JPH05251026A - Observation method for secondary electron image - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁体や不良導体の観
察を行うに最適な走査電子顕微鏡やイオン顕微鏡などを
用いた２次電子像観察方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary electron image observing method using a scanning electron microscope, an ion microscope or the like which is most suitable for observing an insulator or a defective conductor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】絶縁体や不良導体の試料を走査電子顕微
鏡で観察する際には、一般的に帯電現象に伴う種々の疑
似像の発生、あるいは、像の変形などの問題が発生す
る。このため、従来は、一般に、試料表面上に金属を蒸
着する方法などで、試料表面を電導体で被覆する方法が
採用されている。他方、例えば、ＬＳＩなどの半導体の
チップなどの観察では、そのプロセス上の要請から上記
のような導体を被覆することができず、無蒸着で観察を
行わねばならない。最近、ＬＳＩ構造の微細化が進み、
それに伴い、例えば、チップの下層とのオーミックコン
タクトを作るプロセスにおけるコンタクトホールのアス
ペクト比（ホールの深さ対直径の比）が増大しつつある
が、このような深いコンタクトホールの底部を鮮明に観
察することが強く望まれてきている。2. Description of the Related Art When observing a sample of an insulator or a defective conductor with a scanning electron microscope, various problems such as the generation of various pseudo-images or the deformation of the image are generally caused by the charging phenomenon. Therefore, conventionally, a method of coating the sample surface with an electric conductor, such as a method of depositing a metal on the sample surface, has been generally used. On the other hand, for example, in observing a semiconductor chip such as an LSI, it is not possible to coat the conductor as described above due to the requirements of the process, and the observation must be performed without vapor deposition. Recently, miniaturization of LSI structure has progressed,
Along with that, for example, the aspect ratio of the contact hole (ratio of hole depth to diameter) in the process of making ohmic contact with the lower layer of the chip is increasing, but the bottom of such deep contact hole can be clearly observed. There is a strong desire to do so.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】無蒸着観察法として
は、従来より磁界を加える方法、試料背面よりバイアス
電圧を印加する方法、などが試みられているが、前者は
現在要求されている大型のウエハ試料を取り扱うにはハ
ードウェアの構成上、適用が一般には容易でない。ま
た、後者は、試料面上に有効な電位分布を実現すること
が容易でないなどの問題がある。As the non-deposition observation method, a method of applying a magnetic field and a method of applying a bias voltage from the back surface of the sample have been attempted conventionally, but the former method requires a large size. The application of the wafer sample is generally not easy because of the hardware configuration. Further, the latter has a problem that it is not easy to realize an effective potential distribution on the sample surface.
【０００４】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、半導体デバイスの製造過程におい
て作られたコンタクトホールなどの底部も鮮明に観察す
ることができる２次電子像観察方法を実現するにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to observe a secondary electron image capable of clearly observing the bottom of a contact hole or the like formed in the manufacturing process of a semiconductor device. There is a way to realize.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の２次電子
像観察方法は、試料上の凹部と他の部分とを異なった加
速電圧の荷電粒子ビームで走査し、この走査に基づいて
得られた２次電子に基づいて試料の像を表示するように
したことを特徴としている。また、本発明の第２の２次
電子像観察方法は、第１の加速電圧の荷電粒子ビームに
より試料上を走査し、この走査に基づいて得られた２次
電子を検出するステップ、この検出信号を記憶するステ
ップ、記憶された信号に基づいて、信号の強度が特定強
度以下の領域に対し、第２の加速電圧の荷電粒子ビーム
により走査し、この走査に基づいて得られた２次電子を
検出するステップ、得られた２次電子信号に基づいて、
走査像を表示するステップより成ることを特徴としてい
る。The first secondary electron image observing method of the present invention scans a concave portion and another portion on a sample with a charged particle beam having different acceleration voltages, and based on this scanning. It is characterized in that an image of the sample is displayed based on the obtained secondary electrons. In the second secondary electron image observing method of the present invention, a step of scanning a sample with a charged particle beam having a first accelerating voltage and detecting secondary electrons obtained based on this scanning, this detection A step of storing a signal, based on the stored signal, a charged particle beam having a second accelerating voltage scans a region where the signal intensity is equal to or lower than a specific intensity, and secondary electrons obtained based on this scanning Detecting, based on the obtained secondary electron signal,
It is characterized by comprising a step of displaying a scan image.
【０００６】[0006]
【作用】本発明の実施例の説明の前に、コンタクトホー
ルのモデルに関して、コンピュータシミュレーションに
基づく２次電子の発生などについて考察する。図１にシ
ミュレーションの対象とするコンタクトホールの構造を
示す。考察を簡単化するため、対象の問題を紙面に垂直
な方向には一様な平面の問題とする。図中Ｂ点を原点と
して、ｙ軸に平行なＡＡ′，ＢＢ′は鏡面対称な面とす
る。斜線を施したＡＤＥＧ，ＣＨＩＪ部分は、比誘電率
εr の絶縁体で、その高さは各々ｄ、２つの絶縁体の間
の距離はｂである。その下面ＡＧＢＪＣはアルミニウム
などの導体、半導体などの不良導体もしくは酸化物など
の絶縁体である。ＤＥＧＪＩＨから上の部分は真空で比
誘電率は１である。すなわち、幅２ａ，厚さｄの絶縁体
のストリップがｂだけ距離を隔ててｘ方向に無限列をな
して置かれている状態が図１のコンタクトホールのモデ
ルである。なお、Ｆ点は、ＥＧ面の中央の側表面上の
点、Ｆ′点は、ＩＪ面の中央の側表面上の点である。Before the description of the embodiments of the present invention, regarding the model of the contact hole, the generation of secondary electrons based on computer simulation will be considered. FIG. 1 shows the structure of a contact hole to be simulated. In order to simplify the consideration, the problem of interest is a uniform plane problem in the direction perpendicular to the paper. In the figure, the point B is the origin, and AA 'and BB' parallel to the y-axis are mirror-symmetrical surfaces. The shaded ADEG and CHIJ portions are insulators having a relative permittivity ε r , the height of which is d, and the distance between the two insulators is b. The lower surface AGBJC is a conductor such as aluminum, a defective conductor such as a semiconductor, or an insulator such as an oxide. The part above DEGJIH is a vacuum and the relative dielectric constant is 1. That is, the model of the contact hole in FIG. 1 is a state in which strips of an insulator having a width 2a and a thickness d are placed in an infinite row in the x direction with a distance of b. Note that point F is a point on the central side surface of the EG surface, and point F'is a point on the central side surface of the IJ surface.
【０００７】実際問題としては、ａ，ｂ，ｄの寸法は、
μｍオーダーの微細なものであり、大きな領域を計算対
象とすることは得策ではないので、ここでは図示のよう
に、絶縁体表面ＤＥ，ＩＨ面よりｈだけ上方にｘ軸に平
行な面Ａ′Ｂ′Ｃ′を取り、これを電位Ｖ1 の等電位面
と仮定する。この面は、例えば、２次電子検出器におけ
る２次電子補集電場に基づいて形成された１０Ｖ程度の
等電位面である。また、下面ＡＧ，ＧＪ，ＪＣは、それ
ぞれ各点ごとに電位の指定できる面（等電位の場合も含
む）とする。この図１のコンタクトホールのモデルに対
し、電流量Ｉｐの一次電子ビームは、ＤＥ面（絶縁体表
面），ＥＧ面（絶縁体側面），ＧＪ面（コンタクトホー
ルの底面）………と紙面の左方から右方に向かって順次
走査され、各点で信号、すなわち、２次電子電流Ｉｓを
発生する。As a practical matter, the dimensions of a, b and d are
Since it is fine on the order of μm and it is not a good idea to set a large area as the calculation target, here, as shown in the figure, a plane A ′ parallel to the x-axis is located above the insulator surfaces DE and IH by h. Take B'C 'and assume that this is the equipotential surface of potential V 1 . This surface is, for example, an equipotential surface of about 10 V formed based on the secondary electron collecting electric field in the secondary electron detector. The lower surfaces AG, GJ, and JC are surfaces on which the potential can be specified for each point (including the case of equipotential). In contrast to the model of the contact hole in FIG. 1, the primary electron beam of the current Ip has a DE surface (insulator surface), an EG surface (insulator side surface), a GJ surface (contact hole bottom surface) ... The signals are sequentially scanned from the left side to the right side, and a signal, that is, a secondary electron current Is is generated at each point.
【０００８】さて、図２は、図１の構造において、ａが
４μｍ，ｂが６μｍ，ｄが１２μｍ（アスペクト比：ｄ
／ｂ＝２）、ｈが３μｍ，Ｖ1 が１０Ｖ，各下面の電位
Ｖ2が０Ｖ，ＤＥ面，ＥＧ面の電荷が共に０のときの、
Ｂ点より放出した電子の軌道を示している。この軌道
は、コンピュータシミュレーションによって求めたもの
で、エネルギは２次電子の代表的な値５ｅＶで、電子の
放出角度は法線を０°として、−３０°から３０°まで
５°ステップである。なお、計算上では寸法のスケール
は軌道を変えないが、電界は反比例して増大する。この
図２のケースは、入射電子ビームの電流量を極度に小さ
くして、試料表面が帯電しないようにした極限の場に該
当する。FIG. 2 shows the structure of FIG. 1 in which a is 4 μm, b is 6 μm, and d is 12 μm (aspect ratio: d
/ B = 2), h is 3 μm, V 1 is 10 V, the potential V 2 on each lower surface is 0 V, and the charges on the DE surface and the EG surface are both 0,
The orbits of electrons emitted from point B are shown. This orbit is obtained by computer simulation, the energy is 5 eV, which is a typical value of secondary electrons, and the electron emission angle is in 5 ° steps from −30 ° to 30 ° with the normal line being 0 °. Although the scale of dimensions does not change the trajectory in calculation, the electric field increases in inverse proportion. The case of FIG. 2 corresponds to an extreme field in which the current amount of the incident electron beam is extremely small so that the sample surface is not charged.
【０００９】今までに行われてきた多くの研究の結果、
現在使用されている通常の２次電子検出器によって、
Ａ′Ｂ′Ｃ′のような位置（１０Ｖの等電位面）まで達
した電子の多くは、検出器の発生する補集電界によって
補集されることが知られている。今、このことを仮定し
たとして、例えば、底部中央のＢ点より放出される電子
の内、半角±５°（１０°のコーン）内のものは補集さ
れるが、大部分は図２に示すように側壁に衝突・吸収さ
れることになる。上記のように、この場合、一次電子ビ
ームの電流量Ｉｐを小さくして試料表面の帯電を避けて
いるとすれば、それに比例して２次電子検出信号Ｉｓも
低下するので、このような状況では底部から放出される
電子による像の形成は著しく困難となる。As a result of many researches conducted so far,
With the usual secondary electron detectors currently in use,
It is known that most of the electrons that have reached a position such as A'B'C '(equipotential surface of 10 V) are collected by the collecting electric field generated by the detector. Assuming this, for example, among the electrons emitted from the point B at the center of the bottom, those within a half angle ± 5 ° (10 ° cone) are collected, but most of them are shown in FIG. As shown, it will be collided and absorbed by the side wall. As described above, in this case, if the current amount Ip of the primary electron beam is reduced to avoid the charging of the sample surface, the secondary electron detection signal Is also decreases in proportion to this, so that the situation Then, it becomes extremely difficult to form an image by the electrons emitted from the bottom.
【００１０】図３〜図５は、図１のＤＥ面とＥＧ面（絶
縁体の表面と側面）に一定量の電荷を与え、かつＡＣ面
に−６５Ｖの電位を与え、他の条件は図２のときと同じ
条件下での２次電子の軌道を示している。図３に示すよ
うに、２次電子が中央Ｂ点（ｘ＝０，ｙ＝０）から放出
される場合には、半角±２５°（５０°のコーン）内の
ものが検出信号に寄与する。図４は２次電子の放出位置
がｘ＝−１μｍで、−２０°から２５°のものが、図５
は、２次電子の放出位置がｘ＝−２μｍ（壁から１μ
ｍ）で、−１０°から２０°までのものがコンタクトホ
ールから出て検出されることが分かる。3 to 5 show that the DE surface and the EG surface (the surface and the side surface of the insulator) of FIG. 1 are supplied with a certain amount of electric charge, and the AC surface is supplied with a potential of -65 V. The orbits of secondary electrons are shown under the same conditions as in the case of 2. As shown in FIG. 3, when secondary electrons are emitted from the central point B (x = 0, y = 0), those within a half angle ± 25 ° (cone of 50 °) contribute to the detection signal. .. In FIG. 4, the secondary electron emission position is x = −1 μm and the secondary electron emission position is −20 ° to 25 °.
The secondary electron emission position is x = -2 μm (1 μm from the wall
In m), it can be seen that those from −10 ° to 20 ° are detected through the contact hole.
【００１１】次に、図６は、底面ＡＣの電位を−５０Ｖ
としたときで、Ｂ点から発生した２次電子は、底面の電
位によって引き戻され、コンタクトホールの外側には出
てこないことになる。以上のシミュレーションにより、
図２のケースではコンタクトホールの底部（ＧＪ面）の
観察は困難であり、図３〜図５のケースは観察が可能と
なり、図６のケースでは観察が不可能となるとが容易に
理解される。Next, FIG. 6 shows that the potential of the bottom surface AC is -50V.
Then, the secondary electrons generated from the point B are pulled back by the potential of the bottom surface and do not come out to the outside of the contact hole. By the above simulation,
It is easily understood that it is difficult to observe the bottom of the contact hole (GJ surface) in the case of FIG. 2, observation is possible in the cases of FIGS. 3 to 5, and observation is impossible in the case of FIG. ..
【００１２】なお、上記したシミュレーションにおい
て、図１に示したコンタクトホール構造の絶縁体表面の
中央点Ｄ、絶縁体の縁端の点Ｅ、絶縁体側面の中央点
Ｆ、底部の中央点Ｂのそれぞれの電位ＶＤ，ＶＥ，
ＶＦ，ＶＢの値は、次の第１表の通りである。In the above simulation, the center point D of the insulator surface of the contact hole structure shown in FIG. 1, the point E of the edge of the insulator, the center point F of the insulator side surface, and the center point B of the bottom are shown. The respective potentials V D , V E ,
The values of V F and V B are as shown in Table 1 below.
【００１３】 第１表 ＶＤ ＶＥ ＶＦ ＶＢ 図２のケース 5.55 5.96 2.91 0 図３〜５のケース -51.9 -47.4 -69.4 -65 図６のケース -45.2 -41.4 -58.8 -50 ここで、図７は、２つの代表点Ｄ点とＢ点（Ａ〜Ｃ上は
同電位と仮定）の電位を、横軸ＶＤ，縦軸ＶＢにとっ
て、Ｄ点（ＴＳ…表面），Ｆ点（ＳＳ…側面），Ｂ点
（ＢＴ…底面）から半角３０°（６０°のコーン）で放
出する５ｅＶの電子がそれぞれＡ′Ｃ′面に到達する、
部分的に到達する、到達しないような組み合わせを座標
上にプロットして領域分けを行った結果を示したもので
ある。ただし、このときの計算は、アスペクト比０．７
５である。図中の斜線を施した部分がそれぞれ電子が
Ａ′Ｃ′面に到達できる領域である。すなわち、斜線を
施した領域の電子が試料表面から引き出され、検出器に
よって検出される。なお、上記領域は、アスペクト比、
帯電量、底面電位が異なるごとに変化するが、定性的に
は同様なダイアグラムが作成される。この様な考察によ
り、図７の３つの領域が重なるような点、この場合は、
例えば、ＶＤ＝−１０Ｖ、ＶＢ＝−４０ＶであるＰ点を
試料面上に実現することができれば、底部のみでなく試
料全面の同時観察が可能であることが明らかとなる。 Table 1 V D V E V F V B Case of FIG. 2 5.55 5.96 2.91 0 Case of FIGS. 3-5 -51.9 -47.4 -69.4 -65 Case of FIG. -45.2 -41.4 -58.8 -50 where FIG. 7 shows potentials at two representative points D and B (assuming the same potential on A to C) on the horizontal axis V D and the vertical axis V B at points D (TS ... surface) and point F. (SS ... side surface), 5eV electrons emitted from point B (BT ... bottom surface) at a half angle of 30 ° (60 ° cone) reach the A′C ′ surface,
The results obtained by plotting the combinations that partially reach or do not reach on the coordinates to divide into regions are shown. However, the calculation at this time is based on an aspect ratio of 0.7.
It is 5. The hatched portions in the figure are the regions where electrons can reach the A'C 'plane. That is, the electrons in the shaded region are extracted from the sample surface and detected by the detector. The above area has an aspect ratio,
Although the amount of charge and the bottom surface potential change depending on the difference, a qualitatively similar diagram is created. From such consideration, the point where the three regions in FIG. 7 overlap, in this case,
For example, if the point P with V D = −10 V and V B = −40 V can be realized on the sample surface, it becomes clear that not only the bottom but also the entire surface of the sample can be simultaneously observed.
【００１４】ここまでの考察をまとめると、図２では、
試料近傍は、ほぼ平等電界で、電子はおおむね放物線軌
道をとって走行する結果、側壁に拒まれて引き出されな
くなっている。図３〜図５の例では、試料は、帯電によ
る電荷によってそれ自体が電子光学的なレンズ系を構成
しており、レンズ力が適正な場合には、電子の大部分が
底面より脱出してくる。また、レンズ力が過度の図６の
場合には、電子は内部に引き戻され、脱出不可能とな
る。すなわち、ホール内に形成されているポテンシャル
バリアを越すことができない。To summarize the above considerations, in FIG.
In the vicinity of the sample, an almost uniform electric field is generated, and the electrons generally travel along a parabolic orbit, and as a result, they are blocked by the side wall and cannot be extracted. In the examples of FIGS. 3 to 5, the sample itself constitutes an electro-optical lens system due to the electric charge due to charging, and when the lens power is appropriate, most of the electrons escape from the bottom surface. come. Further, in the case where the lens power is excessive as shown in FIG. 6, the electrons are pulled back inside and cannot escape. That is, the potential barrier formed in the hole cannot be crossed.
【００１５】このような考察により、絶縁体試料であっ
ても、それぞれの形状に応じた適宜の強度に帯電せしめ
て試料自らが形成するレンズ作用によって、例えば、コ
ンタクトホール底部の２次電子を引き出し、像形成させ
ることにより、底部の観察を可能にするようにできるこ
とが明らかとなる。次に、前記したホールを有した絶縁
体試料を適宜な強度に帯電させて望ましい底面電位を設
定する方法について以下に述べる。From the above consideration, even in the case of an insulator sample, the secondary electron at the bottom of the contact hole is extracted, for example, by the lens action formed by the sample itself by being charged to an appropriate intensity according to each shape. , It becomes clear that the image formation can be made to allow observation of the bottom. Next, a method for setting the desired bottom surface potential by charging the above-mentioned insulator sample having holes to an appropriate strength will be described.
【００１６】図８は、表面絶縁体Ｓ、底部絶縁体または
低導電体Ｂの２次電子放出特性の模式図である。縦軸δ
は、２次電子放出係数（δ＝２次電子量／入射電子
量）、横軸Ｖｐは、表面入射時点での電子の加速電位で
ある。今までの研究により、通常のレジストパターンの
構成では、ＶＢ２＝３〜５ｋＶ、ＶＢ１〜ＶＳ２＝７０
０〜９００Ｖ程度であることが知られている。試料表面
が金属である場合には、表面電位は一定値に保持できる
が、絶縁物においては、δ＝１の場合以外では、正また
は負（δ＜１またはδ＞１）に帯電するので、電位はδ
＝１を実現する方向に変化していく。例えば、今仮に図
において絶縁体試料に対し加速電圧ＶＰ２で電子ビーム
を照射したとすれば、Ｓ，Ｂともにδ＜１だから表面は
いずれも電子過剰で負に帯電する。その結果、入射電子
は減速されてエネルギが低下し、図において左方に移動
していくことになる。また、ＶＰ１で照射したときは、
Ｓは変わらないが、Ｂはδ＞１になるので電子不足とな
って正に帯電する。その結果、入射電子は加速されてエ
ネルギが増大するので、右方に向かって変化していく。
その他の場合も同様である。FIG. 8 is a schematic view of the secondary electron emission characteristics of the surface insulator S, the bottom insulator or the low conductor B. Vertical axis δ
Is the secondary electron emission coefficient (δ = secondary electron amount / incident electron amount), and the horizontal axis Vp is the acceleration potential of electrons at the time of surface incidence. According to the research conducted so far, V B2 = 3 to 5 kV and V B1 to V S2 = 70 in a normal resist pattern configuration.
It is known to be about 0 to 900V. When the sample surface is a metal, the surface potential can be maintained at a constant value, but in the case of an insulator, it is charged positively or negatively (δ <1 or δ> 1) except when δ = 1. Potential is δ
It will change toward = 1. For example, if an insulator sample is irradiated with an electron beam at an accelerating voltage V P2 in the figure, both S and B are δ <1 and both surfaces are negatively charged due to excess electrons. As a result, the incident electrons are decelerated, their energy is reduced, and they move to the left in the figure. Also, when irradiating with V P1 ,
Although S does not change, B becomes δ> 1 and therefore becomes electron shortage and is positively charged. As a result, the incident electrons are accelerated and their energy is increased, so that they change to the right.
The same applies to other cases.
【００１７】図９はアスペクト比０．７５で、図８の各
平衡電位がＶＳ１＝５０Ｖ，ＶＳ２＝９００Ｖ，ＶＢ１
＝８００Ｖ，ＶＢ２＝３０００Ｖであるような試料をＶ
Ｐ＝６００Ｖで照射したとき、前述のような対称性を仮
定して、最初の無帯電状態より出発し、Ｄ点から出発し
て右方に向かって各格子点（計算上の）ごとに定量の電
荷が注入され、Ｂ点に達するまでを１フレームとして、
５フレームにおける各点からの放出電子（代表として垂
直放出５ｅＶ）の軌道を示したものである。この場合に
は、実際には、上述のような対称性は成立しないが、フ
レームを重ねて注入電荷が蓄積電荷に比して相対的に小
さくなれば、この近似に近づいていくと考えられる。こ
の場合には、５フレーム終了時に、Ｄ点の電位はＶＤ＝
６．４Ｖ，Ｂ点の電位はＶＢ＝−５９Ｖになる。図１０
はこのようにしてＶＰを変えて計算したときの５フレー
ム終了時のＶＤとＶＢをＶＰに対して図示したものであ
る。この結果は定性的に予想されるように、図８のδ−
ＶＰ特性を反映したものになっていることが分かる。な
お、この計算においては、絶縁体の帯電量と、底面の電
位変化に対して、それぞれ２つのパラメータを仮定して
いる。これらは、それぞれの材料の誘電率と比抵抗に依
存する量と考えられるが、計算値が今までに行われた実
験的研究の結果とおおむね一致するようにフィッティン
グを行った。試料表面の電位は、数Ｖから数十Ｖ程度で
あることが知られている。逆にいえば、これ以上の帯電
では、電子は正常な形では検出器に達しないか、あるい
は、引き出されないことになり、異常な像を作るか、あ
るいは、観察されないかのいずれかになるであろう。FIG. 9 shows an aspect ratio of 0.75, and the equilibrium potentials of FIG. 8 are V S1 = 50V, V S2 = 900V, V B1.
= 800V, V B2 = 3000V
When irradiating at P = 600V, assuming the symmetry as described above, starting from the first uncharged state, starting from the point D, and quantifying toward the right at each lattice point (calculation) Charge is injected, and until reaching point B is one frame,
The orbits of emitted electrons from each point in 5 frames (typically, vertical emission of 5 eV) are shown. In this case, the above-mentioned symmetry is not actually established, but it is considered that this approximation will be approximated if the injected charges become relatively smaller than the accumulated charges by overlapping frames. In this case, at the end of 5 frames, the potential at point D is V D =
The potential at 6.4V, point B is VB = -59V. Figure 10
Shows V D and V B at the end of 5 frames when V P is changed in this way and calculated with respect to V P. This result is as qualitatively expected, as shown in FIG.
It can be seen that it reflects the V P characteristics. In this calculation, two parameters are assumed for the charge amount of the insulator and the potential change of the bottom surface. These are thought to be quantities depending on the permittivity and resistivity of each material, but the fitting was performed so that the calculated values were roughly in agreement with the results of the experimental studies conducted so far. It is known that the potential of the sample surface is about several V to several tens of V. Conversely, with more charging, the electrons would not normally reach the detector or be drawn out, either creating an abnormal image or not being observed. Will.
【００１８】現在、半導体観察において用いられている
低加速領域では、実用可能なのは〜ＶＳ２，ＶＢ１の近
傍であるが、この２つの値の大小関係によって図１１と
図１２のような２つの場合がある。図１１の場合には、
ＶＳ２＜ＶＰ＜ＶＢ１の加速電圧を用いることにより、
通常の走査法で、全面を負に帯電させることができる
が、図１２の場合には、通常の方法では、ＳかＢのいず
れかが正になるので、底部，表面の同時観察は不可能な
いしは著しく困難になる。前述した図９は、このような
場合である。In the low acceleration region currently used in semiconductor observation, what is practical is in the vicinity of ˜V S2 and V B1. However, due to the magnitude relationship between these two values, two values as shown in FIGS. 11 and 12 are obtained. There are cases. In the case of FIG. 11,
By using the acceleration voltage of V S2 <V P <V B1 ,
The entire surface can be negatively charged by the normal scanning method, but in the case of FIG. 12, either S or B becomes positive by the normal method, so simultaneous observation of the bottom and the surface is impossible. Or becomes extremely difficult. FIG. 9 described above shows such a case.
【００１９】なお、通常用いられている数ｋＶ以上の加
速電圧では、図８においてＶＰ２＞ＶＳ２，ＶＢ２にな
っているので、Ｓ，Ｂともに負に帯電するから、全面観
察の可能性はあるが、前述のように、半導体などの観察
では、微細部に対する損傷の可能性などの理由で、使用
されない領域になっている。At an acceleration voltage of several kV or more, which is normally used, V P2 > V S2 , V B2 in FIG. 8, so that both S and B are negatively charged, so that the entire surface can be observed. However, as described above, in the observation of the semiconductor and the like, the area is not used because of the possibility of damage to the fine portion.
【００２０】以上の考察により、本発明に基づく２次電
子像観察方法は、図１２のような場合に、試料上の凹部
と他の部分とを異なった加速電圧の荷電粒子ビームで走
査し、この走査に基づいて得られた２次電子に基づいて
試料の像を表示するようにしたことを特徴としている。From the above consideration, in the secondary electron image observing method according to the present invention, in the case as shown in FIG. 12, the concave portion on the sample and the other portion are scanned with charged particle beams having different acceleration voltages, It is characterized in that the image of the sample is displayed based on the secondary electrons obtained based on this scanning.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１３は、本発明に基づく方法を実施する
ための走査電子顕微鏡を示しており、１は走査電子顕微
鏡の電子銃で、電子銃１から発生した電子ビームＥＢ
は、アノード２によって加速され、さらに、電子レンズ
３によって集束されてステージ４上に載せられた試料５
に照射される。電子ビームＥＢは、走査信号発生器６か
ら走査信号が供給されるビーム走査器７によって走査さ
れる。試料５への電子ビームの照射によって発生した２
次電子は、２次電子検出器８によって検出され、検出信
号は制御装置９に供給される。制御装置９は、検出信号
をメモリ１０に記憶させたり、走査信号発生器６や電子
銃１の加速電源１１などを制御する。１２は走査信号発
生器６から電子ビームＥＢの走査信号と同期した走査信
号が供給されている陰極線管であり、陰極線管１２に
は、２次電子検出信号が輝度変調信号として供給され
る。このような構成の動作を次に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 13 shows a scanning electron microscope for carrying out the method according to the invention, where 1 is the electron gun of the scanning electron microscope, the electron beam EB generated by the electron gun 1.
Is accelerated by the anode 2 and further focused by the electron lens 3 to be mounted on the stage 4.
Is irradiated. The electron beam EB is scanned by the beam scanner 7 to which the scanning signal is supplied from the scanning signal generator 6. 2 generated by irradiating sample 5 with electron beam
Secondary electrons are detected by the secondary electron detector 8, and the detection signal is supplied to the control device 9. The control device 9 stores the detection signal in the memory 10 and controls the scanning signal generator 6 and the acceleration power supply 11 of the electron gun 1. Reference numeral 12 denotes a cathode ray tube to which a scanning signal synchronized with the scanning signal of the electron beam EB is supplied from the scanning signal generator 6, and the secondary electron detection signal is supplied to the cathode ray tube 12 as a brightness modulation signal. The operation of such a configuration will be described below.
【００２２】まず、制御装置９から加速電源１１を制御
し、電子ビームの加速電圧ＶＰを試料の表面の観察が可
能な加速電圧ＶＰＳとし、走査信号発生器６からの走査
信号により、試料５上で通常のラスタスキャン法にて所
定の視野内の走査を行う。この際、図８のモデルにおけ
るＶＰＳはＶＰ２であり、このＶＰ２が未知であれば、
予めテストセクションによってデータを得るなどの方法
により、ＶＰ２を知っておく必要がある。試料５への電
子ビームの照射によって発生した２次電子は、検出器８
によって検出され、その検出信号は、制御装置９に供給
され、メモリ１０に記憶されると共に、陰極線管１２に
供給される。この結果、陰極線管１２上には、試料５の
所定視野の２次電子像が得られる。First, the accelerating power supply 11 is controlled by the controller 9 to set the electron beam accelerating voltage V P to the accelerating voltage V PS at which the surface of the sample can be observed, and the scanning signal from the scanning signal generator 6 is used to scan the sample. Scanning within a predetermined visual field is performed on the substrate 5 by a normal raster scanning method. At this time, V PS in the model of FIG. 8 is V P2 , and if this V P2 is unknown,
It is necessary to know V P2 in advance by a method such as obtaining data by the test section. Secondary electrons generated by irradiating the sample 5 with the electron beam are detected by the detector 8
The detection signal is supplied to the control device 9, is stored in the memory 10, and is supplied to the cathode ray tube 12. As a result, a secondary electron image of the predetermined field of view of the sample 5 is obtained on the cathode ray tube 12.
【００２３】図１４は、このようにして得られた２次電
子像を示しており、コンタクトホールＨが整列して形成
されている。このコンタクトホールＨからは、前述した
理由により、信号電子が得られないので暗くなってい
る。このようなイメージデータは、制御装置９からメモ
リ１０に格納されると共に、コンタクトホールＨのう
ち、ｉ番目のホールＨｉの中心座標（Ｘｉ，Ｙｉ）、そ
のホールの直径ｄｉのデータが制御装置９により求めら
れる。この時、図１４の斜線を施したコンタクトホール
以外の試料表面は負に帯電し、像としては白く表示され
ている。ここで、ｉ番目のコンタクトホールＨｉの底部
を観察する場合、制御装置９から加速電源１１を制御
し、加速電圧ＶＰをホールの底部からの２次電子の取り
出しを可能とする加速電圧ＶＰＢとして、コンタクトホ
ールＨｉの座標に基づき、コンタクトホールＨｉ内を電
子ビームによるベクタスキャンにより走査する。コンタ
クトホールＨｉの電子ビームによる走査により、ホール
の底部の電位は逐次正から負に変化し、徐々に２次電子
の引き出しが可能な電位分布が形成される。すなわち、
図３〜５で示した電位分布がコンタクトホール内に実現
される。この結果、この第２の電子ビームの走査により
得られた２次電子に基づいて、コンタクトホールの底部
の観察が可能となる。なお、全体の像を見る場合には、
メモリ１０に記憶されている第１の電子ビーム走査に基
づく像信号と、第２の電子ビーム走査に基づく像信号と
を合成すれば良い。ここまでは、ｉ番目のコンタクトホ
ールの観察について述べたが、他のコンタクトホールに
ついても同様な方法により底部の観察を行うことができ
る。FIG. 14 shows the secondary electron image thus obtained, in which the contact holes H are formed in alignment. From this contact hole H, it is dark because signal electrons cannot be obtained for the above-mentioned reason. Such image data is stored in the memory 10 from the control device 9 and at the same time, data of the center coordinates (X i , Y i ) of the i-th hole H i of the contact hole H and the diameter d i of the hole. Is determined by the control device 9. At this time, the surface of the sample other than the shaded contact holes in FIG. 14 is negatively charged, and is displayed as an image in white. Here, when observing the bottom of the i-th contact hole H i , the accelerating power supply 11 is controlled from the control device 9 and the accelerating voltage V P is set to the accelerating voltage V that enables extraction of secondary electrons from the bottom of the hole. as PB, based on the coordinates of the contact hole H i, scanning the inside of the contact holes H i by the vector scanning by the electron beam. By scanning the contact hole Hi with the electron beam, the potential at the bottom of the hole sequentially changes from positive to negative, and a potential distribution is gradually formed in which secondary electrons can be extracted. That is,
The potential distribution shown in FIGS. 3 to 5 is realized in the contact hole. As a result, the bottom of the contact hole can be observed based on the secondary electrons obtained by the scanning of the second electron beam. If you want to see the whole picture,
The image signal based on the first electron beam scanning stored in the memory 10 and the image signal based on the second electron beam scanning may be combined. Up to this point, the observation of the i-th contact hole has been described, but the bottom of the other contact holes can be observed by the same method.
【００２４】上記した実施例では、まず、第１の加速電
圧ＶＰＳの電子ビームで試料上を走査し、次に所定の領
域を第２の加速電圧ＶＰＢの電子ビームで走査をし、全
体の像を得るようにしたが、適切なＶＰＳ，ＶＰＢや、
コンタクトホールの座標が予め明らかとなっていれば、
図１５に示すように電子ビームＥＢの走査を行っても良
い。すなわち、電子ビームの加速電圧をＶＰＳとして電
子ビームを走査し、電子ビームの照射位置がホールＨ部
分となったときには、その部分を走査する期間、加速電
圧をＶＰＢとする。図１６は、前述したδ−ＶＰ特性に
対して、ＶＰＳ＝１０００Ｖ、ＶＰＢ＝６００Ｖとし
て、図１５の走査を行ったときの５フレーム終了時の試
料表面の各点からの放出電子の軌道を示している。図９
と異なり、ＶＤ＝−１２Ｖ、ＶＢ＝−５９Ｖの電位分布
となり、コンタクトホールなどの凹部のある絶縁体試料
であっても、全面の観察が可能であることが確認でき
る。In the above-described embodiment, first, the sample is scanned with the electron beam having the first acceleration voltage V PS , and then the predetermined region is scanned with the electron beam having the second acceleration voltage V PB , and the whole area is scanned. I tried to get the image of V PS , V PB ,
If the coordinates of the contact hole are known in advance,
The electron beam EB may be scanned as shown in FIG. That is, when the electron beam is scanned with the accelerating voltage of the electron beam being V PS and the irradiation position of the electron beam is the hole H portion, the accelerating voltage is set to VPB during the scanning of that portion. FIG. 16 shows the emission electrons from each point on the sample surface at the end of 5 frames when the scan of FIG. 15 is performed with V PS = 1000 V and V PB = 600 V with respect to the above-described δ- VP characteristic. Shows the orbit. Figure 9
Unlike, V D = -12V, become potential distribution V B = -59V, even insulator sample with recesses such as contact holes, it can be confirmed that it is possible to the entire surface of the observation.
【００２５】以上本発明の実施例を詳述したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、上記説明では、
２〜数ｅＶの範囲の２次電子の代表値として、最も信号
量の大きな５ｅＶの電子を用い、また、計算の簡便さか
ら、最も単純な形状で、かつ、２種の材料を含む系につ
いてのシミュレーション結果を例示したが、複数個の複
雑な構成の絶縁体の複合する試料についても、本発明を
適用することができる。また、電子ビーム以外のイオン
ビームなどを試料に照射し、２次電子を放射して帯電現
象が生じる場合にも本発明を適用できる。Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above description,
As a representative value of secondary electrons in the range of 2 to several eV, an electron of 5 eV having the largest signal amount is used, and for the sake of simplicity of calculation, a system having the simplest shape and containing two kinds of materials is used. However, the present invention can also be applied to a sample in which a plurality of complex insulators are combined. The present invention can also be applied to the case where the sample is irradiated with an ion beam other than the electron beam and secondary electrons are emitted to cause a charging phenomenon.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく２
次電子像観察方法は、試料上の凹部と他の部分とを異な
った加速電圧の荷電粒子ビームで走査し、この走査に基
づいて得られた２次電子に基づいて試料の像を表示する
ようにしたので、半導体デバイスの製造過程において作
られたコンタクトホールなどの底部も鮮明に観察するこ
とができる。As described above, according to the present invention,
The secondary electron image observing method is such that the concave portion on the sample and other portions are scanned with charged particle beams having different acceleration voltages, and the image of the sample is displayed based on secondary electrons obtained based on this scanning. Therefore, it is possible to clearly observe the bottoms of contact holes and the like made in the manufacturing process of semiconductor devices.
【図１】シミュレーションの対象とするコンタクトホー
ルの構造を示す。FIG. 1 shows the structure of a contact hole to be simulated.
【図２】シミュレーションで求めた試料からの電子の軌
道を示す。FIG. 2 shows orbits of electrons from a sample obtained by simulation.
【図３】シミュレーションで求めた試料からの電子の軌
道を示す。FIG. 3 shows electron trajectories from a sample obtained by simulation.
【図４】シミュレーションで求めた試料からの電子の軌
道を示す。FIG. 4 shows orbits of electrons from a sample obtained by simulation.
【図５】シミュレーションで求めた試料からの電子の軌
道を示す。FIG. 5 shows orbits of electrons from a sample obtained by simulation.
【図６】シミュレーションで求めた試料からの電子の軌
道を示す。FIG. 6 shows orbits of electrons from a sample obtained by simulation.
【図７】電子がＡ′Ｃ′面に到達する，部分的に到達す
る，到達しない組み合わせを座標上にプロットして領域
分けを行った結果を示す。FIG. 7 shows a result obtained by plotting on the coordinates the combinations in which electrons reach the A′C ′ plane, partially reach them, and not reach them, and divide them into regions.
【図８】表面絶縁体Ｓ、底部絶縁体または低導電体Ｂの
２次電子放出特性の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of secondary electron emission characteristics of a surface insulator S, a bottom insulator or a low conductor B.
【図９】試料の各点からの放出電子の軌道を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing trajectories of emitted electrons from respective points of the sample.
【図１０】加速電圧の変化に対するＤ点とＢ点の電位の
変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in potentials at points D and B with respect to changes in acceleration voltage.
【図１１】２次電子放出特性δと加速電圧との関係を示
す図である。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a secondary electron emission characteristic δ and an acceleration voltage.
【図１２】２次電子放出特性δと加速電圧との関係を示
す図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a secondary electron emission characteristic δ and an acceleration voltage.
【図１３】本発明の方法を実施するための走査電子顕微
鏡の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a scanning electron microscope for carrying out the method of the present invention.
【図１４】図１３の走査電子顕微鏡で得られた２次電子
像を示す図である。14 is a diagram showing a secondary electron image obtained by the scanning electron microscope of FIG.
【図１５】本発明の他の実施例における電子ビームの走
査と加速電圧の変化との関係を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the relationship between electron beam scanning and changes in accelerating voltage according to another embodiment of the present invention.
【図１６】試料の各点からの放出電子の軌道を示す図で
ある。FIG. 16 is a diagram showing trajectories of emitted electrons from respective points of the sample.
１…電子銃 ２…アノード ３…電子レンズ ４…ステージ ５…試料 ６…走査信号発生器 ７…ビーム走査器 ８…２次電子検出器 ９…制御装置 １０…メモリ １１…加速電源 １２…陰極線管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun 2 ... Anode 3 ... Electron lens 4 ... Stage 5 ... Sample 6 ... Scanning signal generator 7 ... Beam scanner 8 ... Secondary electron detector 9 ... Control device 10 ... Memory 11 ... Acceleration power supply 12 ... Cathode ray tube
Claims (2)
速電圧の荷電粒子ビームで走査し、この走査に基づいて
得られた２次電子に基づいて試料の像を表示するように
した２次電子像観察方法。1. A concave portion on a sample and another portion are scanned with charged particle beams having different acceleration voltages, and an image of the sample is displayed based on secondary electrons obtained by this scanning. Secondary electron image observation method.
試料上を走査し、この走査に基づいて得られた２次電子
を検出するステップ、この検出信号を記憶するステッ
プ、記憶された信号に基づいて、信号の強度が特定強度
以下の領域に対し、第２の加速電圧の荷電粒子ビームに
より走査し、この走査に基づいて得られた２次電子を検
出するステップ、得られた２次電子信号に基づいて、走
査像を表示するステップより成る２次電子像観察方法。2. A step of scanning a sample with a charged particle beam of a first accelerating voltage, detecting secondary electrons obtained based on this scanning, a step of storing this detection signal, a stored signal On the basis of the step, a region where the signal intensity is equal to or lower than a specific intensity is scanned with a charged particle beam having a second acceleration voltage, and secondary electrons obtained based on this scanning are detected. A method for observing a secondary electron image, which comprises the step of displaying a scanning image based on a signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049340A JPH05251026A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Observation method for secondary electron image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049340A JPH05251026A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Observation method for secondary electron image |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251026A true JPH05251026A (en) | 1993-09-28 |
Family
ID=12828274
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251026A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011022024A (en) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Toshiba Corp | Pattern observation method |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4049340A patent/JPH05251026A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011022024A (en) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Toshiba Corp | Pattern observation method |
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