JP2002216697A - 検査装置 - Google Patents
検査装置Info
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Abstract
る開口の内部を表示する検査装置に関し、試料にバイア
ス電圧をかけることによりアスペクト比が高く、直径の
小さい2次電子像では観察不可能なコンタクトホールの
像を下層電流像から高分解能、かつ安定に観察すること
を目的としている。 【解決手段】 検査基板上の上層から下層に達する開口
の内部を、細く絞った荷電粒子線で照射しつ面走査する
走査手段と、検査基板に所定の電圧を印加するバイアス
電圧源と、バイアス電圧源で上記検査基板にバイアス電
圧を印加した状態で当該検査基板に流れる電流を検出す
る電流検出手段と、走査手段による面走査に同期して電
流検出手段によって検出した電流で輝度変調して電流画
像を表示する手段とを備えた検査装置である。
Description
層から下層に達する1個あるいは複数個の開口を検査す
る検査装置であって、半導体ウエハの加工工程の中でウ
エハ表面に加工された回路パターンの中で層間の配線を
行うための貫通孔(いわゆるコンタクトホール)の加工
の不良の検査を行う検査装置に関するものである。コン
タクトホールの検査は、基本的には光学顕微鏡あるいは
電子顕微鏡の画像からその直径を計測し、目的とする許
容範囲内に入っているか否かを判定することであるが、
直径が小さくなるに従い画像の分解能(鮮明度)が低下
してくるため検査が困難となる。
しコンタクトホールの加工寸法が直径で0.5進歩とと
もにμm以下となって光学顕微鏡の分解能では不十分と
なってきたため、量産工場の加工後の検査においてさえ
走査型電子顕微鏡(以下SEMという)が利用されるよ
うになっている。最近では加工技術の進歩によって更に
微細化が進められており、コンタクトホールの直径も
0.2μm以下となることが予想されている。
エハの表面を走査し、その表面から発生する2次電子を
検出して輝度変調して画像を形成表示するものである。
コンタクトホールの検査は、上述の2次電子像を観察し
てホールが下層まで貫通しているか否か、あるいは貫通
孔の直径を測定して行う。コンタクトホールが貫通すべ
き膜の厚さは1μm程度であるから、0.2μm径のホ
ールではアスペクト比(直径に対する深さの比)は5以
上となり、高速の電子ビームでのホールの底の部分を走
査したときに底で発生した2次電子がホールを脱出する
ことが困難となってしまう。2次電子を検出できなけれ
ばその部分(ホールの底の部分)の情報が得られないこ
ととなる。このような場合、従来の2次電子の変わりに
下層に流れる電流を検出する方法がある。
ハ下層に流れる電流を検出する方法を説明したものであ
る。図3において、電子線源1は、電子線ビームを発生
するものである。
され、放出された1次電子ビームである。コンデンサレ
ンズ3は、電子線源1から放出された電子線ビーム2を
収束するものである。
1次電子ビームをコンデンサレンズ3で収束した時に所
定の開き角を与えるためのものである。出力電子検出器
5は、電子線ビーム2で試料8を照射したときに当該試
料8から放出された出力電子を検出する検出器である。
た出力電子の軌道である。対物レンズ7は、電子線ビー
ム2を細く絞って試料8上に照射するものである。
射して放出される2次電子などを検出して電子線像を表
示して観察する対象の試料である。ホルダ9は、試料8
を支えるものであり、ウエハの下層とは導通が取れるよ
うになっている。
ーム1が試料8上に照射されたときに試料の下層に流れ
た電流を計測するものである。図3の構成において、ま
ず、電子線源1から発生され、放出された電子線ビーム
2を図示外のビーム偏向器によって2段偏向し、対物レ
ンズ7により結像して試料8に細く絞って電子ビームを
照射し、面走査する。次に、試料8から放出された2次
電子などを対物レンズ7の上側に設けた出力電子検出器
5によって検出する。この検出器によって検出された信
号を増幅し、図示外の表示装置上に画像表示し、2次電
子像を得る。また、このときに試料8の下層に流れた電
流を電流計10で計測する。この電流計10によって計
測された信号を増幅し、図示外の表示装置上に画像表示
して下層電流像を得る。この下層電流像により加工不良
の検査を行っている。
得る際、試料8の表面が照射電子により帯電し、安定し
た信号が得られない。
である。この図はコンタクトホールなどの底の断面図で
ある。図4において、入射電子11は、図3の電子線源
1から放出された電子線の電子である。
上に照射されたとき、後方散乱領域15にて発生した2
次電子である。入射電子と2次電子の比率、即ち収率
は、試料の種類および入射電子エネルギーにより決ま
る。
量に応じて変化する電位で、収率が1より大きければチ
ャージ電位はプラスとなり、収率が1未満であればマイ
ナスになる。
表面に残っている薄い層である。後方散乱領域15は、
入射電子11が後方散乱し2次電子を発生させる領域で
ある。
流計10は、下層16に流れる電流を計測するものであ
る。図4の構成において、入射電子11が試料に入射す
ると後方散乱領域15で2次電子が発生する。この際、
上層と下層が後方散乱領域15を占める割合におおじて
全体の収率が決まり、収率が1以外であれば電流計10
に電流が流れ、電流計測できる。それと同時に、試料表
面には収率に応じて帯電が起こり、チャージ電位13が
変化すると、2次電子12の放出量も変わる。これは、
2次電子のエネルギーは低く、例えばチャージ電位がプ
ラスになれば、2次電子は試料上に引き戻されてしま
う。2次電子の放出量が変化すれば、電流計の計測値も
変わり安定しない。
能で観察する際には、試料にバイアス電圧を印加し、試
料にビームが照射される直前でビームのエネルギーを落
としている。これは半導体試料のチャージを防ぐため
と、試料直前まで電子ビームを高速度にしておき、電子
線源およびさまざまなレンズ系の収差をできるだけ少な
くするためである。しかし、電流計をホルダに接続する
と、バイアス電圧をかけることができない。
するため、本発明は、電流計を直接ホルダにつなげず、
高電圧ユニットなどを用いてホルダにバイアス電圧をか
けられるようにしたものである。
を説明する。この図は、コンタクトホールなどの底の断
面図である。図1において、電流・電圧変換器17は、
試料の下層16より流れてきた電流を電圧に変換するも
のである。
号を周波数変換するものである。アンプ19は、周波数
変換された信号を増幅するものである。発光素子20
は、アンプ19から送られてくる信号を光に変換するも
のである。
7、V/F変換器18、アンプ19、発光素子20で構
成されており、バイアス電圧22によりアース電位より
正あるいは負に浮遊(浮動)されるものである。
ものである。光ファイバ23は、発光素子20で発生し
た光信号を高電圧ユニット21の外側に誘導するもので
ある。
換するものである。画像表示装置25は、F/V変換器
24から出力された電圧を画像表示するものである。
に入射すると後方散乱領域15で2次電子12が発生す
る。この際、上層と下層が後方散乱領域15を占める割
合に応じて全体の収率が決まり、収率が1以外であれば
電流計17に電流が流れ、電流計測できる。それと同時
に、試料表面には収率に応じて帯電が起こり、チャージ
電位13が変化する。電圧計22を安定させるために
は、このときチャージ電位13をバイアス電位22によ
り0(零)にする。また、高分解能で観察する際は、試
料直前で高速度の入射電子11の速度を下げるためバイ
アス電圧22に負の電圧をかける。
換器17で電圧信号に変換し、更に、V/F変換器18
で周波数信号に変え、アンプ19で増幅し、発光素子2
0で光信号に変換する。光に変換された信号は、光ファ
イバ23を経由して高圧ユニット21外に導かれ、F/
V変換器24で電圧信号に変換され、その電圧を更に増
幅して画像表示装置25に画像表示し、下層の電流像を
得る。そして、この下層の電流像の面積測定などの画像
解析により、コンタクトホールの良否判定を行う。
ィスチャージを行って電流を検出するロッキング・アン
プを用いて、高S/Nで電流を検出し、電流画像を表示
する。
例を詳細に説明する。図2において、電子線源1は、電
子ビームを発生するものである。
生され、放出された1次電子ビームである。コンデンサ
レンズ3は、電子線源1から放出された電子線ビーム2
を収束するものである。
定の周期の遮断を与えるものである。対物絞り4は、電
子線源1から放出された1次電子ビームをコンデンサレ
ンズ3で収束した時に所定の開き角を与えるためのもの
である。
料8を照射したときに当該試料8から放出された出力電
子を検出する検出器である。出力電子6は、試料8から
上方に放出された出力電子の軌道である。
って試料8上に照射するものである。試料8は、細く絞
った1次電子ビームを照射して放出される2次電子など
を検出して電子線像を表示して観察する対象の試料であ
る。
ウエハの下層とは導通が取れるようになっている。高電
圧ユニット21は、電流・電圧変換器、V/F変換器、
アンプ、発光素子で構成されており、バイアス電圧22
によりアース電位より正あるいは負に浮遊(浮動)され
るものである。
るものである。光ファイバ23は、高電圧ユニット21
内の発光素子で発生した光信号を高電圧ユニット21の
外側に誘導するものである。
換するものである。画像表示装置25は、F/V変換器
24から出力された電圧を画像表示するものである。
ら発生され、放出された電子線ビーム2を図示外のビー
ム偏向器によって2段偏向し、対物レンズ7により結像
して試料8に細く絞った電子線ビームを照射し、面走査
する。この際、目的に応じて試料8には正あるいは負の
電圧がバイアス電圧22によりかけられている。次に、
試料8から放出された2次電子などを対物レンズ7の上
側に設けた出力電子検出器5によって検出する。この検
出器によって検出された信号を増幅し、図示外の表示装
置上に画像表示し、2次電子像を得る。また、このとき
に試料8の下層16に流れた電流を高電圧ユニット21
内の電流・電圧変換器で電圧信号に変換し、更に、高電
圧ユニット21内のV/F変換器で周波数信号に変え、
高電圧ユニット内のアンプで増幅し、高電圧ユニット2
1内の発光素子で光信号に変換する。光に変換された信
号は、光ファイバ23を経由して高電圧ユニット21の
外に導かれ、F/V変換器24で電圧信号に変換され、
その電圧を更に増幅し、画像表示装置25に画像表示し
て下層電流像を得る。信号が検出不可能な位小さけれ
ば、ブランキング電極に周期的に電圧をかけてビームを
遮断し、ロッキングアンプを用いて増幅し、高S/Nの
信号を得る。この下層の電流像により加工不良の検査を
行う。
試料にバイアス電圧をかけることによりアスペクト比が
高く、直径の小さい2次電子像では観察不可能なコンタ
クトホールの像を下層電流像から高分解能、かつ安定に
観察することが可能となる。これにより、ウエハのコン
タクトホールの底の残膜の有無だけでなく、残膜の膜厚
測定も可能となる。
Claims (4)
- 【請求項1】検査基板上の上層から下層に達する開口の
内部を表示する検査装置において、 検査基板上の上層から下層に達する開口の内部を、細く
絞った荷電粒子線で照射しつ面走査する走査手段と、 上記検査基板に所定の電圧を印加するバイアス電圧源
と、 上記バイアス電圧源で上記検査基板にバイアス電圧を印
加した状態で当該検査基板に流れる電流を検出する電流
検出手段と、 上記走査手段による面走査に同期して上記電流検出手段
によって検出した電流で輝度変調して電流画像を表示す
る手段とを備えたことを特徴とする検査装置。 - 【請求項2】上記電流検出手段として、上記バイアス電
圧源と上記検査基板との間に電流を電圧に変換する変換
器を接続して当該変換器によって変換した電圧を周波数
信号に変換して伝送し、伝送されてきた光信号から電圧
に変換し、電流を検出することを特徴とする請求項1記
載の検査装置。 - 【請求項3】上記荷電粒子線を所定時間だけ照射した後
に遮断すると共に上記検査基板にチャージした電荷を放
電して電流を検出することを繰り返して面走査し、電流
を検出することを特徴とする請求項1あるいは請求項2
記載の検査装置。 - 【請求項4】上記バイアス電圧源によって、上記荷電粒
子線の加速電圧より少し低い負の電圧を印加し、検査基
板を低い加速電圧の荷電粒子線で走査することを特徴と
する請求項1から請求項3のいずれかに記載の検査装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001009542A JP2002216697A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001009542A JP2002216697A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 検査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002216697A true JP2002216697A (ja) | 2002-08-02 |
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ID=18877012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001009542A Pending JP2002216697A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 検査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002216697A (ja) |
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-
2001
- 2001-01-17 JP JP2001009542A patent/JP2002216697A/ja active Pending
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