JPH09185949A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像中の明るい領域あるいは暗い領域の微細構
造を見やすく表示することができる走査電子顕微鏡を実
現する。 【解決手段】 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、広帯域増幅器８とローパス
フィルター９に供給される。ローパスフィルター９を通
過した信号は増幅器１０によって増幅される。広帯域増
幅器８の出力信号と増幅器１０によって増幅されたロー
パスフィルター９の出力信号とは、引算回路１１に供給
される。この結果、像中の明るい領域と暗い領域との信
号強度レベルが接近するため、引算回路１１の出力信号
を陰極線管１２に供給して試料像を表示すれば、コンタ
クトホールの底の部分のコントラストを上げるように信
号処理を行っても、その他の部分の明るさが飽和し、画
面が見ずらくなるような問題は解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査電子顕微鏡像
中の明るい部分あるいは暗い部分の微細構造を観察する
ことができる走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、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、反射電子、ある
いはＸ線などを検出している。例えば、２次電子像を得
る場合、電子銃から発生し加速された電子ビームは、コ
ンデンサレンズと対物レンズとによって試料上に細く集
束される。更に電子ビームは、走査コイルによって試料
２上で２次元的に走査される。試料への電子ビームの照
射によって発生した２次電子は、２次電子検出器によっ
て検出される。２次電子検出器は、通常、２次電子の入
射によって光を発生するシンチレータ、シンチレータか
らの光を伝達するライトガイド、光の入射に応じて光電
子を発生する光電変換面、光電子を増幅して検出する光
電子増倍管等により構成されている。

【０００３】検出器によって検出された信号は増幅され
て陰極線管に輝度変調信号として供給される。陰極線管
は走査コイルによる試料上の２次元走査と同期してお
り、その結果、陰極線管には試料の走査２次電子像が表
示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した走査電子顕微
鏡において、明るい領域の詳細、もしくは、暗い領域の
詳細（微細構造）を見たいという要望がある。例えば、
半導体デバイス製造過程で形成されたコンタクトホール
の穴の底の詳細を観察したいという場合、必然的に穴の
底のコントラストを上げることになる。この場合、穴の
底は暗いため、穴の底のコントラストを上げるように信
号の処理を行うと、その他の部分の明るさが飽和し、画
面は見づらいものとなる。

【０００５】この対策として、陰極線管に供給されるビ
デオ信号と像の明るさを調整する、良く知られたガンマ
補正を行ったり、ビデオ信号の直流分をカットする微分
回路などが使用されている。しかしながら、ガンマ補正
では、十分に明るさが補正できない場合が多く、また、
微分回路で信号処理すると、信号の変化が強調され過ぎ
てしまい、オリジナルな信号の明暗とは異なるコントラ
ストが発生し、実態に即した像の観察が不可能となる。

【０００６】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、像中の明るい領域あるいは暗い領
域の微細構造を見やすく表示することができる走査電子
顕微鏡を実現するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
走査電子顕微鏡は、電子ビームを試料上に集束するため
の集束レンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走査
するための走査手段と、試料への電子ビームの照射によ
って得られた信号を検出する検出器とを備え、検出器か
らの信号を表示装置に供給して試料の走査像を得るよう
にした走査電子顕微鏡において、検出信号の高周波成分
をカットし、検出信号の生信号からこの高周波成分をカ
ットした信号を引算し、引算された信号に基づいて像の
表示を行うようにしたことを特徴としている。

【０００８】請求項１の発明においては、検出信号の生
信号から生信号に含まれている高周波成分をカットした
信号を引算し、引算された信号に基づいて像の表示を行
い、試料像中の明るい領域あいるは暗い領域の微細構造
を見やすく表示する。

【０００９】請求項２の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、請求項１の発明で、引算を行う前段階において、高
周波成分をカットした信号の強度レベルを検出信号の生
信号の強度レベルより低くしたことを特徴としている。

【００１０】請求項２の発明においては、引算を行う前
段階において、高周波成分をカットした信号の強度レベ
ルを検出信号の生信号の強度レベルより低くし、試料像
中の明るい領域あいるは暗い領域の範囲を認識できる状
態で、微細構造を見やすく表示する。

【００１１】請求項３の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ための集束レンズ
と、試料上の電子ビームの照射位置を走査するための走
査手段と、試料への電子ビームの照射によって得られた
信号を検出する検出器とを備え、検出器からの信号を表
示装置に供給して試料の走査像を得るようにした走査電
子顕微鏡において、検出信号を２種の画像メモリーに記
憶し、一方の画像メモリーに記憶された像信号について
ぼかし処理を行った上で、２種の画像メモリーに記憶さ
れた各画素信号の引算を行い、引算された信号に基づい
て像の表示を行うようにことを特徴としている。

【００１２】請求項３の発明においては、検出信号を２
種の画像メモリーに記憶し、一方の画像メモリーに記憶
された像信号についてぼかし処理を行った上で、２種の
画像メモリーに記憶された各画素信号の引算を行い、引
算された信号に基づいて像の表示を行い、試料像中の明
るい領域あいるは暗い領域の微細構造を見やすく表示す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づく走査
電子顕微鏡の要部を示しており、１は電子銃である。電
子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデ
ンサレンズ２と対物レンズ３とによって試料４上に細く
集束される。更に電子ビームは、走査コイル５によって
試料４上で２次元的に走査される。試料４への電子ビー
ムＥＢ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。２次電子検出器は、通常、
２次電子の入射によって光を発生するシンチレータ、シ
ンチレータからの光を伝達するライトガイド、光の入射
に応じて光電子を発生する光電変換面、光電子を増幅し
て検出する光電子増倍管等により構成されている。

【００１４】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、広帯域増幅器８とローパスフ
ィルター９に供給される。ローパスフィルター９を通過
した信号は増幅器１０によって増幅される。広帯域増幅
器８の出力信号と増幅器１０によって増幅されたローパ
スフィルター９の出力信号とは、引算回路１１に供給さ
れる。引算回路１１の出力信号は、陰極線管１２に輝度
変調信号として供給される。なお、陰極線管１２は走査
コイル５による試料４上の２次元走査と同期している。
このような構成の動作を次に説明する。

【００１５】電子銃１から発生し加速された電子ビーム
ＥＢは、コンデンサレンズ２と対物レンズ３とによって
試料４上に細く集束される。更に電子ビームは、走査コ
イル５によって試料４上で２次元的に走査される。試料
４への電子ビームＥＢ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。

【００１６】図２（ａ）は、例えば、コンタクトホール
を横切っての電子ビームの走査に伴って得られた、検出
器６からの検出信号波形を示している。図中Ｈの部分が
コンタクトホールの底の部分からの信号である。このよ
うな波形の信号Ａは、広帯域増幅器８によって増幅され
引算回路１１に供給される。更に、図２（ａ）の信号Ａ
は、ローパスフィルター９に供給され、信号に含まれて
いる高周波成分がカットされる。図２（ｂ）はローパス
フィルター９によって高周波成分がカットされ、増幅器
１０によって増幅された信号Ｂを示している。

【００１７】図２（ｂ）の信号Ｂは引算回路１１に供給
され、引算回路１１において図２（ａ）の信号との引算
が実行される。図２（ｃ）は引算回路１１における引算
された信号（Ａ−Ｂ）の波形を示している。この引算波
形は、図２（ａ）で示した生信号の検出信号強度レベル
が高い部分も低い部分も同じ程度の信号強度レベルとな
るため、例えば、信号強度レベルが低い、コンタクトホ
ールの底の部分の信号Ｈも、試料の表面の信号強度レベ
ルと同じようなレベルとなる。その結果、引算回路１１
の出力信号を陰極線管１２に供給して試料像を表示し、
コンタクトホールの底の部分のコントラストを上げるよ
うに信号処理を行っても、その他の部分の明るさが飽和
し、画面が見ずらくなるような問題は解決できる。

【００１８】なお、上記した信号処理では、検出信号の
低周波成分をほぼ完全に取り除くようにしたが、信号の
低周波成分を残すようにしても良い。具体的には、ロー
パスフィルター９によって高周波成分を取り除いた信号
Ｂを増幅器１０で増幅する際、その増幅度を広帯域増幅
器８の増幅度に対し、例えば、０．６倍程度とする。こ
のような信号処理（Ａ−０．６×Ｂ）を行うと、引算回
路１１の出力信号波形は図２（ｄ）に示すように、コン
タクトホールの底の部分Ｈとその他の部分の信号強度レ
ベルに差が生じることになり、底の部分の認識を陰極線
管１２の画面上で明確に行うことができる。この場合で
も、コンタクトホールの底の部分のコントラストを上げ
るように信号処理を行っても、その他の部分の明るさが
飽和し、画面が見ずらくなるような問題は解決できる。

【００１９】図３は本発明の他の実施の形態を示してお
り、この実施の形態では、検出信号に含まれる高周波成
分のカットをディジタル的に行っている。図３におい
て、検出器６によって検出され増幅器７によって増幅さ
れた信号は、ＡＤ変換器１３によってディジタル信号に
変換された後、第１と第２の画像メモリー１４，１５に
供給されて記憶される。

【００２０】画像メモリー１５に記憶された各画素の信
号は、制御ＣＰＵ１６によりぼかし処理が実行され、実
質的に高周波成分が除去される。この後、画像メモリー
１４に記憶された生信号と、画像メモリー１５に記憶さ
れぼかし処理が行われた信号とは、引算回路１７に供給
されて引算処理が実施される。引算結果はＤＡ変換器１
８によってアナログ信号に変換された後、陰極線管１２
に供給される。

【００２１】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、主としてコン
タクトホールの底の部分の観察を例に説明したが、像中
に部分的に信号強度レベルに大きな差がある試料を観察
する場合には広く本発明を用いることができる。また、
２次電子像を観察する以外に、反射電子像などを観察す
る場合にも本発明を用いることができる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明では、検出信号の生信号
から生信号に含まれている高周波成分をカットした信号
を引算し、引算された信号に基づいて像の表示を行うよ
うに構成したので、試料像中の明るい領域あいるは暗い
領域の微細構造を見やすく表示することができる。

【００２３】請求項２の発明においては、引算を行う前
段階において、高周波成分をカットした信号の強度レベ
ルを検出信号の生信号の強度レベルより低くするように
構成したのでし、試料像中の明るい領域あいるは暗い領
域の範囲を認識できる状態で、微細構造を見やすく表示
することができる。

【００２４】請求項３の発明においては、検出信号を２
種の画像メモリーに記憶し、一方の画像メモリーに記憶
された像信号についてぼかし処理を行った上で、２種の
画像メモリーに記憶された各画素信号の引算を行い、引
算された信号に基づいて像の表示を行うように構成した
ので、試料像中の明るい領域あいるは暗い領域の微細構
造を見やすく表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡を示す図であ
る。

【図２】図１の走査電子顕微鏡における信号波形を示す
図である。

【図３】本発明の他の実施の形態における構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ コンデンサレンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 走査コイル ６ ２次電子検出器 ７ 増幅器 ８ 広帯域増幅器 ９ ローパスフィルター １０ 増幅器 １１ 引算回路 １２ 陰極線管

Claims (3)

【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ための集
   束レンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走査する
   ための走査手段と、試料への電子ビームの照射によって
   得られた信号を検出する検出器とを備え、検出器からの
   信号を表示装置に供給して試料の走査像を得るようにし
   た走査電子顕微鏡において、検出信号の高周波成分をカ
   ットし、検出信号の生信号からこの高周波成分をカット
   した信号を引算し、引算された信号に基づいて像の表示
   を行うようにした走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 引算を行う前段階において、高周波成分
   をカットした信号の強度レベルを検出信号の生信号の強
   度レベルより低くした請求項１記載の走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 電子ビームを試料上に集束するための集
   束レンズと、試料上の電子ビームの照射位置を走査する
   ための走査手段と、試料への電子ビームの照射によって
   得られた信号を検出する検出器とを備え、検出器からの
   信号を表示装置に供給して試料の走査像を得るようにし
   た走査電子顕微鏡において、検出信号を２種の画像メモ
   リーに記憶し、一方の画像メモリーに記憶された像信号
   についてぼかし処理を行った上で、２種の画像メモリー
   に記憶された各画素信号の引算を行い、引算された信号
   に基づいて像の表示を行うようにした走査電子顕微鏡。