JP2000164715A

JP2000164715A - コンタクトホール検査用標準試料、その製造方法およびコンタクトホール検査方法

Info

Publication number: JP2000164715A
Application number: JP34063698A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 恵三山田
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-06-16
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP3185774B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタクトホールの底面の残存膜厚を容易に
求めるための技術の提供。【解決手段】支持基板１０上に、膜厚が既知のシリコ
ン酸化膜からなる擬似残存膜１２と、感光性樹脂を硬化
処理した樹脂層１４とを順次に積層し、この樹脂層１４
に、当該樹脂層を貫通する開口部１６を設けたコンタク
トホール検査用標準試料とし、標準試料と検査対象のコ
ンタクトホールとの二次電子像のコントラストを比較す
ることにより、不良コンタクトホール底面の残存膜厚を
評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスに
形成されたコンタクトホールの検査にあたり、コンタク
トホールの底面に残存した残存膜の膜厚を評価するため
の標準試料、その製造方法、および、その標準試料を用
いた検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンタクトホールは、半導体デバイスの
支持基板等上に形成された厚さ数千Åの絶縁膜等に穴を
開口した構造である。そして、コンタクトホールは、通
常、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）等のエッチ
ングによって形成される。エッチングで形成されるコン
タクトホールは、しばしば完全な開口とはならない。そ
の結果、本来絶縁膜等の表面から支持基板表面まで貫通
すべきコンタクトホールの底面に絶縁膜等が残ることが
ある。

【０００３】このため、形成されたコンタクトホールの
開口の様子を非破壊で検査する、非破壊コンタクトホー
ル開口検査装置が開発されている。この装置によるコン
タクトホールの検査では、装置の真空チャンバに載置さ
れた検査対象の半導体デバイスのコンタクトホールに、
図１７に示すように、電子ビームＥＢを照射する。電子
ビームＥＢが照射された部分は、二次電子を放出する。
そして、この二次電子を二次電子検出器で検出して、二
次電子像を観察する。

【０００４】電子ビームの加速電圧が１ｋＶ程度の場
合、この二次電子のエネルギーは、高々数ｅＶ（エレク
トロンボルト）である。そして、このエネルギーの大き
さは、電子ビームを照射した部分の材料の仕事関数によ
って決まる。

【０００５】さらに、この二次電子の放出効率、すなわ
ち、二次電子が二次電子検出器に到達して検出されるか
否かは、電子ビームの照射部分の表面電位で主に決ま
る。例えば、図１７に示すように、コンタクトホール４
２が絶縁膜を貫通し、その底面に支持基板１０が露出し
ている場合と、エッチングが不十分でコンタクトホール
４２の底面に残存膜４４が残存している場合とでは、コ
ンタクトホール４２の底面の電位が異なる。その結果、
開口が十分なコンタクトホール４２と、開口が不十分な
不良コンタクトホールとでは、底面から放出される二次
電子の放出効率が異なるため、二次電子像におけるコン
トラストが異なる。

【０００６】例えば、検査対象の半導体デバイスの裏面
を接地した場合、下地の支持基板が露出しているコンタ
クトホールの底面は、二次電子像において黒く見える。
これに対して、底面に残存膜が残存しているコンタクト
ホールの底面は、二次電子像において白く見える。従っ
て、残存膜の有無によって、画像のコントラストに差が
生じるので、残存膜の有無を検出することができる。す
なわち、残存膜の有無の定性的な判断をすることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エッチングによりコン
タクトホールを開口するにあたっては、コンタクトホー
ルの底面に下地の支持基板が露出した直後に、エッチン
グを停止することが望ましい。コンタクトホール貫通後
もエッチングを継続すると、下地基板に与えるダメージ
が大きくなるからである。そこで、被エッチング層を正
確に貫通し、かつ、下地基板のダメージを最小にしてコ
ンタクトホールを形成する最適なエッチング条件（エッ
チング時間など）を求めるためには、コンタクトホール
の底面に残存膜が残った場合に、その残存膜の膜厚を測
定することが必要となる。

【０００８】しかしながら、従来、二次電子像では、残
存膜の有無は検出できても、残存膜の厚さを測定するこ
とができなかった。このため、従来は、二次電子像を観
察して不良コンタクトホールを検出した後、その不良コ
ンタクトホールの残存膜厚を測定するため、さらにコン
タクトホールの断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像を観
察する必要があった。その結果、従来は、残存膜厚を測
定するのに、多大な時間を要していた。

【０００９】その上、断面ＴＥＭ像を観察するための試
料を用意するには、ＦＩＢ（フォーカスド・イオン・ビ
ーム（FOCUSED ION BEAM））を用いるなど高度な技術が
必要とされる。さらに、ＴＥＭの観察範囲は、二次電子
像の観察範囲に比べて極めて狭い。このため、二次電子
像で発見された全ての不良コンタクトホールの残存膜厚
を測定することは極めて困難であった。

【００１０】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たものであり、コンタクトホールの底面の残存膜厚を容
易に求めるための技術の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願にかかる発明者は、種々の実験および検討
を重ねた結果、二次電子像におけるコンタクトホールの
底面のコントラストが、残存膜の厚さによって異なる事
実に着目した。そして、二次電子像におけるコンタクト
ホール底面のコントラストを、残存膜厚が既知である標
準試料のコントラストと比較すれば、残存膜の有無だけ
でなく、残存膜厚も容易に測定できることに想到した。

【００１２】ところが、残存膜の厚みは、通常、数Å〜
数百Åと非常に薄い。そのため、意図的に、残存膜厚を
この数Å〜数十Åの厚さに正確に制御してエッチングを
行うことは極めて困難である。このため、残存膜厚がエ
ッチングにより制御された標準試料を形成することは事
実上不可能であった。そこで、この発明者は、膜厚を制
御できる標準試料として、支持基板表面に既知の膜厚の
擬似残存膜を成膜した平面板を標準試料とすることを考
え付いた。

【００１３】しかしながら、二次電子の電流値は、残存
膜厚だけでなく、コンタクトホールの形成された半導体
デバイスの表面形状の影響を受ける。例えば、底面から
放出された二次電子は、コンタクトホールの側壁に吸収
されたり、コンタクトホールの内部の複雑な電界の影響
を受ける。このため、平面板の標準試料と、実際のコン
タクトホールの残存膜とでは、膜厚が同じであっても、
二次電子像のコントラストが異なってしまう。従って、
平面板を標準試料としても、残存膜厚を正確に測定する
ことは困難である。

【００１４】このため、この発明者は、更なる検討およ
び実験を重ねた結果、擬似残存膜状に、光感応性樹脂を
用いて、コンタクトホールに相当する開口部を設けた樹
脂層を積層すれば、実際のコンタクトホールと同様の二
次電子像のコントラストが得られることに想到した。

【００１５】（標準試料）そこで、本発明の請求項１記
載のコンタクトホール検査用標準試料によれば、支持基
板上に、膜厚が既知の擬似残存膜と、感光性樹脂を硬化
処理した樹脂層とを順次に積層し、樹脂層に、当該樹脂
層を貫通する開口部を設けた構成としてある。

【００１６】このように、本発明の請求項１記載のコン
タクトホール検査用標準試料によれば、エッチングによ
り擬似残存膜を形成するのでなく、膜厚が既知の擬似残
存膜を支持基板上に形成し、その上に、コンタクトホー
ルに相当する開口部を有する樹脂層を、感光性樹脂を硬
化処理することにより形成した構成を有する。

【００１７】このため、結果的にエッチングによってコ
ンタクトホールの底面に厚みが既知の残存膜が残ったの
と同じ構造とすることができる。その結果、二次電子像
において、標準試料の開口部のコントラストと、検査対
象のコンタクトホールのコントラストとを比較して、残
存膜厚を容易に求めることができる。また、標準試料の
貫通電流値と検査対象の貫通電流とを比較することによ
っても、残存膜厚を容易に求めることができる。

【００１８】なお、感光性樹脂を用いれば、擬似残存膜
を傷めることなく、開口部のパターニングをすることが
できる。このため、例えば数Åという非常に薄い擬似残
存膜に事実上ダメージを与えることなく、その上に、任
意のアスペクト比の開口部を有する樹脂層を形成するこ
とができる。

【００１９】また、開口部寸法の微細加工の限界は単純
にリソグラフィーの限界で決定される。一方、検査対象
のコンタクトホール寸法の微細加工限界もリソグラフィ
ーの微細加工限界によって決定される。従って、コンタ
クトホールの寸法が微少であっても、標準試料の開口部
の寸法を、検査対象のコンタクトホールの寸法と原則的
に同一とすることができる。

【００２０】また、請求項２では、擬似残存膜の材料
を、検査対象のコンタクトホールの底面に残存した残存
膜の材料と同一とした構成としてある。このように、請
求項２記載の発明によれば、検査対象のコンタクトホー
ルの底面に実際に形成される残存膜と等しい材料で、厚
みが既知の擬似残存膜を形成するので、二次電子像にお
けるコントラストおよび貫通電流値を、実際のコンタク
トホール底面のコントラスト及び貫通電流値により近づ
けることができる。その結果、残存膜の膜厚をより正確
に評価することができる。

【００２１】また、請求項３では、残存膜の開口部の平
面寸法およびアスペクト比を、検査対象のコンタクトホ
ールの平面寸法およびアスペクト比と同一とした構成と
してある。このように、請求項３記載の発明によれば、
検査対象のコンタクトホールの形状と同じ形状で標準試
料を形成するので、二次電子像におけるコントラスト及
び貫通電流値を、実際のコンタクトホール底面のコント
ラスト及び貫通電流値により近づけることができる。そ
の結果、半導体デバイスの表面形状によらずに、残存膜
の膜厚をより正確に評価することができる。

【００２２】また、請求項４では、擬似残存膜を、支持
基板上の一部分にのみ設け、当該擬似残存膜の形成領域
および非形成領域において、感光性樹脂にそれぞれ開口
部を設けた構成としてある。このように、請求項４記載
の発明によれば、一つの標準試料に、擬似残存膜がある
開口部と、擬似残存膜がない開口部とを設けている。こ
のため、一つの標準試料で、開口が完全な場合と不完全
な場合とのコントラストを得ることができる。

【００２３】また、実際の半導体デバイスのコンタクト
ホール被形成層（残存膜と同じ材料）の電気的特性と、
樹脂層の電気的特性とは、通常異なっている。特に、電
気的特性のうち、誘電率は、通常、樹脂層の値が、コン
タクトホール被形成層の値よりも大きくなっている。そ
して、樹脂層の電気的特性の違いによって、二次電子像
のコントラストや貫通電流値が異なることがある。

【００２４】そこで、請求項５記載の発明では、樹脂層
の誘電率を、検査対象のコンタクトホール被形成層の誘
電率と等しくした構成としてある。このように、請求項
５記載の発明によれば、樹脂層の誘電率を実際のコンタ
クトホール被形成層の誘電率とを等しくしたので、標準
試料の二次電子像におけるコントラスト及び貫通電流値
を、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホール
のコントラスト及び貫通電流値により近づけることがで
きる。その結果、より正確に残存膜厚を評価することが
できる。

【００２５】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地には、不純物拡
散層が形成されていることが多い。そして、不純物拡散
層の有無によって、二次電子像のコントラスト及び貫通
電流値が異なることがある。

【００２６】そこで、請求項６では、支持基板に、検査
対象のコンタクトホール底面に露出すべき支持基板に形
成された不純物拡散層と、不純物種類および不純物濃度
が同一の不純物拡散層を設けた構成としてある。このよ
うな構成としたので、請求項６記載の発明によれば、検
査対象の半導体デバイスの支持基板に不純物拡散層が設
けられていても、標準試料の二次電子像におけるコント
ラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実
際のコンタクトホールのコントラスト及び貫通電流値に
より近づけることができる。その結果、より正確に残存
膜厚を評価することができる。

【００２７】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地には、ウエルが
部分的に形成されていることが多い。そして、コンタク
トホール形成位置のウエルの有無によって、二次電子像
のコントラスト及び貫通電流値が異なることがある。

【００２８】そこで、請求項７では、支持基板の一部分
に、検査対象のコンタクトホール底面に露出すべき支持
基板に形成されたウエルと、不純物種類および不純物濃
度が同一のウエルを設けた構成としてある。このような
構成としたので、請求項７記載の発明によれば、検査対
象の半導体デバイスの支持基板のコンタクトホールの直
下にウエルが設けられている場合でも、標準試料の二次
電子像におけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
スト及び貫通電流値により近づけることができる。その
結果、より正確に残存膜厚を評価することができる。

【００２９】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地基板として、Ｓ
ＯＩ基板が用いられることが多くなってきている。そし
て、支持基板がＳＯＩ基板である場合とない場合とで、
二次電子像のコントラスト及び貫通電流値が異なること
がある。

【００３０】そこで、請求項８では、支持基板を、ＳＯ
Ｉ（シリコン・オン・インシュレータ）基板としたこと
を特徴としてある。このような構成としたので、請求項
８記載の発明によれば、検査対象の半導体デバイスの支
持基板がＳＯＩ基板である場合でも、標準試料の二次電
子像におけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚さ
の残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラス
ト及び貫通電流値により近づけることができる。その結
果、より正確に残存膜厚を評価することができる。

【００３１】また、実際の半導体デバイスにおいては、
基板の裏面側に絶縁膜が設けられているものがある。こ
のようの半導体デバイスに電子ビームを照射した場合、
裏面側の絶縁膜の有無によって、二次電子像におけるコ
ントラスト及び貫通電流値が異なる場合がある。

【００３２】そこで、請求項９では、支持基板の裏面
に、絶縁膜を設けた構成としてある。このように、請求
項９記載の発明によれば、支持基板の裏面に絶縁膜を設
けたので、検査対象の半導体デバイスに裏面絶縁膜が設
けられている場合でも、標準試料の二次電子像における
コントラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有
する実際のコンタクトホールのコントラスト及び貫通電
流値により近づけることができる。その結果、より正確
に残存膜厚を評価することができる。

【００３３】また、実際の半導体デバイスにおいては、
コンタクトホールは、様々な間隔で設けられている。こ
のため、コンタクトホールの平面分布密度は、様々であ
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールの平面
分布密度によって異なることがある。

【００３４】そこで、請求項１０では、開口部の平面分
布密度が互いに異なるように、複数の前記開口部を前記
樹脂層に不均一に配置した構成としてある。このよう
に、請求項１０記載の発明によれば、種々の平面分布密
度で開口部を設けてあるので、検査対象のコンタクトホ
ールの平面分布密度と同じ分布密度の開口部を選択して
標準試料のコントラストとすることができる。その結
果、標準試料の二次電子像におけるコントラスト及び貫
通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタク
トホールのコントラストにより近づけることができる。
このため、より正確に残存膜厚を評価することができ
る。

【００３５】また、実際の半導体デバイスにおいては、
様々なアスペクト比のコンタクトホールが設けられてい
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールのアス
ペクト比によって異なることがある。

【００３６】そこで、請求項１１では、樹脂層に、互い
に異なるアスペクト比を有する複数の開口部を設けた構
成としてある。このように、請求項１１記載の発明によ
れば、種々のアスペクト比の開口部を設けてあるので、
検査対象のコンタクトホールのアスペクト比と同じアス
ペクト比の開口部を選択して標準試料のコントラストと
することができる。その結果、標準試料の二次電子像に
おけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存
膜を有する実際のコンタクトホールのコントラストによ
り近づけることができる。このため、より正確に残存膜
厚を評価することができる。

【００３７】また、実際の半導体デバイスにおいては、
様々なアスペクト比のコンタクトホールが設けられてい
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールのアス
ペクト比によって異なることがある。

【００３８】そこで、請求項１２では、コンタクトホー
ル検査用標準試料ごとに、樹脂層の層厚が異なる構成と
してある。このように、請求項１２記載の発明によれ
ば、樹脂層の厚さを調節することによってアスペクト比
の開口部を形成してある。その結果、樹脂層の厚さを制
御すれば、共通のマスクパターンを用いて、互いに異な
る何種類もアスペクト比の開口部を形成することができ
る。

【００３９】また、実際の半導体デバイスにおいては、
配線金属の上にコンタクトホールが形成される。そし
て、二次電子像におけるコンタクトホールのコントラス
ト及び貫通電流値は、コンタクトホールの底面の配線金
属の有無によって異なることがある。

【００４０】そこで、請求項１３では、支持基板と擬似
残存膜との間に導電性膜を設けた構成としてある。この
ように、請求項１３記載の発明によれば、導電性膜を設
けてあるので、標準試料の二次電子像におけるコントラ
スト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実際
のコンタクトホールのコントラストにより近づけること
ができる。このため、より正確に残存膜厚を評価するこ
とができる。

【００４１】ところで、ＲＩＥによりコンタクトホール
を形成した場合、コンタクトホール内部（底面や壁面）
にフルオロカーボンが付着する。フルオロカーボンは、
エッチング特性に影響を与える。このため、最適なエッ
チング条件を得るためには、フルオロカーボンの膜厚も
知ることが重要である。

【００４２】そこで、請求項１４では、樹脂層の下に、
膜厚が既知のフルオロカーボン膜を設けた構成としてあ
る。このように、請求項１４記載の発明では、樹脂層下
に、膜厚が既知のフルオロカーボン膜を形成してあるの
で、コンタクトホール底面のフルオロカーボン膜厚の評
価も行うことができる。また、フルオロカーボン膜の下
の残存膜の厚さの評価も行うことができる。

【００４３】（標準試料の製造方法）また、本発明の請
求項１５記載のコンタクトホール検査用標準試料の製造
方法によれば、支持基板上に、膜厚が既知の擬似残存膜
を形成する工程と、擬似残存膜上に、感光性樹脂を塗布
して塗布膜を形成する工程と、塗布膜の一部分を選択的
に硬化処理して、当該樹脂層を貫通する開口部を有する
樹脂層を形成する工程とを含む方法としてある。

【００４４】このように、請求項１５記載の発明によれ
ば、支持基板上に、厚みが既知の擬似残存膜を形成し、
その上に、開口部を有する樹脂層を形成する。このた
め、エッチングによってコンタクトホールの底面に厚み
が既知の残存膜が残ったのと同じ構造を有する標準試料
を容易に製造することができる。そして、製造された標
準試料を用いることにより、コンタクトホールの残存膜
厚を容易に評価することができる。

【００４５】（検査方法）また、本発明の請求項１６記
載のコンタクトホール検査方法によれば、請求項１記載
のコンタクトホール検査用試料を用いてコンタクトホー
ルの検査を行うにあたり、コンタクトホール検査用試料
の開口部に電子ビームを照射して、当該開口部から放出
される二次電子電流値または当該開口部直下の支持基板
へ流れる貫通電流値と、当該開口部の底面に形成された
擬似残存膜の膜厚とを対応づけた対照テーブルを作成し
ておき、検査対象のコンタクトホールに電子ビームを照
射して、当該コンタクトホールから放出される二次電子
電流または貫通電流値を測定し、コンタクトホールから
放出された二次電子電流値または貫通電流値に基づき、
対照テーブルを参照して、当該コンタクトホールの底面
に残存した残存膜の膜厚を評価する方法としてある。

【００４６】このように、請求項１６記載の発明によれ
ば、断面ＴＥＭによる残存膜厚みの測定作業を全く必要
とせずに、厚みの既知である標準試料を予め作ってお
き、標準試料の開口部の二次電子像のコントラストまた
は貫通電流値と、検査対象のコンタクトホールのコント
ラストまたは貫通電流値とを比較することにより、コン
タクトホールの残存膜厚を容易に評価することができ
る。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。なお、参照する図面中
の断面図においては、開口部の正面の壁面の図示を省略
し、切り口部分のみを示す。［第１の実施形態］第１の実施形態では、本発明のコン
タクトホール検査用標準試料、その製造方法および検査
方法の一例についてあわせて説明する。

【００４８】先ず、図１を参照して、第１実施形態の標
準試料の構成について説明する。図１は、第１実施形態
の標準試料の構成を説明するための要部断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態の標準試料は、支持
基板１０上に、膜厚が既知の擬似残存膜１２と、感光性
樹脂を硬化処理した樹脂層１４とを順次に積層し、樹脂
層１４に、当該樹脂層を貫通する開口部１６を設けた構
成としてある。

【００４９】この支持基板１０の材料は、検査対象の半
導体デバイスの支持基板と同じ材料であること望まし
い。この実施形態では、支持基板１０として、単結晶シ
リコン基板を用いる。なお、支持基板の材料としては、
単結晶シリコンの他に、例えば、ポリシリコン、ガラ
ス、石英又はサファイアが用いられることが多い。

【００５０】また、この擬似残存膜１２も、検査対象の
半導体デバイスのコンタクトホールの残存膜と同一材料
であることが望ましい。この実施形態では、擬似残存膜
１２として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）膜を形成して
いる。

【００５１】また、樹脂層の厚さは、検査対象のコンタ
クトホールの開口部分の深さに対応する厚さとすること
が望ましい。そして、開口部の寸法およびアスペクト比
も、検査対象のコンタクトホールと同一とすることが望
ましい。また、樹脂層の厚さは、例えば、数μｍ〜１０
００μｍ程度とすると良い。また、コンタクトホールの
直径は、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍ程度とすると
良い。なお、この樹脂層の材料および形成方法について
は、後述する。

【００５２】次に、図２を参照して、第１の実施形態の
標準試料の製造方法について説明する。図２の（Ａ）〜
（Ｃ）は、標準試料の製造方法を説明するための断面工
程図である。

【００５３】標準試料の製造にあたっては、先ず、表面
を洗浄した支持基板１０上に、所望の膜厚のシリコン酸
化膜１２を形成する（図２の（Ａ））。酸化膜を設ける
方法としては、例えば乾燥酸素を電気炉に導いて酸化す
る熱酸化法がある。この熱酸化方法によれば、先ず、電
気炉の温度を８００℃から８５０℃程度の温度に保持
し、数分から数十分の間、支持基板１０を加熱する。こ
の方法により数Å〜数十Åの厚さのシリコン酸化膜を、
膜厚をÅ単位の精度で制御して成膜できる。特に、物質
の脱出距離である、約８０Å以下の厚さも容易に制御す
ることができる。そして、形成されたシリコン酸化膜の
厚さを、エリプソメトリー等の高精度の厚み測定手段に
よってÅ単位の精度で測定して確定する。

【００５４】なお、シリコン酸化膜を形成するにあたっ
ては、例えば、支持基板を水酸化アンモニウム溶液と過
酸化水素水あるいは塩酸との混合液に漬け込み、基板表
面に過酸化水素とシリコンの反応による酸化膜を形成し
ても良い。この方法によれば、酸化膜形成温度が前者に
比較して大変低いので、±１Å程度の精度で酸化膜厚み
をウエハー全面に均一に設けることが可能である。

【００５５】次に、シリコン酸化膜の擬似残存膜１２上
に、感光性樹脂を塗布して、厚みが正確に制御された塗
布膜１３を形成する（図２の（Ｂ））。塗布にあたって
は、例えばスピンコーティング法等の任意好適な方法を
用いると良い。

【００５６】感光性樹脂としては、例えば、ノボラック
系樹脂、化学増幅レジスト、アクリル系樹脂、ゴム系樹
脂、脂肪族共役ジエン、カルボン酸含有ポリアミド系樹
脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリヒドロキシスチレ
ン樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ポリ
カーボネートジオール変性ジカルボン酸樹脂、α，β不
飽和カルボキシル基含有モノマー樹脂、ビニルピロリド
ンと酢酸ビニルからなる共重合体組成物、ポリベンゾオ
キサゾール樹脂、ポリテトラメチレングリコール変性ジ
カルボン酸樹脂、感光性ジアゾキノン化合物樹脂、ポリ
アミック酸化合物樹脂又はイミド系の樹脂を利用すると
良い。

【００５７】次に、塗布膜の一部分を選択的に硬化処理
して、当該樹脂層１４を貫通する開口部１６を有する樹
脂層１４を形成する（図１の（Ｃ））。硬化処理にあた
っては、先ず、塗布膜１３を、窒素パージされた８０℃
程度の温度のオーブンにてプリベークする。次に、プリ
ベークされた塗布膜１３に対して、適切な量の紫外線露
光を行う。そして、露光の結果生成された潜像を、適切
な溶媒を用いて現像する。

【００５８】なお、露光にあたっては、紫外線の代わり
に電子線やＸ線などの高エネルギービームを照射しても
良い。また、非常に微細なパターニングを行うので、レ
ジストの表面や裏面に反射防止剤を用いると良い。

【００５９】また、この標準試料では、硬化処理された
感光性樹脂を構造体として利用するので、その長期に渡
る寸法安定性が重要である。そこで、感光性樹脂の現像
にあたっては、感光性樹脂の膨潤が小さい現像剤を用い
ることが望ましい。そのような現像材として、例えば、
アルカリ性を示すＴＭＡＨ（TETRA METHYL AMINE HYDRO
XIDE）溶液、コリン等の第３、４級アミン化合物、ナフ
トキノンジアジド、１−メトキシ−２−プロパノ−ル、
または、必要によって界面活性剤を用いると良い。

【００６０】そして、現像終了後、現像剤を、ジクロロ
メタン、テトラヒドロフラン、ｎ−ペンタン、イソヘキ
サン、３−メチルペンタンとネオヘキサン、２，３−ジ
メチルブタン、アセトン、エチルエ−テルまたは乳酸メ
チル等で十分リンスする。リンス後、感光性樹脂を完全
に硬化させるために、さらに１２０℃以上の温度にてポ
ーストベークを行い感光性樹脂を硬化させて樹脂層１４
を得る。

【００６１】なお、必要に応じて高エネルギーの紫外線
（３００ｎｍ以下程度）を照射するＵＶハードニング、
あるいは、短いプラズマ処理を行って、感光性樹脂表面
を焼き付けて、現像後の樹脂層１４をより強固な構造体
とする。また、標準試料はウエハー上に一括して作製さ
れるが、必要に応じてダイシングしてチップ状に小さく
切断し、検査対象の隣に設置できるようにしても良い。

【００６２】このようにして製造された標準試料を用い
てコンタクトホールの残存膜厚を検査するため、擬似残
存膜の厚みを、数Åから数百Åまで、数十Åステップで
変えたシリコン酸化膜を有する標準試料をそれぞれ用意
する。

【００６３】そして、コンタクトホール検査用試料の開
口部１６に電子ビームを照射して、当該開口部１６から
放出される二次電子電流値と、当該開口部１６の底面に
形成された擬似残存膜１２の膜厚とを対応づけた対照テ
ーブルを作成する。対照テーブルに作成にあたっては、
例えば、各擬似残存膜厚の標準試料を厚みの順番に検査
を行い、結果を記録して、厚みと二次電子電流値との関
係を決定しておく。

【００６４】ついで、検査対象のコンタクトホールに、
標準試料と同一条件で、電子ビームを照射して、当該コ
ンタクトホールから放出される二次電子電流を測定す
る。そして、コンタクトホールから放出された二次電子
電流値に基づき、互いの検査結果を比較して、対照テー
ブルを参照して、当該コンタクトホールの底面に残存し
た残存膜の膜厚を評価する。

【００６５】例えば、厚さ１０Åの標準試料を検査装置
にかけた場合の検査結果と、検査対象を測定した検査結
果が等しい場合、検査対象のコンタクトホール底面に残
っている残存膜の厚みは標準試料と同じと考えられ、厚
さ１０Åの膜がコンタクトホール底に残っているという
定量的な検査結果を直接得ることができる。例えば、絶
縁性の残存膜の場合、残存膜厚が増加に比例して、電子
ビーム照射時の貫通電流値が減少する。

【００６６】また、これらの測定や比較作業は大変高速
性を必要とされるので、コンピュータ等の自動手段を利
用することが望ましい。その場合、例えば、コンピュー
タが、検査試料の二次電子電流値に対応する残存膜厚
を、対照テーブルから選択して読み出しようにすると良
い。さらに、コンピュータに、残存膜厚に基づいて、コ
ンタクトホールの良否の判定をさせても良い。

【００６７】また、標準試料は、装置の変動の校正のた
めに保存しておくことが望ましい。その場合、標準試料
は、二次電子像のコントラストが表面状態に強く影響を
受けるため、真空中かつ低温下で保管し、感光性樹脂の
劣化や酸化膜その他の膜が劣化しないようにすることが
望ましい。

【００６８】［第２の実施形態］次に、図３を参照し
て、本発明の第２の実施形態について説明する。図３
は、第２の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図３に示すように、第２の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜１２を、支持基板１０上の一
部分にのみ設け、当該擬似残存膜１２の形成領域および
非形成領域において、感光性樹脂にそれぞれ開口部１６
および１６ａをそれぞれ設けた構成としてある。この実
施の形態では、いったん支持基板１０上全面に擬似残存
膜１２を形成した後、パターニングして、支持基板１０
上に部分的に擬似残存膜を残している。

【００６９】このようにすると、一つの標準試料で開口
部の底面にシリコン酸化膜がある場合と無い場合の二つ
の状態が得られる。従って、この実施形態は、底面に酸
化膜が残存しているコンタクトホールと、底面の酸化膜
がきれいにエッチングにより除去されたコンタクトホー
ルとの両者が形成されたデバイスを模擬した標準試料と
なる。その結果、一回の測定で両者の比較検査を行うこ
とができる。このため、測定精度の向上を図ることがで
きる。

【００７０】また、大量生産される半導体デバイスにお
いては、場所によってコンタクトホールがきれいにエッ
チングされていたり、残存膜があったりすることがあ
る。本実施形態で示した標準試料は、コンタクトホール
が完全に出来ている場所とそうでない場所の両方の標準
となるため、より現実に近い検査結果比較ができる。

【００７１】［第３の実施形態］次に、図４を参照し
て、この発明の第３の実施形態について説明する。図４
は、第３の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図４に示すように、第３の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜２０をシリコン酸化膜ではな
く、シリコン窒化膜で形成してある点が、第１の実施形
態の標準試料と異なる。なお、擬似残存膜２０以外の構
成は、第１の実施の形態と同じであるので、その詳細な
説明を省略する。

【００７２】シリコン窒化膜はシリコン酸化膜と比較し
て膜質が丈夫であり、かつ、吸湿性が小さい。その上、
シリコン窒化膜は、空気中の酸素によって膜の成長が起
こらないので保存に優れる。このため、擬似残存膜２０
をシリコン窒化膜で形成すれば、標準試料の保存性が良
くなり、計測値を安定させることができる。なお、シリ
コン窒化膜の代わりに、ＯＮＯ膜を用いることによって
も、標準試料の保存性の向上を図ることができる。

【００７３】また、シリコン窒化膜の誘電率はシリコン
酸化膜の誘電率よりも大きい。このため、シリコン酸化
膜よりも薄い擬似残存膜を、シリコン窒化膜で等価的に
設けることができる。その結果、シリコン酸化膜より
も、等価的に厚い残存膜を有する検査対象に相当する標
準試料を、シリコン窒化膜を用いて形成することができ
る場合がある。

【００７４】［第４の実施形態］次に、図５を参照し
て、この発明の第４の実施形態について説明する。図５
は、第４の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図５に示すように、第４の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜２０を、シリコン酸化膜の代
わりに、シリコン窒化膜とした構成としてある点を除い
ては、上述の第２の実施形態と同じである。

【００７５】すなわち、支持基板１０上に設けた厚みが
既知のシリコン窒化膜２０の一部分を開口し、支持基板
１０表面の剥き出した領域上にコンタクトホール１６を
設けた場合と、部分的に設けられた窒化膜領域２０上に
コンタクトホール１６を設けた場合が一つの標準試料中
に併存している。このような構成とすると、一つの標準
試料中にコンタクトホール底にシリコン窒化膜２０があ
る場合と無い場合の二種類のコンタクトホールを作るこ
とが可能である。従って、シリコン窒化膜２０が残存し
ている標準試料と、シリコン窒化膜がきれいに除去され
たコンタクトホールの形成された標準試料とを同時に与
えることが可能である。このため、検査対象の検査結果
を一つの標準試料から得られる二つの基準値（既知膜厚
の擬似残存膜がある場合とない場合）の間にマッピング
することができる。

【００７６】［第５の実施形態］次に、図６を参照し
て、この発明の第５の実施形態について説明する。図６
は、第５の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第５の実施の形態では、樹脂層（整
合膜）２２の誘電率を、検査対象のコンタクトホール被
形成層の誘電率と等しくした構成としてある。そして、
検査対象以外の構成は、上述の第１の実施形態と同じで
ある。

【００７７】感光性樹脂は誘電率が４〜５程度である。
一方、コンタクトホール被形成層の材料として一般に使
用される絶縁膜のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜など
の誘電率は、これよりも小さい。そこで、樹脂層２２の
誘電率を調整して、検査対象の半導体デバイスのコンタ
クトホール被形成層の誘電率に等しくする。誘電率を下
げるには、例えば、フッ素を含んだ樹脂を混入したり、
あるいは、フッ素を側鎖に含む感光性樹脂を混入すると
良い。また、アクリル系、シリコーン系その他の低い誘
電率を有する材料を混入しても良い。

【００７８】樹脂が感光性を持ち続ける範囲でこれらの
誘電率を調整するための変性が行えることが望ましい
が、感光性樹脂の感光性が失われた場合には、次のよう
にして樹脂層に開口部を形成すると良い。先ず、コンタ
クトホールを形成する第１の樹脂（樹脂層２２）の上
に、さらに第２の感光性樹脂を塗布してパターニングを
行う。次に第２の感光性樹脂パターン（図示せず）をマ
スクとして、第１の樹脂層をエッチングして除去する。
次に、第２の感光性樹脂パターンを取り除き第１の樹脂
に形成された開口部を得る。

【００７９】なお、一般に、シリコン酸化膜等の擬似残
存膜と樹脂層とは、現像液に対する反応性が大きく異な
る。このため、第１の樹脂のパターニングは容易に実行
できる。また、別の低誘電率化法としては、感光性樹脂
の中に細かい空間を設けて発砲スチロールのような状
態、あるいは中空状態とし、見かけの誘電率を低下させ
ることも有効である。

【００８０】このようにすれば、樹脂層の電気特性が、
実際のコンタクトホール被形成層の電気特性により近づ
く。その結果、二次電子に対する樹脂層の影響を、実際
のコンタクトホールからの影響に近づけることができ
る。このため、標準試料の二次電子像におけるコントラ
ストを、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホ
ールのコントラストにより近づけることができる。その
結果、より正確に残存膜厚を評価することができる。

【００８１】なお、樹脂層の誘電率は、検査対象のコン
タクトホール被形成層の誘電率に合わせて、低くするこ
とも高くすることも可能である。また、電気的特性とし
て、誘電率のほかに、樹脂層の二次電子放出比および熱
膨張率も、実際の試料の値と等しくすることが望まし
い。

【００８２】［第６の実施形態］次に、図７を参照し
て、この発明の第６の実施形態について説明する。図７
は、第６の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第６の実施の形態では、支持基板１
０に、検査対象のコンタクトホール底面に露出すべき支
持基板に形成された不純物拡散層と、不純物種類および
不純物濃度が同一の不純物拡散層２４を設けた構成とし
てある。なお、支持基板１０以外の構成は、第１の実施
形態と同じである。

【００８３】一般に、デバイスの形成された基板表面に
はホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）あるいはヒ素（Ａｓ）等の
不純物が拡散されている。そこで、本実施形態では支持
基板１０表面に実際のデバイスで用いられる拡散層と同
じ拡散層２４を形成し、その上に開口部１６を有する樹
脂層１４を形成している。拡散層２４の厚さは、検査対
象に合わせて、例えば、数ｎｍ〜数μｍとすると良い。
また、拡散層２４の不純物濃度も、検査対象に合わせた
値とすると良い。

【００８４】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスの支持基板に不純物拡散層が設けられてい
ても、標準試料の二次電子像におけるコントラストを、
同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコ
ントラストにより近づけることができる。その結果、よ
り正確に残存膜厚を評価することができる。

【００８５】［第７の実施形態］次に、図８を参照し
て、この発明の第７の実施形態について説明する。図８
は、第７の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第７の実施の形態では、支持基板１
０の一部分に、検査対象のコンタクトホール底面に露出
すべき支持基板に形成されたウエルと、不純物種類およ
び不純物濃度が同一のウエル２６を設けた構成としてあ
る。また、ウエル２６の不純物種類は、検査対象に合わ
せて、例えば、Ｐ、ＡｓまたはＢとすると良い。また、
ウエル２６の深さも、検査対象に合わせて、例えば、数
千Å〜数μｍとすると良い。また、ウエル２６の不純物
濃度も、検査対象に合わせた値とすると良い。なお、ウ
エル２６を設けた点以外の構成は、上述した第１の実施
形態の構成と同じである。

【００８６】本実施形態では支持基板１０表面にＮＰＮ
トランジスタとＰＮＰトランジスタを同時に作る、相補
型のトランジスタ回路を形成するときに用いられるウエ
ル２６を設けている。一般に、半導体装置は複数の電気
的に独立したトランジスタを含みそれぞれを電気的に接
続した回路から構成されている。そのため、各トランジ
スタは互いに電気的に独立している必要がある。このた
め、通常トランジスタのソース、ドレインあるいはゲー
ト上に設けられるコンタクトホールは、同一基板上で互
いに電気的に独立した異なった伝導性を有する不純物拡
散層やウエルどうしの間の電気的導通を取るために設け
られることが多い。

【００８７】従って、本実施形態のように、複数の不純
物拡散領域を有したコンタクトホール構造を作ることで
ウエル構造を模擬し、より現実のデバイスに近い電気特
性を有したコンタクトホール検査用の標準試料とするこ
とができる。もちろん、検査対象が多重ウエル構造をし
ている場合には標準試料も多重ウエル構造とすると良
い。

【００８８】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスにおいて支持基板のコンタクトホールの直
下にウエルが設けられている場合でも、標準試料の二次
電子像におけるコントラストを、同一厚さの残存膜を有
する実際のコンタクトホールのコントラストにより近づ
けることができる。その結果、より正確に残存膜厚を評
価することができる。

【００８９】［第８の実施形態］次に、図９を参照し
て、この発明の第８の実施形態について説明する。図９
は、第８の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第９の実施の形態では、支持基板
を、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板２
８としている。なお、支持基板２８以外の構成は、上述
した第１の実施形態の構成と同じである。

【００９０】ＳＯＩ基板は、デバイスの高速化や微細加
工に伴う隣接素子同士のクロストークを低減するため
に、近年半導体デバイスに採用されるようになり、特
に、高速のＤＲＡＭやプロセッサーに利用されている。
ＳＯＩ基板２８は、通常の単結晶基板とは異なり、活性
層３０と呼ばれる非常に薄い表面のシリコン薄膜を深さ
方向に電気的に絶縁する絶縁膜３２（ここではシリコン
酸化膜）を有している。このため、ＳＯＩ基板では、基
板表面から基板裏面に直流的には電気が流れず、内部に
絶縁膜のない通常の基板とは電気的特性が異なってい
る。また、一般的には、活性層３０を構成する半導体基
板の種類や不純物濃度は、絶縁膜３２の下部の基板部分
と大きく異なり、その電気的性質は両者で全く違うのが
普通である。

【００９１】そこで、本実施形態では支持基板として検
査対象と同じＳＯＩ基板を利用し、その上にコンタクト
ホールを感光性樹脂にて形成している。また、活性層３
０の厚さは、検査対象に合わせて、例えば数千Å〜数μ
ｍ程度とすると良い。また、絶縁膜３２の厚さも、検査
対象に合わせて、例えば数千Å〜数μｍ程度とすると良
い。また、支持基板自体の極性は、検査対象と同じ、Ｐ
型Ｎ型いずれでも良い。また、支持基板の不純物濃度
も、検査対象に合わせて、例えば１０¹⁴〜１０¹⁵原子／
ｃｍ³程度とすると良い。なお、ＳＯＩの絶縁膜、活性
層および支持基板の不純物極性および濃度は、検査対象
のデバイスと同じ材料および膜厚のものを利用すること
が望ましい。

【００９２】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスの支持基板がＳＯＩ基板である場合でも、
標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
ストにより近づけることができる。その結果、より正確
に残存膜厚を評価することができる。

【００９３】［第９の実施形態］次に、図１０を参照し
て、この発明の第９の実施形態について説明する。図１
０は、第９の実施形態の標準試料の構成を説明するため
の要部断面図である。第９の実施の形態では、支持基板
１０の裏面に、シリコン酸化膜の裏面絶縁膜３４を設け
た構成としてある。裏面絶縁膜の膜厚は、検査対象に合
わせて、例えば、数千Å〜数μｍとすると良い。なお、
裏面絶縁膜３４を設けた点以外の構成は、上述した第１
の実施形態の構成と同じである。

【００９４】一般に、測定対象となる半導体デバイスは
支持基板（例えばシリコン基板）の両面のうちの一方の
表面に作られる。しかし、ウエハー自身は１つのチャン
バーの中で処理されるため、ウエハーの両面に同じ膜が
形成されることが多い。この裏面側の膜は、本来は不要
である。このため、裏面に形成された膜を除去すること
もある。しかし、通常はコスト削減のため、あるいは意
図的に、表面プロセスで形成された薄膜構造を裏面絶縁
膜として残す場合が多い。

【００９５】この場合、検査装置によって基板表面に当
てられた電子ビームによる電流は基板を通過した後、一
旦基板裏面の酸化膜で遮られる。このため、基板表面に
導入された電子ビームは、基板裏面に直流電流として流
れない。その結果、裏面絶縁膜を有する支持基板は、裏
面絶縁膜が無いものとは異なった電気特性を有する。そ
のため、裏面絶縁膜のない標準試料を用いると、裏面絶
縁膜を有する検査対象の検査結果が正確でなくなる場合
が生じる。

【００９６】そこで、本実施形態では支持基板１０の裏
面に被測定デバイスに設けられている裏面絶縁膜と同じ
裏面絶縁膜３４を設けて、その構造を正確に模擬し、両
者の差が生じない工夫をしている。裏面絶縁膜３４の厚
みおよび材料は測定対照の半導体デバイスに設けられて
いる裏面絶縁膜と同じにすることが望ましい。また、試
作デバイスの中には裏面絶縁膜だけでなくその下部に他
の導電性膜を有した複合膜と成っていることがあるが、
そのような場合にはその構造と同じ複合膜構造を標準試
料裏面に設けて標準試料とすることが望ましい。

【００９７】このように、支持基板１０の裏面に裏面絶
縁膜３４を設けたので、検査対象の半導体デバイスに裏
面絶縁膜が設けられている場合でも、標準試料の二次電
子像におけるコントラストを、同一厚さの残存膜を有す
る実際のコンタクトホールのコントラストにより近づけ
ることができる。その結果、より正確に残存膜厚を評価
することができる。

【００９８】［第１０の実施形態］次に、図１１を参照
して、この発明の第１０の実施形態について説明する。
図１１の（Ａ）は、第１０の実施形態の標準試料の構成
を説明するための要部断面図である。また、図１１の
（Ｂ）は、標準試料の平面図である。図１１の（Ａ）
は、図１１の（Ｂ）のＡ−Ａに沿った部分の切り口に相
当する。

【００９９】第１０の実施の形態では、開口部１６の平
面分布密度が互いに異なるように、複数の開口部１６を
樹脂層１４に不均一に配置した構成としてある。なお、
開口部１６の分布以外の構成については、上述した第１
の実施形態の構成と同じである。

【０１００】本実施形態では、樹脂層１４に設けた開口
部１６の配置位置を均一ではなく、場所によって不均一
にしている。実際のデバイスでは、ＤＲＡＭなど同一の
セルを多数並べたアレイ部を除けば全く均一にコンタク
トホールが設けられている領域は少なく、デバイス上の
場所によってその配置密度が異なる。コンタクトホール
の配置密度が異なると、検査中に基板に照射している電
子ビームが基板を通過する際に生じる電気抵抗がデバイ
スの場所によって異なってくる。このため、検査結果が
配置密度に依存して、同一検査を行っても得られる検査
結果が異なってくる可能性がある。

【０１０１】そこで、本実施形態では標準試料中の場所
によってコンタクトホールの形成されている密度を変化
させ、実際のデバイスにおけるコンタクトホール密度の
違いによる検査結果の違いが反映できるようにしてい
る。従って、実際の検査に於いては、被検査デバイスの
持つコンタクトホール形成密度と同じようなコンタクト
ホール密度を持つ場所を標準試料の中から選び検査を行
う。

【０１０２】このように、種々の平面分布密度で開口部
１６を設けてあるので、検査対象のコンタクトホールの
平面分布密度と同じ分布密度の開口部１６を選択して標
準試料のコントラストとすることができる。その結果、
標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
ストにより近づけることができる。このため、より正確
に残存膜厚を評価することができる。

【０１０３】［第１１の実施形態］次に、図１２を参照
して、この発明の第１１の実施形態について説明する。
図１２は、第１１の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第１１の実施の形態では、
樹脂層１４に、互いに異なるアスペクト比を有する複数
の開口部を設けた構成としてある。アスペクト比として
は、例えば２〜２０程度の範囲で種々の値のものを設け
ると良い。なお、開口部のアスペクト比以外の構成につ
いては、上述した第１の実施形態の構成と同じである。
また、図１２では、複数の開口部のうち、二つの開口部
１６ｂおよび１６ｃを代表して示す。

【０１０４】測定対象の半導体デバイスに設けられるコ
ンタクトホールは、ＤＲＡＭのように同一の穴径の物が
数多く並ぶ場合もあるが、一般に、異なった穴径のコン
タクトホールが混在することが多い。例えば、周辺に設
けられた記憶セルを制御するアドレスを発生する回路で
は、そのドライバー部分のトランジスタにより多くの電
流を流すため、異なった穴径のものが多数存在し、異な
った穴径のコンタクトホールが混在することが多い。ま
た、例えば、ロジック系では、それぞれのブロック毎に
流す電流量が異なるため、殆どのコンタクトホールの穴
径が異なっている。

【０１０５】コンタクトホールの穴径が異なると、検査
の際に１つの穴に注入される電子ビーム量、あるいは穴
から放出される２次電子の量が異なってくる。このた
め、同じコンタクトホール底の残存絶縁膜を持つ資料に
対して、同一の検査を行っても必ずしも同一の検査結果
を与えるとは限らず、一般的に、異なった検査結果が得
られる。

【０１０６】本実施形態はそのことをシミュレートする
ための標準試料である。本実施形態では種々のアスペク
トレシオを持つ同一残存膜厚みを有するコンタクトホー
ルを数多く用意しているので、試作デバイスの実情に合
ったアスペクトレシオのコンタクトホール標準が示す、
検査結果を用いて比較検査することが可能となる。従っ
て、従来事実上不可能であった、アスペクトレシオの異
なるコンタクトホールが混在する試料における定量的な
検査が可能となる。

【０１０７】［第１２の実施形態］次に、図１３を参照
して、この発明の第１２の実施形態について説明する。
図１３は、第１２の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第１２の実施の形態では、
コンタクトホール検査用標準試料ごとに、樹脂層１４の
層厚が異なる構成としてある。また、一つの標準試料中
に形成される開口部の直径を異ならせることにより、開
口部に、複数のアスペクト比を与えることができる。樹
脂層の厚さとしては、例えば、０、５μｍ〜２μ程度の
範囲の種々の値のものを用意すると良い。なお、樹脂層
の層厚以外の構成については、上述した第１１の実施形
態の構成と同じである。また、図１３では、一つの標準
試料を代表で示し、さらに、その標準試料中の複数の開
口部のうち、開口部１６ｄおよび１６ｅを代表して示
す。

【０１０８】実際に試作されるデバイスに形成されるコ
ンタクトホールは、種々のアスペクト比を有している。
さらに、本実施形態では、コンタクトホールの形成され
る樹脂層の高さを制御して、標準試料どうしてコンタク
トホールのアスペクト比を変化させている。このように
すると、種々のアスペクト比を有するコンタクトホール
を一枚のマスクから製造することが可能である。このた
め、高価なマスクを何枚も作製せずに種々のアスペクト
レシオを有したコンタクトホールを実現できる。このよ
うに感光性樹脂の高さを変えた標準試料を種々用意して
おくことにより、どのようなアスペクトレシオの試料に
対しても容易に対応できる。

【０１０９】［第１３の実施形態］次に、図１４を参照
して、この発明の第１３の実施形態について説明する。
図１４は、第１３の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第１３の実施の形態では、
支持基板１０と擬似残存膜１２との間に導電性膜として
の金属層３６を設けた構成としてある。金属層３６の層
厚は、検査対象に合わせて、例えば、数百Å〜数μｍ程
度とすると良い。なお、金属層３６を設けた点以外の構
成については、上述した第１の実施形態の構成と同じで
ある。

【０１１０】この実施形態の標準試料では、金属配線上
に設けられたコンタクトホールを模擬している。コンタ
クトホールにはビアホールといって金属等配線間の導通
を取るためのコンタクトホールが存在する。これらビア
ホールは絶縁体を介して上下にある金属配線を電気的に
接続する。支持基板１０上に金属層３６を設け、その上
に膜厚既知の擬似残存膜１２を設ける。このような構成
とすると、多層配線構造におけるコンタクトホール検査
用標準試料とすることができる。

【０１１１】なお、導電性材料としては、例えば、シリ
コン、ポリシリコン、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃ
ｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔ
ｉ）、Ｐ−Ｓｉなどのシリサイドまたはサリサイドその
他の半導体製造で使われる任意好適な材料を利用するこ
とができる。

【０１１２】このように、金属層３６を設けてあるの
で、標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同
一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコン
トラストにより近づけることができる。このため、より
正確に残存膜厚を評価することができる。

【０１１３】［第１４の実施形態］次に、図１５を参照
して、この発明の第１４の実施形態について説明する。
図１５は、第１４の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第１４の実施の形態では、
金属層３６上に、擬似残存膜として、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜３８を設けた構成としてある。ＴｉＮ膜３８の厚
さは、例えば数百Å〜数千Åとすると良い。なお、Ｔｉ
Ｎ膜３８を設けた点以外の構成については、上述した第
１３の実施形態の構成と同じである。

【０１１４】この実施形態では、配線上に最近設けるこ
とが多くなったＴｉＮ膜を設け、その上に、開口部１６
を有する樹脂層１４を設けている。このような構成とす
ると、多層配線膜コンタクトホール形成エッチング後に
配線上に設けたＴｉＮ膜がオーバーエッチングされたか
否かを電子ビーム検査装置にて検査することができる。
なお、ＴｉＮ膜は、拡散防止層、下地との密着改善、ま
たは、リソグラフィーの際のハレーション防止層として
利用される。また、ＴｉＮ膜の代わりに、同様の働きを
するものとして、ＳｉＯＮ膜を設けても良い。

【０１１５】［第１５の実施形態］次に、図１６を参照
して、この発明の第１５の実施形態について説明する。
図１６は、第１５の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第１５の実施の形態では、
樹脂層１４の下に、膜厚既知のフルオロカーボン膜４０
を設けた構成としてある。フルオロカーボン膜４０の膜
厚は、例えば、２００Å程度以下とすると良い。また、
フルオロカーボン膜４０を設けないものも標準試料とす
ることが望ましい。なお、フルオロカーボン膜４０を設
けた点以外の構成については、上述した第１３の実施形
態の構成と同じである。

【０１１６】コンタクトホールを形成するためにＲＩＥ
を用いてエッチングを行うと、コンタクトホール内壁お
よび底に膜厚が未知のフルオロカーボン重合膜が形成さ
れる。これらの膜厚はエッチングの特性を支配する。こ
のため、その厚みを正確に計測することは重要である。

【０１１７】そこで、この実施形態では、フルオロカー
ボン重合膜厚を測定可能とする標準試料を得るため、既
知膜厚のフルオロカーボン膜４０を樹脂層１４の直下に
設ける。すなわち、支持基板１０上に、金属層３６を設
け、さらに、擬似残存膜としてのＴｉＮ膜３８およびフ
ルオロカーボン膜４０を順次に積層した構成としてあ
る。

【０１１８】そして、種々のフルオロカーボン重合膜厚
みに相当する標準試料と、実際に被測定デバイスのエッ
チング終了直後のコンタクトホールとの電子ビーム検査
によるコントラストを比較することにより、検査対象デ
バイスのコンタクトホール底にあるフルオロカーボン重
合膜の厚みの測定、あるいはその下に残っている残存膜
の厚みを定量的に測定することが可能となる。

【０１１９】なお、ＴｉＮ上以外の材料上にもＲＩＥの
後にはフルオロカーボン重合物がコンタクトホール内部
に付着することが知られているので、そのような場合
は、検査対象をエッチングした際に露出する材料表面に
フルオロカーボン膜を設けた構造の標準試料を用いるこ
とが望ましい。

【０１２０】上述した実施形態においては、この発明を
特定の条件で構成した例について説明したが、この発明
は、種々の変更を行うことができる。例えば、上述した
実施形態においては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜
などの特定の材料で擬似残存膜を形成した例について説
明したが、この発明では、擬似残存膜の材料は、これら
に限定されない。例えば、擬似残存膜として、ＴｉＮ
膜、ＴａＮ膜、ＯＮＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳＯＧ（スピン
オングラス）膜、シリカ系の無機膜、シリカ系の有機膜
または強誘電体膜を形成しても良い。

【０１２１】また、擬似残存膜の材料として、例えば配
線材料に用いられる金属を用いても良い。そのような金
属としては、例えばチタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、
金（Ａｕ）、白金（Ｐｕ）、コバルト（Ｃｏ）およびイ
リジウム（Ｉｒ）が挙げられる。また、擬似残存膜の材
料としては、このほかに、これら金属の酸化物、シリサ
イド、それらの酸化物、金属間化合物、有機材料、酸化
物超伝導材料その他の、半導体デバイスに使用される任
意の材料を利用することができる。

【０１２２】また、上述した実施形態では、擬似残存膜
を熱酸化法により形成した例について説明したが、この
発明では、擬似残存膜を例えばランプアニール法など任
意好適な方法で形成すると良い。また、上述した実施形
態においては、二次電子電流値を検出し、二次電子像の
コントラストを比較する例について説明したが、この発
明では、貫通電流値を比較しても良い。

【０１２３】また、上述した実施形態では特定の材料お
よびそれらの組み合わせについて述べたが、その範囲に
留まることなく、半導体製造工程で使用されるあらゆる
材料を適用することができるのは述べるまでもない。そ
れらの組み合わせによるデータをとることにより半導体
プロセス上で現れる種々の材料が同時に存在する例え
ば、酸化膜とフルオロカーボン膜が同時に存在する複合
状態の場合の膜厚み測定なども可能となる。配線材料が
酸化したり、他の薬品にて変質した場合に生じる材料を
膜厚既知の状態で作製して標準試料とすれば、配線等の
不具合の定量的把握もその場でできる。

【０１２４】また、感光性樹脂で作製されるコンタクト
ホールの設けられる支持基板には検査対象の持つ構造と
できる限り同じ物を用いることが効果的であり、コンタ
クトホールが形成される検査対象の内何枚かを全て絶縁
膜を取った状態とし、その上に厚みの既知の絶縁膜を成
長させた後に、感光性樹脂によるコンタクトホールを設
けると、より完全な標準試料に近づく。

【０１２５】また、複合膜が対象とされる場合にも、厚
みが既知の複合膜を標準とすることで検査対象のコンタ
クトホール底にある膜厚みを推定することができる。

【０１２６】

【発明の効果】従来は、実際のデバイスの断面ＴＥＭ像
を取るしか、コンタクトホールの残存各圧を測定する実
用的な方法が事実上なかったが、この発明によれば、支
持基板上に、既知膜厚の擬似残存膜を形成し、その上
に、コンタクトホールに相当する開口部を有する樹脂を
設ける。このようにして、既知厚みの擬似残存膜を底面
に有する擬似コンタクトホール構造としての標準試料を
容易に製造することができる。その結果、この標準試料
と検査対象を同一の電子ビーム検査を通して比較するだ
けで検査対象の残存絶縁膜の量を定量的に知ることがで
きる。

【０１２７】そして、本発明の検査方法を用いると、従
来必要であった断面ＴＥＭ観察およびその観察のための
試料作製に要した時間が不要となり、残存膜厚測定の短
時間化を図ることができる。

【０１２８】このため、デバイス試作が行われている現
場で、コンタクトホール底に残存している残存膜の正確
な厚みを測定することが可能となり、デバイスの良否を
定量的に判断可能となる。現場で容易に検査できるの
で、デバイス不良の発生時機をいち早く知ることが可能
となり、従来もたらされていた大きな製造損失を小さく
することができる。

【０１２９】また、ＴＥＭを用いずに検査可能であるた
め、大量のコンタクトホールについて残存膜厚を迅速に
検査できる。また、コンタクトホール底に残存している
膜厚みを定量的に連続値測定できるので、不良に至るま
でのプロセスの変動やエッチング装置の不具合等を早期
に発見でき大事故の未然防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図２】第１の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の製造方法を説明するための要部断面工程図
である。

【図３】第２の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図４】第３の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図５】第４の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図６】第５の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図７】第６の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図８】第７の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図９】第８の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。

【図１０】第９の実施形態におけるコンタクトホール検
査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１１】第１０の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１２】第１１の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１３】第１２の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１４】第１３の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１５】第１４の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１６】検査対象のコンタクトホールの構成を説明す
るための要部断面図である。

【符号の説明】

１０支持基板１２擬似残存膜（シリコン酸化膜）１３塗布膜１４樹脂層１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ開口
部１８底面２０擬似残存膜（シリコン窒化膜）２２擬似残存膜（整合膜）２４拡散層２６ウエル２８ＳＯＩ基板３０活性層３２絶縁膜３４裏面絶縁膜３６金属層３８ＴｉＮ膜４０フルオロカーボン膜４２コンタクトホール４４底面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月２日（１９９８．１２．
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１６】第１５の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。

【図１７】検査対象のコンタクトホールの構成を説明す
るための要部断面図である。

【符号の説明】１０支持基板１２擬似残存膜（シリコン酸化膜）１３塗布膜１４樹脂層１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ開口
部１８底面２０擬似残存膜（シリコン窒化膜）２２擬似残存膜（整合膜）２４拡散層２６ウエル２８ＳＯＩ基板３０活性層３２絶縁膜３４裏面絶縁膜３６金属層３８ＴｉＮ膜４０フルオロカーボン膜４２コンタクトホール４４底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/90 ＣＦターム(参考） 4M104 AA01 AA09 BB01 BB02 BB04 BB06 BB09 BB14 BB16 BB18 BB22 BB30 CC01 DD07 DD08 DD16 DD17 DD18 DD19 DD20 DD63 DD65 DD79 EE02 EE08 EE12 EE14 EE15 EE17 EE18 HH20 4M106 AA07 AA10 AB17 BA02 CA48 DH03 DH24 DH33 DJ18 5F004 AA09 BB01 CB05 CB14 EA21 EA26 EB01 5F033 GG04 HH01 HH03 HH04 HH07 HH08 HH11 HH13 HH15 HH18 HH19 HH20 HH25 HH31 HH33 KK01 KK04 KK07 KK08 KK11 KK13 KK15 KK18 KK19 KK20 KK25 KK32 KK33 NN34 QQ06 QQ09 QQ13 QQ37 QQ39 QQ74 QQ76 QQ81 QQ82 QQ84 RR01 RR04 RR06 RR08 RR09 RR11 RR21 RR22 RR23 RR24 RR25 RR27 RR29 SS25 SS27 SS30 TT01 WW01 XX34 XX37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板上に、膜厚が既知の擬似残存膜
と、感光性樹脂を硬化処理した樹脂層とを順次に積層
し、前記樹脂層に、当該樹脂層を貫通する開口部を設けたこ
とを特徴とするコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項２】前記擬似残存膜の材料を、検査対象のコ
ンタクトホールの底面に残存した残存膜の材料と同一と
したことを特徴とする請求項１記載のコンタクトホール
検査用標準試料。
【請求項３】前記開口部の平面寸法およびアスペクト
比を、検査対象のコンタクトホールの平面寸法およびア
スペクト比と同一としたことを特徴とする請求項１記載
のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項４】前記擬似残存膜を、前記支持基板上の一
部分にのみ設け、当該擬似残存膜の形成領域および非形
成領域において、前記感光性樹脂にそれぞれ開口部を設
けたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のコンタ
クトホール検査用標準試料。
【請求項５】前記樹脂層の誘電率を、検査対象のコン
タクトホール被形成層の誘電率と等しくしたことを特徴
とする請求項１、２、３又は４記載のコンタクトホール
検査用標準試料。
【請求項６】前記支持基板に、検査対象のコンタクト
ホール底面に露出すべき支持基板に形成された不純物拡
散層と、不純物種類および不純物濃度が同一の不純物拡
散層を設けたことを特徴とする、請求項１、２、３、４
又は５記載のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項７】前記支持基板の一部分に、検査対象のコ
ンタクトホール底面に露出すべき支持基板に形成された
ウエルと、不純物種類および不純物濃度が同一のウエル
を設けたことを特徴とする、請求項１、２、３、４、５
又は６記載のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項８】前記支持基板を、ＳＯＩ（シリコン・オ
ン・インシュレータ）基板としたことを特徴とする請求
項１、２、３、４、５、６又は７記載のコンタクトホー
ル検査用標準試料。
【請求項９】前記支持基板の裏面に、絶縁膜を設けた
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又
は８記載のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項１０】前記開口部の平面分布密度が互いに異
なるように、複数の前記開口部を前記樹脂層に不均一に
配置したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８又は９記載のコンタクトホール検査用標準試
料。
【請求項１１】前記樹脂層に、互いに異なるアスペク
ト比を有する複数の開口部を設けたことを特徴とする請
求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載
のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項１２】前記コンタクトホール検査用標準試料
ごとに、前記樹脂層の層厚が異なることを特徴とする請
求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１
１記載のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項１３】前記支持基板と前記擬似残存膜との間
に導電性膜を設けたことを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２又は１
３記載のコンタクトホール検査用標準試料。
【請求項１４】前記樹脂層の下に、膜厚が既知のフル
オロカーボン膜を設けたことを特徴とする請求項１、
２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２又
は１３記載のコンタクトホール検査用標準試料。（製造方法）
【請求項１５】支持基板上に、膜厚が既知の擬似残存
膜を形成する工程と、前記擬似残存膜上に、感光性樹脂を塗布して塗布膜を形
成する工程と、前記塗布膜の一部分を選択的に硬化処理して、当該樹脂
層を貫通する開口部を有する樹脂層を形成する工程とを
含むことを特徴とするコンタクトホール検査用試料の製
造方法。（検査方法）
【請求項１６】請求項１記載のコンタクトホール検査
用試料を用いてコンタクトホールの検査を行うにあた
り、前記コンタクトホール検査用試料の開口部に電子ビーム
を照射して、当該開口部から放出される二次電子電流値
または当該開口部直下の支持基板へ流れる貫通電流値
と、当該開口部の底面に形成された擬似残存膜の膜厚と
を対応づけた対照テーブルを作成しておき、検査対象のコンタクトホールに電子ビームを照射して、
前記二次電流値または前記貫通電流値を測定し、前記二次電子電流値または前記貫通電流値に基づき、前
記対照テーブルを参照して、当該コンタクトホールの底
面に残存した残存膜の膜厚を評価することを特徴とする
コンタクトホール検査方法。