JP2003303867A - コンタクトホールの検査方法およびその結果に基づいた不良コンタクトホールの補修加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】効率よくコンタクト不良なコンタクトホールを
特定する方法を提供する。 【解決手段】集束した荷電粒子ビームを二次元的に走査
しながらウェハ上の各領域における平均的な吸収電流
（試料電流）を測定して、ウェハ全域に渡る吸収電流強
度分布図を得る「領域測定」と、その所見から適宜選択
した領域において二次電子像と吸収電流像と測定しこの
両者を比較してコンタクト不良なコンタクトホールを特
定する「比較測定」と、特定した不良なコンタクトホー
ルに集束した荷電粒子ビームを照射して吸収電流を測定
してそのコンタクトホールの残膜の厚さを求める「単独
測定」からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、 電子ビームなど
の一次ビームを試料に照射して検査を行うコンタクトホ
ールの検査方法とその結果に基づき不良コンタクトホー
ルの補修加工を行う方法に関し、特に、試料に流れる微
少な電流を検出することによって行う検査方法とその結
果を基にして集束イオンビーム装置による加工方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハに形成されたコンタクトホ
ールの底部に残っている絶縁物の膜の有無を検査するこ
とは半導体装置の製造上重要な課題である。従来からこ
のための検査法ないし判断基準がいくつかある。例え
ば、コンタクトホールの形成後、ウェハのコンタクトホ
ール部分の断面を何らかの方法で作り出し、その断面を
電子顕微鏡などで検査して残っている絶縁物の膜、即ち
残膜の厚さを測定して、コンタクトホールの形成のため
のエッチング条件との関係を調べる。そして、この結果
を用いてエッチング条件を決める判断の基準とする。あ
るいは、半導体検査用の走査電子顕微鏡、例えばＣＤ−
ＳＥＭを用いて、コンタクトホールの開口部の寸法を測
定して、この値を判断の基準とする、などである。

【０００３】更に最近では、電子ビームなどの荷電粒子
ビームを、コンタクトホールの形成後のウェハに照射
し、ウェハ試料に流れる吸収電流（試料電流）を測定す
ることによって、残膜の程度を知ろうとする方法が開発
されている。例えばその第１の方法としては、正常なコ
ンタクトホールが形成されている良品と、これと同一の
パターンでコンタクトホールが形成されている被検査試
料とで、それぞれ電子ビームで二次元的に走査しながら
照射して吸収電流（試料電流）を測定し、この吸収電流
による走査像を得る。そして、両走査像を比較すること
によって、不良コンタクトホールを発見しようとするも
のである。

【０００４】更に第２の方法としては、例えばウェハ全
面を多数の領域に仮想的に分割し、次々に荷電粒子ビー
ムを照射して、各領域での吸収電流を測定し、その吸収
電流の測定値を用いてウェハ全面に渡る吸収電流分布図
（マップ）を作って表示する。そして、オペレータはそ
のマップを見てウェハ上におけるエッチング条件の偏り
等を知ろうとするものである。このとき、それぞれの領
域には多数のコンタクトホールとコンタクトホール以外
の部分とを含むから、これら全体の平均的な残膜の様子
を見ていることになる。

【０００５】図１は、後者の第２の方法の測定を行うた
めの装置の構成を示す図である。

【０００６】１は電子ビームを発生し電子ビームに所望
のエネルギーを与えるための電子銃である。２は電子ビ
ームを細く集束するための集束レンズである。集束レン
ズ２は通常複数個のレンズその他から構成される。３は
電子ビームを二次元的に走査したり電子ビームを所望の
位置に偏向したりするための偏向器である。電子銃１、
集束レンズ２、偏向器３等は真空に排気された鏡筒（コ
ラム）４に収められている。電子銃１、集束レンズ２、
偏向器３等を総称して電子光学系と呼ぶ。１１０は電子
光学系を制御・駆動するための電子光学系の制御・電源
部である。１２０はコンピュータであって、オペレータ
の指示に従って光ケーブルを介して電子光学系の制御・
電源部１１０を制御する。

【０００７】Ｓは試料であって例えば２００ｍｍ径のＳ
ｉ（珪素）のウェハである。ＥＢは試料Ｓの所望の位置
に照射される集束電子ビームである。１１は試料Ｓを電
気的絶縁材１３ａを介して載せる試料ホルダである。１
２は試料Ｓを載せた試料ホルダ１１を駆動するための試
料駆動ステージである。１５はコンピュータ１２０の指
令に従って試料駆動ステージ１２を駆動するための試料
駆動ステージ制御部である。なお、図示はしないが、コ
ンピュータ１２０と試料駆動ステージ制御部１５の間の
信号は光ケーブルを介して送られるようにするとよい。
試料駆動ステージ１２は試料Ｓを少なくともＸＹ平面内
で任意の方向に駆動できるようになっている。そのよう
にして、電子ビームＥＢを試料Ｓ上の所望の位置に照射
できるようになっている。

【０００８】また、試料ホルダ１１は電気的絶縁材１３
ｂを介して試料駆動ステージ１２に取り付けられてい
る。１４ａと１４ｂとは試料Ｓおよび試料ホルダ１１か
ら電気信号を取出すための導線である。これら試料Ｓや
試料駆動ステージ１２等は電磁気的にシールドされた試
料室２０内に収められている。なお、試料室２０内も、
鏡筒４同様、真空に排気されている。２１は導線１４ａ
と導線１４ｂとからの信号を増幅する差動式の増幅器で
ある。２２はシールドされ試料室２０に取り付けられた
容器であって、これも電磁気的にシールドされている。

【０００９】２３は装置外に信号を取出すための電圧／
光変換器であり、２４は変換された光信号を転送する光
ケーブルである。装置外に取出された光信号は光／電圧
変換器２５で再び電気信号に戻される。２６はその電気
信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するための
アナログ／デジタル変換器である。２７はデジタル変換
された信号に後述する特殊な演算を施すための演算回路
である。演算した結果は、コンピュータ１２０に転送さ
れる。

【００１０】次にこの装置を用いたコンタクトホールの
測定法を説明する。

【００１１】まず、コンタクトホールが形成されたウェ
ハ試料Ｓ全面を適当な広さ、例えば１００μｍ平方の領
域に仮想的に分割する。従ってこの領域中にはコンタク
トホールが多数、例えば数百個存在することになる。次
いで、この領域において、偏向器３を用いて細く集束さ
れた電子ビームＥＢを二次元的に走査する。図２（ａ）
および図２（ｂ）に示す如くである。そのようにする
と、試料Ｓに接続されている導線１４ａとアース電位と
の間には、ある電流が流れる。この電流は吸収電流ある
いは試料電流と呼ばれる。しかし、この電流の検出は、
その電流値が極めて小さい（例えばｎＡないしｐＡ程
度）ため、検出系は周囲の電磁気ノイズ成分をも検出し
てしまい、正確な測定が困難である。そこで、図１にお
いては、試料Ｓに接続されている導線１４ａからの電流
値と試料ホルダ１１に接続されている導線１４ｂからの
電流値との差分をとることによって、上記ノイズ成分を
キャンセルする工夫が施されている。前記した試料室２
０や容器２２が電磁気的にシールドされていること、電
圧／光変換器２３や光ケーブル２４等を用いて信号を転
送するのも同様な工夫のひとつである。

【００１２】さて、電子ビームＥＢの照射電流（電子プ
ローブ電流）の値をＩｐとし、電子ビームＥＢの照射に
伴って発生して試料外に出て行く二次電子の電流値をＩ
ｓ、反射電子（後方散乱電子）の電流値をＩｂ、電子が
試料中に留まる成分に相当する電流値をＩｃとし、試料
とアース間に流れる電流（試料電流）値をＩａとする
と、Ｉａ＝Ｉｐ−Ｉｓ−Ｉｂ−Ｉｃが成立する。このと
き仮に反射電子や二次電子の電流値ＩｓとＩｂとを一定
と見なせれば、電子が試料中に留まる成分に相当する電
流値Ｉｃは、Ｉａ即ち吸収電流（試料電流）を検出する
ことで推定することができる。そして、電子ビームＥＢ
が絶縁膜に照射されたときには、照射された電子ビーム
ＥＢの電流は試料からアースに流れることができない。

【００１３】ただし、実際には次の如くである。絶縁体
といえどもわずかには電流が流れる。また、電子ビーム
ＥＢの電子は所定のエネルギーを持っているので、照射
された電子は試料中に拡散する。そして、絶縁膜の厚さ
は電子の拡散距離の程度であるから、絶縁膜の厚さに応
じて流れる電流値が異なってくるといってよい。残膜の
ないコンタクトホールの部分ではＩｃ＝０であり、残膜
のあるコンタクトホールでも、残膜の厚さによってＩｃ
値は当然異なる。従って、上記の如き測定条件での吸収
電流の測定値Ｉａは、その領域での多数のコンタクトホ
ール底部の残膜の平均的な厚さに関係しているといって
よい。なお、より厳密には残膜のないコンタクトホール
でもＩｃ＝０となるとは限らない。底部で発生した二次
電子や反射電子が側壁即ち絶縁膜に当り、ここで吸収さ
れたりするからである。ただし、ここではこれを無視し
て議論する。

【００１４】更に付言すると、絶縁体に電子ビームＥＢ
を照射したときには、一般には二次電子の電流値Ｉｓは
金属等に比べ増加する。そこで、電子ビームＥＢの照射
条件を適切に設定すれば、照射電流値Ｉｐと二次電子や
反射電子の電流値（Ｉｓ＋Ｉｂ）とをほぼ同程度にする
ことができ、仮に試料電流Ｉａがほとんど流れなくと
も、試料中に留まる成分に相当する電流値Ｉｃが無限に
増大して、いわゆるチャージアップ現象が起こることが
ないようにすることが可能である。また更に、このこと
から、試料電流Ｉａは負の値を取ることがあることを示
している。

【００１５】このようにして第１の領域においての吸収
電流（試料電流）Ｉａを検出する。このとき吸収電流
（試料電流）Ｉａは電子ビームＥＢの走査に伴ってその
値が変化するが、ここでは吸収電流（試料電流）Ｉａは
その平均値を得るようにする。第１の領域の測定に続い
て、電子ビームＥＢが次の領域に照射されるように、試
料駆動ステージを用いて試料Ｓを移動して、その領域で
の吸収電流（試料電流）Ｉａを検出する。以下この操作
をウェハ全面について行う。

【００１６】そして、このようにして得られた全ての領
域での吸収電流（試料電流）Ｉａを用いて、コンピュー
タ１２０のモニター上に、ウェハ全域の吸収電流Ｉａの
強度分布図（マップ）を表示する。図７はその例であ
る。図７は強度分布を等高線で表しかつ色分け表示した
ものである。この強度分布図は各領域を１画素としたウ
ェハ全面における吸収電流Ｉａの強度分布図、即ちウェ
ハ各部における残膜の厚さの分布を表している。なお上
記では説明の都合で、測定はウェハ全域を適当な領域に
分割し行い表示は各領域を１画素とするとしたが、実際
にはウェハ上の各チップの特定な部分を代表領域として
測定したり、測定領域の数が多ければ数領域を平均して
１画素としたり逆に少なければ間を補完して表示したり
している。

【００１７】オペレータはこの分布図を見て、例えばウ
ェハの中央部のエッチングは適当であるが、周辺部の一
部にエッチング不足なところがある、などと判断する。
そして、その結果をエッチング工程にフィードバックす
る。なお、このような測定方法を、「領域測定」あるい
は「平均的測定」と呼ぶことにする。また、上記では説
明の都合で、全ての領域で測定する如くに説明したが、
実際には、領域を適当に間引くようにしてトータルの測
定時間を短縮する等の工夫をしている。

【００１８】ただし、オペレータが分布図を見て適切に
判断するためには、要否判定の基準となるデータの蓄積
が必須である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような「領域測
定」あるいは「平均的測定」は、半導体装置がメモリー
主体の場合は、大いに有効であった。即ち、メモリーの
場合はこのような方法で管理しても歩留まりは９０％以
上であり、一定の目的を達していた。しかしロジックの
場合には、上記のような管理の方法では、歩留まりは５
０〜６０％以下であり容認し難い。このため、不良コン
タクトホールの数を極めて少なくするような工夫が必要
である。このように、上記のこの方法だけでは製造上の
歩留まり改善には限界があることが分かってきた。即
ち、ロジック主体の場合には、ウェハ上におけるコンタ
クトホールの全体的な傾向的な管理だけではなく、個々
のコンタクトホールの良否の判定や不良コンタクトホー
ルの修復ができるかどうかなどが歩留まり改善に必要に
なってきた。

【００２０】また先に述べた第１の方法では、その原理
上から被検査試料に形成されたパターンと同一のパター
ンを有した正常なコンタクトホールが形成されている良
品が必要である。

【００２１】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あり、個々のコンタクトホールの良否の判定を効率よく
検査し、更には、不良コンタクトホールの修復ができる
方法等を提供することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の第１の方法は、荷電粒子ビームを集束し偏
向器を用いて二次元的に走査して試料に照射する荷電粒
子ビーム照射系と、試料を載置して試料の所望の位置に
荷電粒子ビームを照射させるための試料駆動ステージ
と、荷電粒子ビームの照射に伴って試料に流れる吸収電
流を検出するための微小電流計と、前記荷電粒子ビーム
の照射に伴って試料から発生する二次電子を検出する検
出器と、前記微小電流計からの信号に基づく吸収電流像
と二次電子検出器からの信号に基づく二次電子像とを表
示する機能とを備えた荷電粒子ビーム装置を用いて、前
記荷電粒子ビームの走査に伴って発生する吸収電流信号
と二次電子信号とを検出し吸収電流像と二次電子像とを
共に表示し両者を比較することによって、コンタクト不
良なコンタクトホールを特定可能とすることを特徴とす
る。

【００２３】本発明の第２の方法は、荷電粒子ビームを
集束し偏向器を用いて二次元的に走査して試料に照射す
る荷電粒子ビーム照射系と、試料を載置して試料の所望
の位置に荷電粒子ビームを照射させるための試料駆動ス
テージと、荷電粒子ビームの照射に伴って試料に流れる
吸収電流を検出するための微小電流計と、前記荷電粒子
ビームの照射に伴って試料から発生する二次電子を検出
する検出器と、前記微小電流計からの信号に基づく吸収
電流像と二次電子検出器からの信号に基づく二次電子像
とを表示する機能とを備えた荷電粒子ビーム装置を用い
て、前記荷電粒子ビームの走査に伴って発生する吸収電
流信号と二次電子信号とを検出し吸収電流像と二次電子
像とを共に表示し両者を比較することによって、コンタ
クト不良なコンタクトホールを特定し、該特定したコン
タクトホール底部に荷電粒子ビームを集束して照射し吸
収電流値を測定して、コンタクトホール底部の絶縁物の
厚さを算出することを特徴とする。

【００２４】本発明の第３の方法は、荷電粒子ビームを
集束し偏向器を用いて二次元的に走査して試料に照射す
る荷電粒子ビーム照射系と、試料を載置して試料の所望
の位置に荷電粒子ビームを照射させるための試料駆動ス
テージと、荷電粒子ビームの照射に伴って試料に流れる
吸収電流を検出するための微小電流計と、前記荷電粒子
ビームの照射に伴って試料から発生する二次電子を検出
する検出器と、前記微小電流計からの信号に基づく吸収
電流像と二次電子検出器からの信号に基づく二次電子像
とを表示する機能とを備えた荷電粒子ビーム装置を用い
たコンタクトホールの検査方法であって、（１）試料上
の複数のコンタクトホールを含む複数の異なった領域を
荷電粒子ビームを用いてそれぞれ照射して該複数の領域
についてそれぞれ吸収電流値を検出し、得られた複数の
領域についての吸収電流値に基づいて前記試料上におけ
る吸収電流の強度分布図を作成し表示する工程と、
（２）該強度分布図中の所望の領域を選択指示する工程
と、（３）該選択指示された領域について得られた吸収
電流像と二次電子像を表示する工程と、（４）吸収電流
像と二次電子像が表示された領域中の測定すべきコンタ
クトホールを選択指示する工程と、（５）該選択指示さ
れたコンタクトホール底部に荷電粒子ビームを集束して
照射し吸収電流値を測定してコンタクトホール底部の絶
縁物の厚さを算出する工程とを有することを特徴とす
る。

【００２５】本発明の第４の方法は、荷電粒子ビームを
集束し偏向器を用いて二次元的に走査して試料に照射す
る荷電粒子ビーム照射系と、試料を載置して試料の所望
の位置に荷電粒子ビームを照射させるための試料駆動ス
テージと、荷電粒子ビームの照射に伴って試料に流れる
吸収電流を検出するための微小電流計と、前記荷電粒子
ビームの照射に伴って試料から発生する二次電子を検出
する検出器と、前記微小電流計からの信号に基づく吸収
電流像と二次電子検出器からの信号に基づく二次電子像
とを表示する機能とを備えた荷電粒子ビーム装置を用い
たコンタクトホールの検査方法とその結果に基づいた集
束イオンビーム装置を用いてコンタクト不良なコンタク
トホールを補修する方法であって、（１）試料上の複数
のコンタクトホールを含む複数の異なった領域を荷電粒
子ビームを用いてそれぞれ照射して該複数の領域につい
てそれぞれ吸収電流値を検出し、得られた複数の領域に
ついての吸収電流値に基づいて前記試料上における吸収
電流の強度分布図を作成し表示する工程と、（２）該強
度分布図中の所望の領域を選択指示する工程と、（３）
該選択指示された領域について得られた吸収電流像と二
次電子像を表示する工程と、（４）吸収電流像と二次電
子像が表示された領域中の測定すべきコンタクトホール
を選択指示しその位置を記憶する工程と、（５）該選択
指示されたコンタクトホール底部に荷電粒子ビームを集
束して照射し吸収電流値を測定してコンタクトホール底
部の絶縁物の厚さを算出しその値を記憶する工程と、
（６）該選択指示されたコンタクトホール底部に荷電粒
子ビームを集束して照射し吸収電流値を測定してコンタ
クトホール底部の絶縁物の厚さを算出しその値を記憶す
る工程と、（７）前記選択指示されたコンタクトホール
位置情報と前記厚さの値情報とに基づいて前記集束イオ
ンビーム装置を用いて前記選択指示されたコンタクトホ
ールの補修加工を行う工程とを有することを特徴とする
荷電粒子ビーム装置と集束イオンビーム装置とを用いた
コンタクトホールの検査および補修方法。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００２７】図５は本発明の方法に用いられる装置の構
成を示す図である。図５は図１と基本的にほぼ同じ構成
であり、同じ構成には同じ番号を付けてある。図５に
は、図１の構成に加えて、有孔の金属板でできた電子抑
え込み電極１３０が試料Ｓの直上に配置されている。こ
の孔を通って電子ビームＥＢが試料Ｓに照射される。更
に、電子抑え込み電極１３０には、試料Sの電位に対し
て負の電圧が印加されるようになっていて、この電圧は
電子光学系制御部１１０から供給され、電圧は調節可能
になっている。この試料Sの電位に対する負の電圧が印
加された電子抑え込み電極１３０によって、試料Sで発
生したエネルギーの低い二次電子は試料面に再び戻され
ることになる。なお、ここでは試料Sはアース電位であ
る場合を前提として説明する。

【００２８】更に、試料室２０内あるいは鏡筒４内に
は、試料Sで発生した二次電子を検出するための二次電
子検出器１４０が設けられている。検出器１４０からの
電気信号は、電圧／光変換器１４１で光信号に変換さ
れ、光ケーブル１４２を経て装置外に取り出される。取
り出された光信号は再び光／電圧変換器１４３で電気信
号に戻され、アナログ信号である電気信号をアナログ／
デジタル変換器１４４でデジタル信号に変換し、演算器
１４５で適宜演算され、その結果はコンピュータ１２０
に取り込まれる。なお、これら二次電子検出器１４０等
を動作させて試料Sで発生した二次電子を検出する場合
には、前述の電子抑え込み電極１３０に印加する電圧は
アース電位にすればよい。

【００２９】また更に、試料駆動ステージ１２に載置し
た試料Sの駆動位置を正確に知るために、少なくとも２
以上の例えばレーザー測長器１６を備えている。更に、
この測長器１６の測長の結果（即ち試料位置）と、偏向
器３を制御・駆動する電子光学系制御・電源部１１０か
らの偏向器駆動信号（即ち偏向による変位）とを用いて
演算して、電子ビームＥＢが照射されている試料S上の
正確な照射位置を知るための位置検出機構１７を備えて
いる。そして、検出した位置の情報は、コンピュータ１
２０内のメモリー１８に取り込まれる。なお、図示はし
ないが、レーザー測長器１６からの信号も光ケーブルを
介して位置検出機構１７に送られるようにするとよい。

【００３０】ところで、図１の構成の装置を、図２を用
いて説明した「領域測定」あるいは「平均的測定」は、
効率よくエッチングの具合の程度を知るには適切な方法
であるが、コンタクトホールの残膜のみの情報を得てい
ないという欠点がある。

【００３１】即ち、図２（ｃ）や図２（ｄ）に示すよう
に、コンタクトホール以外の部分から発生する反射電子
や二次電子の情報が混入しているからである。そこで、
コンタクトホールだけに電子ビームＥＢが照射されるよ
うに、電子ビームＥＢをコンタクトホールの径より細く
絞って照射するか、あるいは径より狭い範囲の走査とな
るようにして、電子ビームＥＢを１個のコンタクトホー
ルの内部のみに照射する場合を考えてみる。

【００３２】図３はそのような場合の概念を説明するた
めの図である。図３（ｂ）に示す如くに、十分深いコン
タクトホールの内部に電子ビームＥＢを照射した場合に
は、反射電子や二次電子はその穴からほとんど脱出でき
ないので、Ｉｓ＋Ｉｂ＝０と見なすことができる。従っ
て、Ｉａ＝Ｉｐ−Ｉｃとなり、照射電流Ｉｐは既知であ
るから、Ｉｃを正確に測定できることになる。

【００３３】更に、十分深いコンタクトホールでない場
合であっても、図１の装置の構成に追加した図５に示す
電子抑え込み電極１３０を、試料Ｓの上面に設けて、こ
れにアースに対して負の電圧を印加して置くようにする
とよい。この電圧は、実用上は、主にエネルギーの低い
二次電子を抑え込めればよいから、１０ボルト程度の低
い電圧でよい。

【００３４】このようにして、そのコンタクトホールの
正確なＩａ＝Ｉｐ−Ｉｃが得られるから、このコンタク
トホールの断面を後述するような方法で作って、その断
面を電子顕微鏡等で観察して残膜の厚さを測定すれば、
Ｉａ＝Ｉｐ−Ｉｃと残膜の厚さとの相互の関係を知るこ
とができる。そのような関係が知れれば、実際の製造の
工程において、ウェハ上の個々のコンタクトホールにつ
いて正確なＩａ＝Ｉｐ−Ｉｃを測定すれば、それぞれの
コンタクトホールの残膜の厚さを正確かつ容易に知るこ
とができる。

【００３５】このようなコンタクトホール単独のＩａの
測定法を、「領域測定」あるいは「平均的測定」に対し
て、「単独測定」と呼ぶことにする。

【００３６】ところで、先の「領域測定」あるいは「平
均的測定」においては、その領域の平均的なＩａ値を得
る測定としてのみ説明した。このある領域での測定にお
いて、その領域の走査に伴う吸収電流の変化をコンピュ
ータ１２０に取り込み、この信号を用いてコンピュータ
１２０のモニター上に、その領域における吸収電流強度
分布図すなわち吸収電流による走査電子顕微鏡像を表示
することができる。通常、この走査電子顕微鏡像は、吸
収電流像あるいは試料電流像と呼ばれる。図４（ｂ）
に、その領域での、吸収電流像を示す。更に、図５の如
く、図１の装置の構成に二次電子検出器１４０を追加し
て、その領域の走査に伴う二次電子検出器１４０からの
二次電子の信号の変化をコンピュータ１２０に取り込
み、この信号を用いてコンピュータ１２０のモニター上
に、その領域における二次電子の強度分布図すなわち二
次電子による走査電子顕微鏡像を表示することができ
る。通常、この電子顕微鏡像は、二次電子像あるいはＳ
ＥＭ像と呼ばれる。図４（ａ）に、その領域での、二次
電子像を示す。

【００３７】ここで、図４（ａ）の二次電子像と図４
（ｂ）の吸収電流像を比較すると明らかに対応しないと
ころがあることが分かる。丸で囲ったところにあるコン
タクトホールである。図４（ａ）のＳＥＭ像において
は、電子ビームＥＢがコンタクトホール内部に照射され
たときは、先に述べたように、二次電子の試料からの脱
出が困難なために、コンタクトホール部分は周りよりも
二次電子強度が低くなるから暗く表示される。一方、図
４（ｂ）の吸収電流像においては、残膜が無いかあって
も十分に薄いコンタクトホール部分では、先に述べたよ
うに、二次電子や反射電子は試料からの脱出が困難であ
るからほぼＩｓ＋Ｉｂ＝０であり、かつＩｃ＝０である
から、吸収電流強度はほぼＩａ＝Ｉｐとなり、周りより
明るく表示される。そして、残膜が厚くなるに従い、暗
く表示されるようになる。

【００３８】以上の如くであるから、両者を適宜比較す
れば、不良なコンタクトホールを特定することができ
る。この方法を便宜上、「二次電子像／吸収電流像比較
測定」と呼ぶことにする。

【００３９】実は、一般には「領域測定」あるいは「平
均的測定」における測定条件では、図４（ｂ）に示すよ
うな鮮明な吸収電流像は得られないといってよい。それ
は、「領域測定」においては、測定の効率上、極めて高
速の走査を行っており、鮮明な吸収電流像を得るには高
速過ぎる走査であるためである。従って、実際の測定に
おいては、通常は「領域測定」と「二次電子像／吸収電
流像比較測定」とは異なる測定条件で行われる。

【００４０】本発明の測定法は、上記「領域測定」と
「二次電子像／吸収電流像比較測定」と「単独測定」と
を組合せたものである。以下、図６のフローチャートを
用いて詳細に説明する。なお、ここで、「領域測定」を
実施するプログラムを領域測定プログラム１２１、「二
次電子像／吸収電流像比較測定」を実施するプログラム
を比較測定プログラム１２２、「単独測定」を実施する
プログラムを単独測定プログラム１２３とする。

【００４１】まず、コンタクトホールが形成されたウェ
ハ（試料Ｓ）を図５の検査装置内に搬送され、オペレー
タによって領域測定プログラム１２１が選択され、かつ
「領域測定」のための測定条件が設定される（ステップ
１）。即ち、照射系の照射条件、測定データを得るため
のサンプリング時間等、測定すべき試料上の位置や範囲
等が設定される。

【００４２】これら測定条件に基づいて、コンピュータ
１２０は、電子光学系制御・電源部１１０を介して、電
子銃１、集束レンズ２、偏向器３等を制御・設定し、試
料駆動ステージ制御部１５を介して、試料駆動ステージ
１２を駆動して、試料Ｓは試料Ｓ上の最初の「領域」に
移動される。更に測定系ユニット５０はサンプリング時
間等が設定される。通常この測定では、電子抑え込み電
極１３０には負の電位が印加される。このようにして、
最初の「領域測定」が開始され、その領域での吸収電流
値が得られる。

【００４３】最初の「領域測定」が完了すると、コンピ
ュータ１２０は、試料駆動ステージ制御部１５を介し
て、試料駆動ステージ１２を駆動して、試料Ｓは試料Ｓ
上の次の「領域」に移動される。そして、同様にして、
その領域での吸収電流値が得られる。

【００４４】以下同様にして、設定された全ての「領
域」での吸収電流値が得られる（ステップ２）。

【００４５】次に、このようにして得られた吸収電流値
を基にして、各「領域」を１画素として、ウェハ（試料
Ｓ）上の吸収電流強度の分布図（マップ）を、コンピュ
ータ１２０のモニター上に表示する（ステップ３）。そ
の分布図（マップ）の例を図７に示す。この分布図（マ
ップ）は、ウェハ上における部分部分での残膜の平均的
な厚さの様子、即ちウェハの部分部分におけるエッチン
グの過不足を表している。

【００４６】なお、この分布図（マップ）からエッチン
グの過不足を判断するには、あらかじめ吸収電流強度と
残膜の厚さとコンタクト不良との関係を実験等によって
知って置く必要がある。

【００４７】オペレータは分布図（マップ）を見て「二
次電子像／吸収電流像比較測定」を実施するかどうかを
判断する（ステップ４）。もし実施する場合には、比較
測定プログラム１２２が選択され、かつ「比較測定」の
ための測定条件が設定される（ステップ５）。即ち、照
射系の照射条件、測定データを得るためのサンプリング
時間等、測定すべき試料上の位置や範囲等が設定され
る。

【００４８】これら測定条件に基づいて、コンピュータ
１２０は、電子光学系制御・電源部１１０を介して、電
子銃１、集束レンズ２、偏向器３等を制御・設定し、試
料駆動ステージ制御部１５を介して、試料駆動ステージ
１２を駆動して、試料Ｓは試料Ｓ上の最初の「比較測
定」の位置に移動される。更に測定系ユニット５０およ
び６０はサンプリング時間等が設定される。またこの測
定では、電子抑え込み電極１３０はアースの電位とされ
る。このようにして、最初の「比較測定」が開始され、
その位置の領域での二次電子像と吸収電流像とが得られ
る（ステップ６）。

【００４９】両像が得られると、比較測定プログラム１
２２は、２つの像を比較して、不良コンタクトホールを
特定する（ステップ７）。比較の方法は、例えば次のよ
うに行われる。まず、二次電子像を２値化する。吸収電
流像は極性を反転した後、任意に設定可能な閾値で２値
化する。２値化した両画像を通常の画像処理機能を利用
して比較して、一致しない部分を抽出する。その際、吸
収電流像の２値化に際してその閾値を適切に設定すれ
ば、コンタクト不良なコンタクトホールを特定すること
ができる。もちろん閾値を適切に設定するためには、吸
収電流値とコンタクト不良との関係を、実験等によって
事前に知って置く必要がある。また、２値化による方法
とは別に、像中のコンタクトホールのエッジ、即ち画像
信号の変化の大きさからコンタクトホールの中心位置を
求めて、その中心位置での両像での輝度を比較する方法
も考えられる。

【００５０】上記のようにして得た二次電子像と吸収電
流像とには、例えば、図４（ａ）、（ｂ）の如く、特定
したコンタクトホールを丸で囲って示すなどして、コン
ピュータ１２０のモニター上に表示する。

【００５１】なお、上記では２値化した両画像を比較す
る方法を説明したが、もっと単純に、明るさとコントラ
ストを適当に調節した上で、両画像を重ね合せる方法も
あり得る。更には、オペレータが両像をそれぞれ観察し
て比較・判断する方法も可能であろう。これらの場合に
は、信号はわざわざデジタル化しなくともよい。

【００５２】最初の「比較測定」が完了すると、コンピ
ュータ１２０は、試料駆動ステージ制御部１５を介し
て、試料駆動ステージ１２を駆動して、試料Ｓは試料Ｓ
上の次の「比較測定」のための位置に移動される。そし
て、同様にして、その位置の領域での二次電子像と吸収
電流像とが得て（ステップ６）、両像の比較を行ない、
コンタクト不良なコンタクトホールを特定する（ステッ
プ７）。

【００５３】以下同様にして、設定された全ての「比較
測定」すべき位置での二次電子像と吸収電流像とを得て
（ステップ６）、両像の比較を行ない、コンタクト不良
なコンタクトホールを特定する（ステップ７）。

【００５４】以上の結果からオペレータは、「単独測
定」を実施するかどうかを判断する（ステップ８）。も
し実施する場合には、単独測定プログラム１２３が選択
され、かつ「単独測定」のための測定条件が設定される
（ステップ９）。即ち、照射系の照射条件、測定データ
を得るためのサンプリング時間等、測定すべき試料上の
位置や範囲等が設定される。

【００５５】これら測定条件に基づいて、コンピュータ
１２０は、電子光学系制御・電源部１１０を介して、電
子銃１、集束レンズ２、偏向器３等を制御・設定し、試
料駆動ステージ制御部１５を介して、試料駆動ステージ
１２を駆動して、試料Ｓは試料Ｓ上の最初の「単独測
定」を行うべき位置に移動される。更に測定系ユニット
５０および６０はサンプリング時間等が設定される。通
常この測定では、電子抑え込み電極１３０には負の電位
が印加される。このようにして、最初の「単独測定」が
開始される。

【００５６】「単独測定」の具体的な測定法は、例えば
次のようにして行われる。まず、先の「比較測定」の結
果のその位置での二次電子像（あるいは吸収電流像）を
コンピュータ１２０のモニター上に表示する。これを第
１の像とする。次いで、「比較測定」と同様にして、再
び新しい測定条件での二次電子像（あるいは吸収電流
像）をコンピュータ１２０のモニター上に合せて表示す
る。これを第２の像とする。更に、オペレータは、コン
ピュータ１２０と電子光学系制御・電源部１１０を介し
て偏向器３を制御して電子ビームＥＢの二次元走査を停
止した上で、表示されている第２の像の上でコンピュー
タ１２０と電子光学系制御・電源部１１０を介して偏向
器３を制御して、電子ビームＥＢの照射位置が所定の位
置になるようにする。その位置は、第１の像を参照しな
がら、設定すればよい。

【００５７】次いで、このように所望の位置即ちコンタ
クトホール内に電子ビームEBを照射した状態で、オペレ
ータは、コンピュータ１２０を介して測定系ユニット５
０を制御して、吸収電流値を測定する（ステップ１
０）。この吸収電流値は、コンタクトホールの残膜の厚
さやコンタクトホールの良否を表していることは上述の
通りである。もちろん、吸収電流値と残膜の厚さとコン
タクトホールの良否との関係を明確にするためには、あ
らかじめ実験的にこれらの関係を調べておくことが必要
である。このように予め調べておいた吸収電流値と残膜
の厚さと関係に基づいて、それぞれのコンタクトホール
の残膜の厚さを算出し、その結果は、コンタクトホール
の位置の情報と共にコンピュータ１２０のメモリー１８
に記憶される。更に、予め調べておいた吸収電流値即ち
残膜の厚さとコンタクトホールの良否との関係に基づい
て、算出した残膜の厚さとコンタクトホールの良否を判
定する（ステップ１１）。

【００５８】このようにして、次々と調査すべきコンタ
クトホールについて測定する。なおその際、上記「比較
測定」を行うべき領域の選択や、同じく「単独測定」を
行うべき領域の選択は、歩留まり上重要な部分を選んで
行うようにするとよい。

【００５９】以上の如くして良否が判定されたコンタク
トホールについて、その救済策について説明する。図８
は不良コンタクトホールの救済方法の概念を説明するた
めの図である。

【００６０】図８において、２００は既に図５を用いて
説明したコンタクトホール検査装置である。３００は、
集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試料Ｓの所望部分
の微細な加工をするためのＦＩＢ加工装置である。ＦＩ
Ｂ加工装置３００には、検査装置２００のコンピュータ
１２０からメモリー１８に記憶されている位置の情報を
受取るコンピュータ３２０が設けられている。更に、コ
ンピュータ３２０は、試料駆動ステージ制御部３１５を
介して、試料駆動ステージ３１２を駆動すると共に、イ
オン光学系制御・電源部３１０を介して偏向器３０３を
制御できるようになっている。このようにして、前記検
査装置２００から位置の情報を基にして、ＦＩＢ加工装
置３００においても、試料Ｓ上の同一の位置に正確に集
束イオンビームを照射できるようになっている。

【００６１】検査装置２００において検査を終えた試料
Ｓは、ＦＩＢ加工装置３００の試料駆動ステージ制御部
３１５に載置され、同時にコンピュータ１２０からメモ
リー１８に記憶されている多数の位置の情報とその位置
にあるコンタクトホールの残膜の厚さの情報も渡され
る。そして、コンピュータ３２０は、前記位置の情報を
基に、試料駆動ステージ制御部３１５を介して試料駆動
ステージ３１２を駆動すると共にイオン光学系制御・電
源部３１０を介して偏向器３を制御して、前記位置のう
ちのひとつの位置（即ち残膜のあるコンタクトホールの
中心の位置）に正確にイオンビームを照射するようにイ
オン光学系制御・電源部３１０を制御する。そして、そ
の位置にあるコンタクトホールの残膜の厚さの情報に基
づいて集束イオンビームの電流強度ないしは照射時間を
設定して、その設定した電流強度ないしは照射時間の集
束イオンビームを照射して、コンタクトホールの底部の
加工が実施される。

【００６２】このようにＦＩＢ加工装置３００を用いて
コンタクト不良なコンタクトホールを加工することによ
って、不良コンタクトホールの救済が行われる。なお、
必要なら、加工した試料Ｓを再び前記検査装置２００に
移して確認のための検査を行ってもよい。

【００６３】更にこのようなＦＩＢ加工装置３００を用
いれば、コンタクトホールの縦断面を切り出すことも可
能である。この切り出したコンタクトホールの縦断面を
電子顕微鏡等で観察することによって、残膜の厚さやＦ
ＩＢ加工装置３００による上記加工の結果をチェックす
ることができる。そして、前述の残膜の厚さと吸収電流
強度との関係、あるいは残膜の厚さとコンタクトホール
の良否の関係等を定量的に正確に知ることができる。こ
のようにして知り得た情報をエッチング工程等にフィー
ドバックすることができる。

【００６４】また上記説明では、図５に示す装置あるい
は図８の検査装置２００は集束された電子ビームを用い
たが、集束されたイオンビームを用いることもできる。
その場合には、２００と３００の装置は１台の装置とす
ることができる。

【００６５】また更に、ひとつの試料室２０に検査のた
めの電子光学系の鏡筒４とイオン光学系の鏡筒とを取り
付けて１台の装置とすることも考えられる。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、正常なコンタクトホールのみを有する基準となる
良品が無くとも、効率よく不良コンタクトホールが特定
でき、更にはその結果を基に補修加工も可能とすること
が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の測定に用いられる走査電子顕微鏡の構成
を示す図である。

【図２】「領域測定」を説明するための図である。

【図３】「単独測定」を説明するための図である。

【図４】「比較測定」の結果を説明するための図であ
る。

【図５】本発明の測定に用いられる走査電子顕微鏡の実
施の形態を示す図である。

【図６】本発明の測定方法の手順を説明するための流れ
図である。

【図７】「領域測定」の結果の例を示す図である。

【図８】不良コンタクトホールの救済方法の概念を説明
するための図である。

【符号の説明】

１：電子銃、２：集束レンズ、３：偏向器、４：鏡筒、
Ｓ：試料、ＥＢ：電子ビーム、１１：試料ホルダ、１
２：試料駆動ステージ、１３ａ、１３ｂ：絶縁材、１４
ａ、１４ｂ：導線、１５：試料駆動ステージ制御部、１
６：レーザー側長器、１７：位置検出機構、１８：メモ
リー、２０：試料室、２１：差動増幅器、２２：容器、
２３：電圧／光変換器、２４：光ケーブル、２５：光／
電圧変換器、２６：アナログ／デジタル変換器、２７：
演算回路、５０、６０：測定系ユニット、１１０：電子
光学系制御・電源部、１２０：コンピュータ、１２１：
領域測定プログラム、１２２：比較測定プログラム、１
２３：単独測定プログラム、１３０：電子抑え込み電
極、１４０：二次電子検出器、１４１：電圧／光変換
器、１４２：光ケーブル、１４３：光／電圧変換器、１
４４：アナログ／デジタル変換器、１４５：演算器、２
００：図５の検査装置、３００：集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）加工装置、３０３：偏向器、３１０：イオン光学
系制御・電源部、３１２：試料駆動ステージ、３１５：
試料駆動ステージ制御部、３２０：コンピュータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを集束し偏向器を用いて
   二次元的に走査して試料に照射する荷電粒子ビーム照射
   系と、試料を載置して試料の所望の位置に荷電粒子ビー
   ムを照射させるための試料駆動ステージと、荷電粒子ビ
   ームの照射に伴って試料に流れる吸収電流を検出するた
   めの微小電流計と、前記荷電粒子ビームの照射に伴って
   試料から発生する二次電子を検出する検出器と、前記微
   小電流計からの信号に基づく吸収電流像と二次電子検出
   器からの信号に基づく二次電子像とを表示する機能とを
   備えた荷電粒子ビーム装置を用いて、前記荷電粒子ビー
   ムの走査に伴って発生する吸収電流信号と二次電子信号
   とを検出し吸収電流像と二次電子像とを共に表示し両者
   を比較することによって、コンタクト不良なコンタクト
   ホールを特定可能とすることを特徴とする荷電粒子ビー
   ム装置を用いたコンタクトホールの検査方法。
2. 【請求項２】 前記荷電粒子ビーム装置は、前記微小電
   流計からの信号と二次電子検出器からの信号とを演算処
   理する機能と、該演算処理した信号に基づく合成像を表
   示する機能とを備えており、前記合成像を表示すること
   によって、コンタクト不良なコンタクトホールを特定可
   能とすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビー
   ム装置を用いたコンタクトホールの検査方法。
3. 【請求項３】 荷電粒子ビームを集束し偏向器を用いて
   二次元的に走査して試料に照射する荷電粒子ビーム照射
   系と、試料を載置して試料の所望の位置に荷電粒子ビー
   ムを照射させるための試料駆動ステージと、荷電粒子ビ
   ームの照射に伴って試料に流れる吸収電流を検出するた
   めの微小電流計と、前記荷電粒子ビームの照射に伴って
   試料から発生する二次電子を検出する検出器と、前記微
   小電流計からの信号に基づく吸収電流像と二次電子検出
   器からの信号に基づく二次電子像とを表示する機能とを
   備えた荷電粒子ビーム装置を用いて、前記荷電粒子ビー
   ムの走査に伴って発生する吸収電流信号と二次電子信号
   とを検出し吸収電流像と二次電子像とを共に表示し両者
   を比較することによって、測定すべきコンタクトホール
   を特定し、該特定したコンタクトホール底部に荷電粒子
   ビームを集束して照射し吸収電流値を測定して、コンタ
   クトホール底部の絶縁物の厚さを算出することを特徴と
   する荷電粒子ビーム装置を用いたコンタクトホールの検
   査方法。
4. 【請求項４】 荷電粒子ビームを集束し偏向器を用いて
   二次元的に走査して試料に照射する荷電粒子ビーム照射
   系と、試料を載置して試料の所望の位置に荷電粒子ビー
   ムを照射させるための試料駆動ステージと、荷電粒子ビ
   ームの照射に伴って試料に流れる吸収電流を検出するた
   めの微小電流計と、前記荷電粒子ビームの照射に伴って
   試料から発生する二次電子を検出する検出器と、前記微
   小電流計からの信号に基づく吸収電流像と二次電子検出
   器からの信号に基づく二次電子像とを表示する機能とを
   備えた荷電粒子ビーム装置を用いたコンタクトホールの
   検査方法であって、（１）試料上の複数のコンタクトホ
   ールを含む複数の異なった領域を荷電粒子ビームを用い
   てそれぞれ照射して該複数の領域についてそれぞれ吸収
   電流値を検出し、得られた複数の領域についての吸収電
   流値に基づいて前記試料上における吸収電流の強度分布
   図を作成し表示する工程と、（２）該強度分布図中の所
   望の領域を選択指示する工程と、（３）該選択指示され
   た領域について得られた吸収電流像と二次電子像を表示
   する工程と、（４）吸収電流像と二次電子像が表示され
   た領域中の測定すべきコンタクトホールを選択指示する
   工程と、（５）該選択指示されたコンタクトホール底部
   に荷電粒子ビームを集束して照射し吸収電流値を測定し
   てコンタクトホール底部の絶縁物の厚さを算出する工程
   とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用い
   たコンタクトホールの検査方法。
5. 【請求項５】 荷電粒子ビームを集束し偏向器を用いて
   二次元的に走査して試料に照射する荷電粒子ビーム照射
   系と、試料を載置して試料の所望の位置に荷電粒子ビー
   ムを照射させるための試料駆動ステージと、荷電粒子ビ
   ームの照射に伴って試料に流れる吸収電流を検出するた
   めの微小電流計と、前記荷電粒子ビームの照射に伴って
   試料から発生する二次電子を検出する検出器と、前記微
   小電流計からの信号に基づく吸収電流像と二次電子検出
   器からの信号に基づく二次電子像とを表示する機能とを
   備えた荷電粒子ビーム装置を用いたコンタクトホールの
   検査方法とその結果に基づいた集束イオンビーム装置を
   用いてコンタクト不良なコンタクトホールを補修する方
   法であって、（１）試料上の複数のコンタクトホールを
   含む複数の異なった領域を荷電粒子ビームを用いてそれ
   ぞれ照射して該複数の領域についてそれぞれ吸収電流値
   を検出し、得られた複数の領域についての吸収電流値に
   基づいて前記試料上における吸収電流の強度分布図を作
   成し表示する工程と、（２）該強度分布図中の所望の領
   域を選択指示する工程と、（３）該選択指示された領域
   について得られた吸収電流像と二次電子像を表示する工
   程と、（４）吸収電流像と二次電子像が表示された領域
   中の測定すべきコンタクトホールを選択指示しその位置
   を記憶する工程と、（５）該選択指示されたコンタクト
   ホール底部に荷電粒子ビームを集束して照射し吸収電流
   値を測定してコンタクトホール底部の絶縁物の厚さを算
   出しその値を記憶する工程と、（６）該選択指示された
   コンタクトホール底部に荷電粒子ビームを集束して照射
   し吸収電流値を測定してコンタクトホール底部の絶縁物
   の厚さを算出しその値を記憶する工程と、（７）前記選
   択指示されたコンタクトホール位置情報と前記厚さの値
   情報とに基づいて前記集束イオンビーム装置を用いて前
   記選択指示されたコンタクトホールの補修加工を行う工
   程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置と集
   束イオンビーム装置とを用いたコンタクトホールの検査
   および補修方法。