JP2000260380A

JP2000260380A - 電子ビーム検査装置

Info

Publication number: JP2000260380A
Application number: JP11065657A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 敏幸鈴木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】走査形電子顕微鏡などの電子ビーム検査装置
において、微細なパターンの形状観察や寸法検査を可能
とする。【解決手段】プロセッサ部２６では、二次電子検出器
１６及び反射電子検出器１７で検出されたそれぞれ信号
に対して所定の信号処理を施してそれぞれの電子画像を
作成し、さらに２つの電子画像の重ね合わせて合成の電
子画像を作成する。このとき、合成する各信号量の比率
を試料６の表面形状に応じて変更し、この変更した信号
量に基づいて電子画像を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子ビーム検査
装置に関し、詳しくはＬＳＩなどの半導体装置の表面形
状の観察や検査に用いられる走査形電子顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走査形電子顕微鏡などに代表される電子
ビーム検査装置では、電子ビームを電磁的に集束して試
料表面に照射し、その照射部位から放出される二次電子
に基づいて試料表面の電子画像を作成している。このよ
うな電子画像をもとに試料表面に形成されたパターンの
形状観察や寸法検査を行うには、電子画像が鮮明である
ことが求められる。そのためには電子ビームの合焦点位
置を正確に設定することが必要となる。

【０００３】従来の一般的な電子ビーム検査装置には、
自動的な焦点合わせ機構が備えられている。この焦点合
わせは、以下の手順で行われる。まず、電子ビームを集
束させた状態で試料表面上を試料と直交する方向に走査
し、各位置における二次電子の信号量を検出して、信号
量を積算する。次に各位置における信号量の積算値を比
較して、最大値が得られた時の位置を合焦点位置と判断
し、電子ビームがその位置で集束するように電磁的な集
束装置に印加する励磁電流を設定する。こうした焦点合
わせの作業により、鮮明な電子画像を得ることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料表
面の形状によっては、電子ビームの照射により検出され
る二次電子の信号量が少なくなることがある。例えば、
試料表面上の穴パターン底面部に電子ビームを照射する
と、二次電子は穴内部の側壁に吸収されてしまうため、
底面部からの二次電子の信号量は他の部分に比べて少な
くなる。したがって、穴パターン底面部では最適な合焦
点位置を設定することが難しく、また得られる電子画像
も不鮮明なものとなり、形状観察や寸法検査は困難なも
のとなっていた。とくに、微細なパターンにおける形状
観察は極めて困難であり、今後パターンの微細化が進む
につれて、ますます形状観察は困難になるものと予想さ
れている。

【０００５】この発明の目的は、微細なパターンの形状
観察や寸法検査が可能な電子ビーム検査装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の電子ビーム検査装置は、電子ビームを発
生する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から
放射された電子ビームを集束して試料に照射する電子ビ
ーム集束部と、電子ビームが照射された試料から放出さ
れた二次電子の強度を信号量として検出する二次電子検
出部と、電子ビームが照射された試料から放出された反
射電子の強度を信号量として検出する反射電子検出部
と、前記二次電子検出部及び反射電子検出部で検出され
た各電子の信号量に基づいて試料の電子画像を作成する
画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記二次電子
検出部及び反射電子検出部で検出した各電子の信号量の
比率を前記試料の表面形状に応じて変更し、この変更し
た信号量に基づいて試料の電子画像を作成するものであ
ることを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の電子ビーム検査装置は、
請求項１において、前記画像処理部が、試料の表面形状
が穴パターンの場合、穴底部では反射電子の信号量が二
次電子の信号量より大きくなるように比率を変更し、ま
た穴外部では二次電子の信号量が反射電子の信号量より
大きくなるように比率を変更することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わる電子ビー
ム検査装置を走査型電子顕微鏡に適用した場合の実施形
態について説明する。

【０００９】図１は、この実施形態に係わる走査型電子
顕微鏡の概略構成図である。この走査型電子顕微鏡１０
は大別すると、電子ビーム発生部１、電子ビーム集束部
２、電子検出部３、画像処理部４から構成されている。

【００１０】電子ビーム発生部１は、陰極１１と陽極１
２との間に印加される電圧により電子ビーム５を発生す
る。電子ビーム発生部１で発生した電子ビーム５は、試
料６に向けて放射される。

【００１１】電子ビーム集束部２は、集束レンズ１３、
偏向コイル１４及び対物レンズ１５から構成される電磁
的な集束／偏向装置である。電子ビーム発生部１から放
射された電子ビーム５は、集束レンズ１３と対物レンズ
１５により集束されて試料６上に照射される。試料６上
に照射された電子ビーム５は、偏向コイル１４により試
料６上を二次元的に走査される。集束レンズ１３、偏向
コイル１４及び対物レンズ１５は、図示しない制御回路
により制御されている。

【００１２】電子検出部３は、二次電子検出器１６、反
射電子検出器１７、増幅器１８、１９、Ａ／Ｄ変換器２
０、２１により構成されている。

【００１３】二次電子検出器１６は、電子ビーム５が照
射された試料６から放出された二次電子の強度を信号量
として検出する。反射電子検出器１７は、電子ビーム５
が照射された試料６から放出された反射電子の強度を信
号量として検出する。これらの検出器は、捕捉した電子
の強度を信号の大小に置き換えるもので、電子の強度は
信号量の大小として検出される。以下、検出された信号
を必要に応じて二次電子信号、反射電子信号という。二
次電子検出器１６、反射電子検出器１７で検出されたそ
れぞれの信号は、増幅器１８、１９で増幅された後、Ａ
／Ｄ変換器２０、２１によりデジタルの信号に変換され
て、画像処理部４へ送られる。

【００１４】画像処理部４は、入力部２２、表示部２
３、主メモリ２４、データメモリ２５、プロセッサ部２
６及びデータバス２７から構成されている。

【００１５】入力部２２は、ユーザが装置に対して各種
のデータや制御情報などを入力するための入力装置であ
り、例えばキーボードやマウスなどで構成されている。
これらキーボードやマウスなどから入力されたデータや
制御情報は、データバス２７を通じてプロセッサ部２６
へ送られる。

【００１６】表示部２３は、ＣＲＴなどのディスプレイ
装置から構成される。表示部２３では、プロセッサ部２
６で所定の信号処理を施された画像データによる電子画
像や、試料上に形成されたパターンの寸法データなどを
表示する。表示部２３での画像表示は、図示しない表示
制御部で制御されている。

【００１７】主メモリ２４は、ＲＡＭなどのメモリで構
成され、キーボードやマウスなどから入力されたデータ
や制御情報を一時的に記憶する。

【００１８】データメモリ２５は、電子検出部３で検出
された二次電子信号及び反射電子信号を画像データとし
て記憶するほか、プロセッサ部２６で所定の信号処理が
施された画像データを記憶する。

【００１９】プロセッサ部２６は、ＣＰＵ及びその周辺
回路により構成される中央処理装置である。プロセッサ
部２６は、所定の制御プログラムに従って上記各部の動
作を制御するとともに、画像データに対して所定の信号
処理を施して電子画像を形成する。信号処理された画像
データは、表示部２３のディスプレイ装置により電子画
像として表示される。なお、画像データは試料６上にお
ける電子ビームの走査と同期して走査されているディス
プレイ装置の輝度変調入力信号に加えられて表示され
る。

【００２０】プロセッサ部２６では、二次電子検出器１
６及び反射電子検出器１７で検出されたそれぞれ信号に
対して所定の信号処理を施して電子画像を作成するとと
もに、２つの電子画像の重ね合わせて合成の電子画像を
作成する。このとき、合成する各信号量の比率を試料６
の表面形状に応じて変更し、この変更した信号量に基づ
いて電子画像を作成する。

【００２１】例えば、試料６の表面形状が穴パターンの
場合は、底面部（穴底部）では反射電子の信号量が二次
電子の信号量より大きくなるように比率を変更し、表面
部（穴外部）では二次電子の信号量が反射電子の信号量
より大きくなるように比率を変更する。信号量の比率は
以下のような手法により変更することができる。

【００２２】（１）二次電子信号に基づいて作成された
電子画像と、反射電子信号に基づいて作成された電子画
像をディスプレイ装置上に表示する。ユーザは、表示さ
れた電子画像を見ながら信号量の比率を指定する。

【００２３】（２）穴パターンの開口径／深さの組み合
わせに応じて、信号量の比率をあらかじめ複数用意して
おき、実際の穴パターンの開口径／深さの値に応じて最
適な信号量の比率をプロセッサ部２６が自動的に選択し
て設定する。

【００２４】（３）合成した電子画像が最適な画像とな
るように、プロセッサ部２６が信号量の比率を自動的に
変更する。

【００２５】ユーザは、実際に表示された電子画像や試
料の形状などを考慮して、上記（１）〜（３）の中か
ら、最適と考えられる一つの手法を選択する。なお、あ
らかじめ一つの手法で信号量の比率が設定されるように
構成することもできる。

【００２６】次に、上記走査型電子顕微鏡１０による電
子画像作成の処理手順を、図２のフローチャートを参照
しながら説明する。

【００２７】まず、電子ビーム５を試料６に照射し、二
次電子検出器１６及び反射電子検出器１７で二次電子信
号、反射電子信号を検出する（ステップ１０１）。次
に、検出したこれらの信号をデータメモリ２５へ記憶す
る（ステップ１０２）。次に、プロセッサ部２６は、二
次電子信号及び反射電子信号に対して所定の信号処理を
施し、それぞれ個別の電子画像を作成する（ステップ１
０３）。このとき作成された電子画像は表示部２３に表
示される。

【００２８】次に、ユーザは表示された電子画像を見な
がら、上記（１）〜（３）の手法の中から、最適と考え
られる一つの手法を選択し、その手法の指示を入力部２
２を通じて入力する（ステップ１０４）。プロセッサ部
２６は、ユーザにより指定又は自動的に設定された信号
量の比率に基づいて二次電子信号及び反射電子信号の信
号量の比率を変更する（ステップ１０５）。次に、変更
された信号量の比率に基づいて、２つの電子画像を重ね
合わせて合成の電子画像を作成する（ステップ１０
６）。このとき作成された電子画像は表示部２３に表示
される。ユーザは、表示された電子画像が適切でないと
判断したときは、ステップ１０３の処理に戻り、他の手
法を選択して、入力部２２から入力する。

【００２９】次に、信号量の比率を変更した場合の具体
例について説明する。

【００３０】この例では、試料６の表面上に穴パターン
としてコンタクトホールを形成した。穴パターンの寸法
は、開口径０．３５μｍ、深さ０．８５μｍであった。
信号量の比率は以下のように設定した。

【００３１】実施例１（従来例）穴パターンの底面部二次電子：反射電子＝１．０：０穴パターンの表面部二次電子：反射電子＝１．０：０実施例２（本発明）穴パターンの底面部二次電子：反射電子＝０．１：
０．９穴パターンの表面部二次電子：反射電子＝０．９：
０．１上記実施例１と実施例２について、それぞれ電子画像を
作成し、形状観察が可能かどうかを判定した。この結
果、実施例１で得られた電子画像では、穴パターンの表
面部（開口部周辺）の画像は良好であったが、底面部の
画像は不鮮明であるために、形状観察は困難であった。
これは、底面部から放出された二次電子が穴内部の側壁
に吸収されてしまい、穴内部の凹凸に関する情報が得ら
れていないためと考えられる。一方、実施例２で得られ
た電子画像では、穴パターンの表面部及び底面部ともに
画像は良好であり、形状観察が可能であった。これは、
直進性に優れる反射電子が穴内部の側壁で吸収されるこ
となく検出されたことにより、穴内部の凹凸に関する情
報が得られたためと考えられる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係わる
電子ビーム検査装置においては、二次電子検出部及び反
射電子検出部で検出した各電子の信号量の比率を試料の
表面形状に応じて変更し、この変更した信号量に基づい
て試料の電子画像を作成するようにしたので、二次電子
を検出しにくい穴パターン底面部からも内部の凹凸に関
する情報を得ることができる。これによれば、穴パター
ン底面部で最適な合焦点位置の設定することができるよ
うになり、穴パターン表面部、底面部ともに良好な画像
を作成することができる。このため、試料上に形成され
た微細な穴パターンの形状観察や寸法検査が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係わる走査型電子顕微鏡の概略構成
図。

【図２】実施形態に係わる走査型電子顕微鏡による電子
画像作成の処理手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１電子ビーム発生部２電子ビーム集束部３電子検出部４画像処理部５電子ビーム１１走査型電子顕微鏡１６二次電子検出器１７反射電子検出器２６プロセッサ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F067 AA54 BB04 CC15 HH06 JJ05 KK04 KK08 LL00 QQ02 RR36 RR40 SS13 5C033 NN01 NN02 NP06 NP08 UU04 UU06 UU08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを発生する電子ビーム発生部
と、この電子ビーム発生部から放射された電子ビームを
集束して試料に照射する電子ビーム集束部と、電子ビー
ムが照射された試料から放出された二次電子の強度を信
号量として検出する二次電子検出部と、電子ビームが照
射された試料から放出された反射電子の強度を信号量と
して検出する反射電子検出部と、前記二次電子検出部及
び反射電子検出部で検出された各電子の信号量に基づい
て試料の電子画像を作成する画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記二次電子検出部及び反射電子検
出部で検出した各電子の信号量の比率を前記試料の表面
形状に応じて変更し、この変更した信号量に基づいて試
料の電子画像を作成するものであることを特徴とする電
子ビーム検査装置。
【請求項２】前記画像処理部は、試料の表面形状が穴
パターンの場合、穴底部では反射電子の信号量が二次電
子の信号量より大きくなるように比率を変更し、また穴
外部では二次電子の信号量が反射電子の信号量より大き
くなるように比率を変更することを特徴とする請求項１
記載の電子ビーム検査装置。