない試料表面部分への
   前記電子ビームの到達に基づいて、前記試料より放出さ
   れる電子によって、 前記電子ビームの照射方向から見え
   ている試料部分の試料像と、前記電子ビームの照射方向
   から見えない試料表面部分の試料像とを重ねて表示する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡の試料像表示方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記電子ビームの照
   射方向から見えない試料表面部分は、前記電子ビームの
   照射方向に対して陰となる、穴底、あるいは土堤の側壁
   部分を含むことを特徴とする走査型電子顕微鏡の試料像
   表示方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記電子ビームは、
   前記電子ビームの照射方向から見えている部分から突入
   し、前記試料の一部を通り抜けて、前記電子ビームの照
   射方向から見えない試料表面部分まで、到達するに足り
   る高速の電子ビームであることを特徴とする走査型電子
   顕微鏡の試料像表示方法。