JP3175765B2

JP3175765B2 - 半導体ウエハーの検査方法

Info

Publication number: JP3175765B2
Application number: JP34898898A
Authority: JP
Inventors: 恵三山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: JP2000174077A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数のコンタクトホ
ールを有する半導体ウエハーの検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板には、コンタクトホー
ルと呼ばれる穴を多数設けている。コンタクトホールと
は、異なった導体層間を電気的に導通するために、シリ
コン酸化膜などの絶縁膜に設ける直径が０．２ミクロン
よりも小さな穴をいう。コンタクトホールは、通常ＲＩ
Ｅ等のエッチングによってシリコン酸化膜に形成する
が、穴の深さと直径との比であるアスペクト比率は年々
変遷する傾向にあり、形状はより長細い形状となってい
る。

【０００３】コンタクトホールの形状は、エッチング工
程が終了した後に判断する。通常、正しい諸条件でコン
タクトホールを形成すると、基板に貫通した穴ができ
る。しかし、諸条件が正しく設定されていないと、基板
に穴が貫通せず酸化膜が底に残ってしまう。

【０００４】そのため、コンタクトホールを形成した半
導体装置に電子ビームを注入して、半導体基板を貫通す
る電流を測定してシリコン酸化膜の有無（厚み）を求め
ることによって、コンタクトホールが基板を貫通するよ
うに形成されているか否かを求める手法がある。この手
法は、ウエハー内に形成された全ての微細な穴１つ１つ
に対して逐次電子ビームを注入し、あらかじめ定めた基
準値と貫通する電子ビームの電流値とを比較して、その
値が基準値よりも大きいか否かによってエッチングの良
否を決定することが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、半導体
基板の微細加工技術は進歩し、億を超える無数の微細な
コンタクトホールを１枚の基板の上に形成している。コ
ンタクトホールの個数は、５年で１桁づつ増大してい
る。この穴を１つずつ検査するには、非常に多くの時間
を要する。そのため、実用的な枚数のウエハーを測定す
ることは困難である。

【０００６】また、現在、多くのコンタクトホールを短
時間で測定できるような検査装置がなく、たとえば数ロ
ットのうち１枚のウエハーを抜き取って、そのウエハー
のコンタクトホールの検査を行っている。したがって、
プロセス管理に必要とされる統計的に有効な検査量が確
保できていない。

【０００７】さらに、半導体基板にコンタクトホールが
存在していても、検査に多大な時間を必要とするため、
不良コンタクトホールを発見するまでに時間を強いられ
やすく、不良コンタクトホールを発見した後すぐに、製
造プロセスを保守するためのフィードバック処理を施す
ことができないという課題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、複数のコンタクトホールを有する半導
体ウエハーの検査方法において、前記半導体ウエハーを
所望の複数の第１の領域に区分けして、各第１の領域に
電子ビームを照射して、各第１の領域中のコンタクトホ
ールを貫通する電子ビームの電流値を測定し、その電流
値を所望のしきい値と比較することにより前記第１の領
域中の複数のコンタクトホールのうち正常に形成されて
いないコンタクトホールの割合を検査することを特徴と
する。

【０００９】すなわち、本発明は、半導体ウエハーを複
数の領域に分割して、その領域ごとに領域に含まれるコ
ンタクトホールが正常に形成されているか否かを検査す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】まず、半導体装置のコンタクトホールが形
成されているか否かを検査する手法について説明する。
コンタクトホールが正しく形成されているか否かを検査
するには、一般に、２つの手法がある。１つは、酸化膜
をエッチングした半導体基板に、電子ビームを照射し
て、コンタクトホールを貫通する電子ビームの電流値を
測定して検査する手法であり、他は、酸化膜をエッチン
グした半導体基板に、電子ビームを照射して、正常に形
成されず貫通していないコンタクトホールの底および半
導体基板の表面からの二次電子量を測定して検査する手
法である。

【００１２】図１は貫通する電子ビームの電流値を測定
してコンタクトホールが形成されているか否かを検査す
る手法を示す図であり、複数の貫通していないコンタク
トホール４を形成した酸化膜を備える半導体基板に、電
子ビーム１を照射すると、コンタクトホール４の底を電
流が貫通する。この貫通電流２の電流量を測定して、コ
ンタクトホール４が正常に形成されているか否かを求め
る。

【００１３】すなわち、この手法では、エッチングされ
たコンタクトホール４は、他の領域に比べて酸化膜が薄
いため、電子ビームが貫通する。貫通電流２は、個々の
コンタクトホール底３を貫通する貫通電流の和となり、
コンタクトホール４の個数に比例した電流となる。

【００１４】一方、図２は二次電子量を測定してコンタ
クトホールが形成されているか否かを検査する手法を示
す図であり、複数の貫通していないコンタクトホールを
形成した酸化膜を備える半導体基板に、電子ビーム２１
を照射すると、コンタクトホール底２６および酸化膜表
面２２から各々二次電子２５および２３が発生する。こ
の二次電子の数（二次電子量）を測定して、コンタクト
ホールが形成されているか否かを検査する。

【００１５】一般に、コンタクトホール底２６の面積よ
りも、酸化膜表面２２の面積の方が広いので、検出され
る二次電子２３、２５のうち二次電子２５の割合は小さ
い。

【００１６】しかも、酸化膜表面２２の面積は、コンタ
クトホール底２６の面積と相対関係がないものなので、
二次電子量２５の測定位置を変えると、コンタクトホー
ル底２６の酸化膜の厚みとは関係ない二次電子信号を得
ることになる。

【００１７】そこで、以下に示す実施形態では、電子ビ
ーム１を基板に照射して、コンタクトホール４を貫通す
る貫通電流２を測定してコンタクトホールが形成されて
いるか否かを検査するという、図１に示す手法を採用す
る。

【００１８】また、半導体基板の製造工程において、不
良コンタクトホールの発生頻度は、半導体基板の量産製
造初期を除くと極めて少ない。したがって、デバイスが
形成されている殆どの基板のコンタクトホールは良品で
あり、コンタクトホールを１つ１つ全てを検査すること
は無駄が多い。

【００１９】すなわち、従来の検査方法は、全てのコン
タクトホールを１つ１つ全てを検査する、いわゆる総当
たり方式を採用していたが、この実施形態では、コンタ
クトホールをいくつかのブロック（領域）に分けて、ブ
ロックから生じる貫通電流を求め、不良コンタクトホー
ルがありそうな領域から検査を行って、短時間で効率よ
く不良コンタクトホールを検出しようとする。

【００２０】具体的には、ウエハーをいくつかのブロッ
クに分け、各ブロックに電子ビームを照射して、各ブロ
ック中のコンタクトホールを貫通する電流の電流値を、
あらかじめ設定した良品のコンタクトホールのしきい値
と比較して、両者のずれを検出し、ずれが大きい場所か
ら先に検査を行う。コンタクトホールが良好に形成され
ている場合に、そのコンタクトホールに特定の加速電圧
で加速した一定量の電子ビームを注入した場合、１つの
コンタクトホールから生じる貫通電流量の最大値をimax
とすると、Ｎ個のコンタクトホールからなるブロックの
最大貫通電流量Imaxは最大貫通電流量imaxのＮ倍であ
る。

【００２１】そのため、検査対象のブロックに含まれる
コンタクトホールの一部が不良コンタクトホールである
とすると、そのブロックを貫通する貫通電流量は、Imax
よりも小さな値となる。したがって計測された貫通電流
値Imesが、最大貫通電流量Imaxよりも小さければ小さい
ほど不良のコンタクトホールの数が多く、そのブロック
にはおおよそN*（Imax−Imes）/Imax個の不良コンタク
トホールが存在することになる。

【００２２】上記の検査手法は、ウエハーを、まずチッ
プサイズあるいは１つのチップの中にある機能ブロック
程度の大きさを有するブロックに分割して、各々のブロ
ックに番号を付ける。検査対象のブロックに垂直な電子
ビームを順次当てて、そのブロック中のコンタクトホー
ルを貫通する貫通電流を測定する。測定した貫通電流の
多い順番にブロックを並べる。貫通電流値が小さいブロ
ックほど、そこに含まれるコンタクトホールが正常に形
成されていないので、貫通電流値が小さいブロック内の
コンタクトホールから先に詳細な検査を行う。

【００２３】また、１つのブロックは、さらに小さなサ
ブブロックに分ける。サブブロックサイズは、１００ミ
クロン角よりも小さくする。それぞれのサブブロックに
は、お互いに識別できるように番号を付している。１つ
のブロック内のサブブロック全体に、逐次電子ビームを
照射し、貫通電流値を測定する。そして、貫通電流値が
小さい順番にサブブロックを並べる。

【００２４】サブブロックサイズは、１００ミクロン角
よりも小さいので、測定した貫通電流値をウエハー上の
各々のサブブロックに相当する位置に表示すると、ウエ
ハー内の不良分布を示すビットマップが得られる。

【００２５】ビットマップを統計計算すると、貫通電流
値の平均値あるいは標準偏差等の値が得られる。さら
に、特定の不良コンタクトホールの存在箇所を検出する
には、不良コンタクトホールがあるとされたサブブロッ
クを選択して、そのサブブロックを構成するコンタクト
ホールの１つ１つに電子ビームを当て、それぞれのコン
タクトホールの良否の検査を行い、不良コンタクトホー
ルを識別する。

【００２６】このように、コンタクトホールをブロッ
ク、サブブロック、個々のコンタクトホールの順に、階
層的に検査を進めることによって、不良コンタクトホー
ルが無い場所を検査する手間を省いて検査時間を短縮す
る。

【００２７】また、大量の半導体ウエハーに発生した不
良コンタクトホールを統計的に分析した結果から、エッ
チング処理した後に不良コンタクトホールが発生する場
所には、法則性があることが確認されている。不良コン
タクトホールの発生する場所は、ウエハーの一定の領域
である場合が多い。そこで、その分析結果を利用して、
不良コンタクトホールの発生頻度の高い場所から検査を
行う。このことによって、半導体基板に形成したコンタ
クトホールを検査する時間を短くする。

【００２８】さらに、各ブロックごとに有するコンタク
トホール数が異なるので、ブロックのレイアウトの仕方
によっても、エッチング不良の発生頻度が大きく影響す
ることが分かっている。そのため、不良コンタクトホー
ルが発生しやすいブロックを選定して、その場所を優先
的に検査する。

【００２９】また、量産時のウエハー検査は、所定の基
準値以上の不良コンタクトホール数を有するウエハーを
確認したら、そのウエハーを製造ラインからはずす、あ
るいは、不良コンタクトホールの発生場所が高頻度領域
から検査する等のために利用されている。したがって、
不良コンタクトホール数が所定の基準値未満であるブロ
ックは、製造ラインを素通りさせ、不良コンタクトホー
ル数が所定の基準値以上であるブロックは、その領域を
重点的に調査して検査時間を短縮する。

【００３０】（実施形態１）実施形態１について図３〜
図５を参照して説明する。この実施形態ではコンタクト
ホールをブロック単位に分けて、各ブロックごとにコン
タクトホールが正常に形成されているか否かを検査す
る。図３はウエハーを複数のブロックに分け、各々のブ
ロックに番号を付したものの模式図であり、ウエハー３
１を最終的にスクライブして分割される領域をブロック
３２として定義し、それぞれのブロック３２に、お互い
を識別できるように番号を付している。

【００３１】図４はブロック３２ごとに、そのブロック
のコンタクトホールを貫通する貫通電流値４１を示した
図である。図５は貫通電流値４１の大きい順にブロック
３２に付した番号を並べた図である。

【００３２】図３に示すそれぞれのブロック３２に、一
定の加速電圧で加速した一定量の電子ビームを順次照射
して、それぞれのブロック３２の貫通電流値４１を測定
する。貫通電流値４１は、たとえば、ブロック０３，１
２，１６では、図４に示すように５３ｐＡという最も小
さな値である。これらのブロックに含まれるコンタクト
ホールは、底が貫通したものが少なく、コンタクトホー
ル底には、酸化膜が多く残っており、図５に示すように
不良コンタクトホールの割合が他のブロックより多い。

【００３３】さらに細かい不良コンタクトホールの分布
を検査するときは、不良コンタクトホールの多いブロッ
ク０３，１２，１６を、さらに複数のサブブロックに分
けて、サブブロックごとに測定する。一方、不良コンタ
クトホールが無いと判断されたブロックに関してはそれ
以上詳細な検査を行わない。

【００３４】したがって、たとえば、不良コンタクトホ
ールが無いと推定されたブロックが、半導体ウエハーの
総面積の９割であるとすると、残りの１割の面積に相当
する場所についてのみ詳細に検査を行えばよい。すなわ
ち、かかる場合には、コンタクトホールを１つずつ検査
する場合に比して、検査速度は約１０倍向上する。

【００３５】また、上述のように、計測した貫通電流値
をImesとし、良品コンタクトホールのみが存在する場合
の貫通電流量をImaxとして、これらの貫通電流値を比較
すると、ブロックごとに存在する不良コンタクトホール
の割合が分かる。さらに、図４にようにブロックごとに
貫通電流値を示した分布図からウエハー面内における不
良コンタクトホールが生じやすい領域が分かる。

【００３６】たとえば、貫通電流値Imaxが５６ｐＡであ
るとしたときに、ブロック２４の貫通電流値をImesは５
６ｐＡなので、完全にエッチングがされていると推定す
ることができる。ブロック１６の貫通電流値をImesは５
３ｐＡなので、少なくとも５．４％の領域に不良がある
と推定できる。

【００３７】また、あるブロックの不良コンタクトホー
ル数が基準値以上である場合は、そのブロックに付した
番号とともに、そのブロックに不良コンタクトホールが
ある旨を、今後の統計に用いるデータとして記録する。

【００３８】（実施形態２）つぎに、実施形態２につい
て図６〜図８を参照して説明する。実施形態２は、実施
形態１で説明したブロック３２をさらに複数の小さいサ
ブブロックに分け、サブブロックごとにコンタクトホー
ルが正常に形成されているか否かを検査するものであ
る。

【００３９】図６はブロック３２をさらに分けた複数の
サブブロック６２を示す図である。図７は測定した貫通
電流値４１を各サブブロック６２に示したものである。
図８は貫通電流値４１の大きい順にサブブロック６２を
並べた図であり、各々のサブブロック６２に付した番号
と対応させて並べている。

【００４０】図６に示すように、各々のサブブロック６
２には番号を付している。サブブロック６２の大きさは
任意であるが、１つのサブブロックの大きさが１０〜１
００ミクロン程度になるようにすると、貫通電流量の分
布図が見やすいと考えられる。この実施形態では、非常
に大きなサブブロックの場合を例としている。

【００４１】サブブロック６２に、番号順に電子ビーム
を照射して、各々のサブブロック内のコンタクトホール
を貫通する電子ビームの電流値を測定する。各サブブロ
ック６２に照射する電子ビーム量は、単位コンタクトホ
ール当り、一定の基準量になるように設定する。つま
り、サブブロックの面積が大きければ、照射する電子ビ
ーム電流量は多く、逆に小さければ少なくする。

【００４２】測定した貫通電流値４１は、たとえば、図
７に示すように各サブブロック６２に示したようにな
る。次に、図８に示すように、貫通電流値４１の大きい
順に、サブブロック６２を並べる。ここで、図８に示す
ように、貫通電流値４１を２桁という少ない桁数で表す
と、各ブロックの順位に差がつかず、有効な重み付けが
できない場合がある。その場合には測定される電流値を
表す桁数を増やして、有効な順位付けができるようにす
る。

【００４３】図８に示すように、サブブロック番号１
１、２１が最も小さな貫通電流値である１０ｐＡを示
し、他のサブブロックと比較してこのサブブロックに最
も不良コンタクトホールの数が多いことが分かる。サブ
ブロック程度の大きさ（１０〜１００ミクロン）で、不
良コンタクトホールの存在する割合をウエハーサイズで
画像表示すると、一般にメモリ等の不良管理に利用され
ているビットマップが得られ、そのパターンから不良コ
ンタクトホールが生じる原因を推定できる。

【００４４】すなわち後述するように、ビットマップか
ら、たとえばコンタクトホールを形成するエッチング装
置によって不良コンタクトホールが生じたり、半導体ウ
エハーを搬送する搬送装置によって不良コンタクトホー
ルが生じたりというように、不良コンタクトホールが生
じる原因を推定することができる。

【００４５】ウエハー全体で見れば、ブロック一辺の大
きさを１０ミクロン角にとると、サブブロックの個数は
１０⁸個であり、１００ミクロン角でとっても１０⁶個あ
り、これらの測定値からは、８桁ないしは６桁の正確性
でプロセス変動を測定できる。現在のビットマップが、
単純にごみあるいはパーティクルの有無という１ビット
の情報しか表示していないことを考慮すると、シリコン
酸化膜の残存量そのものが、数桁のアナログ値として測
定できるこの手法では、測定するコンタクトホールが少
ないサブブロックの検査で統計的に有意な検査ができ
る。

【００４６】（実施形態３）実施形態３について図９を
参照して説明する。実施形態３は、各チップに存在する
半導体デバイスの大きさと同様の大きさにブロックを分
け（以下、このように分けたブロックを機能ブロックと
称する）、機能ブロックごとにコンタクトホールが正常
に形成されているか否かを検査するものである。また、
実施形態１などと同様に検査する順番に重み付けをす
る。

【００４７】システムＡＳＩＣ（application specific
integrated circuit；特定用途向けＩＣ）等は、ＣＰ
Ｕコア、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリ、あるいは外部
チップとの通信を行うためのインターフェイスコア等が
作り込まれている。一般に、それぞれの半導体デバイス
は、同一の周波数で動作することは極めて稀であり、出
力電流、消費電力も異なる。

【００４８】そのため、それぞれの半導体デバイスごと
に、フィーチャーサイズが異なるので、各機能ブロック
ごとにコンタクトホールのサイズが異なり、コンタクト
ホールの作製難度は異なる。そこで、本実施形態では、
各機能ブロックごとにたとえばブロックＡ，Ｂ，Ｃ等の
名前（番号）を付け、各機能ブロックごとにコンタクト
ホールの検査を行う。たとえば、ブロックＡ，Ｂ，Ｃの
うち、ブロックＡのコンタクトホールの作製が最も困難
なブロックであると分かっている場合には、ブロックＡ
を他のブロックよりも優先的に検査する。

【００４９】特に、検査時間が制限されている場合に
は、不良コンタクトホールの存在する頻度の高いブロッ
クに検査対象を絞って検査を行えば、より効率的にコン
タクトホールの有無を検査することができる。

【００５０】これらのブロックＡ，Ｂ，Ｃは、同様の大
きさで分けられた他の位置にある各ブロックＡ，Ｂ，Ｃ
とともに集合体としてとらえてもよい。すなわち、たと
えばメモリ領域の大きさに分けたブロックのすべてを１
つの検査対象に設定してもよい。また、特定のコンタク
トホールが形成されている領域、あるいはコンタクトホ
ール形成密度が一定以上の領域等で指定をしてもよい。
このため、たとえば、ブロックＡの占有する面積が、全
面積の１００分の１であれば、検査速度は１００倍速く
なる。

【００５１】（実施形態４）図１０は各ブロックあるい
は各サブブロックに、電子ビームを照射する照射装置を
示す図である。ここで、一般に、電子ビームをコンタク
トホール内に照射するためには、電子ビームをコンタク
トホールに対して水平に入射する必要があり、かつ、ウ
エハーの広範囲の領域でその条件が保たれている必要が
ある。

【００５２】通常のＳＥＭ（scanning electron micros
cope；走査型電子顕微鏡）で使われている電子ビーム走
査法のように、１つの偏向電極で左右あるいは前後に電
子ビームを走査すると、電子ビームはウエハーに対して
垂直でない入射角になり、広い範囲に照射された電子ビ
ームはコンタクトホール内には照射できない。

【００５３】そのため、本実施形態では、電子銃１０１
から照射する電子ビーム１０３を、レンズ１０２で平行
な電子ビームにする。その後に、平行な電子ビームを開
口部面積が変更可能な可変アパチャー１０４に入射し、
所望のブロックあるいはサブブロックに電子ビーム１０
３を照射する。

【００５４】電子ビーム１０３は、それぞれのブロック
などに存在するコンタクトホールを通過して、ウエハー
裏面に設けられた電極１０６に到達し、その電流は電流
計１０７によって測定される。

【００５５】（実施形態５）図１１は各ブロックに当て
る電子ビーム電流量を示したものである。各ブロックは
面積が異なるため、良好なＳ／Ｎ比で検査を行うために
は、各コンタクトホールごとに照射される電子ビーム量
が、一定となるように電子ビームの照射電流量を調節す
る必要がある。その照射電流量は、たとえば図１１に示
すように、ブロックＡは１０pA、ブロックＢは５０pAブ
ロックＣは１００pAとする。

【００５６】可変アパチャー１０４（図１０）を用いた
平行電子ビーム源を用いた場合には、電子ビーム１０３
のビーム密度は、可変アパチャー１０４の面積に無関係
に一定となる。しかし、実際に製造されるコンタクトホ
ールの密度は、ブロックの面積の増減に対して必ずしも
一定でない。

【００５７】そこで、それらが変化しても、必要とされ
る桁数の精度でウエハー１０５内のコンタクトホールを
貫通する電子ビームの電流量が測定できるように、電子
銃１０１から発生する電子ビーム１０３のビーム量を調
節する。また、照射電子ビーム量を増加することだけで
なく、計測器の入力換算ノイズを減少することによって
一括して測定できるブロックの範囲を広げることができ
る。

【００５８】（実施形態６）図１２は測定領域ごとに電
子ビームの量を変える手順を示したフローチャートであ
る。コンタクトホール検査は、ウエハー単位で行われ
る。ウエハーは二次元に移動可能なＸＹステージの上に
載せられており、ウエハー移動を行って測定対象領域に
電子ビームを当てられるように制御されている。

【００５９】検査装置には、ウエハー表面に形成されて
いるデバイスのレイアウト情報が、あらかじめ設定され
ており、電子ビームが照射されているブロックが、どの
ブロックに相当するのかを判断することができる構成に
なっている。

【００６０】本図では、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのブロックを
設けた場合に、電子ビーム照射量をブロックによって変
更する手順を示している。まず、ＸＹステージを移動さ
せる。そして、電子ビームが照射される位置が、ブロッ
クＡの場合には、図１１に示すように、たとえば電子ビ
ーム照射量を１０ＰＡとする。

【００６１】一方、電子ビームが照射される位置が、ブ
ロックＡで無い場合には、その位置がブロックＢである
かどうかを、レイアウト情報とステージの位置情報とか
ら判断する。領域がＢのときはたとえば５０ＰＡとす
る。

【００６２】また、同様に、電子ビームが照射される位
置が、ブロックＢで無い場合には、その位置がブロック
Ｃであるか否か判断され、ブロックＣの場合には照射量
をたとえば１００ＰＡとし、いずれのブロックでもない
ときには、照射量をたとえば１ＰＡとする。このよう
に、ＸＹステージの位置情報とレイアウト情報とから電
子ビーム照射量をブロックの種類に適した電子ビーム量
に変更する。

【００６３】（実施形態７）図１３はエッチング装置に
依存するコンタクトホールの不良分布特性を考慮した重
み付けを示した図である。一般に、シリコン酸化膜に、
ＲＩＥ等によるエッチング技術を用いてコンタクトホー
ルを形成すると、エッチング装置の大きさは有限である
ため、ウエハーは半径方向に進むにつれ異常プラズマの
影響が表れる。

【００６４】通常、プラズマエッチングは、プラズマ発
生用の電極に処理ウエハーを対向配置して行う。電極の
面積は有限であり、真空チャンバー等の入れ物の大きさ
も有限である。そのため、ウエハー中心部１３１では安
定したプラズマの発生が得られるが、端部１３２では異
常プラズマの発生が起こる場合がある。

【００６５】そのような場合には、コンタクトホールの
不良発生頻度が、同心円状に変化する場合が多い。特
に、ウエハー中心部１３１よりもウエハー端部１３２に
不良コンタクトホールが多く発生すると考えられる。そ
のため、ウエハー中心部１３１よりもウエハー端部１３
２に高い重み付けを行って検査の順番を定める。

【００６６】たとえば、図５で示したように、ブロック
ごとの貫通電流値が、有効数字以内で同じであるものが
多数生じた場合、ウエハー中心部１３１にあるブロック
よりもウエハー端部１３２にあるブロックの方を、先に
検査する。もちろん、プロセスによっては、ウエハーの
中心部１３１のみに不良が大量に発生する場合もある。
その場合には逆に、ウエハーの中心部１３１に高い重み
付けを行って、検査順序を定める。

【００６７】なお、図１３は、説明の便宜上、中心部１
３１と端部１３２とを一律に分けて示しているが、これ
らを明確に分け隔てる境界線などがあるのではなく、実
際には、ウエハーは、中心から半径方向に移動するにつ
れて、エッチング装置の影響を受けやすい。

【００６８】（実施形態８）図１４は半導体ウエハーの
搬送装置に依存したコンタクトホール不良の不良分布特
性を考慮した重み付けを示した図である。通常、半導体
工場で量産処理されてる半導体ウエハーは、種々の搬送
手段によって搬送されている。一般的に、半導体ウエハ
ーは何十枚からなる１ロット単位ごとに、ウエハーカセ
ットに収められ搬送装置によって、つぎの処理装置など
に搬送される。

【００６９】搬送されたカセットに収められたウエハー
は、１枚ずつ処理を行うために、搬送装置によってカセ
ットから取り出され、処理装置の内部へと運ばれる。こ
のとき、ウエハーと搬送装置とは、必ず接触する。した
がって、ウエハーと搬送装置とが接触する接触領域１４
１付近は、他の領域と比べると、ごみが付着したり、傷
が生じるということが起きやすい。そのため、接触領域
１４１には、不良コンタクトホールが多く存在しやす
い。

【００７０】そこで、搬送装置が、ウエハーに接触する
領域１４１の周辺を、他の領域に比較して高い重み付け
を行い、他の領域よりも優先的に検査を行う。

【００７１】（実施形態９）図１５はサブブロック１５
１中の正常なコンタクトホール１５２及び不良コンタク
トホール１５３を示した図である。サブブロック１５１
内にあるコンタクトホールが良品である場合は、そのコ
ンタクトホールに一定量の電子ビームを注入したとき
に、貫通する貫通電流量の最大値をimaxとすると、Ｎ個
の同一形状コンタクトホールを有するサブブロック１５
１を貫通する最大貫通電流量Imaxは、最大電流量imaxの
Ｎ倍である。このことは、実施形態の冒頭で述べたこと
である。

【００７２】たとえば、図１５に示すように、検査され
るサブブロック１５１に、１つの不良コンタクトホール
１５３が存在すると、サブブロック１５１内のコンタク
トホールを貫通する電流量は、最大でもImax-imaxとな
る。貫通電流値Imesが、最大電流量Imaxよりも小さけれ
ば小さいほど、不良のコンタクトホール数が多い。ま
た、サブブロック領域１５１には、少なくともN*(Imax-
Imes)/Imax個の不良コンタクトホールが存在する。

【００７３】あるサブブロックに不良コンタクトホール
が存在するときは、そのサブブロックに付した番号とと
もに、そのサブブロックに不良コンタクトホールがある
旨を、今後の統計に用いるためのデータとして記録す
る。

【００７４】また、電子ビームを照射したサブブロック
中のコンタクトホールのうち、不良コンタクトホールの
占める割合が、所定の基準値以上の場合には、そのサブ
ブロックが不良領域であると推定する。なお、この推定
は、照射されている電子ビーム量に対応してコンタクト
ホールを貫通する貫通電流の量と貫通電流を計測する計
測器のノイズとの比率で決定される。

【００７５】たとえば、計測された貫通電流値が１ｎＡ
で、計測器のもつ電流ノイズ１ｐＡのときには、計測器
は３桁の精度で貫通電流値を計測できる。この場合に
は、１０００個のコンタクトホールの中で１つのコンタ
クトホールが不良であれば検出できる。（実施形態１０）図１６は半導体ウエハーに、二次元に
電子ビームを当てるための電子ビーム走査装置を示す図
である。電子銃１６１からウエハー１６３に向かって面
状の電子ビーム１６２が垂直に照射される。ウエハー１
６３は、ステッピングモータ１６５、１６６あるいはピ
エゾアクチュエータ等の駆動原理を用いたＸＹステージ
１６４の上に載せられている。

【００７６】ＸＹステージ１６４は、ブロック単位ある
いはサブブロック単位に、電子ビーム照射位置が変わる
ように移動させる。移動距離の測定には、ステッピング
モータへ供給する駆動パルス数やピエゾアクチュエータ
に加えた電圧、あるいはレーザーを用いた移動距離測定
から求める。

【００７７】たとえば、電子ビーム１６２を照射する最
初のブロックの中心座標と電子ビーム照射領域の中心と
を一致させるように、ＸＹステージ１６４を調節する。
次いで、電子ビーム１６２を１つのブロックに照射して
貫通電流を測定したのち、隣のブロックの中心座標と電
子ビーム照射領域の中心とを一致させるように、ＸＹス
テージ１６４を移動して調節する。

【００７８】順次、ＸＹステージ１６４を移動してい
き、ウエハー１６３全体に電子ビーム１６２を照射す
る。ブロックの大きさはコンタクトホールに比べて非常
に大きく、かつ、ブロックの周辺にはスクライブライン
等回路の無い領域が広がっている。一般に、目合わせ精
度を上げると目合わせをするために必要な時間が飛躍的
に長くなるが、本実施形態のように、ブロック単位でコ
ンタクトホールが正常に形成されているか否かの検査を
行う場合には、必要とされる目合わせ精度が、数１０〜
数１００ミクロンと低いので、非常に速く目合わせをす
ることが可能で、ウエハー１６３全体に電子ビーム１６
２を当てるのに１分かからない時間で行うことができ
る。

【００７９】サブブロックを検査する場合には、ブロッ
ク検査で最初に検査するように指定したサブブロックの
中心座標と電子ビーム照射領域の中心とを一致させるよ
うに、ＸＹステージ１６４を移動させ調整する。必要と
されるサブブロックの目合わせ精度は約１ミクロンであ
る。次いで、電子ビーム１６２をサブブロックに照射し
て貫通電流を測定する。次いで隣のサブブロックの中心
座標と電子ビーム照射領域の中心とを一致させるように
ＸＹステージ１６４を移動して調節する。

【００８０】このように順次電子ビーム照射領域を移動
していき、１つのブロック内のサブブロック全てに電子
ビームを照射してそのブロックを貫通する貫通電流を測
定する。

【００８１】（実施形態１１）図１７は１枚のウエハー
から、不良コンタクトホールの有無を段階的に検査する
ための手順を示す図である。検査に先立って、コンタク
トホールの正常・不良を決定するためのしきい値を定め
る（ステップＳ１）。しきい値は、たとえば、１個の良
品コンタクトホールが示す標準的な貫通電流値や、１つ
のチップ内に存在しても差し支えないコンタクトホール
の不良数や、ウエハー内に存在してもよい不良チップの
数などから定める。

【００８２】良品コンタクトホール判定基準は、回路の
構成や速度、配線のインピーダンスなど物理的な制約か
ら一義的に決定される。一方、１つのチップ内で許容さ
れる不良コンタクトホールの個数は、半導体製品の回路
冗長度から決まり、許容される不良チップ数は、製造コ
ストが最低になるように調節されるべきパラメータであ
り、従来の生産実績などから妥当な値を選択する。

【００８３】すなわち、たとえば、良好なコンタクトホ
ールであっても、その良品コンタクトホールは、自然酸
化膜等の影響で、何倍もコンタクトホールの抵抗値が変
化することが知られているが、後工程での拡散効果など
もあり、広範囲では不良コンタクトホールとはならな
い。

【００８４】そこで、特定の半導体製品の特定の回路に
用いられているコンタクトホールに関して、たとえば完
全なコンタクトホールが示す貫通電流値の半分の値まで
は良品のコンタクトホールとみなすしきい値を設定す
る。これらの設定値は全て、判定装置に記憶されてお
り、それぞれ比較して良否を決定する。

【００８５】具体的な製品としてＤＲＡＭに含まれるコ
ンタクトホールのしきい値設定について考える。ＤＲＡ
Ｍに含まれるコンタクトホールには、いくつかの種類が
あるが、検査対象とされる良品コンタクトホールの貫通
電流値を５０とし、許容率を５０％とすると、検査によ
って得られる貫通電流は、２５ＰＡまでであるときに
は、良品ウエハーとする。

【００８６】ＤＲＡＭは回路冗長度を有し、通常、記憶
素子の１％程度が不良であっても修復できるものであ
る。したがって、１つのチップにある記憶素子中のコン
タクトホールに不良が１個以上発生してもチップとして
は不良でない。そこで、たとえば記憶素子部分に１％以
上の不良が生じたらそのチップは不良というしきい値を
設ける。１枚のウエハーには１００個以上のＤＲＡＭチ
ップが同時に作られるが、１枚当りの取れ数が一定値以
下になると、１個のＤＲＡＭに対する製造コストが上昇
する。

【００８７】そこで、１枚のウエハー中のチップの取れ
数が一定値以下の場合には、それをウエハー不良とみな
して製造工程から外す。たとえば、そのしきい値を１０
％と設定する。以上のようにしきい値を設定して検査を
開始する（ステップＳ２）。

【００８８】まず、ウエハーの位置を測定して、ブロッ
ク位置と電子ビーム照射位置とを合わせる。各ブロック
に順次電子ビームを一括照射する。このとき、検査の順
番は、機械の不良特性を盛り込んで、ウエハーの端部か
ら先に検査を行ったり、搬送機械が接触する場所を先に
検査する。

【００８９】各ブロックのコンタクトホールを貫通する
貫通電流値は、ブロック中の１個のコンタクトホールを
貫通する貫通電流量とブロックに含まれるコンタクトホ
ール個数とから推定できるので、各ブロックの貫通電流
量から各ブロック内の不良コンタクトホール割合を見積
もることができる。

【００９０】不良コンタクトホールの数が１０％を超え
たものは不良ブロックとみなし（ステップＳ３）、その
チップ個数をカウントする。このカウント数が、全体数
の１０％を超えた場合、検査が途中であっても検査を中
断し、このウエハーを不良ウエハーとみなして製造ライ
ンからはずす。そうでないウエハーは製造ラインに戻さ
れる（ステップＳ４）。また、不良ウエハーを製造ライ
ンからはずすときには、プロセス異常を知らせるため、
警告音などの警告信号を発するようにすることもでき
る。

【００９１】一方、ビットマップ取得を目的とする場合
には（ステップＳ５）、前述の不良とみなされたブロッ
クをさらに、サブブロックに分けて検査する。その検査
によりさらに細かなウエハー上での不良分布が明らかに
なる。これらのデータは、サブブロック位置情報ととも
に記憶され検査出力となる。

【００９２】さらに、細かい不良位置の特定を行う場合
には、不良コンタクトホールが存在すると検査結果が出
ているサブブロック内部にある、１つ１つのコンタクト
ホールに電子ビームを照射して、貫通電流量を測定し、
それぞれのコンタクトホールの良否を判定する（ステッ
プＳ６）。また、その貫通電流値からそのコンタクトホ
ール底に残存するシリコン酸化膜厚みを測定する。

【００９３】上記のように、順次階層的に一括測定され
る領域の面積を小さくし、細かい場所の測定を行い、区
分けしたブロックの大きさを反映したビットマップを作
成する。必要に応じて、個々のコンタクトホールを測定
し、コンタクトホール底に残存するシリコン酸化膜厚み
を測定して（ステップＳ７）、より精密なコンタクトホ
ールの状況を調べる。

【００９４】なお、上記の実施形態では、ブロック形状
は全て矩形である場合について説明したが、ブロックの
形状は、この場合に限定されず、多角形、円形あるいは
楕円形状でもよい。また、ブロックは、スクライブライ
ンを含む構造となっていたが、スクライブライン状には
メインの回路とは異なったテストを行うためのＴＥＧ
（test element group;特性評価用素子）が置かれるこ
とがあるので、それらが存在する場合には、それらを除
外したり、それらを別のブロックに定義して検査する。

【００９５】さらに、上記の実施形態で説明したような
検査手法は、コンタクトホールの検査に留まらず、あら
ゆるウエハー上に形成されたデバイスの検査に利用でき
ることはいうまでもない。また、分割して重み付けを行
う方法は、それぞれの部分の検査出力Ｓがｎ個の部分か
らなる集合体を一括検査した場合に得られる検査出力Ｔ
が、S*nで表される場合には本発明の手法が利用でき
る。

【００９６】なお、本実施形態の半導体ウエハーの検査
方法は、半導体ウエハーの検査に限定されず、ＳＯＩ基
板の検査方法にも適用できる。

【００９７】

【発明の効果】本発明によると、半導体ウエハーを所望
の複数の領域に区分けして、各領域ごとにいわゆる電流
貫通法により、コンタクトホールが正常に形成されてい
るか否かを検査するため、逐次全てのコンタクトホール
を検査する場合よりも、短時間でコンタクトホールの検
査を行うことができる。そのため、不良コンタクトホー
ルを効率よく見つけることができ、検査のスループット
を向上することができる。また、単位時間あたりに、多
くのウエハーを検査できるため、精密な製造プロセス管
理が実施できる。

【００９８】なお、領域の大きさを半導体チップに搭載
するメモリなどの半導体デバイスと同様の大きさにする
ことによって、フィーチャーサイズが異なる半導体デバ
イスごとに検査を行うことができ、上記と同様に短時間
でコンタクトホールの検査を行うことができる。

【００９９】また、本発明によると、上記の領域（第１
の領域）よりさらに小さい複数の領域（第２の領域）に
区分けして、各小さい領域ごとにいわゆる電流貫通法に
より、コンタクトホールが正常に形成されているか否か
を検査する。このため、第１の領域、第２の領域、個々
のコンタクトホールというように段階的にコンタクトホ
ールの検査をするので、効率よく検査ができ、短時間で
コンタクトホールの検査を行うことができる。

【０１００】さらに、第１の領域あるいは第２の領域に
識別番号を付して、不良コンタクトホールが多いとされ
る領域から検査することにより、さらに、検査時間の短
縮化を図ることができる。なお、不良コンタクトホール
が多いとされる領域とは、たとえば、半導体ウエハーの
端部や、半導体ウエハー搬送機とが接触する箇所に近い
領域である。

【０１０１】また、半導体ウエハーに照射する電子ビー
ムの位置情報と、前記半導体基板の位置情報と、半導体
回路のレイアウト情報とから、検査対象となる領域を特
定して、その領域に照射する電子ビームの照射量を領域
中のコンタクトホールの数に応じて変更する。そのた
め、領域中のコンタクトホールの数が異なっても、単位
コンタクトホール数に照射する電子ビーム量を統一する
ことができる。そのため、領域ごとに検査を行っても、
影響の少ない検査を行うことができる。

【０１０２】さらにまた、領域内のコンタクトホールを
貫通する前記電子ビームの電流値に対応したビットマッ
プを得ることにより、コンタクトホールを検査するとき
に貫通電流法を用いると、得られる検査量は連続量であ
るため、詳しい検査結果を得ることができる。

【０１０３】また、領域に占める不良コンタクトホール
の割合がしきい値以上であるの場合に、その領域中のコ
ンタクトホールの数を数えると共に、領域中のコンタク
トホールの検査を終了する。さらに、プロセス変動量が
しきい値を超えたとき、警告信号などによってプロセス
異常を知らせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の検査方法を示す図

【図２】本発明の実施形態の検査方法の比較を示す図

【図３】本発明の第１の実施形態の複数ブロックに分け
たウエハーを示す図

【図４】本発明の第１の実施形態の複数ブロックと貫通
電流値との関係を示す図

【図５】本発明の第１の実施形態の複数ブロックに分け
たウエハーと貫通電流値との関係を示す図

【図６】本発明の第２の実施形態の複数サブブロックに
分けたウエハーを示す図

【図７】本発明の第２の実施形態の複数サブブロックと
貫通電流値との関係を示す図

【図８】本発明の第２の実施形態の複数ブロックに分け
たウエハーと貫通電流値との関係を示す図

【図９】本発明の第３の実施形態の複数機能ブロックに
分けたウエハーを示す図

【図１０】本発明の第４の実施形態の電子ビーム照射装
置を示す図

【図１１】本発明の第５の実施形態の機能ブロックと貫
通電流値との関係を示す図

【図１２】本発明の第６の実施形態の電子ビームの照射
量を変えるフローチャート

【図１３】本発明の第７の実施形態のウエハーの中心部
と端部とを示す図

【図１４】本発明の第８の実施形態のウエハーの接触領
域と非接触領域とを示す図

【図１５】本発明の第９の実施形態のサブブロックとコ
ンタクトホールとを示す図

【図１６】本発明の第１０の実施形態の電子ビーム走査
装置を示す図

【図１７】本発明の第１１の実施形態の検査の順番を示
すフローチャート

【符号の説明】

１、１０３、１６２電子ビーム３コンタクトホール底４、１５２コンタクトホール２２酸化膜表面２３二次電子２４コンタクトホール底２５コンタクトホール底からの二次電子３１、１０５、１６３ウエハー３２ブロック４１貫通電流値６２、７２、１５１サブブロック１０１電子銃１０２レンズ１０４可変アパチャー１０６電極１０７電流計１３１ウエハー中心部１３２ウエハー端部１４１接触領域１５３不良コンタクトホール１６１電子銃１６４ＸＹステージ１６５Ｘ軸ステッピングモータ１６６Ｙ軸ステッピングモータ１６７真空チャンバー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコンタクトホールを有する半導体
ウエハーの検査方法において、前記半導体ウエハーを所
望の複数の第１の領域に区分けして、各第１の領域に電
子ビームを照射して、各第１の領域中のコンタクトホー
ルを貫通する電子ビームの電流値を測定し、その電流値
を所望のしきい値と比較することにより前記第１の領域
中の複数のコンタクトホールのうち正常に形成されてい
ないコンタクトホールの割合を検査することを特徴とす
る半導体ウエハーの検査方法。
【請求項２】前記複数の第１の領域を、さらに、その
領域より小さい複数の第２の領域に区分けして、各第２
の領域に前記電子ビームを照射して、各第２の領域中の
コンタクトホールを貫通する電子ビームの電流値を測定
し、その電流値を所望のしきい値と比較することにより
前記第２の領域中の複数のコンタクトホールのうち正常
に形成されていないコンタクトホールの割合を検査する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハーの検
査方法。
【請求項３】前記第１の領域の大きさを半導体チップ
の大きさと同様の大きさとすることを特徴とする請求項
１に記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項４】前記第１の領域の大きさを前記半導体チ
ップに搭載するメモリなどの半導体デバイスの大きさと
同様の大きさにすることを特徴とする請求項１に記載の
半導体ウエハーの検査方法。
【請求項５】前記複数の第１の領域に、互いに他の第
１の領域と識別可能なように番号を付したことを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体ウエ
ハーの検査方法。
【請求項６】前記複数の第２の領域に、互いに他の第
２の領域と識別可能なように番号を付したことを特徴と
する請求項２に記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項７】前記電流値の大きい順あるいは小さい順
に前記第１の領域を並べ、その順序に従って前記各第１
の領域中のコンタクトホールを１つずつ検査することを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導
体ウエハーの検査方法。
【請求項８】前記電流値の大きい順あるいは小さい順
に前記第２の領域を並べ、その順序に従って前記各第２
の領域中のコンタクトホールを１つずつ正常に形成され
ているか否かを検査することを特徴とする請求項２に記
載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項９】複数の離れた場所にある前記第１の領域
を集合体としてとらえ、その集合体に電子ビームを照射
して、該集合体中のコンタクトホールを貫通する電子ビ
ームの電流値を測定し、その電流値をあらかじめ定めた
しきい値と比較することにより前記集合体中の複数のコ
ンタクトホールのうち正常に形成されていないコンタク
トホールの割合を検査することを特徴とする請求項１に
記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１０】前記第１の領域に照射する前記電子ビ
ームの照射量を前記第１の領域中のコンタクトホールの
数量に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載
の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１１】前記電子ビームの照射量の変更は、前
記電子ビームの照射位置情報と、前記半導体基板の位置
情報と、半導体回路のレイアウト情報とから、前記複数
の第１の領域のうち前記電子ビームを照射する第１の領
域を識別して、該第１の領域ごとに変更することを特徴
とする請求項１０に記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１２】前記複数の第１の領域のうち、不良コ
ンタクトホールを有する頻度が高い領域から検査を行う
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載
の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１３】前記複数の第２の領域のうち、不良コ
ンタクトホールを有する頻度が高い領域から検査を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハーの検
査方法。
【請求項１４】前記半導体ウエハー中心からの該半導
体ウエハーの半径方向につれて検査を行う順番に重みを
付けることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ
ーの検査方法。
【請求項１５】前記半導体ウエハーとそれを搬送する
半導体ウエハー搬送機とが接触する箇所に近いほど検査
を行う順番に重みを付けることを特徴とする請求項１に
記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１６】前記第１の領域を貫通する前記電子ビ
ームの電流値に対応したビットマップを得ることを特徴
とする請求項１に記載の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１７】前記第１の領域に占める不良コンタク
トホールの割合がしきい値以上である場合に、前記第１
の領域中のコンタクトホールの数量を数えると共に、そ
の第１の領域中のコンタクトホールの検査を終了するこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
半導体ウエハーの検査方法。
【請求項１８】前記第２の領域に占める不良コンタク
トホールの割合がしきい値以上である場合に、前記第２
の領域中のコンタクトホールの数量を数えると共に、そ
の第２の領域中のコンタクトホールの検査を終了するこ
とを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハーの検査
方法。
【請求項１９】前記第１の領域を貫通する前記電子ビ
ームの電流量の分布から前記電流量の平均値および標準
偏差等を計算し、半導体製造プロセスの変動を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載
の半導体ウエハーの検査方法。
【請求項２０】前記第２の領域を貫通する前記電子ビ
ームの電流量の分布から前記電流量の平均値および標準
偏差等を計算し、半導体製造プロセスの変動を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエハーの検
査方法。
【請求項２１】前記プロセス変動量がしきい値を超え
たとき、プロセス異常を知らせるための警告信号を発生
することを特徴とする請求項１７に記載の半導体ウエハ
ーの検査方法。