JP4005232B2 - 微細凹凸構造観察方法及び微細凹凸構造の被覆装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体基板の表面に形成した微細凹凸構造の形状を評価するための観察方法及びその観察のために使用される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板に形成されたホールパターンやトレンチパターンなどの凹パターンを評価するため、基板を切断してパターンの断面試料を作製し、その断面を直上から若しくはわずかに傾斜した位置から走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することが行われている。近時は微細回路のために凹凸構造が微細化する傾向にあり、微細な構造を観察するためにはＳＥＭの照射電流密度を大きくして観察倍率を高める必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＥＭにより断面を観察する場合、基板ａの表面に形成された凹凸構造を構成する物質が炭化水素ガスを吸着しやすい物質であったり、真空中の炭化水素ガス量が多いと、ＳＥＭからの電子線照射を受けた箇所の炭化水素ガスが分解され、その表面に析出するコンタミネーション現象が発生し、そのため図１に示すように、点線ｂで示した本来の形状よりも膨らんで観察され、本来の形状を見誤って正確な評価を行えない不都合があった。微細凹凸構造を観察するには、照射電流密度の大きい高倍率で観察する必要があり、そのためコンタミネーション現象が激しくなってしまう。
【０００４】
また、ＳＥＭは、測定表面に電子線を照射し、そこから反射してくる二次電子を信号として検出することにより観察するもので、その二次電子発生効率は測定表面の構成元素や凹凸状態によって決まり、一般には酸化物や白金、金の表面ではその効率が高く、突起が鋭いほど高くなり、平面がぶつかり合う稜線上（エッジ）では高くなるため、その発生効率が低い平面などの他の部分の観察条件に輝度を合わせると、エッジ等の発生効率の高い部分（図１のドットを付した部分）が光って見えなくなる欠点がある。輝度を下げてエッジ等の光りを小さくすると、該他の部分の観察が困難になる。
【０００５】
本発明は、走査電子顕微鏡で高倍率で正確に微細凹凸構造を評価するための観測方法を提案すること及びこの方法の実施に適した装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、基板の表面に形成された微細凹凸構造を該基板を截断して截断面から走査電子顕微鏡で観察する方法に於いて、その観察に先立ち該微細凹凸構造の表面を、該凹凸構造を構成する物質と異なる別物質で被覆しておき、その別物質の被覆を、上記微細凹凸構造の凹部のアスペクト比が大きくなるにつれ蒸発源から該凹部への蒸発物の入射角を大きくし、且つ基板をその面内で回転させながら行うことにより、該微細凹凸構造を高倍率で正確に観察してその評価を行うことの目的を達成した。該別物質にはＳｉ、Ｐｔ、ＴｉＡｇ又は導電性のある酸化物のいずれかを使用する。
【０００７】
この被覆には、真空容器の内部に設けた蒸発源と対向する基板ホルダーに、表面に微細凹凸構造を形成した基板を設け、該基板ホルダーを該真空容器の外部のモーターにより回転され且つ揺動自在の回転軸に取り付けて該基板にその表面内の回転を与えると共に該蒸発源から該表面への蒸発物の入射角度を調整した被覆装置を使用することにより、微細凹凸構造の凹部の内部にまで上記別物質を埋め込みできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を別紙図面のシリコン基板等の半導体デバイスの基板に形成したコンタクトホールを評価する場合につき説明すると、図２に於いて、符号１は基板２の表面に形成された直径５００ナノメータ、深さ１０００ナノメータ、即ちアスペクト比が２のコンタクトホールからなる微細凹凸構造を示し、その形状を評価するため、該基板２を微細凹凸構造１を横断してその深さ方向に切断し、その断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察する。
【０００９】
該微細凹凸構造１がそのままの状態であると、その表面を構成する物質が炭化水素ガスを吸着しやすい物質であったり、観察のために基板２を設置した真空中に炭化水素ガスが混入しているときには、ＳＥＭの電子線の照射を受ける微細凹凸構造１の表面に炭化水素が析出して形状の評価を妨げ、該微細凹凸構造１のエッジ部がそこからの二次電子の放出により光り輝いてこれもまた評価の妨げになるが、その観察に先立ち、該微細凹凸構造１の表面をその凹部１ａの内面を含めて該微細凹凸構造１を構成する物質と異なる別物質３で被覆しておき、これを截断してその截断端面を観察することにより、このような妨げを排して図２に示したように正確な形状を観察できる。尚、この被覆は該凹部１ａを埋めてしまうような被覆であっても良い。
【００１０】
該別物質３としては、基板２と共に截断されやすくするためと電子線の照射を受けて多くの二次電子を放出できるように、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｇ、導電性のある酸化物などが選択される。また、その被覆を満遍なく行うためには、微細凹凸構造１の微細な凹部１ａにまで該別物質３の粒子を進入させる必要があり、これの可能な方法として湿式メッキ法或いは蒸着法があるが、湿式メッキ法は表面が酸化されやすい場合には表面を酸化変質させてしまうので、乾式の蒸着法が好ましい。蒸着法で被覆する場合、基板２をその表面内で回転させて均一性のある蒸着を行い、その際、該微細凹凸構造１の凹部１ａのアスペクト比が小さいときは、蒸発源から飛来する蒸発物の入射軸線に対して基板２の表面を大きく傾斜させ、そのアスペクト比が大きいときはその入射角度を小さくし、入射角度の調整で蒸発源からの金属粒子等の直進性のある粒子を凹部１ａ内へ導入してその内部が被覆されるようにした。アスペクト比と入射角度の関係を、次表の通りとすると、微細な凹部１ａの奥に均一な被覆を行えることが分かった。尚、スパッタリング法では、スパッタガスによりスパッタ粒子が散乱するため微細な凹部の内面を被覆することができない。
【００１１】
【表１】
【００１２】
この蒸着法による被覆を行うため、図３に示したような、真空ポンプに連なる真空排気口４を備えた真空容器５の内部に蒸発源６を設け、基板ホルダー７に表面に微細凹凸構造を形成した基板２を取り付けしてその表面を該蒸発源６に対向させ、該基板ホルダー７を該真空容器５の外部のモーター８により回転され且つ揺動自在の回転軸９に取り付けした装置を使用した。図示の例では、該回転軸９を紙面方向の支軸１０により揺動自在に支持したプレート１１に気密に挿通し、該プレート１１と真空容器５に該回転軸９を囲んだベローズ１２の両端を気密に取り付け、該回転軸９の回転とプレート１１の揺動により該基板２に面内の回転と入射角度の調整を行うようにした。該プレート１１は回転軸９の回転中でも揺動可能であり、その側方には図４に明示した目盛りを有する入射角度のインジケータ１３を設けた。
【００１３】
【実施例】
基板２の表面にＴｉＮで覆われた直径５００ナノメータ、深さ１０００ナノメータの凹部１ａからなる微細凹凸構造１を形成し、その形状の評価をＳＥＭにより行うに先立ち該微細凹凸構造１に図３の装置により別物質３としてＰｔを１００ナノメータの厚さで被覆した。このあと基板２を該凹部１ａを縦断する位置で切断し、その断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭの倍率は１０００００倍、電流値は１×１０-11アンペアで、その微細凹凸構造１には多少の炭化水素ガスを含むものであったが、その観察時には、微細凹凸構造１の部分が別物質３のＰｔで覆われているため、炭化水素ガスの析出もなく、該別物質３がそのエッジからの二次電子で輝くが、微細凹凸構造１の表面形状は図２のように明確に観察できた。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、ＳＥＭで基板の微細凹凸構造を観察するに先立ち、該微細凹凸構造を、これ構成する物質とは別物質で被覆したのち観察するので、その表面形状を析出物やエッジの光輝に妨げられることなく観察でき、形状の評価を正確に行える効果があり、真空容器の内部の蒸発源に対向して回転と揺動自在の基板ホルダーを設け、これに基板を取り付けることにより、該微細凹凸構造に別物質を被覆でき、本発明の方法を適切に実施できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の微細凹凸構造のＳＥＭ観察状態の説明図
【図２】本発明の方法により観察される微細凹凸構造の説明図
【図３】本発明の方法に使用した被覆装置の截断側面図
【図４】図３のインジケータの説明図
【符号の説明】
１ 微細凹凸構造、１ａ 凹部、２ 基板、３ 別物質、５ 真空容器、６ 蒸発源、７ 基板ホルダー、８ モーター、９ 回転軸、
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体基板の表面に形成した微細凹凸構造の形状を評価するための観察方法及びその観察のために使用される装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板に形成されたホールパターンやトレンチパターンなどの凹パターンを評価するため、基板を切断してパターンの断面試料を作製し、その断面を直上から若しくはわずかに傾斜した位置から走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することが行われている。近時は微細回路のために凹凸構造が微細化する傾向にあり、微細な構造を観察するためにはＳＥＭの照射電流密度を大きくして観察倍率を高める必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＥＭにより断面を観察する場合、基板ａの表面に形成された凹凸構造を構成する物質が炭化水素ガスを吸着しやすい物質であったり、真空中の炭化水素ガス量が多いと、ＳＥＭからの電子線照射を受けた箇所の炭化水素ガスが分解され、その表面に析出するコンタミネーション現象が発生し、そのため図１に示すように、点線ｂで示した本来の形状よりも膨らんで観察され、本来の形状を見誤って正確な評価を行えない不都合があった。微細凹凸構造を観察するには、照射電流密度の大きい高倍率で観察する必要があり、そのためコンタミネーション現象が激しくなってしまう。
【０００４】
また、ＳＥＭは、測定表面に電子線を照射し、そこから反射してくる二次電子を信号として検出することにより観察するもので、その二次電子発生効率は測定表面の構成元素や凹凸状態によって決まり、一般には酸化物や白金、金の表面ではその効率が高く、突起が鋭いほど高くなり、平面がぶつかり合う稜線上（エッジ）では高くなるため、その発生効率が低い平面などの他の部分の観察条件に輝度を合わせると、エッジ等の発生効率の高い部分（図１のドットを付した部分）が光って見えなくなる欠点がある。輝度を下げてエッジ等の光りを小さくすると、該他の部分の観察が困難になる。
【０００５】
本発明は、走査電子顕微鏡で高倍率で正確に微細凹凸構造を評価するための観測方法を提案すること及びこの方法の実施に適した装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、基板の表面に形成された微細凹凸構造を該基板を截断して截断面から走査電子顕微鏡で観察する方法に於いて、その観察に先立ち該微細凹凸構造の表面を、該凹凸構造を構成する物質と異なる別物質で被覆しておき、その別物質の被覆を、上記微細凹凸構造の凹部のアスペクト比が大きくなるにつれ蒸発源から該凹部への蒸発物の入射角を大きくし、且つ基板をその面内で回転させながら行うことにより、該微細凹凸構造を高倍率で正確に観察してその評価を行うことの目的を達成した。該別物質にはＳｉ、Ｐｔ、ＴｉＡｇ又は導電性のある酸化物のいずれかを使用する。
【０００７】
この被覆には、真空容器の内部に設けた蒸発源と対向する基板ホルダーに、表面に微細凹凸構造を形成した基板を設け、該基板ホルダーを該真空容器の外部のモーターにより回転され且つ揺動自在の回転軸に取り付けて該基板にその表面内の回転を与えると共に該蒸発源から該表面への蒸発物の入射角度を調整した被覆装置を使用することにより、微細凹凸構造の凹部の内部にまで上記別物質を埋め込みできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を別紙図面のシリコン基板等の半導体デバイスの基板に形成したコンタクトホールを評価する場合につき説明すると、図２に於いて、符号１は基板２の表面に形成された直径５００ナノメータ、深さ１０００ナノメータ、即ちアスペクト比が２のコンタクトホールからなる微細凹凸構造を示し、その形状を評価するため、該基板２を微細凹凸構造１を横断してその深さ方向に切断し、その断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察する。
【０００９】
該微細凹凸構造１がそのままの状態であると、その表面を構成する物質が炭化水素ガスを吸着しやすい物質であったり、観察のために基板２を設置した真空中に炭化水素ガスが混入しているときには、ＳＥＭの電子線の照射を受ける微細凹凸構造１の表面に炭化水素が析出して形状の評価を妨げ、該微細凹凸構造１のエッジ部がそこからの二次電子の放出により光り輝いてこれもまた評価の妨げになるが、その観察に先立ち、該微細凹凸構造１の表面をその凹部１ａの内面を含めて該微細凹凸構造１を構成する物質と異なる別物質３で被覆しておき、これを截断してその截断端面を観察することにより、このような妨げを排して図２に示したように正確な形状を観察できる。尚、この被覆は該凹部１ａを埋めてしまうような被覆であっても良い。
【００１０】
該別物質３としては、基板２と共に截断されやすくするためと電子線の照射を受けて多くの二次電子を放出できるように、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｇ、導電性のある酸化物などが選択される。また、その被覆を満遍なく行うためには、微細凹凸構造１の微細な凹部１ａにまで該別物質３の粒子を進入させる必要があり、これの可能な方法として湿式メッキ法或いは蒸着法があるが、湿式メッキ法は表面が酸化されやすい場合には表面を酸化変質させてしまうので、乾式の蒸着法が好ましい。蒸着法で被覆する場合、基板２をその表面内で回転させて均一性のある蒸着を行い、その際、該微細凹凸構造１の凹部１ａのアスペクト比が小さいときは、蒸発源から飛来する蒸発物の入射軸線に対して基板２の表面を大きく傾斜させ、そのアスペクト比が大きいときはその入射角度を小さくし、入射角度の調整で蒸発源からの金属粒子等の直進性のある粒子を凹部１ａ内へ導入してその内部が被覆されるようにした。アスペクト比と入射角度の関係を、次表の通りとすると、微細な凹部１ａの奥に均一な被覆を行えることが分かった。尚、スパッタリング法では、スパッタガスによりスパッタ粒子が散乱するため微細な凹部の内面を被覆することができない。
【００１１】
【表１】
この蒸着法による被覆を行うため、図３に示したような、真空ポンプに連なる真空排気口４を備えた真空容器５の内部に蒸発源６を設け、基板ホルダー７に表面に微細凹凸構造を形成した基板２を取り付けしてその表面を該蒸発源６に対向させ、該基板ホルダー７を該真空容器５の外部のモーター８により回転され且つ揺動自在の回転軸９に取り付けした装置を使用した。図示の例では、該回転軸９を紙面方向の支軸１０により揺動自在に支持したプレート１１に気密に挿通し、該プレート１１と真空容器５に該回転軸９を囲んだベローズ１２の両端を気密に取り付け、該回転軸９の回転とプレート１１の揺動により該基板２に面内の回転と入射角度の調整を行うようにした。該プレート１１は回転軸９の回転中でも揺動可能であり、その側方には図４に明示した目盛りを有する入射角度のインジケータ１３を設けた。
【００１３】
【実施例】
基板２の表面にＴｉＮで覆われた直径５００ナノメータ、深さ１０００ナノメータの凹部１ａからなる微細凹凸構造１を形成し、その形状の評価をＳＥＭにより行うに先立ち該微細凹凸構造１に図３の装置により別物質３としてＰｔを１００ナノメータの厚さで被覆した。このあと基板２を該凹部１ａを縦断する位置で切断し、その断面をＳＥＭで観察した。ＳＥＭの倍率は１０００００倍、電流値は１×１０-11アンペアで、その微細凹凸構造１には多少の炭化水素ガスを含むものであったが、その観察時には、微細凹凸構造１の部分が別物質３のＰｔで覆われているため、炭化水素ガスの析出もなく、該別物質３がそのエッジからの二次電子で輝くが、微細凹凸構造１の表面形状は図２のように明確に観察できた。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、ＳＥＭで基板の微細凹凸構造を観察するに先立ち、該微細凹凸構造を、これ構成する物質とは別物質で被覆したのち観察するので、その表面形状を析出物やエッジの光輝に妨げられることなく観察でき、形状の評価を正確に行える効果があり、真空容器の内部の蒸発源に対向して回転と揺動自在の基板ホルダーを設け、これに基板を取り付けることにより、該微細凹凸構造に別物質を被覆でき、本発明の方法を適切に実施できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の微細凹凸構造のＳＥＭ観察状態の説明図
【図２】本発明の方法により観察される微細凹凸構造の説明図
【図３】本発明の方法に使用した被覆装置の截断側面図
【図４】図３のインジケータの説明図
【符号の説明】
１ 微細凹凸構造、１ａ 凹部、２ 基板、３ 別物質、５ 真空容器、６ 蒸発源、７ 基板ホルダー、８ モーター、９ 回転軸、
Claims (3)
- 基板の表面に形成された微細凹凸構造を該基板を截断して截断面から走査電子顕微鏡で観察する方法に於いて、その観察に先立ち該微細凹凸構造の表面を、該凹凸構造を構成する物質と異なる別物質で被覆しておき、その別物質の被覆を、上記微細凹凸構造の凹部のアスペクト比が大きくなるにつれ蒸発源から該凹部への蒸発物の入射角を大きくし、且つ基板をその面内で回転させながら行うことを特徴とする請求項２に記載の微細凹凸構造観察方法
- 上記別物質は、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｇ又は導電性のある酸化物のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の微細凹凸構造観察方法。
- 真空容器の内部に設けた蒸発源と対向する基板ホルダーに、表面に微細凹凸構造を形成した基板を設け、該基板ホルダーを該真空容器の外部のモーターにより回転され且つ揺動自在の回転軸に取り付けて該基板にその表面内の回転を与えると共に該蒸発源から該表面への蒸発物の入射角度を調整したことを特徴とする微細凹凸構造の被覆装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24054498A JP4005232B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 微細凹凸構造観察方法及び微細凹凸構造の被覆装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24054498A JP4005232B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 微細凹凸構造観察方法及び微細凹凸構造の被覆装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065701A JP2000065701A (ja) | 2000-03-03 |
| JP4005232B2 true JP4005232B2 (ja) | 2007-11-07 |
Family
ID=17061117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24054498A Expired - Lifetime JP4005232B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 微細凹凸構造観察方法及び微細凹凸構造の被覆装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4005232B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5374660B1 (ja) * | 2013-05-17 | 2013-12-25 | 株式会社真空デバイス | 電子顕微鏡で観察する観察試料およびその作成方法、並びに観察方法 |
-
1998
- 1998-08-26 JP JP24054498A patent/JP4005232B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000065701A (ja) | 2000-03-03 |
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