JP2779054B2 - 走査電子顕微鏡および２次電子像撮影方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超LSI回路の製造過程の検査に使用して好
適な走査電子顕微鏡と２次電子像あるいは反射電子像撮
影方法に関する。

（従来の技術） LSI回路の製造過程の検査の一つに走査電子顕微鏡に
よるレジストのコンタクトホールの外観検査がある。一
般に、径の小さな穴の中や底を観察することは、走査電
子顕微鏡の最も不得意とするところであるが、超LSIの
集積度が高まるにつれ、コンタクトホールの穴径は小さ
くなり、ますます走査電子顕微鏡で観察しにくいものと
なってきた。その一方では、コンタクトホールが微細で
あるがゆえに走査電子顕微鏡で観察したいという要求が
ある。このコンタクトホールは、下側の素子と上側の電
極を接続するための電極穴であるが、その底、つまり、
素子と接触する部分が正しい形状に貫通しているか、レ
ジストの残渣が残って不正な形状となっていないかが検
査対象となっている。

（発明が解決しようとする課題） 径が小さくて深いコンタクトホールで発生した２次電
子を検出する方法として、対物レンズの上方に２次電子
検出器を配置し、対物レンズを強磁場に励磁し、２次電
子を磁場に拘束して引っ張り上げる種類の走査電子顕微
鏡があり、コンタクトホールをかなり良く観察できるよ
うになってきた。しかしながら、この種の走査電子顕微
鏡では、２次電子を取り込むために対物レンズの穴径を
大きくしなければならないので、底面（試料に対向する
面）が平型の対物レンズを用いる必要があり、その結
果、試料の傾斜ができないという欠点がある。

試料の傾斜角が大きく取れる円錐状の対物レンズを有
し、試料と対物レンズの間に２次電子検出器を配置した
走査電子顕微鏡においては、コンタクトホールの底部ま
で２次電子検出器の電界の侵入が困難で、底部からの２
次電子信号強度が著しく弱くなり、ホールの上部と底の
コントラスト差が極端となる。従って、底部を観察しよ
うとして底部のコントラストを最適にしようとすると、
ホールの周囲が真っ白となり、ハレーションを起こして
しまう。また、反対に、ホールの上部を最適な明るさと
なるように調節すれば、底部は真黒となってしまい、そ
の底部の観察が不可能となる。このように、コンタクト
ホールの上部と底部とを同時に観察できるような最適な
コントラストを見付け出すことは、そのコントラスト差
があまりにも大きいため、非常に困難である。

なお、先願（特開昭64−43470号）に開示された発明
では、２次電子信号と試料の吸収電流とを加算した信号
を用いるようにしているが、吸収電流は、試料中を流れ
る電流を検出するために、検出までに時間遅れが生じ、
２次電子検出信号と吸収電流検出信号との間には、信号
の位相のずれが生じるという問題があり、この先願の発
明は、走査速度が遅い場合にしか適用できない。

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、コンタクトホールのように、径の小さいそし
て深いホール形状の底部と開口部の走査電子顕微鏡をコ
ントラスト良く得ることができる走査電子顕微鏡と２次
電子像撮影方法を実現するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に基づく走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料
上に集束する集束手段と、試料上で電子ビームを２次元
的に走査するための走査手段と、試料への電子ビームの
照射に基づいて発生した２次電子あるいは反射電子を検
出する検出器と、検出器からの検出信号の所定レベルよ
り低い信号を０レベルとする第１のクリップ回路と、検
出信号の強度を反転させる信号反転器と、信号反転器に
よって反転された信号の所定レベルより低い信号を０レ
ベルとする第２のクリップ回路と、第１と第２のクリッ
プ回路の出力信号を加算する加算器と、加算器の出力が
供給される表示手段とを備えたことを特徴としている。

本発明に基づく２次電子像撮影方法は、試料上で電子
ビームを走査し、その走査に基づいて得られた２次電子
あるいは反射電子を検出し、検出された信号を該走査と
同期した陰極線管に供給して陰極線管上に２次電子像あ
るいは反射電子像を表示し、該陰極線管上の２次電子像
あるいは反射電子像を写真フィルム上に撮影するように
した走査電子顕微鏡における２次電子像あるいは反射電
子像撮影方法において、同一写真フィルム上に、２次電
子あるいは反射電子検出信号に基づく像と、その検出信
号を反転した信号に基づく像の２種の像を重ね合わせて
撮影するようにしたことを特徴としている。

（作用） 本発明に基づく走査電子顕微鏡においては、２次電子
あるいは反射電子検出信号の所定レベル以下の信号強度
を０レベルにクリップした信号と、２次電子あるいは反
射電子検出信号を反転させ、その後所定レベル以下の信
号強度を０レベルにクリップした信号とを加算し、加算
した信号に基づいて試料像を表示する。

本発明に基づく２次電子像あるいは反射電子像撮影方
法においては、同一写真フィルム上に２次電子あるいは
反射電子検出信号に基づく像と、この２次電子あるいは
反射電子検出信号を反転した信号に基づく像とを重畳し
て撮影する。

（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。第１図は本発明の一実施例を示したもので、１は電
子銃である。該電子銃１から発生した電子ビームは、対
物レンズ２によって試料３上に細く集束される。該試料
３上の電子ビーム照射位置は、偏向コイル４に供給され
る信号に応じて変化させられる。該偏向コイル４には、
走査信号発生回路５から走査信号が供給される。該試料
３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６によって検出される。該検出器６によ
って検出された信号は、増幅器７によって増幅された
後、第１のクリップ回路８と信号反転器９に供給され
る。信号反転器９の出力信号は、第２のクリップ回路10
に供給される。第１と第２のクリップ回路の出力信号
は、加算増幅器11に供給された後、陰極線管12に供給さ
れる。このような構成の走査電子顕微鏡の動作は次の通
りである。

走査信号発生回路５から偏向コイル４には、試料３上
の特定範囲に２次元的に走査するための走査信号が供給
され、その結果、試料３に設けられたコンタクトホール
を含む領域は電子ビームによって走査される。第２図
（ａ）は、試料３に設けられたコンタクトホールＨを示
しており、シリコンで形成された基板Ｓ上にレジストＲ
が塗布され、その一部がエッチングによって穴が開けら
れ、コンタクトホールＨが形成されている。このコンタ
クトホールＨ上を電子ビームで直線状に走査すると、電
子ビームの照射に基づいて発生する２次電子は、検出器
６によって検出される。第２図（ｂ）は、この検出され
た２次電子信号を示している。この信号は増幅器７によ
って増幅され、第１のクリップ回路８と信号反転器10に
供給される。第１のクリップ回路８は、入力信号の特定
のレベル、例えば、最大信号値と最小信号値の中間のレ
ベルＬ以下の信号を０レベルとする。第２図（ｃ）は、
この第１のクリップ回路８の出力信号を示している。

信号反転器９に供給された信号は反転された後、第２
のクリップ回路10に供給され、所定のレベルＬ以下の信
号は０レベルとされ、第２図（ｄ）の信号が得られる。
第２図（ｃ）に示す第１のクリップ回路８の出力信号
と、第２図（ｄ）に示す第２のクリップ回路10の出力信
号は、加算増幅器11に供給されて加算され、第２図
（ｅ）の信号が得られる。この加算された第２図（ｅ）
の信号は、走査信号発生回路５から走査信号が供給され
ている陰極線管12に供給されることから、該陰極線管12
上には２次電子像が表示される。この２次電子像は、第
２図（ｅ）に示すように、コンタクトホールの底部から
の２次電子信号の輝度レベルと、コンタクトホールの周
辺部からの２次電子信号の輝度レベルとがほぼ等しくさ
れているので、コンタクトホールのエッジ部と底部の両
者を適切なコントラストで観察することができる。

第３図は、本発明の他の実施例における信号処理部分
の構成を示しており、第１図と同一部分は同一番号が付
されている。この実施例では、第２図（ｄ）に示す第２
のクリップ回路10の出力信号は、信号反転器13に供給さ
れた後、レベル加算器14に供給される。信号反転器13と
レベル加算器14においては、入力信号が反転され、適宜
直流分が加算されて第２図（ｆ）の信号が得られる。加
算増幅器11は、第２図（ｃ）の第１のクリップ回路８の
出力信号と、レベル加算器14の出力信号を加算し、第２
図（ｇ）の信号を出力する。この加算信号は、陰極線管
12に供給される。上記第２図（ｅ）の信号に基づく像
は、コンタクトホールの底部の白黒が反転した像となる
が、この第２図（ｇ）の信号に基づく像は、本来の白黒
状態の像となる。

第４図は、本発明に基づく２次電子像撮影方法を実施
するための構成図であり、第１図の装置と同一部分は同
一番号が付されている。２次電子検出信号を増幅する増
幅器７の出力信号は、スイッチ15に供給される。スイッ
チ15は、入力信号を切り替え、陰極線管12に直接供給し
たり、又は、入力信号を信号反転器９を介して陰極線管
12に供給する。陰極線管12の画面前面には、カメラ16が
配置されている。この構成における動作は次の通りであ
る。

まず、スイッチ15を図中実線の状態に切り替え、増幅
器７からの２次電子検出信号を陰極線管12に直接供給
し、２次電子像を陰極線管12上に表示する。この状態で
カメラ16を動作させ、陰極線管12の画面の像を撮影を行
う。この時、ポジ型の写真フィルムでは、白レベル以上
の明るい部分や黒レベル以下の暗い部分は、全て階調が
つぶされて白又は黒となってしまうことは周知の通りで
ある。従って、このことは、白又は黒レベルで映像信号
をクリップしたことと等価となる。つまり、コンタクト
ホールのエッジ部が最適なコントラスト，明るさになる
ように調節し、写真撮影を行えば、ホールの底部は黒い
ままで感光されないことになる。

次に、スイッチ15を切り替え、図中点線で示すように
２次電子検出信号を信号反転器９に供給し、反転させた
信号を陰極線管12に供給する。この時、陰極線管12に表
示された像は、入力信号が反転されているので、コンタ
クトホールの底部が明るく最適なコントラストで表示さ
れている。この陰極線管12に表示された像をカメラ16に
より、前回撮影した写真フィルム上に重ねて撮影を行
う。こうすることにより、前回未感光であったコンタク
トホールの底部が２回目の撮影で露光され、反対に、１
回目の撮影で感光されたコンタクトホールのエッジ部
は、信号が反転されてその強度が黒レベル以下となるの
で、この部分は２重露光されない。従って、２回撮影し
た写真フィルム上には、コンタクトホールのエッジ部と
底部との両方の部分の像が、適切なコントラストと明る
さで撮影される。なお、陰極線管12上に表示された像の
内、中間調の部分は、１回目と２回目の撮影により、２
重露光されることになるが、コンタクトホールの底部と
エッジ部に注目する撮影であるために、中間調の部分が
２重露光されても支障がない。

以上の説明は、２次電子検出信号を用いて述べてきた
が、本発明は、反射電子検出信号を用いる場合にも適用
できるものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に基づく走査電子顕微鏡
においては、２次電子あるいは反射電子検出信号の所定
レベル以下の信号強度を０レベルにクリップした信号
と、２次電子あるいは反射電子検出信号を反転させ、そ
の後所定レベル以下の信号強度を０レベルにクリップし
た信号とを加算し、加算した信号に基づいて試料像を表
示するようにしたので、コンタクトホールのように径の
小さいそして深い形状の底部と周辺部の両方の走査電子
顕微鏡像を同時にコントラスト良く観察することができ
る。また、２次電子あるいは反射電子検出信号を用いて
いるために、信号検出のレスポンスが速く、TV走査速度
のように高速の電子ビーム走査を行っても十分に対応す
ることができる。

本発明に基づく２次電子像あるいは反射電子像撮影方
法においては、同一写真フィルム上に２次電子あるいは
反射電子検出信号に基づく像と、この２次電子あるいは
反射電子検出信号を反転した信号に基づく像とを重畳し
て投影するようにしたので、コンタクトホールのように
径の小さいそして深いホール形状の底部と周辺部の両方
の走査電子顕微鏡像を１枚の写真フィルム上にコントラ
スト良く撮影することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく走査電子顕微鏡の構成図、第
２図は、本発明の実施例を説明するための信号波形図、
第３図は、本発明の他の実施例を示す図、第４図は、本
発明に基づく２次電子像撮影方法を実施するための構成
図である。 １……電子銃、２……対物レンズ ３……試料、４……偏向コイル ５……走査信号発生回路 ６……検出器、７……増幅器 8,10……クリップ回路 9,13……信号反転器 11……加算増幅器、12……陰極線管 14……レベル加算器、15……スイッチ 16……カメラ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを試料上に集束する集束手段
   と、試料上で電子ビームを２次元的に走査するための走
   査手段と、試料への電子ビームの照射に基づいて発生し
   た２次電子あるいは反射電子を検出する検出器と、検出
   器からの検出信号の所定レベルより低い信号を０レベル
   とする第１のクリップ回路と、検出信号の強度を反転さ
   せる信号反転器と、信号反転器によって反転された信号
   の所定レベルより低い信号を０レベルとする第２のクリ
   ップ回路と、第１と第２のクリップ回路の出力信号を加
   算する加算器と、加算器の出力が供給される表示手段と
   を備えた走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】試料上で電子ビームを走査し、その走査に
   基づいて得られた２次電子あるいは反射電子を検出し、
   検出された信号を該走査と同期した陰極線管に供給して
   陰極線管上に２次電子像あるいは反射電子像を表示し、
   該陰極線管上の２次電子像あるいは反射電子像を写真フ
   ィルム上に撮影するようにした走査電子顕微鏡における
   ２次電子像撮影方法において、同一写真フィルム上に、
   ２次電子あるいは反射電子検出信号に基づく像と、その
   検出信号を反転した信号に基づく像の２種の像を重ね合
   わせて撮影するようにした２次電子像撮影方法。