JP3398403B2 - 走査型電子顕微鏡の試料像表示方法 - Google Patents
走査型電子顕微鏡の試料像表示方法Info
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Description
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。
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。
“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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
との比較により説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
像表示方法における信号検出原理を示す構成図である。
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
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
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