JP3011173B2 - 半導体装置のホール開口検査方法とそのための装置 - Google Patents
半導体装置のホール開口検査方法とそのための装置Info
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- JP3011173B2 JP3011173B2 JP10029161A JP2916198A JP3011173B2 JP 3011173 B2 JP3011173 B2 JP 3011173B2 JP 10029161 A JP10029161 A JP 10029161A JP 2916198 A JP2916198 A JP 2916198A JP 3011173 B2 JP3011173 B2 JP 3011173B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に半導体装置の製造プロセスにおいて形成
されるコンタクトホールやビアホールのコンタクト検査
技術に関する。
法に関し、特に半導体装置の製造プロセスにおいて形成
されるコンタクトホールやビアホールのコンタクト検査
技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいて形成
されるビアホールやコンタクトホールの検査には、従
来、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が用いられている。こ
のような分野の技術として、たとえば、「セミコンダク
ターワールド（Semiconductorworld）」（プレスジャー
ナル社発行、第１６巻、第９号１９９７年７月、７６−
７９頁）に記載されている技術が知られている。
されるビアホールやコンタクトホールの検査には、従
来、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が用いられている。こ
のような分野の技術として、たとえば、「セミコンダク
ターワールド（Semiconductorworld）」（プレスジャー
ナル社発行、第１６巻、第９号１９９７年７月、７６−
７９頁）に記載されている技術が知られている。
【０００３】ＳＥＭを用いる検査では、一次電子ビーム
がウエハ表面に照射されながら走査され、ホール底面で
発生される２次電子が２次電子検出器により検出され
る。２次電子の検出結果に従って、エッチングによって
ホールが底まで一様に開口されているか否かが検出され
る。
がウエハ表面に照射されながら走査され、ホール底面で
発生される２次電子が２次電子検出器により検出され
る。２次電子の検出結果に従って、エッチングによって
ホールが底まで一様に開口されているか否かが検出され
る。
【０００４】完全開口ホールが形成されているとき、即
ち中間絶縁層が完全に除去されているとき、完全開口ホ
ールの底すなわち下地層の表面から発生される２次電子
がホールの中を通って２次電子検出器により検出され
る。一方、不完全開口ホールが形成されているとき、即
ち中間絶縁層が除去されずに残って下地層を覆っている
とき、不完全開口ホールの底、すなわち中間絶縁層の表
面で発生される２次電子がビアホールの中を通って２次
電子検出器により検出される。
ち中間絶縁層が完全に除去されているとき、完全開口ホ
ールの底すなわち下地層の表面から発生される２次電子
がホールの中を通って２次電子検出器により検出され
る。一方、不完全開口ホールが形成されているとき、即
ち中間絶縁層が除去されずに残って下地層を覆っている
とき、不完全開口ホールの底、すなわち中間絶縁層の表
面で発生される２次電子がビアホールの中を通って２次
電子検出器により検出される。
【０００５】上記完全開口の検出の原理として、完全開
口ホールが形成されているとき２次電子検出器に到達す
る２次電子の量と、不完全開口ホールが形成されている
ときの２次電子検出器に到達する２次電子の量が異なる
ことが利用されている。
口ホールが形成されているとき２次電子検出器に到達す
る２次電子の量と、不完全開口ホールが形成されている
ときの２次電子検出器に到達する２次電子の量が異なる
ことが利用されている。
【０００６】この検出される２次電子の量の違いは底面
の材料の違いによると言うよりは、むしろ底面での電荷
蓄積能の違いによるものと考えられている。すなわち、
これは、完全開口ホールでは照射された一次電子が下地
導体に抜けることができるので電荷が蓄積されないが、
不完全開口ホールでは下地導体に電荷が抜けることがで
きず、中間絶縁層表面に電荷が蓄積されるからである。
の材料の違いによると言うよりは、むしろ底面での電荷
蓄積能の違いによるものと考えられている。すなわち、
これは、完全開口ホールでは照射された一次電子が下地
導体に抜けることができるので電荷が蓄積されないが、
不完全開口ホールでは下地導体に電荷が抜けることがで
きず、中間絶縁層表面に電荷が蓄積されるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】９０年代後半からの多
層化技術の進展に伴い、コンタクトホールとビアホール
ともにアスペクト比（縦横比）が大きくなると同時にホ
ールの径が小さくなってきている。このため、走査型電
子ビームによるホールの底の観察が難しくなってきてい
る。アスペクト比が２から３まででは、開口を観察する
ことができるが、それ以上のアスペクト比の場合、走査
型電子ビームでは開口を観察することができない。従っ
て、不良ホールを検出することが困難になってきてい
る。
層化技術の進展に伴い、コンタクトホールとビアホール
ともにアスペクト比（縦横比）が大きくなると同時にホ
ールの径が小さくなってきている。このため、走査型電
子ビームによるホールの底の観察が難しくなってきてい
る。アスペクト比が２から３まででは、開口を観察する
ことができるが、それ以上のアスペクト比の場合、走査
型電子ビームでは開口を観察することができない。従っ
て、不良ホールを検出することが困難になってきてい
る。
【０００８】そこで、従来からアスペクト比の高いホー
ルの底の観察のため、“新しい原理による深穴の観察”
（日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３
２委員会１２１回研究会資料ｐ１５６）、“サイクロト
ロンＳＥＭ”（同委員会１１３回研究会資料ｐ１５
５）、“表面電界を制御した深穴観察法（FCM法）”
（同委員会１１７回研究会資料ｐ１６５）などに記載さ
れている研究や、従来のＳＥＭに比べて電子ビーム電流
が約１０００倍高いKLA社の「SEMSpec」などが提供され
ている。これにより、開口状態を検査することができる
ようになってきている。
ルの底の観察のため、“新しい原理による深穴の観察”
（日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３
２委員会１２１回研究会資料ｐ１５６）、“サイクロト
ロンＳＥＭ”（同委員会１１３回研究会資料ｐ１５
５）、“表面電界を制御した深穴観察法（FCM法）”
（同委員会１１７回研究会資料ｐ１６５）などに記載さ
れている研究や、従来のＳＥＭに比べて電子ビーム電流
が約１０００倍高いKLA社の「SEMSpec」などが提供され
ている。これにより、開口状態を検査することができる
ようになってきている。
【０００９】しかしながら、SEMを用いる場合、一般に
測定視野が狭い。そのため、検査スループットが小さい
という問題がある。
測定視野が狭い。そのため、検査スループットが小さい
という問題がある。
【００１０】加えて、装置自体が大がかりになりコスト
が高いこと、またレジストが塗布された状態でのコント
ラスト検査の要求があるのに対してＳＥＭではレジスト
が電荷によりチャージアップされてしまい検査ができな
いという問題がある。
が高いこと、またレジストが塗布された状態でのコント
ラスト検査の要求があるのに対してＳＥＭではレジスト
が電荷によりチャージアップされてしまい検査ができな
いという問題がある。
【００１１】更に、ビアホールの開口検査で求められて
いるＴｉＮなどのバリア層がきちんと保存されているか
どうかも判断できない。これはＳＥＭ像ではアルミとＴ
ｉＮなどの材料コントラストが小さいためである。
いるＴｉＮなどのバリア層がきちんと保存されているか
どうかも判断できない。これはＳＥＭ像ではアルミとＴ
ｉＮなどの材料コントラストが小さいためである。
【００１２】更にホールの底が極めて薄い自然酸化膜の
みに覆われた場合、ＳＥＭでは１次電子は薄い酸化膜を
通過してしまい、正常開口ホールの底と不良開口ホール
に於ける電荷蓄積能の差異が小さくなり、不良開口ホー
ルを検出することが難しくなってきている。
みに覆われた場合、ＳＥＭでは１次電子は薄い酸化膜を
通過してしまい、正常開口ホールの底と不良開口ホール
に於ける電荷蓄積能の差異が小さくなり、不良開口ホー
ルを検出することが難しくなってきている。
【００１３】このような状況の中、特開平３−１６１９
４９号公報には、他のコンタクトホールの開口検査法が
開示されている。この方法では上層の仕事関数より小さ
いエネルギーを持つレーザー光がコンタクトホールに照
射される。コンタクトホールから光電子が検出されるか
否かが判定されてコンタクトの開口状態が検査される。
４９号公報には、他のコンタクトホールの開口検査法が
開示されている。この方法では上層の仕事関数より小さ
いエネルギーを持つレーザー光がコンタクトホールに照
射される。コンタクトホールから光電子が検出されるか
否かが判定されてコンタクトの開口状態が検査される。
【００１４】しかしながら、この方法が多数のコンタク
トホールの検査に適用されると、光電子放出によって下
地シリコン基板が徐々に正に帯電され、光電子のウエハ
基板外への放出に対する抑止効果を持ち始めてしまうと
いう問題がある。このため、多数のコンタクトホールの
検査が困難になってくる。
トホールの検査に適用されると、光電子放出によって下
地シリコン基板が徐々に正に帯電され、光電子のウエハ
基板外への放出に対する抑止効果を持ち始めてしまうと
いう問題がある。このため、多数のコンタクトホールの
検査が困難になってくる。
【００１５】また、上記の開口検査法が配線層間のビア
ホールのコンタクト検査に用いられる場合には、下地ア
ルミ配線層がさらに下にある中間絶縁層などによってシ
リコン基板から絶縁されていて、また配線層の容量が小
さいので、配線層は容易に正に帯電されてしまう。この
ため多数のビアホールの検査が困難になっている。
ホールのコンタクト検査に用いられる場合には、下地ア
ルミ配線層がさらに下にある中間絶縁層などによってシ
リコン基板から絶縁されていて、また配線層の容量が小
さいので、配線層は容易に正に帯電されてしまう。この
ため多数のビアホールの検査が困難になっている。
【００１６】そのような問題を解決するため、本発明
は、アスペクト比が１０程度と大きく、コンタクトホー
ルが０．３ミクロンと小さな径を持ち、中間絶縁層のみ
ならず自然酸化層のみによって塞がれている場合にも、
開口が不良である多数のコンタクトホールおよびビアホ
ールが高速に検出されることができる半導体装置の製造
プロセス中のホール開口検査方法とそのための装置を提
供することを目的としている。
は、アスペクト比が１０程度と大きく、コンタクトホー
ルが０．３ミクロンと小さな径を持ち、中間絶縁層のみ
ならず自然酸化層のみによって塞がれている場合にも、
開口が不良である多数のコンタクトホールおよびビアホ
ールが高速に検出されることができる半導体装置の製造
プロセス中のホール開口検査方法とそのための装置を提
供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決する手段】本発明の導半導体装置のホール
開口検査装置は、電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料
の仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー
光をホールに照射するためのレーザー光照射系と、半導
体装置は前記導電層と、前記導電層上に形成された前記
絶縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に達すること
を意図して前記ホールが形成されており、前記レーザー
光に応答して前記ホール内から光電子が放出されたこと
を検出するための検出器と、前記導電層に電子を補填す
るための電荷補填機構とを具備することを特徴とする。
開口検査装置は、電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料
の仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー
光をホールに照射するためのレーザー光照射系と、半導
体装置は前記導電層と、前記導電層上に形成された前記
絶縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に達すること
を意図して前記ホールが形成されており、前記レーザー
光に応答して前記ホール内から光電子が放出されたこと
を検出するための検出器と、前記導電層に電子を補填す
るための電荷補填機構とを具備することを特徴とする。
【００１８】前記レーザー光の波長は、前記導電層に対
して外部光電効果を引き起こし、かつ前記絶縁層に対し
ては外部光電効果を引き起こさない範囲のエネルギーに
対応する波長である。前記レーザー光は、前記ホールの
底面に焦点を合わせて照射され、前記検出器による検出
結果に基づいて前記ホールが前記導電層に達するまで開
口されているかどうかが検出される。
して外部光電効果を引き起こし、かつ前記絶縁層に対し
ては外部光電効果を引き起こさない範囲のエネルギーに
対応する波長である。前記レーザー光は、前記ホールの
底面に焦点を合わせて照射され、前記検出器による検出
結果に基づいて前記ホールが前記導電層に達するまで開
口されているかどうかが検出される。
【００１９】前記電荷補填機構は、前記導電層に電子を
供給するための電子ビーム源であってもよいし、前記導
電層に電子を供給するために前記半導体装置の接地への
接続であってもよい。
供給するための電子ビーム源であってもよいし、前記導
電層に電子を供給するために前記半導体装置の接地への
接続であってもよい。
【００２０】前記レーザー光の照射と前記電子ビーム源
による前記導電層への電子の補填が交互に行われるよう
に、前記レーザー光照射系と前記電子ビーム源を制御す
るための制御装置を更に具備してもよい。
による前記導電層への電子の補填が交互に行われるよう
に、前記レーザー光照射系と前記電子ビーム源を制御す
るための制御装置を更に具備してもよい。
【００２１】前記半導体装置は、前記ホールを複数有
し、前記レーザー光のビーム径は前記ホールの径より大
きくてもよい。
し、前記レーザー光のビーム径は前記ホールの径より大
きくてもよい。
【００２２】前記レーザー光照射系は、前記レーザー光
が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよう
に、前記レーザー光を２次元方向に走査する光学走査系
を有してもよい。前記レーザー光照射系は、前記レーザ
ー光が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよ
うに、前記レーザー光を１次元方向に走査する光学走査
系を有し、前記レーザー光の走査に応答して、前記半導
体装置を前記レーザー光の走査方向と直交する方向に走
査するための駆動装置を更に具備してもよい。さらに
は、前記レーザー光が前記複数のホールに順番に連続的
に照射されるように、前記半導体装置を２次元方向に走
査する駆動装置を更に具備してもよい。
が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよう
に、前記レーザー光を２次元方向に走査する光学走査系
を有してもよい。前記レーザー光照射系は、前記レーザ
ー光が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよ
うに、前記レーザー光を１次元方向に走査する光学走査
系を有し、前記レーザー光の走査に応答して、前記半導
体装置を前記レーザー光の走査方向と直交する方向に走
査するための駆動装置を更に具備してもよい。さらに
は、前記レーザー光が前記複数のホールに順番に連続的
に照射されるように、前記半導体装置を２次元方向に走
査する駆動装置を更に具備してもよい。
【００２３】前記検出器は、光電子検出器であってもよ
いし、前記導電層と接地の間に接続された電流計であっ
てもよい。
いし、前記導電層と接地の間に接続された電流計であっ
てもよい。
【００２４】表示装置と、前記レーザー光と前記半導体
装置の相対的な位置に関して前記検出による検出結果を
表示するように前記表示装置を制御する表示制御装置を
具備してもよい。この場合、前記表示制御装置は、前記
半導体装置の前記複数のホールのそれぞれに対する前記
検出器の検出結果を、前記検出結果に比例する明度分布
を持つ２次元コントラストイメージとして表示するよう
に前記表示装置を制御する。
装置の相対的な位置に関して前記検出による検出結果を
表示するように前記表示装置を制御する表示制御装置を
具備してもよい。この場合、前記表示制御装置は、前記
半導体装置の前記複数のホールのそれぞれに対する前記
検出器の検出結果を、前記検出結果に比例する明度分布
を持つ２次元コントラストイメージとして表示するよう
に前記表示装置を制御する。
【００２５】また、本発明の半導体装置のホール開口の
検査方法は、導電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料の
仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー光
パルスを複数のホールのうちの１つに照射するステップ
と、半導体装置は前記導電層と、前記導電層上に形成さ
れた前記絶縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に達
することを意図して前記複数のホールが形成されてお
り、前記レーザー光に応答して前記ホール内から光電子
が放出されたことを検出するステップと、前記レーザー
光パルスが照射された後、前記導電層に電子を補填する
ステップとを具備することを特徴とする。
検査方法は、導電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料の
仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー光
パルスを複数のホールのうちの１つに照射するステップ
と、半導体装置は前記導電層と、前記導電層上に形成さ
れた前記絶縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に達
することを意図して前記複数のホールが形成されてお
り、前記レーザー光に応答して前記ホール内から光電子
が放出されたことを検出するステップと、前記レーザー
光パルスが照射された後、前記導電層に電子を補填する
ステップとを具備することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明による半導体装置のホール開口検査装置について詳細
に説明する。
明による半導体装置のホール開口検査装置について詳細
に説明する。
【００２７】最初に、本発明のホール開口検査装置の原
理を説明する。
理を説明する。
【００２８】本発明のホール開口検査装置では、レーザ
ー光がホール底面にある下地層表面に集光されたときに
下地層表面から外部光電効果によって放出される光電子
の量が計測される。このとき、下地層に別途電荷補填が
行なわれる。
ー光がホール底面にある下地層表面に集光されたときに
下地層表面から外部光電効果によって放出される光電子
の量が計測される。このとき、下地層に別途電荷補填が
行なわれる。
【００２９】ホール底面にある下地層表面上に中間絶縁
層や自然酸化膜あるいは異物などがない場合には、光電
子は比較的容易にホール中を通って真空チャンバ内に設
置されている光電子検出器で検出される。
層や自然酸化膜あるいは異物などがない場合には、光電
子は比較的容易にホール中を通って真空チャンバ内に設
置されている光電子検出器で検出される。
【００３０】一方、ホール底面にある下地層表面上に中
間絶縁層や自然酸化膜あるいは異物などが存在し、下地
層がそれらにより覆われている場合には、その覆われた
下地層表面内で発生される光電子は配線層表面上の中間
絶縁層や自然酸化膜等を貫通しなければ光電子検出器に
よる光電子計測に寄与することができない。
間絶縁層や自然酸化膜あるいは異物などが存在し、下地
層がそれらにより覆われている場合には、その覆われた
下地層表面内で発生される光電子は配線層表面上の中間
絶縁層や自然酸化膜等を貫通しなければ光電子検出器に
よる光電子計測に寄与することができない。
【００３１】そのため、レーザー光がホール底面に照射
され、得られる光電子の量が計測される。これにより、
ホールの性状、特に底面の電気的コンタクト性状を検査
することが可能である。特に、レーザー光の光量子のエ
ネルギーが中間絶縁層や自然酸化物の仕事関数よりも低
く設定されると、配線層表面で発生される光電子は中間
絶縁層等を貫通することができなくなり、光電子検出器
での光電子計測に寄与しなくなる。このため、完全開口
ホールにレーザー光が照射される場合に得られる光電子
の量と不完全開口ホールに照射される場合に得られる光
電子の量に大きな差異が生じることになる。
され、得られる光電子の量が計測される。これにより、
ホールの性状、特に底面の電気的コンタクト性状を検査
することが可能である。特に、レーザー光の光量子のエ
ネルギーが中間絶縁層や自然酸化物の仕事関数よりも低
く設定されると、配線層表面で発生される光電子は中間
絶縁層等を貫通することができなくなり、光電子検出器
での光電子計測に寄与しなくなる。このため、完全開口
ホールにレーザー光が照射される場合に得られる光電子
の量と不完全開口ホールに照射される場合に得られる光
電子の量に大きな差異が生じることになる。
【００３２】また、光電子放出による電荷損失に対する
電荷補填が下地層に行われている状態で、レーザー光が
ウエハ上面に対して概略垂直に保もたれながら、ウエハ
面内でＸ、Ｙ方向に走査される。これにより、光電子検
出量のマッピングが得られる。
電荷補填が下地層に行われている状態で、レーザー光が
ウエハ上面に対して概略垂直に保もたれながら、ウエハ
面内でＸ、Ｙ方向に走査される。これにより、光電子検
出量のマッピングが得られる。
【００３３】ＸＹ方向の各位置が光電子検出量に比例す
る輝度を持つようにマッピングされれば、完全開口ビア
ホールは明るい点として、また不完全開口ビアホールは
暗い点として表示される。これにより、容易に不完全開
口ホールを検出することが可能になる。
る輝度を持つようにマッピングされれば、完全開口ビア
ホールは明るい点として、また不完全開口ビアホールは
暗い点として表示される。これにより、容易に不完全開
口ホールを検出することが可能になる。
【００３４】このように不完全開口ホールを検出するこ
とを目的としている場合、レーザー光の集光径は必ずし
も、ホールよりも小さい必要はない。各ホールが分離し
て識別できれば良いので、ホールがマトリクス状に形成
されている場合には、レーザー光の集光径はホール間隔
未満であればよい。この場合、レーザー光の集光径はか
なり大きくて良いことになり、従ってＸＹ方向への走査
に要する時間が短くて済み、結果として検査時間の大幅
な短縮が実現される。
とを目的としている場合、レーザー光の集光径は必ずし
も、ホールよりも小さい必要はない。各ホールが分離し
て識別できれば良いので、ホールがマトリクス状に形成
されている場合には、レーザー光の集光径はホール間隔
未満であればよい。この場合、レーザー光の集光径はか
なり大きくて良いことになり、従ってＸＹ方向への走査
に要する時間が短くて済み、結果として検査時間の大幅
な短縮が実現される。
【００３５】従来、ホールの検査を行う場合には、前述
のように、ＳＥＭなどにより電子ビームが照射されてホ
ールの底の性状が調べてられていた。しかしながら、こ
の場合、照射される電子ビームにより底面で発生される
２次電子がホールを通ってウエハ面からチャンバー中に
飛び出す必要がある。しかしながら、２次電子が底面で
発生されるときに持つ進行方位は底面に垂直な方位のみ
ならず広く広がっていると考えられる。従って、ホール
のアスペクト比が大きくなるにつれて、２次電子がホー
ル側面に衝突して束縛されていた。このため、ホールを
通過して２次電子計測器で検出される２次電子の量が少
なくなってしまう。このため、ホールが高いアスペクト
比を持つようになればなるほど、ＳＥＭなどによるホー
ルの検査が難しくなる。
のように、ＳＥＭなどにより電子ビームが照射されてホ
ールの底の性状が調べてられていた。しかしながら、こ
の場合、照射される電子ビームにより底面で発生される
２次電子がホールを通ってウエハ面からチャンバー中に
飛び出す必要がある。しかしながら、２次電子が底面で
発生されるときに持つ進行方位は底面に垂直な方位のみ
ならず広く広がっていると考えられる。従って、ホール
のアスペクト比が大きくなるにつれて、２次電子がホー
ル側面に衝突して束縛されていた。このため、ホールを
通過して２次電子計測器で検出される２次電子の量が少
なくなってしまう。このため、ホールが高いアスペクト
比を持つようになればなるほど、ＳＥＭなどによるホー
ルの検査が難しくなる。
【００３６】この２次電子が放出される方位の分散は、
２次電子の発生に対して方位的に等方な性格を持つ熱的
起因を持つためと考えられる。
２次電子の発生に対して方位的に等方な性格を持つ熱的
起因を持つためと考えられる。
【００３７】一方、レーザー光が配線層などの金属表面
に照射される場合に発生される光電子は、フェルミの黄
金律として知られる量子論的な過程である光電効果によ
り発生される。即ち、弾性衝突によって位相や方位の揃
ったコヒーレント性の強い性格を持つように、光電子が
発生されると推定される。
に照射される場合に発生される光電子は、フェルミの黄
金律として知られる量子論的な過程である光電効果によ
り発生される。即ち、弾性衝突によって位相や方位の揃
ったコヒーレント性の強い性格を持つように、光電子が
発生されると推定される。
【００３８】また、その方位が、レーザー光ビームの進
行方向と反平行になる成分が多くなるものと推定され
る。従って、レーザー光ビームが概略ウエハー上面に垂
直に照射されるとき発生される光電子はビアホール側面
に捕らえられることが少なく、多くの光電子がビアホー
ルを通過するものと考えられる。
行方向と反平行になる成分が多くなるものと推定され
る。従って、レーザー光ビームが概略ウエハー上面に垂
直に照射されるとき発生される光電子はビアホール側面
に捕らえられることが少なく、多くの光電子がビアホー
ルを通過するものと考えられる。
【００３９】高いアスペクト比を持つホールの底の情報
を持つ光電子が効率よく検出されてビアホールを検査で
きるのは上記のような光電子の発生進行方位が垂直方向
に偏っているためと考えられる。
を持つ光電子が効率よく検出されてビアホールを検査で
きるのは上記のような光電子の発生進行方位が垂直方向
に偏っているためと考えられる。
【００４０】上記のように、ホールから飛び出してくる
光電子を計測することによりホールの開口状態が検査さ
れることができる。レーザー光が完全開口ホールに照射
されて光電子が放出されると、下地層配線層からは電荷
が減っていくことになる。従って、配線層がシリコン基
板等を介して接地されていない場合には配線層は徐々に
正に帯電される。帯電量がある値に達すると光電子の放
出が制限されるようになる。
光電子を計測することによりホールの開口状態が検査さ
れることができる。レーザー光が完全開口ホールに照射
されて光電子が放出されると、下地層配線層からは電荷
が減っていくことになる。従って、配線層がシリコン基
板等を介して接地されていない場合には配線層は徐々に
正に帯電される。帯電量がある値に達すると光電子の放
出が制限されるようになる。
【００４１】そこで、配線層が接地されていない場合に
は帯電が進む前に計測を完了することが必要になる。ま
た、新たな電子ビーム照射によって下地層に電荷を補填
したり、大気中での自然緩和等の工夫を行うことが必要
になってくる。
は帯電が進む前に計測を完了することが必要になる。ま
た、新たな電子ビーム照射によって下地層に電荷を補填
したり、大気中での自然緩和等の工夫を行うことが必要
になってくる。
【００４２】上述のように、配線層が接地されることが
できる場合には、光電子放出による電荷損失を補填する
アース電流が流れる。この電流を計ってマッピングする
ことによっても不完全開口ホールを検出することができ
る。
できる場合には、光電子放出による電荷損失を補填する
アース電流が流れる。この電流を計ってマッピングする
ことによっても不完全開口ホールを検出することができ
る。
【００４３】図１は、本発明のホール開口検査装置の概
念を示す。
念を示す。
【００４４】図１において、半導体装置は、ＸＹステー
ジ１１３上に乗せられている。半導体装置では、シリコ
ン基板１１１上に順に、第１配線層（図示せず）がその
中に形成されている第１中間絶縁層１０９、第２配線層
１０８、第２中間絶縁層１１０が形成されている。ま
た、第２中間絶縁層１１０にはエッチングプロセスによ
り完全開口ホール１０５と不完全開口ホール１０４が形
成されている。
ジ１１３上に乗せられている。半導体装置では、シリコ
ン基板１１１上に順に、第１配線層（図示せず）がその
中に形成されている第１中間絶縁層１０９、第２配線層
１０８、第２中間絶縁層１１０が形成されている。ま
た、第２中間絶縁層１１０にはエッチングプロセスによ
り完全開口ホール１０５と不完全開口ホール１０４が形
成されている。
【００４５】開口ホールの下地層である第２配線層１０
８は第１中間絶縁層１０９に阻まれて接地されていな
い。そこで電荷補填電子ビーム源１１４による電子ビー
ム照射により第２配線層１０８に電荷の補填がなされ
る。
８は第１中間絶縁層１０９に阻まれて接地されていな
い。そこで電荷補填電子ビーム源１１４による電子ビー
ム照射により第２配線層１０８に電荷の補填がなされ
る。
【００４６】レーザー光源１００の波長は第２配線層１
０８の導電性材料の仕事関数に対応する波長より短い。
例えば、第２配線層１０８がアルミ層の場合には、アル
ミの仕事関数４．２５eVに合わせて、レーザー光源１０
０の波長は２９２nmより短い。
０８の導電性材料の仕事関数に対応する波長より短い。
例えば、第２配線層１０８がアルミ層の場合には、アル
ミの仕事関数４．２５eVに合わせて、レーザー光源１０
０の波長は２９２nmより短い。
【００４７】また、第２中間絶縁層１１０がたとえばSi
O2である場合、SiO2の仕事関数相当量は、Siの仕事関数
４．８eVにSiの酸化物化学シフト量４ｅＶが加えられた
値、即ち、８．８ｅＶになる。従って、レーザー光源１
００からのレーザー光のエネルギーは、この８．８ｅＶ
のエネルギー未満であれば良い。８．８ｅＶの光はＸ線
領域であり、紫外線レーザーの光エネルギーは当然この
エネルギーよりも小さいので、紫外線レーザーをレーザ
ー光源１００として用いることは本発明の目的に合って
いる。
O2である場合、SiO2の仕事関数相当量は、Siの仕事関数
４．８eVにSiの酸化物化学シフト量４ｅＶが加えられた
値、即ち、８．８ｅＶになる。従って、レーザー光源１
００からのレーザー光のエネルギーは、この８．８ｅＶ
のエネルギー未満であれば良い。８．８ｅＶの光はＸ線
領域であり、紫外線レーザーの光エネルギーは当然この
エネルギーよりも小さいので、紫外線レーザーをレーザ
ー光源１００として用いることは本発明の目的に合って
いる。
【００４８】ただし、光電子がホールを通って光電子検
出器１０７に達するためには、ある程度の運動エネルギ
ーを持っていることが必要であるので、SEMにおける２
次電子のエネルギー以上の運動エネルギーを与える必要
がある。そこで、上述の仕事関数に数十から数百ミリeV
上乗せされた以上のエネルギーを持つレーザー光源が必
要である。
出器１０７に達するためには、ある程度の運動エネルギ
ーを持っていることが必要であるので、SEMにおける２
次電子のエネルギー以上の運動エネルギーを与える必要
がある。そこで、上述の仕事関数に数十から数百ミリeV
上乗せされた以上のエネルギーを持つレーザー光源が必
要である。
【００４９】そこで適当な紫外レーザー光を発振するレ
ーザー光源が選択される。たとえば、ＸｅＢｒエキシマ
レーザーは発振波長２７５nmを持っているので、本発明
のレーザー光源１００として適当である。レーザー光源
１００から出射されるレーザー光はレーザー光走査系１
０１によりウエハ面上を走査される。また、対物レンズ
１０２によってホール底面に集光される。
ーザー光源が選択される。たとえば、ＸｅＢｒエキシマ
レーザーは発振波長２７５nmを持っているので、本発明
のレーザー光源１００として適当である。レーザー光源
１００から出射されるレーザー光はレーザー光走査系１
０１によりウエハ面上を走査される。また、対物レンズ
１０２によってホール底面に集光される。
【００５０】レーザー光１０３が完全開口ホール１０５
の底面に集光されたときには光電子検出器１０７により
光電子１０６が効率よく計測されることができる。ウエ
ハが固定されていてレーザー光が走査され、あるいはレ
ーザー光の位置が固定されていてウエハが走査されて
も、ホールが不完全開口ホール１０４であるときには光
電子がほとんど検出されない。これにより、不完全開口
ホール１０４が検出されることができる。
の底面に集光されたときには光電子検出器１０７により
光電子１０６が効率よく計測されることができる。ウエ
ハが固定されていてレーザー光が走査され、あるいはレ
ーザー光の位置が固定されていてウエハが走査されて
も、ホールが不完全開口ホール１０４であるときには光
電子がほとんど検出されない。これにより、不完全開口
ホール１０４が検出されることができる。
【００５１】このようにして多数のホールの検査を行う
ためには、下地層に電荷を補填する必要がある。例え
ば、一つのホールから次のホールへとホール開口検査が
レーザーパルスを用いて断続的に行われるとき、電子ビ
ームパルスが電荷補填用電子ビーム源１１４から第２中
間絶縁層１１０を通して第２配線層１０８に照射されて
電荷が補填される。従って、照射される電子ビームの加
速エネルギーは、電子が第２中間絶縁層１１０を通過す
ることができるように調整される。
ためには、下地層に電荷を補填する必要がある。例え
ば、一つのホールから次のホールへとホール開口検査が
レーザーパルスを用いて断続的に行われるとき、電子ビ
ームパルスが電荷補填用電子ビーム源１１４から第２中
間絶縁層１１０を通して第２配線層１０８に照射されて
電荷が補填される。従って、照射される電子ビームの加
速エネルギーは、電子が第２中間絶縁層１１０を通過す
ることができるように調整される。
【００５２】次に、本発明の第１の実施形態によるホー
ル開口検査装置について説明する。
ル開口検査装置について説明する。
【００５３】図２を参照して、第１の実施形態によるホ
ール開口検査装置は、ビアホールと呼ばれるホールのコ
ンタクト検査の例である。
ール開口検査装置は、ビアホールと呼ばれるホールのコ
ンタクト検査の例である。
【００５４】図２において、ホール開口検査装置は、励
起レーザー光源１００（ＸｅＢｒエキシマレーザー）、
レーザー光走査系１０１，対物レンズ１０２、光電子検
出器１０７、ＸＹステージ１１３、電子銃１１４−１を
有する電荷補填用電子ビーム源１１４、装置全体を制御
するための制御装置１３０、及び表示装置１３２からな
る。
起レーザー光源１００（ＸｅＢｒエキシマレーザー）、
レーザー光走査系１０１，対物レンズ１０２、光電子検
出器１０７、ＸＹステージ１１３、電子銃１１４−１を
有する電荷補填用電子ビーム源１１４、装置全体を制御
するための制御装置１３０、及び表示装置１３２からな
る。
【００５５】半導体装置は、ＸＹステージ１１３上に乗
せられている。半導体装置では、シリコン基板１１１上
に順に、第１配線層（図示せず）がその中に形成されて
いる第１中間絶縁層１０９、第２配線層１０８、第２中
間絶縁層１１０が形成されている。また、第２中間絶縁
層１１０にはエッチングプロセスにより完全開口ホール
１０５と不完全開口ホール１０４が形成されている。
せられている。半導体装置では、シリコン基板１１１上
に順に、第１配線層（図示せず）がその中に形成されて
いる第１中間絶縁層１０９、第２配線層１０８、第２中
間絶縁層１１０が形成されている。また、第２中間絶縁
層１１０にはエッチングプロセスにより完全開口ホール
１０５と不完全開口ホール１０４が形成されている。
【００５６】励起レーザー光源１００としてＸｅＢｒエ
キシマレーザーが使用される。レーザー光の発光は制御
装置１３０により制御されている。XeBrのエキシマーレ
ーザーは波長２７５ｎｍのパルス発振をしている。この
波長が用いられれば、下地層である第２配線層１０８が
アルミ配線である場合には、外部光電効果によって光電
子が放出される。しかしんながら、第２中間絶縁層１１
０がSiO2膜であり、ホールの底面に残っている場合に
は、第２中間絶縁層１１０の仕事関数の方が大きいの
で、光電子が第２中間絶縁層１１０を貫通できない。
キシマレーザーが使用される。レーザー光の発光は制御
装置１３０により制御されている。XeBrのエキシマーレ
ーザーは波長２７５ｎｍのパルス発振をしている。この
波長が用いられれば、下地層である第２配線層１０８が
アルミ配線である場合には、外部光電効果によって光電
子が放出される。しかしんながら、第２中間絶縁層１１
０がSiO2膜であり、ホールの底面に残っている場合に
は、第２中間絶縁層１１０の仕事関数の方が大きいの
で、光電子が第２中間絶縁層１１０を貫通できない。
【００５７】レーザー光を走査するためのレーザー光走
査系１０１はＸ−方向走査光学素子１０１−１とＹ−方
向走査光学素子１０１−２からなる。光学素子１０１−
１と１０１−２は制御装置１３０により制御されてい
て、ＸｅＢｒエキシマレーザーから照射されるレーザー
光をＸ−方向とＹ―方向に走査する。レーザー光の走査
にはレーザー光走査系１０１として回転するポリゴンミ
ラーが使用されることができるが、本実施形態では高速
性に優れている音響光学素子がＸ方向とＹ方向の走査に
用いられる。
査系１０１はＸ−方向走査光学素子１０１−１とＹ−方
向走査光学素子１０１−２からなる。光学素子１０１−
１と１０１−２は制御装置１３０により制御されてい
て、ＸｅＢｒエキシマレーザーから照射されるレーザー
光をＸ−方向とＹ―方向に走査する。レーザー光の走査
にはレーザー光走査系１０１として回転するポリゴンミ
ラーが使用されることができるが、本実施形態では高速
性に優れている音響光学素子がＸ方向とＹ方向の走査に
用いられる。
【００５８】対物レンズ１０２は、制御装置１３０の制
御の下、レーザー光走査系１０１により走査されたレー
ザー光を開口ホールの底部、例えば第２配線層１０８上
に集光する。対物レンズ１０２としてはテレセントリッ
ク系のレンズが用いられる。レーザー光の走査時に、照
射されるレーザー光の光軸がウエハー面に対して常に概
略垂直になるように設定される。光学系の最適化により
レーザー光ビームのスポット径が０．３ミクロンに絞り
込まれる。
御の下、レーザー光走査系１０１により走査されたレー
ザー光を開口ホールの底部、例えば第２配線層１０８上
に集光する。対物レンズ１０２としてはテレセントリッ
ク系のレンズが用いられる。レーザー光の走査時に、照
射されるレーザー光の光軸がウエハー面に対して常に概
略垂直になるように設定される。光学系の最適化により
レーザー光ビームのスポット径が０．３ミクロンに絞り
込まれる。
【００５９】電荷補填用電子ビーム源１１４は、制御装
置１３０の制御に従って電子銃１１４−１から電子ビー
ムを放出する。放出された電子ビーム中の電子は第２配
線層１０８に供給される。各々のホールがパルスレーザ
ー光でプローブ検査される間に、電荷補填用電子ビーム
源１１４から電子ビームパルスが下地配線層に照射され
て電荷の補填を行う。
置１３０の制御に従って電子銃１１４−１から電子ビー
ムを放出する。放出された電子ビーム中の電子は第２配
線層１０８に供給される。各々のホールがパルスレーザ
ー光でプローブ検査される間に、電荷補填用電子ビーム
源１１４から電子ビームパルスが下地配線層に照射され
て電荷の補填を行う。
【００６０】光電子検出器１０７は、レーザー光１０３
が半導体装置に照射されたとき発生される光電子１０６
を検出し、その検出結果を制御装置１３０に出力する。
制御装置１３０は、レーザー光走査系１０１のＸ−、Ｙ
−方向の制御と同期して光電子検出器１０７による検出
結果を表示装置１３２に出力する。これにより、検査結
果が表示装置１３２上に表示される。
が半導体装置に照射されたとき発生される光電子１０６
を検出し、その検出結果を制御装置１３０に出力する。
制御装置１３０は、レーザー光走査系１０１のＸ−、Ｙ
−方向の制御と同期して光電子検出器１０７による検出
結果を表示装置１３２に出力する。これにより、検査結
果が表示装置１３２上に表示される。
【００６１】次に、ホール開口の検査方法について説明
する。
する。
【００６２】試料としては、６４ＭビットDRAMのビアホ
ールを持つ８インチウエハに形成される半導体装置が用
いられた。ビアホール径が０．６ミクロン、ビアホール
間隔が１．２ミクロンであり、アスペクト比は５であ
る。
ールを持つ８インチウエハに形成される半導体装置が用
いられた。ビアホール径が０．６ミクロン、ビアホール
間隔が１．２ミクロンであり、アスペクト比は５であ
る。
【００６３】従来のＳＥＭが用いられても、この試料の
ビアホールの底を観察するこができなかった。一方、こ
の従来のＳＥＭに比べて約１０００倍も電子ビーム電流
が大きいＳＥＭが用いられると、ビアホール内の残膜の
有無がＳＥＭ像のコントラストとして観察されることが
できる。しかしながら、高倍率としなければ見えないの
で、測定視野が狭く、従って、ウエハ全面の検査を行う
には長時間を要していた。
ビアホールの底を観察するこができなかった。一方、こ
の従来のＳＥＭに比べて約１０００倍も電子ビーム電流
が大きいＳＥＭが用いられると、ビアホール内の残膜の
有無がＳＥＭ像のコントラストとして観察されることが
できる。しかしながら、高倍率としなければ見えないの
で、測定視野が狭く、従って、ウエハ全面の検査を行う
には長時間を要していた。
【００６４】他方、本実施形態で用いられるレーザー光
１０３のスポット径は、前述のように、０．３ミクロン
と電子ビームのスポット径より４倍も大きいので、測定
視野が広げられることができる。走査のスピードは、レ
ーザー光が作るスポットの並びの間隔を決定するが、そ
の間隔はビアホール１０４と１０５の間隔よりも小さく
設定する必要があるが、本実施形態ではスポットの並び
の間隔をビアホールの並びの間隔の８割になる走査スピ
ードを用いた。測定視野内の走査にはレーザー光走査系
１０１によりレーザー光をＸ、Ｙの２方向に走査し、測
定視野の移動には被試験ウエハ１１２自身を移動させる
ことで行った。
１０３のスポット径は、前述のように、０．３ミクロン
と電子ビームのスポット径より４倍も大きいので、測定
視野が広げられることができる。走査のスピードは、レ
ーザー光が作るスポットの並びの間隔を決定するが、そ
の間隔はビアホール１０４と１０５の間隔よりも小さく
設定する必要があるが、本実施形態ではスポットの並び
の間隔をビアホールの並びの間隔の８割になる走査スピ
ードを用いた。測定視野内の走査にはレーザー光走査系
１０１によりレーザー光をＸ、Ｙの２方向に走査し、測
定視野の移動には被試験ウエハ１１２自身を移動させる
ことで行った。
【００６５】このように設定した上で、ビアホール底面
から放射される光電子を真空チャンバー内に設置した光
電子検出器１０７を用いて検出した。また、検査者がモ
ニターできるように光電子検出器の出力をレーザー光の
走査に同期したタイミングで表示装置（ＣＲＴ）１３２
上に表示してビアホール中の第２中間絶縁層１１０から
なる残膜の有無を可視化させることができた。
から放射される光電子を真空チャンバー内に設置した光
電子検出器１０７を用いて検出した。また、検査者がモ
ニターできるように光電子検出器の出力をレーザー光の
走査に同期したタイミングで表示装置（ＣＲＴ）１３２
上に表示してビアホール中の第２中間絶縁層１１０から
なる残膜の有無を可視化させることができた。
【００６６】このようにして、本サンプルのビアホール
の検査を行ったところ、高電流の電子ビームを用いるＳ
ＥＭよりも１０倍速く検査を行うことができた。
の検査を行ったところ、高電流の電子ビームを用いるＳ
ＥＭよりも１０倍速く検査を行うことができた。
【００６７】次に、本発明の第２の実施形態によるホー
ル開口検査装置を図３を参照して説明する。
ル開口検査装置を図３を参照して説明する。
【００６８】第２の実施形態では図３におけるレーザー
光走査系１０１でＸ−方向走査用の音響光学素子１０１
−１だけが使用される点が第１の実施形態と異なるとこ
ろである。この場合、レーザー光走査系１０１によって
Ｘ方向の１次元のみレーザー光の走査が行われる。Ｙ方
向の走査は被試験ウエハ１１２が乗せられているＸＹス
テージ１１３が制御装置１３０の制御の下、Ｙ−方向ス
テージドライバー１３４によりＹ−方向に走査される。
光走査系１０１でＸ−方向走査用の音響光学素子１０１
−１だけが使用される点が第１の実施形態と異なるとこ
ろである。この場合、レーザー光走査系１０１によって
Ｘ方向の１次元のみレーザー光の走査が行われる。Ｙ方
向の走査は被試験ウエハ１１２が乗せられているＸＹス
テージ１１３が制御装置１３０の制御の下、Ｙ−方向ス
テージドライバー１３４によりＹ−方向に走査される。
【００６９】第２の実施形態では、第１の実施形態に比
べて、レーザー光走査系１０１が簡単になっとことと、
得られる画像が第１の実施形態の時のような小さなフレ
ーム画面から形成されるのと異なり、帯のような連続的
な画像が得られるため、画像処理の方法が第１の実施形
態と異なっている。実施形態１と同様な検査結果が得ら
れ、また検査速度も第１の実施形態と同等であった。次
に、本発明の第３の実施形態によるホール開口検査装置
を図４を参照して説明する。
べて、レーザー光走査系１０１が簡単になっとことと、
得られる画像が第１の実施形態の時のような小さなフレ
ーム画面から形成されるのと異なり、帯のような連続的
な画像が得られるため、画像処理の方法が第１の実施形
態と異なっている。実施形態１と同様な検査結果が得ら
れ、また検査速度も第１の実施形態と同等であった。次
に、本発明の第３の実施形態によるホール開口検査装置
を図４を参照して説明する。
【００７０】第３の実施形態では、レーザー光走査系１
０１が除かれている点が第１の実施形態と異なるところ
である。この場合、レーザー光自体は走査されず、Ｘと
Ｙ方向の２軸の走査とも被試験ウエハ１１２が乗せられ
ているＸＹステージ１１３を制御装置１３０の制御の下
ＸＹ方向ステージドライバ１３５で駆動することにより
実行される。
０１が除かれている点が第１の実施形態と異なるところ
である。この場合、レーザー光自体は走査されず、Ｘと
Ｙ方向の２軸の走査とも被試験ウエハ１１２が乗せられ
ているＸＹステージ１１３を制御装置１３０の制御の下
ＸＹ方向ステージドライバ１３５で駆動することにより
実行される。
【００７１】第３の実施形態では、第１の実施形態に比
べて、レーザー光走査系１０１を具備しないことから光
学系が大幅に簡略化された。紫外光に適した光学系がコ
ルツ系光学材料などに限定され、高額であることから、
これを省くことからコストの低減メリットが図られてい
る。また、第１の実施形態のテレセントリック光学系の
対物レンズと異なり、簡単な対物レンズ１０２を用いる
ことで被検査ウエハ１１２に対して走査中も常にほぼ光
軸を垂直に保つことができた。
べて、レーザー光走査系１０１を具備しないことから光
学系が大幅に簡略化された。紫外光に適した光学系がコ
ルツ系光学材料などに限定され、高額であることから、
これを省くことからコストの低減メリットが図られてい
る。また、第１の実施形態のテレセントリック光学系の
対物レンズと異なり、簡単な対物レンズ１０２を用いる
ことで被検査ウエハ１１２に対して走査中も常にほぼ光
軸を垂直に保つことができた。
【００７２】このように光軸を垂直に保てているため、
像のコントラストが上がり、像が鮮明になった。検査速
度はほぼ第１の実施形態の半分程度であった。
像のコントラストが上がり、像が鮮明になった。検査速
度はほぼ第１の実施形態の半分程度であった。
【００７３】次に、本発明の第４の実施形態によるホー
ル開口検査装置を図５を参照して説明する。
ル開口検査装置を図５を参照して説明する。
【００７４】最近のプロセスでは第２配線層１０８はア
ルミ単体ではなく、表面にＴｉＮの薄い膜を成膜する例
が出てきている。またビアホールの検査では、このＴｉ
Ｎ層がビアホールのエッチングの後でアルミが露出しな
いようにＴｉＮ層が残されている。しかも中間絶縁層の
残膜がないようにしなければならないという非常に限定
されたエッチング条件が要求されるようになってきてい
る。このため、ＴｉＮ層のみがきれいに露出された状態
を検知する手段が要求されている。
ルミ単体ではなく、表面にＴｉＮの薄い膜を成膜する例
が出てきている。またビアホールの検査では、このＴｉ
Ｎ層がビアホールのエッチングの後でアルミが露出しな
いようにＴｉＮ層が残されている。しかも中間絶縁層の
残膜がないようにしなければならないという非常に限定
されたエッチング条件が要求されるようになってきてい
る。このため、ＴｉＮ層のみがきれいに露出された状態
を検知する手段が要求されている。
【００７５】このため、第４の実施形態では、第１の実
施形態における励起レーザー光源１００としてＸｅＢｒ
エキシマーレーザーの代わりにＹＡＧレーザー励起の発
振波長可変な色素レーザーを用いて、ＴｉＮの仕事関数
３．７５ｅＶに相当する３３１ｎｍよりもわずかに短い
３３０ｎｍのレーザー光ビームを用いている。その他の
構成は第１の実施形態と同様である。
施形態における励起レーザー光源１００としてＸｅＢｒ
エキシマーレーザーの代わりにＹＡＧレーザー励起の発
振波長可変な色素レーザーを用いて、ＴｉＮの仕事関数
３．７５ｅＶに相当する３３１ｎｍよりもわずかに短い
３３０ｎｍのレーザー光ビームを用いている。その他の
構成は第１の実施形態と同様である。
【００７６】この波長を用いるとアルミだけが露出して
いる場合も、第２中間絶縁層１１０が残膜として残って
しまっている場合も、アルミあるいは第２中間絶縁層の
仕事関数に阻まれて光電子が放出されないため、ＴｉＮ
膜がきれいに残っているところが検出できる。逆に言え
ば、先のオーバーエッチングによってＴｉＮ膜をエッチ
ングしてしまったビアホールやアンダーエッチングによ
って第２中間絶縁層１１０が残膜として残った不完全開
口ビアホールを見つけることができるわけである。
いる場合も、第２中間絶縁層１１０が残膜として残って
しまっている場合も、アルミあるいは第２中間絶縁層の
仕事関数に阻まれて光電子が放出されないため、ＴｉＮ
膜がきれいに残っているところが検出できる。逆に言え
ば、先のオーバーエッチングによってＴｉＮ膜をエッチ
ングしてしまったビアホールやアンダーエッチングによ
って第２中間絶縁層１１０が残膜として残った不完全開
口ビアホールを見つけることができるわけである。
【００７７】このような条件で検査をおこなったとこ
ろ、検査速度は第１の実施形態と同等であった。
ろ、検査速度は第１の実施形態と同等であった。
【００７８】次に、本発明の第５の実施形態によるホー
ル開口検査装置を図６を参照して説明する。
ル開口検査装置を図６を参照して説明する。
【００７９】第５の実施形態はコンタクトホールと呼ば
れるホールのコンタクト検査の例である。被試験ウエハ
１１２上の半導体装置はシリコン基板１１１上に配線層
２０８が形成されていて、配線層２０８の上に中間絶縁
層１０９が形成されている。中間絶縁層にはコンタクト
ホール１０４と１０５が形成されている。この場合のホ
ールのアスペクト比は１０と大変大きい。
れるホールのコンタクト検査の例である。被試験ウエハ
１１２上の半導体装置はシリコン基板１１１上に配線層
２０８が形成されていて、配線層２０８の上に中間絶縁
層１０９が形成されている。中間絶縁層にはコンタクト
ホール１０４と１０５が形成されている。この場合のホ
ールのアスペクト比は１０と大変大きい。
【００８０】また、第５の実施形態では第１の実施形態
における光電子検出器１０７を用いず、代わりに被試験
ウエハ１１２とアースの間に挿入した高感度で高速デジ
タル変換機能を持った電流計１１２を用いる。この電流
計１１２を使用できる条件としては検査するホールの底
にある下地が接地可能なことである。ホールがコンタク
トホールである場合、下地はシリコン基板１１１になる
ので接地可能である。
における光電子検出器１０７を用いず、代わりに被試験
ウエハ１１２とアースの間に挿入した高感度で高速デジ
タル変換機能を持った電流計１１２を用いる。この電流
計１１２を使用できる条件としては検査するホールの底
にある下地が接地可能なことである。ホールがコンタク
トホールである場合、下地はシリコン基板１１１になる
ので接地可能である。
【００８１】この条件を満たす被試験ウエハ１１２の完
全開口ホール１０５にレーザー光１０３を照射した瞬間
に光電子が放出され、ホールの下地層である配線層２０
８は一時的に正に帯電し、これを中和するようにアース
電流が流れる。この電流を電流計２００で検出する。制
御装置１３０は、検出された電流値をレーザー光の走査
に同期させて表示装置１３２上に表示する。完全開口ホ
ール１０５では電流が流れ、不完全開口ホール１０４で
は電流が流れないので、その違いをコントラストにした
像を表示することができる。この像から電流が流れない
不完全開口ホール１０４を検出することが可能になっ
た。
全開口ホール１０５にレーザー光１０３を照射した瞬間
に光電子が放出され、ホールの下地層である配線層２０
８は一時的に正に帯電し、これを中和するようにアース
電流が流れる。この電流を電流計２００で検出する。制
御装置１３０は、検出された電流値をレーザー光の走査
に同期させて表示装置１３２上に表示する。完全開口ホ
ール１０５では電流が流れ、不完全開口ホール１０４で
は電流が流れないので、その違いをコントラストにした
像を表示することができる。この像から電流が流れない
不完全開口ホール１０４を検出することが可能になっ
た。
【００８２】このように検査を行った結果、検査速度は
第１の実施形態と同等であった。
第１の実施形態と同等であった。
【００８３】次に、本発明の第６の実施形態によるホー
ル開口検査装置を図７を参照して説明する。本実施形態
では、ＸｅＢｒエキシマレーザーとＹＡＧレーザーが設
けられている。どちらからのレーザー光がレーザー光走
査系１０１に入射されるかは制御装置１３０の制御の下
光学スイッチ（ＳＷ）１３６を制御することにより行わ
れる。
ル開口検査装置を図７を参照して説明する。本実施形態
では、ＸｅＢｒエキシマレーザーとＹＡＧレーザーが設
けられている。どちらからのレーザー光がレーザー光走
査系１０１に入射されるかは制御装置１３０の制御の下
光学スイッチ（ＳＷ）１３６を制御することにより行わ
れる。
【００８４】ビアホールと呼ばれるホール１０５がエッ
チングによって完全に開口したとしても第２配線層１０
８の表面が自然酸化膜によって塞がれてオープン不良や
高抵抗不良になってしまうことがある。
チングによって完全に開口したとしても第２配線層１０
８の表面が自然酸化膜によって塞がれてオープン不良や
高抵抗不良になってしまうことがある。
【００８５】第２配線層１０８がたとえば、アルミであ
った場合にその酸化膜であるAl2O3はアルミの仕事関数
４．２５ｅＶにアルミの酸化物化学シフト約２．５ｅＶ
を加えたものすなわち６．７５ｅＶになる。このエネル
ギーを持つ光はＸ線領域であるから紫外光では光電効果
は起こらない。
った場合にその酸化膜であるAl2O3はアルミの仕事関数
４．２５ｅＶにアルミの酸化物化学シフト約２．５ｅＶ
を加えたものすなわち６．７５ｅＶになる。このエネル
ギーを持つ光はＸ線領域であるから紫外光では光電効果
は起こらない。
【００８６】そこで、第１の実施形態と同様にＸｅＢｒ
エキシマーレーザーを光学スイッチ１３６により選択
し、レーザー光源１００として用いた。他の設定は第１
の実施形態と同様にして欠陥検査を行った結果、自然酸
化膜が非常に薄いため、第１の実施形態ほどのコントラ
ストはとれないものの、酸化膜Al2O3に塞がれた不完全
開口ビアホール１０４を検出することができた。
エキシマーレーザーを光学スイッチ１３６により選択
し、レーザー光源１００として用いた。他の設定は第１
の実施形態と同様にして欠陥検査を行った結果、自然酸
化膜が非常に薄いため、第１の実施形態ほどのコントラ
ストはとれないものの、酸化膜Al2O3に塞がれた不完全
開口ビアホール１０４を検出することができた。
【００８７】このような自然酸化膜による不完全開口ホ
ール１０４の検出はＳＥＭを使った場合には、酸化膜が
非常に薄いため、観測するのに必要な照射電子ビームの
加速電圧の下では一次電子が酸化膜を貫通してしまい、
そのため、酸化膜の有無を検出することが困難になって
いる。このような困難を本発明では回避して不完全開口
ホール１０４を検出することができた。
ール１０４の検出はＳＥＭを使った場合には、酸化膜が
非常に薄いため、観測するのに必要な照射電子ビームの
加速電圧の下では一次電子が酸化膜を貫通してしまい、
そのため、酸化膜の有無を検出することが困難になって
いる。このような困難を本発明では回避して不完全開口
ホール１０４を検出することができた。
【００８８】
【発明の効果】本発明による半導体ウエハのホール開口
検査装置は、アスペクト比が１０程度と大きく、ホール
径が０．３ミクロンメートルと小さいホールが中間絶縁
層や自然酸化膜によって塞がれている多数の不良コンタ
クトホールおよび不良ビアホールを高速に検出する。
検査装置は、アスペクト比が１０程度と大きく、ホール
径が０．３ミクロンメートルと小さいホールが中間絶縁
層や自然酸化膜によって塞がれている多数の不良コンタ
クトホールおよび不良ビアホールを高速に検出する。
【図１】図１は、本発明の実施の形態を示す概念図であ
る。
る。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第６の実施形態によるホール
開口検査装置を示す図である。
開口検査装置を示す図である。
１００ レーザー光源 １０１ レーザー光走査系 １０１−１ Ｘ−方向走査光学素子 １０１−２ Ｙ−方向走査光学素子 １０２ 対物レンズ １０３ レーザー光 １０４ 不完全開口ビアホール １０５ 完全開口ビアホール １０６ 光電子 １０７ 光電子検出器 １０８ 第２配線層 １０９ 中間絶縁層 １１０ 第２中間絶縁層 １１１ シリコン基板 １１２ 被試験ウエハ １１３ ＸＹステージ １１４ 電荷補填用電子ビーム源 １３０ 制御装置 １３２ 表示装置 １３４ Ｙ方向ステージドライバ １３５ ＸＹ方向ステージドライバ １３６ 光学スイッチ ２００ 電流計 ２０８ 配線層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/66 G01N 23/227
Claims (15)
- 【請求項１】導電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料の
仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー光
をホールに照射するためのレーザー光照射系と、半導体
装置は前記導電層と、前記導電層上に形成された前記絶
縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に達することを
意図して前記ホールが形成されており、 前記レーザー光に応答して前記ホール内から光電子が放
出されたことを検出するための検出器と、 前記導電層に電子を補填するための電荷補填機構とを具
備する半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項２】前記レーザー光の波長は、前記導電層に対
して外部光電効果を引き起こし、かつ前記絶縁層に対し
ては外部光電効果を引き起こさない範囲のエネルギーに
対応する波長である請求項１に記載の半導体装置のホー
ル開口検査装置。 - 【請求項３】前記レーザー光は、前記ホールの底面に焦
点を合わせて照射され、前記検出器による検出結果に基
づいて前記ホールが前記導電層に達するまで開口されて
いるかどうかを検出する請求項１または２に記載の半導
体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項４】前記電荷補填機構は、前記導電層に電子を
供給するための電子ビーム源であることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置のホー
ル開口検査装置。 - 【請求項５】前記電荷補填機構は、前記導電層に電子を
供給するために前記半導体装置の接地への接続であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項６】前記レーザー光の照射と前記電子ビーム源
による前記導電層への電子の補填が交互に行われるよう
に、前記レーザー光照射系と前記電子ビーム源を制御す
るための制御装置を更に具備することを特徴とする請求
項４に記載の半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項７】前記半導体装置は、前記ホールを複数有
し、前記レーザー光のビーム径は前記ホールの径より大
きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に
記載の半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項８】前記レーザー光照射系は、前記レーザー光
が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよう
に、前記レーザー光を２次元方向に走査する光学走査系
を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体
装置のホール開口検査装置。 - 【請求項９】前記レーザー光照射系は、前記レーザー光
が前記複数のホールに順番に連続的に照射されるよう
に、前記レーザー光を１次元方向に走査する光学走査系
を有し、前記レーザー光の走査に応答して、前記半導体
装置を前記レーザー光の走査方向と直交する方向に走査
するための駆動装置を更に具備する請求項１乃至６のい
ずれか一項に記載の半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項１０】前記レーザー光が前記複数のホールに順
番に連続的に照射されるように、前記半導体装置を２次
元方向に走査する駆動装置を更に具備する請求項１乃至
６のいずれか一項に記載の半導体装置のホール開口検査
装置。 - 【請求項１１】前記検出器は、光電子検出器である請求
項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体装置のホー
ル開口検査装置。 - 【請求項１２】前記検出器は、前記導電層と接地の間に
接続された電流計である請求項１乃至１０のいずれか一
項に記載の半導体装置のホール開口検査装置。 - 【請求項１３】表示装置と、 前記レーザー光と前記半導体装置の相対的な位置に関し
て前記検出による検出結果を表示するように前記表示装
置を制御する表示制御装置を具備する請求項１乃至１２
のいずれか一項に記載の半導体装置のホール開口検査装
置。 - 【請求項１４】前記表示制御装置は、前記半導体装置の
前記複数のホールのそれぞれに対する前記検出器の検出
結果を、前記検出結果に比例する明度分布を持つ２次元
コントラストイメージとして表示するように前記表示装
置を制御する請求項１３に記載の半導体装置のホール開
口検査装置。 - 【請求項１５】導電層の材料の仕事関数と絶縁層の材料
の仕事関数に基づいて決定される波長を有するレーザー
光パルスを複数のホールのうちの１つに照射するステッ
プと、半導体装置は前記導電層と、前記導電層上に形成
された前記絶縁層を有し、前記絶縁層には前記導電層に
達することを意図して前記複数のホールが形成されてお
り、 前記レーザー光に応答して前記ホール内から光電子が放
出されたことを検出するステップと、 前記レーザー光パルスが照射された後、前記導電層に電
子を補填するステップとを具備する半導体装置のホール
開口の検査方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029161A JP3011173B2 (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置のホール開口検査方法とそのための装置 |
| US09/236,332 US6177681B1 (en) | 1998-01-27 | 1999-01-25 | Apparatus method for testing opening state for hole in semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029161A JP3011173B2 (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置のホール開口検査方法とそのための装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214461A JPH11214461A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3011173B2 true JP3011173B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=12268539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10029161A Expired - Lifetime JP3011173B2 (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 半導体装置のホール開口検査方法とそのための装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6177681B1 (ja) |
| JP (1) | JP3011173B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104143519A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-12 | 上海华力微电子有限公司 | 一种产品通孔刻蚀缺陷的检测方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3749107B2 (ja) * | 1999-11-05 | 2006-02-22 | ファブソリューション株式会社 | 半導体デバイス検査装置 |
| JP3877952B2 (ja) * | 1999-11-30 | 2007-02-07 | ファブソリューション株式会社 | デバイス検査装置および検査方法 |
| KR100611109B1 (ko) * | 2000-01-14 | 2006-08-09 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 콘택홀 검사 방법 |
| JP3460678B2 (ja) * | 2000-06-02 | 2003-10-27 | 松下電器産業株式会社 | レーザ加工方法および加工装置 |
| JP2005523459A (ja) * | 2002-04-17 | 2005-08-04 | 株式会社荏原製作所 | 試料表面の検査装置及び方法 |
| US7654221B2 (en) * | 2003-10-06 | 2010-02-02 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for electroless deposition of metals onto semiconductor substrates |
| JP4988444B2 (ja) * | 2007-06-19 | 2012-08-01 | 株式会社日立製作所 | 検査方法および装置 |
| JP5963453B2 (ja) | 2011-03-15 | 2016-08-03 | 株式会社荏原製作所 | 検査装置 |
| KR20140136282A (ko) * | 2013-05-20 | 2014-11-28 | 삼성전자주식회사 | Ｘｐｓ를 이용하여 반도체 제조 공정을 모니터링하는 방법 |
| WO2017158744A1 (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 |
| JP7228869B2 (ja) * | 2018-02-23 | 2023-02-27 | 国立大学法人 東京大学 | 電子顕微鏡及び測定試料の観察方法 |
| US11410830B1 (en) * | 2019-03-23 | 2022-08-09 | Kla Corporation | Defect inspection and review using transmissive current image of charged particle beam system |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2848873B2 (ja) | 1989-11-21 | 1999-01-20 | 沖電気工業株式会社 | コンタクトホール開口検査方法 |
| JPH0783841A (ja) | 1993-09-16 | 1995-03-31 | Fujitsu Ltd | バイアホールの残渣検出装置および残渣観察装置 |
| JPH08139146A (ja) * | 1994-11-14 | 1996-05-31 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体表面のライフタイム評価方法 |
-
1998
- 1998-01-27 JP JP10029161A patent/JP3011173B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-01-25 US US09/236,332 patent/US6177681B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104143519A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-11-12 | 上海华力微电子有限公司 | 一种产品通孔刻蚀缺陷的检测方法 |
| CN104143519B (zh) * | 2014-08-01 | 2019-06-21 | 上海华力微电子有限公司 | 一种产品通孔刻蚀缺陷的检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6177681B1 (en) | 2001-01-23 |
| JPH11214461A (ja) | 1999-08-06 |
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