JP2000046531A - Method and device for inspecting semiconductor element - Google Patents
Method and device for inspecting semiconductor elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の検査
方法および検査装置に関し、特に微小なコンタクトホー
ルの深さの検査に用いる方法、装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a semiconductor device, and more particularly to a method and an apparatus for inspecting a depth of a minute contact hole.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に伴い、素子
の加工形状(パターン)の把握が重要となってきており、
特にコンタクトホールの形状(ホール径、ホール深さ)の
把握は重要である。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become important to grasp the processing shape (pattern) of the device.
In particular, it is important to grasp the shape (hole diameter, hole depth) of the contact hole.
【０００３】従来は、試料内に多数存在するコンタクト
ホールのホール深さが均一にできているか否かを確認す
るために、試料を劈開して、その断面を走査型電子顕微
鏡(ＳＥＭ)で直接に観察する方法が用いられている。Conventionally, in order to check whether the depth of many contact holes existing in a sample is uniform or not, the sample is cleaved and its cross section is directly scanned with a scanning electron microscope (SEM). Observation method is used.
【０００４】すなわち、まず、半導体素子のコンタクト
ホールを劈開し、観察したい断面を出す。このとき、Ｓ
ＥＭの試料室に入るほどのサイズ(たとえば、１〜２cm
角程度の微小な大きさ)に試料を劈開する。That is, first, a contact hole of a semiconductor element is cleaved to obtain a section to be observed. At this time, S
Size enough to enter EM sample chamber (for example, 1-2 cm
The sample is cleaved to a small size (about a corner).
【０００５】次に、観察したい断面を探して画面に１０
〜２０万倍の倍率で試料が表示されるようにする。Next, a section to be observed is searched for, and 10
The sample is displayed at a magnification of 200,000 times.
【０００６】そして、その画面を見ながら、コンタクト
ホールが所望の深さだけ加工されているか否かを観察す
る。Then, while observing the screen, it is observed whether or not the contact hole is processed to a desired depth.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、半導体素子のコンタクトホールの形状をＳＥＭを用
いて把握するには、半導体素子を破壊しなければ観察で
きなかった。As described above, conventionally, in order to grasp the shape of the contact hole of the semiconductor element by using the SEM, it was not possible to observe without destroying the semiconductor element.
【０００８】しかも、従来の方法では、半導体素子に多
数存在するコンタクトホールの極一部にあたる数個程度
のコンタクトホールしか観察できないため、多数のコン
タクトホールの内で僅か数個分だけ異常なものが存在す
るような場合には、それらの異常部分を見過ごしてしま
い、異常発見の確率が極めて低いものとなるという問題
があった。In addition, in the conventional method, only a few contact holes, which correspond to a very small part of many contact holes existing in a semiconductor element, can be observed. Therefore, only a few of the many contact holes are abnormal. In the case where it exists, there is a problem that those abnormal parts are overlooked, and the probability of finding an abnormality becomes extremely low.
【０００９】そこで、本発明は、半導体素子に形成され
た多数のコンタクトホールについてホール深さの程度を
非破壊で検査でき、コンタクトホールの良否を高い確率
で抽出できるようにすることを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to enable a non-destructive inspection of the depth of a large number of contact holes formed in a semiconductor device and to extract the quality of the contact holes with a high probability. .
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、表面に複数個のパターンが形成されて
なる半導体素子の検査方法において、前記複数個のパタ
ーンの内の一つのパターンに対して光源からの光を照射
するとともに、そのパターンからの散乱光を検出器で検
出し、その検出の際に前記光源または検出器のフォーカ
ス位置を順次変更しながら前記パターンの検出出力を得
た後、互いに異なる箇所のパターンについて得られる同
じフォーカス位置での２つの検出出力を比較し、両検出
出力の差を抽出することにより、パターンどうしの形状
の差異を判断することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for inspecting a semiconductor device having a plurality of patterns formed on a surface thereof. While irradiating the pattern with light from a light source, scattered light from the pattern is detected by a detector, and the detection output of the pattern is changed while sequentially changing the focus position of the light source or the detector during the detection. After that, two detection outputs at the same focus position obtained for patterns at mutually different locations are compared, and the difference between the two detection outputs is extracted to determine a difference in shape between the patterns. .
【００１１】また、表面に複数個のパターンが形成され
てなる半導体素子を検査する装置において、前記半導体
基板を載置するステージと、前記複数個のパターンの内
の一つのパターンに対して光を照射する光源と、前記光
源からの光のパターンからの散乱光を検出する検出器
と、前記光源または検出器のフォーカス位置を調節する
フォーカス調節機構と、前記検出器で得られる前記パタ
ーンの検出出力を得た後、互いに異なる箇所のパターン
について得られる同じフォーカス位置での２つの検出出
力を比較し、両検出出力の差を抽出してパターンどうし
の形状の差異を判断する判断手段とを備えることを特徴
とする。Further, in an apparatus for inspecting a semiconductor element having a plurality of patterns formed on a surface, a stage on which the semiconductor substrate is mounted and a light beam is applied to one of the plurality of patterns. A light source for irradiation, a detector for detecting scattered light from a pattern of light from the light source, a focus adjustment mechanism for adjusting a focus position of the light source or the detector, and a detection output of the pattern obtained by the detector And comparing the two detection outputs at the same focus position obtained with respect to the patterns at mutually different locations, extracting a difference between the two detection outputs, and judging a difference in shape between the patterns. It is characterized by.
【００１２】この構成によって、試料内の異常な形状
(ホール深さ)のコンタクトホールを抽出することができ
る。With this configuration, an abnormal shape in the sample is obtained.
(Hole depth) contact holes can be extracted.
【００１３】さらには、光源に代えて電子ビームを用い
れば、アスペクト比の高いホールであっても、ビームは
ホールの底部まで到達するため検出が可能となる。Furthermore, if an electron beam is used in place of a light source, even a hole having a high aspect ratio can be detected because the beam reaches the bottom of the hole.
【００１４】これらにより、試料を非破壊で、しかも短
時間で広範囲にわたって検査することができる。Thus, the sample can be inspected nondestructively and over a wide range in a short time.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１６】(実施形態１)図１は本発明の実施形態１に
おける検査対象となる半導体素子とその検査装置の構成
を示す図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor element to be inspected and an inspection apparatus therefor according to Embodiment 1 of the present invention.
【００１７】検査対象となる半導体素子Ｓは、半導体基
板１の表面上に成膜された酸化膜２上に公知のエッチン
グ技術を用いて複数個のコンタクトホール群Ａ，Ｂ，
Ｃ，…が形成されている。The semiconductor element S to be inspected has a plurality of contact hole groups A, B, and B formed on the oxide film 2 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by using a known etching technique.
C,... Are formed.
【００１８】そして、この実施形態１の検査装置は、こ
の半導体素子Ｓが水平に設置されるステージ３を有す
る。このステージ３は、垂直方向および水平方向にそれ
ぞれ可動できるようになっており、また、ステージ３を
上下方向に微少に昇降させるために、ピエゾ素子９が設
けられている。すなわち、ピエゾ素子９により、各コン
タクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…の深さ方向に沿って例えば
０.２５μm程度のピッチであっても正確に半導体素子Ｓ
を昇降させて光が照射できるようにしている。なお、１
０はステージ３とピエゾ素子９の駆動を制御するコント
ローラである。The inspection apparatus according to the first embodiment has a stage 3 on which the semiconductor element S is installed horizontally. The stage 3 is movable in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, and a piezo element 9 is provided for slightly moving the stage 3 vertically. In other words, the piezo element 9 allows the semiconductor element S to be accurately formed along the depth direction of each of the contact holes A, B, C,.
Is raised and lowered so that light can be irradiated. In addition, 1
Reference numeral 0 denotes a controller that controls driving of the stage 3 and the piezo element 9.
【００１９】ステージ３の上方には、半導体素子Ｓの各
コンタクトホール群Ａ，Ｂ，Ｃ，…に対して垂直に光が
照射されるようにハロゲンランプ４が設置されている。
また、ハロゲンランプ４により光を照射されたコンタク
トホールの画像を観察できるようにハーフミラー５とＣ
ＣＤカメラ６とが設置され、ＣＣカメラ６は、フォーカ
スの変化が可能である。また、このＣＣＤカメラ６に
は、その出力画像のデータを記録するコンピュータ７が
接続されるとともに、画像表示用のモニタ８が設けられ
ている。Above the stage 3, a halogen lamp 4 is provided so that the contact holes A, B, C,... Of the semiconductor element S are irradiated with light vertically.
Also, the half mirror 5 and the C mirror are connected so that an image of the contact hole irradiated with light by the halogen lamp 4 can be observed.
A CD camera 6 is installed, and the CC camera 6 can change the focus. The CCD camera 6 is connected to a computer 7 for recording the data of the output image and a monitor 8 for displaying images.
【００２０】上記のコンピュータ７は、画像データを複
数取り込む図示しないメモリを備えるとともに、画像デ
ータを比較して異常の有無を判断するプログラムを有し
ている。The computer 7 has a memory (not shown) for receiving a plurality of image data, and has a program for comparing the image data to determine whether there is an abnormality.
【００２１】図２は図１に示した装置を用いて半導体素
子Ｓの各コンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…を検査する方
法を示したフローチャート、図３はＣＣＤカメラ６で撮
像したコンタクトホールの各画像を示している。FIG. 2 is a flowchart showing a method of inspecting each contact hole A, B, C,... Of the semiconductor element S using the apparatus shown in FIG. Each image is shown.
【００２２】半導体素子Ｓの検査に際しては、これをス
テージ３上に水平に設置する。その後、これらのコンタ
クトホール群Ａ，Ｂ，Ｃ，…の内の一つのコンタクトホ
ールたとえばＡにハロゲンランプ４を照射する。この場
合のコンタクトホールＡのホール径は０.４μm、深さは
１.７μmであるとする。When inspecting the semiconductor element S, the semiconductor element S is placed horizontally on the stage 3. Thereafter, one of the contact holes A, B, C,..., For example, A, is irradiated with the halogen lamp 4. In this case, it is assumed that the diameter of the contact hole A is 0.4 μm and the depth is 1.7 μm.
【００２３】そして、半導体素子Ｓの最表面のレベルＬ
DにＣＣＤカメラ６のフォーカスを合わせた状態で、ハ
ーフミラー５を介してＣＣＤカメラ６でコンタクトホー
ルＡの画像a1を得て、この画像a1をコンピュータ７に記
憶してからモニタ８上に映し出す。The level L on the outermost surface of the semiconductor element S
With the CCD camera 6 focused on D , an image a 1 of the contact hole A is obtained by the CCD camera 6 via the half mirror 5, and this image a 1 is stored in the computer 7 and then displayed on the monitor 8. Project.
【００２４】次に、ピエゾ素子を制御してステージ３を
動かし次のコンタクトホールＢにハロゲンランプ４が照
射されるようにする。この場合もコンタクトホールＢの
ホール径は０.４μm、深さは１.７μmであるとする。Next, the stage 3 is moved by controlling the piezo element so that the next contact hole B is irradiated with the halogen lamp 4. Also in this case, it is assumed that the hole diameter of the contact hole B is 0.4 μm and the depth is 1.7 μm.
【００２５】そして、この場合も半導体素子Ｓの最表面
のレベルＬDにＣＣＤカメラ６のフォーカスを合わせた
状態で、ハーフミラー５を介してＣＣＤカメラ６でコン
タクトホールＢの画像b1を得て、この画像b1をコンピュ
ータ７に記憶してからモニタ８上に映し出す。[0025] Then, in a state in which the combined focus of the CCD camera 6 to the level L D of the outermost surface of the case where the semiconductor element is also S, to obtain the image b 1 of the contact hole B in the CCD camera 6 through the half mirror 5 , Utsushidasu after storing the image b 1 to the computer 7 on the monitor 8.
【００２６】次いで、コンピュータ７によって両画像
a1，b1の輝度レベルを比較する。両コンタクトホール
Ａ，ＢのレベルＬDの位置にＣＣＤカメラ６のフォーカ
スが設定されているので、両画像a1，b1の輝度レベルに
は大差がないと判断できる。Next, both images are output by the computer 7.
The luminance levels of a 1 and b 1 are compared. Both the contact hole A, the focus of the CCD camera 6 is set at a position level L D of B, the luminance level of both images a 1, b 1 can be determined that there is no great difference.
【００２７】次に、ステージ３の高さを変えることで、
ＣＣＤカメラ６のフォーカスが表面から約１.２μmのと
ころのレベルＬEに合わせて上記と同様のことを行う。
このとき得られた画像をそれぞれa2，b2とする。Next, by changing the height of the stage 3,
Focus of the CCD camera 6 in accordance with the level L E where the surface of about 1.2μm do the same as above.
The images obtained at this time are referred to as a 2 and b 2 , respectively.
【００２８】引き続いて、両画像a2，b2の輝度レベルを
比較する。この場合も両画像a2，b2の輝度レベルには大
差がないと判断できる。Subsequently, the brightness levels of the two images a 2 and b 2 are compared. Also in this case, it can be determined that there is no great difference between the brightness levels of the two images a 2 and b 2 .
【００２９】さらに引き続き、ステージ３の高さを変え
ることで、ＣＣＤカメラ６のフォーカスが表面から約
１.７μmところのレベルＬFに合わせて上記と同様のこ
とを行う。このとき得られた画像をそれぞれa3，b3とす
る。Furthermore subsequently, by changing the height of the stage 3, do the same as the combined focus of the CCD camera 6 to the level L F where approximately 1.7μm from the surface. The images obtained at this time are referred to as a 3 and b 3 , respectively.
【００３０】引き続き、両画像a3，b3の相互の輝度レベ
ルを比較する。この場合、両画像a3，b3は、半導体基板
１が露出するコンタクトホールＡ，Ｂの底面位置ＬFに
相当する画像であるため、レベルＬD，ＬEでそれぞれ得
られる画像a1，b1およびa2，b2に比べると、輝度レベル
の絶対値は低くなるが、両画像a3，b3の相互の輝度レベ
ルの差は小さいと判断できる。Subsequently, the mutual brightness levels of the two images a 3 and b 3 are compared. In this case, both images a 3, b 3, since the semiconductor substrate 1 is a contact hole A, the image corresponding to the bottom position L F of B exposed, the level L D, the image a 1 respectively obtained by L E, compared to b 1 and a 2, b 2, but the lower the absolute value of the luminance level differences of the mutual intensity levels of both images a 3, b 3 can be determined that is small.
【００３１】このように、ステージ３の高さを変えてＣ
ＣＤカメラ６のフォーカス位置を変更しながら、各画像
a1とb1，a2とb2，a3とb3をそれぞれ比較することによっ
て、相互の輝度レベルに大差がなければ、これらのコン
タクトホールＡ，Ｂはほぼ同じサイズ(同じ深さと口径)
に形成されていると判断できる。As described above, by changing the height of the stage 3, C
While changing the focus position of the CD camera 6, each image
By comparing a 1 and b 1 , a 2 and b 2 , and a 3 and b 3 , these contact holes A and B have almost the same size (the same depth and diameter) if there is no significant difference in their luminance levels. )
Can be determined to be formed.
【００３２】次に、他のコンタクトホールＣにハロゲン
ランプ４を照射する。このコンタクトホールＣは、例え
ばホール径０.４μm、深さ１.２μmであるとする。Next, another contact hole C is irradiated with a halogen lamp 4. This contact hole C has a hole diameter of 0.4 μm and a depth of 1.2 μm, for example.
【００３３】そして、半導体素子Ｓの最表面のレベルＬ
DにＣＣＤカメラ６のフォーカスを合わせた状態で、ハ
ーフミラー５を介してＣＣＤカメラ６でコンタクトホー
ルＣの画像c1を得る。The level L on the outermost surface of the semiconductor element S
With the CCD camera 6 focused on D , an image c 1 of the contact hole C is obtained by the CCD camera 6 via the half mirror 5.
【００３４】引き続き、先に得らている画像b1と今回の
画像c1の輝度レベルを比較する。このとき、両画像b1，
c1の相互の輝度レベルには大差がないと判断できる。[0034] Subsequently, comparison with the image b 1 has Tokura ahead the current luminance level of the image c 1. At this time, both images b 1 ,
mutual luminance level of c 1 can be determined that there is no great difference.
【００３５】次に、ステージ３の高さを変えて、上記と
同様のことをフォーカス位置を変更して表面から約１.
２μmのところのレベルＬEに合わせて行う。このとき得
られた画像をc2とする。Next, by changing the height of the stage 3 and changing the focus position by changing the focus position by about 1.
Carried out in accordance with the level L E of the place of 2μm. The image obtained this time is c 2.
【００３６】引き続き、先に得られている画像b2と今回
の画像c2の輝度レベルを比較する。このとき両画像b2，
c2の相互の輝度レベルは大差がある。したがって、両コ
ンタクトホールＢ，Ｃは、ホール深さが異なっていると
判断できる。[0036] Subsequently, comparison with an image b 2 which is previously obtained the current luminance level of the image c 2. At this time, both images b 2 ,
mutual luminance level of c 2 there is much difference. Therefore, it can be determined that the contact holes B and C have different hole depths.
【００３７】上記のように、ステージ３の高さを変化さ
せることでフォーカス位置を変更しながら隣接する２つ
のコンタクトホールの画像を比較することにより、これ
らのコンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…の形状、特にこの
実施形態１ではホール径は同じでもホール深さの違いを
知ることができる。As described above, by comparing the images of two adjacent contact holes while changing the focus position by changing the height of the stage 3, the contact holes A, B, C,. In the first embodiment, the difference in hole depth can be known even if the hole diameter is the same.
【００３８】しかも、コンタクトホールの個数が多くて
も、画像の輝度レベルの差を調べるという単純なアルゴ
リズムを用いて処理することにより、短時間で画像の比
較及び抽出ができ、効率の良い検査が可能である。Further, even if the number of contact holes is large, the processing can be performed using a simple algorithm for examining the difference in the luminance level of the image, so that the image can be compared and extracted in a short time, and an efficient inspection can be performed. It is possible.
【００３９】なお、上記の例では、ＣＣＤカメラ６のフ
ォーカスを酸化膜２の最表面から３段階のレベルＬD，
ＬE，ＬFに分けて検査しているが、これに限定されるも
のではなく、最表面のレベルＬDよりももっと上方から
コンタクトホールの底部側に向けてより細かくフォーカ
ス位置を変更して上記と同様のことを行ってもよい。In the above example, the focus of the CCD camera 6 is set at three levels L D ,
The inspection is performed separately for L E and L F , but the invention is not limited to this, and the focus position is changed more finely from above the uppermost surface level L D toward the bottom side of the contact hole. The same may be performed as described above.
【００４０】また、コンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…の
個数や、ホール径やホール深さは、この実施形態１で示
したものに限定されないことはいうまでもない。Needless to say, the number of contact holes A, B, C,..., The hole diameter and the hole depth are not limited to those shown in the first embodiment.
【００４１】さらに、上記の例では酸化膜２をエッチン
グすることにより各コンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…を
形成しているが、酸化膜２のかわりにレジストや他の材
料であってもよい。Further, in the above example, the contact holes A, B, C,... Are formed by etching the oxide film 2, but a resist or another material may be used instead of the oxide film 2. .
【００４２】上記の実施形態１では、ハロゲンランプ４
の光をコンタクトホールＡ，Ｂ，Ｃ，…に照射し、その
画像をＣＣＤカメラ６で撮像している。このようにすれ
ば、画像という２次元的な情報が得られるので検出が容
易になる。しかし、ランプ４の代わりにレーザーを使用
することもでき、そのときには、ＣＣＤカメラ６の代わ
りに光電子像倍管(ＰＭＴ)を使用することが可能であ
る。In the first embodiment, the halogen lamp 4
Are radiated to the contact holes A, B, C,..., And the images are captured by the CCD camera 6. In this case, two-dimensional information called an image can be obtained, so that the detection becomes easy. However, a laser can be used instead of the lamp 4, in which case a photomultiplier (PMT) can be used instead of the CCD camera 6.
【００４３】(実施形態２)図４は本発明の実施形態２に
おける検査対象となる半導体素子とその検査装置の構成
を示す図であり、図１に示した実施形態１の構成に対応
する部分には同一の符号を付す。(Embodiment 2) FIG. 4 is a view showing a configuration of a semiconductor device to be inspected and an inspection apparatus therefor according to Embodiment 2 of the present invention, and a portion corresponding to the configuration of Embodiment 1 shown in FIG. Are given the same reference numerals.
【００４４】この実施形態２では、電子ビームを発生す
る電子銃１１と、その電子ビームの加速電圧を制御する
加速電圧制御装置２７と、電子ビームのフォーカスを変
化する可動絞り１３とが設置されており、さらに、半導
体素子Ｓに形成された各コンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，
…からの２次電子を検出するように２次電子検出器１４
が設けられている。また、２次電子検出器１４には、そ
の出力画像のデータを記録するコンピュータ７が接続さ
れるとともに、画像表示用のモニタ８が設けられてい
る。In the second embodiment, the electron gun 11 for generating an electron beam, the acceleration voltage control device 27 for controlling the acceleration voltage of the electron beam, and the movable diaphragm 13 for changing the focus of the electron beam are provided. And contact holes G, H, I, and
The secondary electron detector 14 detects secondary electrons from
Is provided. The secondary electron detector 14 is connected to a computer 7 for recording the output image data, and is provided with a monitor 8 for displaying images.
【００４５】この実施形態２では、コンタクトホール
Ｇ，Ｈ，Ｉ，…に対する光源として実施形態１のような
ハロゲンランプ４を使用する代わりに、電子ビームを用
いるので、コンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，…のホール径
が超微細でホール深さの深い、アスペクト比の高いホー
ルであっても、電子ビームがホールＧ，Ｈ，Ｉ，…の底
部まで到達するため、感度の高い検査が可能である。In the second embodiment, instead of using the halogen lamp 4 as in the first embodiment as a light source for the contact holes G, H, I,..., An electron beam is used. Are ultra-fine holes with a large hole depth and a high aspect ratio, the electron beam reaches the bottom of the holes G, H, I,. .
【００４６】図５は図４に示した装置を用いて半導体素
子Ｓの各コンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，…を検査する方
法を示したフローチャート、図６は２次電子検出器１４
で検出して得られるコンタクトホールの２次電子像を示
している。FIG. 5 is a flowchart showing a method for inspecting each contact hole G, H, I,... Of the semiconductor element S using the apparatus shown in FIG.
2 shows a secondary electron image of the contact hole obtained by the detection.
【００４７】半導体素子Ｓの検査に際しては、これをス
テージ３上に水平に設置する。その後、これらのコンタ
クトホール群Ｇ，Ｈ，Ｉ，…の内の一つのコンタクトホ
ールたとえばＧに電子銃１１からビームを照射する。こ
の場合のコンタクトホールＧのホール径は０.４μm、深
さは１.７μmであるとする。When inspecting the semiconductor element S, the semiconductor element S is placed horizontally on the stage 3. Thereafter, one of the contact holes G, H, I,..., For example, G, is irradiated with a beam from the electron gun 11. In this case, the contact hole G has a hole diameter of 0.4 μm and a depth of 1.7 μm.
【００４８】そして、加速電圧制御装置１２と絞り１３
を調節して、電子ビームのフォーカスが半導体素子Ｓの
最表面のレベル位置ＬJに合わせた状態でコンタクトホ
ールＧからの２次電子を２次電子検出器１４で検出し、
その２次電子像g1をコンピュータ７に記憶してからモニ
タ８上に映し出す。Then, the acceleration voltage controller 12 and the aperture 13
Is adjusted, and the secondary electrons from the contact hole G are detected by the secondary electron detector 14 in a state where the focus of the electron beam is adjusted to the level position L J on the outermost surface of the semiconductor element S,
Utsushidasu on the monitor 8 after storing the secondary electron image g 1 to computer 7.
【００４９】次に、他のコンタクトホールたとえばＨに
電子銃１１より電子ビームを照射する。このコンタクト
ホールＨは、例えばホール径０.４μm、深さ１.７μmで
あるとする。Next, another contact hole, for example, H is irradiated with an electron beam from the electron gun 11. It is assumed that the contact hole H has a hole diameter of 0.4 μm and a depth of 1.7 μm, for example.
【００５０】そして、この場合も加速電圧制御装置１２
と絞り１３を調節して、フォーカスが半導体素子Ｓの最
表面のレベルＬJに合わせた状態で、電子銃１１より電
子ビームを照射して、２次電子を検出器１４で検出し、
電子像h1を結像する。そして、この２次電子像h1をコン
ピュータ７に記憶し、モニタ８に映し出す。Also in this case, the acceleration voltage controller 12
Adjust the an aperture 13, in a state where the focus is matched to the level L J of the outermost surface of the semiconductor device S, by irradiating an electron beam from the electron gun 11, and detecting secondary electrons in the detector 14,
It forms an electronic image h 1. Then, store the secondary electron image h 1 to the computer 7, Utsushidasu the monitor 8.
【００５１】引き続き、コンピュータ１５で両２次電子
像g1，h1の輝度レベルを比較する。両コンタクトホール
Ｇ，ＨのレベルＬDの位置に電子ビームのフォーカスが
設定されているので、両画像g1，h1の輝度レベルには大
差がないと判断できる。Subsequently, the computer 15 compares the luminance levels of the two secondary electron images g 1 and h 1 . Both a contact hole G, the focus of the electron beam on the position of the level L D of H is set, the brightness level of the images g 1, h 1 can be determined that there is no great difference.
【００５２】次に、加速電圧制御装置１２を調節して加
速電圧を変更し、フォーカスが表面から約１.２μmとこ
ろのレベルＬKに合わせて同様に検査を行う。このとき
得られた各２次電子像をそれぞれg2，h2とする。そし
て、両２次電子像g2，ｈ2の輝度レベルを比較する。こ
の場合も両画像g2，h2の輝度レベルには大差がないと判
断できる。Next, the accelerating voltage is changed by adjusting the accelerating voltage controller 12, and the inspection is performed in the same manner in accordance with the level L K at which the focus is about 1.2 μm from the surface. The secondary electron images obtained at this time are referred to as g 2 and h 2 , respectively. Then, the luminance levels of the two secondary electron images g 2 and h 2 are compared. Also in this case, it can be determined that there is no great difference between the luminance levels of the two images g 2 and h 2 .
【００５３】さらに引き続き、上記と同様にして、加速
電圧制御装置１２を調節して加速電圧を変更しフォーカ
スが表面から約１.７μmのところのレベルＫLに合わせ
て検査を行う。このとき得られた電子像をそれぞれg3，
h3とする。そして、両電子像g3，h3の相互の輝度レベル
を比較する。この場合、両画像g3，h3は、半導体基板１
が露出するコンタクトホールＧ，Ｈの底面位置ＬLに相
当する画像であるため、他のレベルＬJ，ＬKでそれぞれ
得られる画像g1，h1およびg2，h2に比べると、輝度レベ
ルの絶対値は低くなるが、両画像g3，h3の相互の輝度レ
ベルの差は小さいと判断できる。Subsequently, in the same manner as described above, the acceleration voltage is adjusted by adjusting the acceleration voltage control device 12, and the inspection is performed in accordance with the level K L at which the focus is about 1.7 μm from the surface. The electron images obtained at this time are g 3 ,
h 3 . Then, the mutual luminance levels of the two electronic images g 3 and h 3 are compared. In this case, the two images g 3 and h 3 correspond to the semiconductor substrate 1
Contact holes G but exposed, since an image corresponding to the bottom position L L H, the other level L J, as compared to the image g 1, h 1 and g 2, h 2 respectively obtained by L K, luminance Although the absolute value of the level is low, it can be determined that the difference between the luminance levels of the images g 3 and h 3 is small.
【００５４】以上のように、加速電圧を調節してフォー
カス位置を変更しながら、各２次電子像g1とh1，g2と
h2，g3とh3の相互の各輝度レベルを比較することによっ
て、相互の輝度レベルに大差がなければ、これらのコン
タクトホールＡ，Ｂはほぼ同じサイズ(同じ深さと口径)
に形成されていると判断できる。As described above, while changing the focus position by adjusting the acceleration voltage, each of the secondary electron images g 1 , h 1 and g 2 is
By comparing the brightness levels of h 2 , g 3 and h 3 with each other, if there is no great difference between the brightness levels, these contact holes A and B have substantially the same size (same depth and diameter).
Can be determined to be formed.
【００５５】次に、他のコンタクトホールＩに電子銃１
１より電子ビームを照射する。このコンタクトホールＩ
は、例えばホール径０.４μm、深さ１.２μmであるとす
る。Next, the electron gun 1 is inserted into another contact hole I.
An electron beam is irradiated from Step 1. This contact hole I
Has a hole diameter of 0.4 μm and a depth of 1.2 μm, for example.
【００５６】そして、半導体素子Ｓの最表面のレベルＬ
Dに電子ビームのフォーカスを合わせた状態で、２次電
子像を２次電子検出器１４を用いて検出し、その２次電
子像i1を得る。The level L on the outermost surface of the semiconductor element S is
D in a state of in focus of the electron beam, a secondary electron image was detected using a secondary electron detector 14 to obtain the secondary electron image i 1.
【００５７】引き続き、先に得らている画像h1と今回の
画像i1の輝度レベルを比較する。このとき、両画像h1，
i1の相互の輝度レベルには大差がないと判断できる。[0057] Subsequently, compared to the image h 1 is Tokura before the current brightness level of the image i 1. At this time, both images h 1 ,
mutual luminance level of i 1 can be determined that there is no great difference.
【００５８】次に、加速電圧を調節してフォーカス位置
が表面から約１.２μmのところのレベルＬKに合わせて
電子ビームを照射して上記と同様に検査して画像をi2を
得る。Next, by adjusting the acceleration voltage and irradiating an electron beam in accordance with the level L K at which the focus position is about 1.2 μm from the surface, inspection is performed in the same manner as described above to obtain an image i 2 .
【００５９】引き続き、先に得られている画像h2と今回
の画像i2の輝度レベルを比較する。このとき両画像h2，
i2の相互の輝度レベルは大差がある。したがって、両コ
ンタクトホールＨ，Ｉは、ホール深さが異なっていると
判断できる。[0059] Subsequently, comparison with an image h 2 which is previously obtained the current luminance level of the image i 2. At this time, both images h 2 ,
mutual luminance level i 2 is large difference. Therefore, it can be determined that the contact holes H and I have different hole depths.
【００６０】このように、加速電圧制御装置１２を用い
て加速電圧を調節してフォーカスの位置を変更しながら
隣接する２つのコンタクトホールの画像を比較すること
により、これらのコンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，…の形
状、特にこの実施形態２ではホール径は同じでもホール
深さの違いを知ることができる。As described above, by comparing the images of two adjacent contact holes while changing the focus position by adjusting the acceleration voltage using the acceleration voltage controller 12, these contact holes G, H, and In the second embodiment, the difference in the hole depth can be known even if the hole diameter is the same.
【００６１】上記の説明では、加速電圧制御装置１２を
調節して電子ビームの加速電圧を変更することによりフ
ォーカスのレベルをＬJ，ＬK，ＬLと変えているが、そ
の代わりに、絞り１３を調節してフォーカスのレベルを
変化させても上記と同様の効果が得られる。In the above description, the focus level is changed to L J , L K , and L L by adjusting the acceleration voltage control device 12 to change the acceleration voltage of the electron beam. Even if the focus level is changed by adjusting the value 13, the same effect as described above can be obtained.
【００６２】なお、上記の例では、電子ビームのフォー
カスを酸化膜２の最表面から３段階のレベルＬJ，ＬK，
ＬLに分けて検査しているが、これに限定されるもので
はなく、最表面のレベルＬJよりももっと上方からコン
タクトホールの底部側に向けてより細かくフォーカス位
置を変更して上記と同様のことを行ってもよい。In the above example, the focus of the electron beam is adjusted from the outermost surface of the oxide film 2 to three levels L J , L K ,
Inspection is performed separately for L L , but the present invention is not limited to this, and the focus position is changed more finely from above the uppermost surface level L J toward the bottom side of the contact hole, and the same as above. May be performed.
【００６３】また、コンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，…の
個数や、ホール径やホール深さは、この実施形態２で示
したものに限定されないことはいうまでもない。It goes without saying that the number of contact holes G, H, I,..., The hole diameter and the hole depth are not limited to those shown in the second embodiment.
【００６４】さらに、上記の例では酸化膜２をエッチン
グすることにより各コンタクトホールＧ，Ｈ，Ｉ，…を
形成しているが、酸化膜２のかわりにレジストや他の材
料であってもよい。Further, in the above example, the contact holes G, H, I,... Are formed by etching the oxide film 2, but a resist or another material may be used instead of the oxide film 2. .
【００６５】[0065]
【発明の効果】本発明は、コンタクトホールの表面から
底面までフォーカス面を変えて比較検査を行うことによ
り、複数のコンタクトホールの深さの違いを知ることが
でき、試料を非破壊で、かつ、短時間の内に評価する方
法を実現できるものである。According to the present invention, it is possible to know the difference in the depth of a plurality of contact holes by performing a comparative inspection while changing the focus plane from the surface to the bottom of the contact hole. And a method of evaluating within a short time can be realized.
【００６６】また、同時にフォトリソグラフィーやドラ
イエッチシグの加工性能も評価できる優れた半導体素子
の加工技術の評価方法を実現できるものである。Further, it is possible to realize an excellent method for evaluating the processing technology of a semiconductor device, which can simultaneously evaluate the processing performance of photolithography and dry etching sig.
【図１】本発明の実施形態１において、検査対象となる
半導体素子とその検査装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor element to be inspected and an inspection apparatus therefor in a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した装置を用いて半導体素子の各コン
タクトホール検査する方法を示したフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing a method for inspecting each contact hole of a semiconductor device using the apparatus shown in FIG. 1;
【図３】ＣＣＤカメラで撮像して得られるコンタクトホ
ールの画像を示す図FIG. 3 is a diagram showing an image of a contact hole obtained by imaging with a CCD camera.
【図４】本発明の実施形態２において、検査対象となる
半導体素子とその検査装置の構成を示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a semiconductor element to be inspected and an inspection apparatus therefor in a second embodiment of the present invention;
【図５】図４に示した装置を用いて半導体素子の各コン
タクトホール検査する方法を示したフローチャートFIG. 5 is a flowchart showing a method for inspecting each contact hole of a semiconductor device using the apparatus shown in FIG. 4;
【図６】２次電子検出器で検出して得られるコンタクト
ホールの２次電子像を示す図FIG. 6 is a view showing a secondary electron image of a contact hole obtained by detection by a secondary electron detector.
Ｓ…半導体素子、１…半導体基板、２…酸化膜、３…ス
テージ、４…ハロゲンランプ、５…ハーフミラー、６…
ＣＣＤカメラ、７…コンピュータ、８…モニタ、９…ピ
エゾ素子、１１…電子銃、１２…加速電圧制御装置、１
３…絞り、１４…２次電子検出器。S: semiconductor element, 1: semiconductor substrate, 2: oxide film, 3: stage, 4: halogen lamp, 5: half mirror, 6 ...
CCD camera, 7 computer, 8 monitor, 9 piezo element, 11 electron gun, 12 acceleration voltage control device, 1
3 ... Aperture, 14 ... Secondary electron detector.
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA11 AA25 AA56 CC25 FF04 FF10 FF44 GG02 GG04 JJ03 JJ17 JJ26 LL46 PP12 QQ24 QQ25 UU05 2G051 AA51 AA65 AB02 BA10 CA02 CA04 CB05 DA07 EA08 ED12 4M106 AA01 AA20 BA02 BA04 BA05 CA39 DB02 DB04 DB05 DB08 DB19 DJ05 DJ18 DJ21 DJ40Continuation of the front page F term (reference) 2F065 AA11 AA25 AA56 CC25 FF04 FF10 FF44 GG02 GG04 JJ03 JJ17 JJ26 LL46 PP12 QQ24 QQ25 UU05 2G051 AA51 AA65 AB02 BA10 CA02 CA04 CB05 DA07 EA08 DB02 DB04 DJ05 DJ18 DJ21 DJ40
Claims (9)
る半導体素子の検査方法であって、 前記複数個のパターンの内の一つのパターンに対して光
源からの光を照射するとともに、そのパターンからの散
乱光を検出器で検出し、その検出の際に前記光源または
検出器のフォーカス位置を順次変更しながら前記パター
ンの検出出力を得た後、互いに異なる箇所のパターンに
ついて得られる同じフォーカス位置での２つの検出出力
を比較し、両検出出力の差を抽出することにより、パタ
ーンどうしの形状の差異を判断することを特徴とする半
導体素子の検査方法。1. A method for inspecting a semiconductor device having a plurality of patterns formed on a surface thereof, the method comprising: irradiating light from a light source to one of the plurality of patterns; Scattered light is detected by a detector, and at the time of the detection, the detection position of the pattern is obtained while sequentially changing the focus position of the light source or the detector. 2. A method for inspecting a semiconductor device, comprising: comparing two detected outputs of the above and extracting a difference between the two detected outputs to determine a difference in shape between patterns.
おいて、 前記光源としてハロゲンランプを、検出器としてＣＣＤ
カメラを用いることを特徴とする半導体素子の検査方
法。2. The method according to claim 1, wherein the light source is a halogen lamp and the detector is a CCD.
A method for inspecting a semiconductor device, comprising using a camera.
おいて、 前記光源としてレーザを、検出器として光電子増倍管
(ＰＭＴ)を用いることを特徴とする半導体素子の検査方
法。3. The method according to claim 1, wherein a laser is used as the light source and a photomultiplier tube is used as the detector.
A method for inspecting a semiconductor device, comprising using (PMT).
おいて、 前記光源の代わりに電子ビームを用い、検出器として前
記パターンからの２次電子を検出する２次電子検出器を
用いることを特徴とする半導体素子の検査方法。4. The method according to claim 1, wherein an electron beam is used in place of the light source, and a secondary electron detector for detecting secondary electrons from the pattern is used as a detector. Inspection method for semiconductor element.
る半導体素子を検査する装置であって、 前記半導体基板を載置するステージと、 前記複数個のパターンの内の一つのパターンに対して光
を照射する光源と、 前記光源からの光のパターンからの散乱光を検出する検
出器と、 前記光源または検出器のフォーカス位置を調節するフォ
ーカス調節機構と、 前記検出器で得られる前記パターンの検出出力を得た
後、互いに異なる箇所のパターンについて得られる同じ
フォーカス位置での２つの検出出力を比較し、両検出出
力の差を抽出してパターンどうしの形状の差異を判断す
る判断手段と、 を備えることを特徴とする半導体素子の検査装置。5. An apparatus for inspecting a semiconductor device having a plurality of patterns formed on a surface thereof, comprising: a stage on which the semiconductor substrate is mounted; and a stage for mounting one of the plurality of patterns. A light source that emits light; a detector that detects scattered light from a pattern of light from the light source; a focus adjustment mechanism that adjusts a focus position of the light source or the detector; and a focus adjustment mechanism that is obtained by the detector. Determining means for comparing the two detection outputs at the same focus position obtained for the patterns at different locations after obtaining the detection outputs, extracting a difference between the two detection outputs, and determining a difference in shape between the patterns; An inspection device for a semiconductor device, comprising:
おいて、 フォーカス調節機構は、前記ステージを昇降させるピエ
ゾ素子で構成されていることを特徴とする半導体素子の
検査装置。6. The semiconductor device inspection apparatus according to claim 5, wherein the focus adjustment mechanism is constituted by a piezo element that moves the stage up and down.
子の検査装置において、 前記光源はハロゲンランプであり、検出器はＣＣＤカメ
ラであることを特徴とする半導体素子の検査装置。7. The semiconductor device inspection apparatus according to claim 5, wherein the light source is a halogen lamp, and the detector is a CCD camera.
子の検査装置において、 前記光源はレーザ発生器であり、検出器は光電子増倍管
(ＰＭＴ)であることを特徴とする半導体素子の検査装
置。8. The semiconductor device inspection apparatus according to claim 5, wherein the light source is a laser generator, and the detector is a photomultiplier tube.
(PMT), a semiconductor device inspection apparatus.
子の検査装置において、 前記光源の代わりに電子銃を用い、前記検出器は前記パ
ターンからの２次電子を検出する２次電子検出器である
ことを特徴とする半導体素子の検査装置。9. The inspection apparatus for a semiconductor device according to claim 5, wherein an electron gun is used instead of the light source, and the detector detects secondary electrons from the pattern. An inspection device for a semiconductor device, characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10209221A JP2000046531A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Method and device for inspecting semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10209221A JP2000046531A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Method and device for inspecting semiconductor element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000046531A true JP2000046531A (en) | 2000-02-18 |
Family
ID=16569364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10209221A Pending JP2000046531A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Method and device for inspecting semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000046531A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012202866A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Pattern inspection apparatus and pattern inspection method |
| US9267903B2 (en) | 2012-08-30 | 2016-02-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods and apparatuses for inspecting semiconductor devices using electron beams |
| CN110958836A (en) * | 2017-05-29 | 2020-04-03 | 国家农艺研究院 | Phenotypic analysis apparatus |
| CN114743893A (en) * | 2022-06-13 | 2022-07-12 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | Monitoring method and detection structure for depth of conductive plug |
-
1998
- 1998-07-24 JP JP10209221A patent/JP2000046531A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012202866A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Pattern inspection apparatus and pattern inspection method |
| US9267903B2 (en) | 2012-08-30 | 2016-02-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods and apparatuses for inspecting semiconductor devices using electron beams |
| CN110958836A (en) * | 2017-05-29 | 2020-04-03 | 国家农艺研究院 | Phenotypic analysis apparatus |
| CN110958836B (en) * | 2017-05-29 | 2023-04-07 | 法国国家农业食品与环境研究院 | Phenotypic analysis apparatus |
| CN114743893A (en) * | 2022-06-13 | 2022-07-12 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | Monitoring method and detection structure for depth of conductive plug |
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