【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造過程で形成されるコンタクトホールやビアホール等のホールの開口の程度を検査する電子ビームを用いたコンタクトホール等の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体デバイスは、多層化が進んでおり、下部に形成される素子やシリコン基板と上部に形成される素子との間を導通させるため、下部と上部の素子との間にコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに導電性材料を注入することが行われている。
【０００３】
このコンタクトホールの形成は、下部の素子やシリコン基板の上にアルミナ（ＳｉＯ２）を蒸着し、その上にフォトレジストを塗布する。このレジストが塗布された材料を露光装置に装填し、形成すべきコンタクトホールの位置に光を選択的に照射し、その部分を感光させる。
【０００４】
この感光された材料は現像処理等が行われて感光された部分のレジストが取り除かれ、エッチング工程に材料は移される。エッチング工程では、レジストが取り除かれ、アルミナが露出された部分がエッチングされ、アルミナには多数のコンタクトホールが穿たれることになる。この後、デバイス材料の表面に残されたレジストは取り除かれ、形成されたコンタクトホール内には導電性材料が注入される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このコンタクトホールは正確な位置にアルミナを貫通して形成されなければならない。このホールが完全な孔として形成されていないと、最終的には製作されたデバイスが不良品となり、半導体デバイス製造の歩留まりを悪化させる要因となる。
【０００６】
このため、コンタクトホールを形成する過程では、コンタクトホールの開口度を検査し、その結果を開口度不良に至った製造過程にフィードバックし、不良原因の解消をする必要がある。このコンタクトホールの開口度を測定するために、コンタクトホールが形成されている試料領域において電子ビームを照射し、コンタクトホールが形成されている層を透過しシリコンウエハに流れる電流、すなわち、吸収電流を測定することが試みられている。
【０００７】
この吸収電流値は、コンタクトホールの開口度に応じて変化する、すなわち、開口度が良好なコンタクトホールが形成されていれば、吸収電流の値が大きくなる。その一方、コンタクトホールの開口度が悪い場合、たとえば、コンタクトホールの底部にレジストの残査が残っていたり、エッチング工程で充分な深さまでエッチングが行なわれなかった場合には、吸収電流の値が小さくなり、この吸収電流値によって、コンタクトホールの形成が不充分であることを判定することができる。
【０００８】
コンタクトホールの開口度の測定は、単一のコンタクトホールを選択し、そのコンタクトホール領域にのみ電子ビームを照射し、該単一のコンタクトホールの開口度を測定することもできるが、極めて多量のコンタクトホールが形成されるデバイスの場合、単一のホールごとに開口度の検査を行なうことは多大な時間を要し実質的に不可能である。
【０００９】
そのため、コンタクトホールが穿たれた比較的広い領域で電子ビームを走査し、該領域内に含まれる多数のコンタクトホールを通過し、ウエハ基板に流れ込むトータルの電流量を測定することによって、所定の領域ごとに形成されたコンタクトホールの開口度を一括して検査するようにしている。
【００１０】
図１は電子ビームが走査する試料領域Ｒと、領域Ｒ内に形成された多数のコンタクトホールＣＨを示している。なお、図中ハッチングが施された部分は、コンタクトホールＣＨが形成された後でも残っている電子ビームのレジストである。この図１の例において、電子ビームの走査領域Ｒには、コンタクトホールＣＨは、縦に７個、横に９個の６３個のホールが等間隔で規則正しく設けられている。
【００１１】
この６３個のコンタクトホールが形成された領域Ｒにおいて、電子ビームを走査すれば、表面上大きな面積を占めるレジスト部分に電子ビームが照射されても吸収電流はほとんど発生せず、コンタクトホールＣＨ部分に電子ビームが照射されたときに吸収電流が発生し測定される。したがって、領域Ｒ上の電子ビームの走査によって発生したトータルの吸収電流値から、領域Ｒに形成されたコンタクトホールの開口度の程度が検査される。
【００１２】
しかしながら、試料ステージや電子ビームの照射位置のドリフトによって、検査途中でウエハ試料と電子ビームとの位置関係が相対的にずれてしまう。図１のケースで、ウエハと電子ビームとの位置関係が紙面上、右側に僅かに変位したとすれば、左端の７個のコンタクトホールＣＨ１１からＣＨ１７が電子ビームの走査領域Ｒから外れてしまう。
【００１３】
なお、この場合、図示していないが、電子ビームの走査領域Ｒの外側にも、コンタクトホールＣＨが規則正しく配置されている。したがって、ウエハと電子ビームの照射位置のズレ量によっては、例えば、左端の７個のコンタクトホールＣＨ１１からＣＨ１７が電子ビームの走査領域Ｒから外れてしまっても、電子ビームの走査領域の右端には、コンタクトホールＣＨ９１からＣＨ９７の右側に形成されたコンタクトホールが新たに電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれる。このような場合には、電子ビーム走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの数は、測定対象としたコンタクトホールの数と一致することになる。
【００１４】
また、図１のケースで、ウエハと電子ビームとの位置関係が紙面上、上側に僅かに変位したとすれば、下端の９個のコンタクトホールＣＨ１７からＣＨ９７までの９個のコンタクトホールが電子ビームの走査領域から外れてしまう。このように、試料であるウエハと電子ビームとの相対的位置関係が僅かにずれるだけで測定対象に含まれるコンタクトホールの数が大きく相違し、得られた吸収電流の信頼度が低くなる。
【００１５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、測定対称であるホールが形成された試料と、その試料に照射される電子ビームの位置関係が幾分ずれたとしても、常にほぼ同数のホールが形成された領域に電子ビームの照射を行なうことができ、測定の安定性・信頼度を向上させることができるホールの検査方法を実現するにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づくホールの検査方法は、特定の電子ビーム走査領域に含まれるホール群のトータルの開口度を測定する場合、整列されたホールの整列された方向に対し、電子ビームの２次元走査の方向を相対的に回転させることを特徴としている。例えば、図１に示すように、電子ビームの２次元走査領域ＲのＸ，Ｙ走査方向に対し、整列されて形成されたコンタクトホールＣＨの整列された方向をＸｃ，Ｙｃとした場合、ＸとＸｃ、ＹとＹｃとの間が所定の角度を有するように、コンタクトホールが形成されたウエハ試料に対して、電子ビームの２次元走査方向を相対的に回転させる。
【００１７】
図１に示された配置では、例えば、ステージがドリフト等によって、図中左側に微動し、電子ビームの走査領域Ｒからそれまで走査領域Ｒ内に含まれていた左下のコンタクトホールＣＨｍが走査領域Ｒから外れても、走査領域Ｒの右上のコンタクトホールＣＨｎが新たに電子ビーム走査領域Ｒ内に入る。
【００１８】
その結果、一定面積である電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの個数（コンタクトホールの総面積）は、ドリフト等に起因したウエハ試料と電子ビームの照射領域の相対的な位置変化が生じたとしても、常にほぼ一定となる。したがつて、コンタクトホールの開口度に対応した吸収電流の測定の安定性・信頼度を向上させることができる。
【００１９】
したがって、本発明に基づくコンタクトホール等の検査方法は、多数のホールが形成された試料の中の特定個所に配列されたホール部分で電子ビームを所定領域で２次元的に走査し、この走査により試料に吸収された電子電流を検出するようにし、吸収電子電流の値によって、複数のホールの開口度について検査する方法において、ホールの配列された方向を電子ビームの２次元走査の方向に対して一定角度回転させて電子ビームの走査を行なうようにしたことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図３は、本発明に用いられる走査電子顕微鏡の一例を示したもので、１は電子光学系カラムである。カラム１の上部には、図示していないが電子銃が設けられており、この電子銃から発生した電子ビームＥＢは加速される。加速された電子ビームＥＢは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズとによって、移動ステージ２上に載置されたウエハ試料３上に集束される。
【００２１】
電子ビームは試料３上に細く集束されると共に、走査コイル４，５によって試料３上の所定領域を２次元的に走査する。この走査コイル４、５への走査信号は、コンピュータの如き制御装置６によって制御される偏向制御回路７から供給される。制御装置６は、ステージ２をＸ，Ｙ方向に移動させるステージ駆動機構８を制御し、ステージ２は、制御装置６からの指令によって、Ｘ，Ｙ方向に任意に移動させられる。
【００２２】
ウエハ試料３の所定領域で電子ビームＥＢを２次元的に走査すると、電子ビームの試料３への照射によって、反射電子、２次電子、特性Ｘ線等が発生するが、試料３に吸収される電子も生じる。この試料３に吸収された電子は、ステージ２を介して吸収電流測定器９に供給され、電子ビームの２次元走査領域Ｒ内の電子ビーム走査によって得られたトータルの吸収電流量が、制御装置６からの試料上の走査位置情報と共に、内部記憶装置に記憶される。
【００２３】
更に、制御装置６には、入力装置１０によって、回転角を入力する。この回転角αは、図２で説明した電子ビームの２次元走査方向Ｘ，Ｙと、試料３に形成されているコンタクトホールの整列された方向Ｘｃ，Ｙｃとの間の角度である。
【００２４】
なお、制御装置６内のメモリーには、試料３の各所に整列されて形成されているコンタクトホール群の整列された方向Ｘｃ，Ｙｃについて、それぞれの位置における基準座標、例えばＸ，Ｙ座標に対する回転角が記憶されている。このコンタクトホールの整列された方向の、Ｘ，Ｙ座標に対する回転角は、試料であるウエハのデザインからあらかじめ求められている。このような構成の動作について次に説明する。
【００２５】
まず、ステージ２上に、コンタクトホールが形成されたウエハ試料３が載置される。この際、ウエハ試料３はその方向が所定の方向となるように高い精度でステージ２に取り付けられる。ウエハ試料３がセットされるとあらかじめ設定されたウエハ試料３内の複数箇所において、コンタクトホールの開口度の検査が行なわれる。
【００２６】
通常、電子ビームの走査範囲は、電子ビームの偏向角度が大きくなると、発生する偏向歪の大きさが無視できなくなり、そのため、比較的狭い範囲に限定される。そのため、多数設定された開口度の検査を行なう個所が、順次電子ビームの光軸上に配置されるように、制御装置６の制御により、ステージ駆動機構８が駆動され、ステージ２が移動させられる。
【００２７】
この制御装置６内の記憶装置内には、ウエハ試料３に関し、前記したように、半導体デバイスのデザインに基づき、多数形成されたコンタクトホールの検査すべき領域の位置情報、該検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙとの間の角度αｎが計算によって求められ、記憶されている。
【００２８】
さて、ウェハ試料３に形成されたコンタクトホールのうち、特定の領域内に含まれるコンタクトホール群の開口度を検査する場合、制御装置６から該検査すべきコンタクトホール群の位置情報が、ステージ駆動機構８に供給される。ステージ駆動機構８は、供給された位置情報にしたがって、ステージ２を駆動し、検査すべきコンタクトホール群が電子ビーム光軸上に配置されるように、ステージ２を移動させる。
【００２９】
その後、制御装置６は、入力装置１０によって入力された電子ビームの走査方向Ｘ，Ｙ（基準座標に一致）と、検査すべきコンタクトホールが整列された方向との間の検査時の設定角度αと、実際にステージ２上にセットされたウエハ試料３の検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙとの間の角度αｎとを比較する。すなわち、角度αが角度αｎより大きい場合には、角度α―αｎ＝αｒを演算し、求められた角度αｒだけウエハ試料３と電子ビームの走査領域とを相対的に回転させる。
【００３０】
一方、角度αが角度αｃより小さい場合には、角度αｎ―α＝αｒを演算し、求められた角度αｒだけウエハ試料３と電子ビームの走査領域とを相対的に回転させる。この相対的な回転は、ステージ２の回転機構によって行なってもよく、偏向制御回路７を制御して、スキャンローテーション機能を用いて、電子ビームの走査領域Ｒを角度αｒだけ回転させてもよい。
【００３１】
このようにしてコンタクトホールが形成されたウエハ試料３と電子ビームの走査領域Ｒとを、相対的に回転させると、電子ビームの走査方向Ｘ，Ｙ（基準座標に一致）と、検査すべきコンタクトホールが整列された方向Ｘｃ，Ｙｃとの間の角度は、図２に示すように、ステージ２が微動し、試料３と電子ビームの走査領域Ｒとの位置関係がずれたとしても、電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの数はほぼ一定となる。
【００３２】
このような状態で、実際に電子ビームＥＢを２次元的に走査し、領域Ｒ内の電子ビームの走査にともなって、ウエハ３、ステージ２を介して得られる吸収電流は、吸収電流測定器９によって測定される。測定された吸収電流の値は、電子ビームの走査領域Ｒ中に含まれる多数のコンタクトホールの開口面積に比例することになる。吸収電流測定器９によって検出されたウエハ試料３の各所における所定領域ごとの吸収電流値は、制御装置６に供給される。制御装置９は、所定領域ごとの吸収電流値に基づいて、レジスト除去工程やエッチング工程等の良否の判定を行なう。
【００３３】
以上説明したように、比較的長い時間をかけてウエハ試料３内に含まれる多数のコンタクトホール群を測定する場合であっても、電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの数をほぼ一定とすることができるため、コンタクトホールの開口度に対応した吸収電流の測定の安定性・信頼度を向上させることができる。
【００３４】
図４は、ステージ２上にセットされたウエハ試料３の検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙ（電子ビームの２次元走査方向）との間の角度が０度の場合の測定のばらつきを示すグラフである。横軸は、吸収電流を測定したうウエハ試料２内の代表的な１４個のチップであり、縦軸は、各チップ内の特定コンタクトホール領域で測定した吸収電流値である。なお、吸収電流値の測定は、各チップとも共通の座標位置において、電子ビームの同一走査領域によって行ない、各チップ間は、ステージを移動させて測定領域を電子ビームの光軸上に配置させた。
【００３５】
図４のグラフにおいて、測定線Ｌ１は１回目の各チップの特定領域における吸収電流値であり、測定線Ｌ２は２回目の各チップの特定領域における電流値であり、測定線Ｌ３は３回目の各チップの特定領域における電流値である。同一条件での測定であっても、第１回目〜第３回目の吸収電流の測定における面内のばらつきの値と再現性の値は、次の値となった。
【００３６】
１回目：０．０１７００１
２回目：０．０１２０１５
３回目：０．０１３６１２５
再現性：０．０１００３３
図５は、ステージ２上にセットされたウエハ試料３の検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙ（電子ビームの２次元走査方向）との間の角度が所定の角度回転させられている場合の測定のばらつきを示すグラフである。
【００３７】
図５のグラフにおいて、測定線Ｌ１は１回目の各チップの特定領域における吸収電流値であり、測定線Ｌ２は２回目の各チップの特定領域における電流値であり、測定線Ｌ３は３回目の各チップの特定領域における電流値である。同一条件の測定により、第１回目〜第３回目の吸収電流の測定における面内のばらつきの値と再現性の値は、次の値となった。
【００３８】
１回目：０．００７９０９
２回目：０．００７５１２
３回目：０．００７２５１
再現性：０．００１８５７
この図４と図５に示した実験結果から明らかなように、ステージ２上にセットされたウエハ試料３の検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙ（電子ビームの２次元走査方向）との間の角度が０度の場合と、ステージ２上にセットされたウエハ試料３の検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙ（電子ビームの２次元走査方向）との間の角度が所定の角度回転させられている場合とでは、前者の測定のばらつきが０．０１であるのに対し、後者の測定のばらつきは０．０１９と約１／５に減少させることができる。この結果、検査すべき領域に整列されて形成されたコンタクトホールの、整列された２方向Ｘｃ，Ｙｃと、基準座標Ｘ，Ｙ（電子ビームの２次元走査方向）との間の角度を所定の角度回転させて、吸収電流の測定を行えば、安定度の高い測定が可能となる。
【００３９】
図６、図７は本発明の第２の実施の形態を説明するための図である。図３によって説明した第１の実施の形態では、整列されて形成されたコンタクトホールの整列の方向が、半導体デバイスの設計段階であらかじめ分かっている場合であった。一方、この第２の実施の形態では、整列されて形成されたコンタクトホールの整列の方向と電子ビームの走査方向との間の回転角αが未知の場合である。
【００４０】
この場合、回転角αは、図６に示すように、吸収電流測定領域（電子ビームの走査領域）Ｒの縦方向の長さをＬとし、形成されているコンタクトホールＣＨの横方向の１ピッチの長さをｌとすれば、吸収電流測定時の整列されて形成されたコンタクトホールの整列の方向と電子ビームの走査方向との間の回転角αは、次の式によって求めることができる。
【００４１】
ｔａｎα＝Ｌ／ｌ
このようにして求めた角度αだけ、コンタクトホールの整列の方向と電子ビームの走査方向との間を相対的に回転させれば、コンタクトホールと電子ビームの走査領域との関係は、図２に示す状態となり、第１の実施の形態と同様に、安定度の高い吸収電流の測定が可能となる。
【００４２】
図７は、角度αを自動的に求め、コンタクトホールの整列方向と電子ビームの走査方向とを回転させて吸収電流を測定する構成の一例を示している。この図７に示した装置と図３に示した装置の同一ないしは類似の構成要素には、同一番号を付してある。
【００４３】
図７において、１は電子光学系カラムである。カラム１の上部には、図示していないが電子銃が設けられており、この電子銃から発生した電子ビームＥＢは加速される。加速された電子ビームＥＢは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズとによって、移動ステージ２上に載置されたウエハ試料３上に集束される。
【００４４】
電子ビームは試料３上に細く集束されると共に、走査コイル４，５によって試料３上の所定領域を２次元的に走査する。この走査コイル４、５への走査信号は、コンピュータの如き制御装置６によって制御される偏向制御回路７から供給される。制御装置６は、ステージ２をＸ，Ｙ方向に移動させるステージ駆動機構８を制御し、ステージ２は、制御装置６からの指令によって、Ｘ，Ｙ方向に任意に移動させられる。
【００４５】
ウエハ試料３の所定領域で電子ビームＥＢを２次元的に走査すると、電子ビームの試料３への照射によって、反射電子、２次電子、特性Ｘ線等が発生するが、試料３に吸収される電子も生じる。この試料３に吸収された電子は、ステージ２を介して吸収電流測定器９に供給され、電子ビームの２次元走査領域Ｒ内の電子ビーム走査によって得られたトータルの吸収電流量が、制御装置６からの試料上の走査位置情報と共に、内部記憶装置に記憶される。
【００４６】
更に、詳細には図示していないが、試料３に電子ビームを照射した結果試料から発生した２次電子を検出する２次電子検出器が設けられており、２次電子検出器からの信号は、画像信号として回転角演算器１１に供給される。回転角演算器１１は、２次電子画像信号に基づいて、図６を用いて説明した演算を行い、求められた回転角αを制御装置６に供給する。
【００４７】
制御装置６は、求められた回転角αに基づいて、ウエハ試料３と電子ビームの走査領域とを相対的に回転させる。この相対的な回転は、ステージ２の回転機構によって行なってもよく、偏向制御回路７を制御して、スキャンローテーション機能を用いて、電子ビームの走査領域Ｒを角度αｒだけ回転させてもよい。
【００４８】
このようにしてコンタクトホールが形成されたウエハ試料３と電子ビームの走査領域Ｒとを、相対的に回転させると、電子ビームの走査方向Ｘ，Ｙ（基準座標に一致）と、検査すべきコンタクトホールが整列された方向Ｘｃ，Ｙｃとの間の角度は、図２に示すように、ステージ２が微動し、試料３と電子ビームの走査領域Ｒとの位置関係がずれたとしても、電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの数はほぼ一定となる。
【００４９】
このような状態で、実際に電子ビームＥＢを２次元的に走査し、領域Ｒ内の電子ビームの走査にともなって、ウエハ３、ステージ２を介して得られる吸収電流は、吸収電流測定器９によって測定される。測定された吸収電流の値は、電子ビームの走査領域Ｒ中に含まれる多数のコンタクトホールの開口面積に比例することになる。吸収電流測定器９によって検出されたウエハ試料３の各所における所定領域ごとの吸収電流値は、制御装置６に供給される。制御装置９は、所定領域ごとの吸収電流値に基づいて、レジスト除去工程やエッチング工程等の良否の判定を行なう。
【００５０】
図８、図９は本発明の第３の実施の形態を説明するための図である。図３によって説明した第１の実施の形態では、整列されて形成されたコンタクトホールの整列の方向が、半導体デバイスの設計段階であらかじめ分かっている場合であった。一方、第２の実施の形態では、整列されて形成されたコンタクトホールの整列の方向と電子ビームの走査方向との間の回転角αが未知の場合であり、画像信号から回転角αを求めるようにした。
【００５１】
第３の実施の形態では、図８に示すように、コンタクトホールの配列が複雑であり、最適な回転角の計算ができないケースを対象としたものである。この図８に示すようなコンタクトホールが形成されたウエハ試料については図９に示した構成により、最適な試料の回転角αが求められる。
【００５２】
この図９に示した装置と図７に示した装置の同一ないしは類似の構成要素には、同一番号を付してある。
図９において、１は電子光学系カラムである。カラム１の上部には、図示していないが電子銃が設けられており、この電子銃から発生した電子ビームＥＢは加速される。加速された電子ビームＥＢは、図示していないコンデンサレンズと対物レンズとによって、移動ステージ２上に載置されたウエハ試料３上に集束される。
【００５３】
電子ビームは試料３上に細く集束されると共に、走査コイル４，５によって試料３上の所定領域を２次元的に走査する。この走査コイル４、５への走査信号は、コンピュータの如き制御装置６によって制御される偏向制御回路７から供給される。制御装置６は、ステージ２をＸ，Ｙ方向に移動させるステージ駆動機構８を制御し、ステージ２は、制御装置６からの指令によって、Ｘ，Ｙ方向に任意に移動させられる。
【００５４】
ウエハ試料３の所定領域で電子ビームＥＢを２次元的に走査すると、電子ビームの試料３への照射によって、反射電子、２次電子、特性Ｘ線等が発生するが、試料３に吸収される電子も生じる。この試料３に吸収された電子は、ステージ２を介して吸収電流測定器９に供給され、電子ビームの２次元走査領域Ｒ内の電子ビーム走査によって得られたトータルの吸収電流量が、制御装置６からの試料上の走査位置情報と共に、内部記憶装置に記憶される。
【００５５】
更に、詳細には図示していないが、試料３に電子ビームを照射した結果試料から発生した２次電子を検出する２次電子検出器が設けられており、２次電子検出器からの信号は、画像信号として演算器１２に供給される。ここで、制御装置６からステージ駆動機構８には、回転制御指令が送られ、ステージ２を回転させることによってウェハ試料３も回転させる。例えば、試料３は１度回転させられ、その回転された状態で、吸収電流測定領域において電子ビームを走査する。
【００５６】
電子ビームの走査によって得られた吸収電子電流は、吸収電流測定器９によって測定される。このような測定をウエハ試料３上の数カ所で行ない、測定データは演算器１２に供給される。また、吸収電流測定領域（電子ビームの走査領域）の２次電子信号を取得し、その画像信号は演算器１２に供給される。このような測定をウエハ３を１度ずつ回転させて繰り返し行う。演算器１２は、得られたデータから、最も安定である回転角度αを抽出し、その回転角を制御装置６に入力する。
【００５７】
制御装置６は、求められた回転角αに基づいて、ウエハ試料３と電子ビームの走査領域とを相対的に回転させる。この相対的な回転は、ステージ２の回転機構によって行なってもよく、偏向制御回路７を制御して、スキャンローテーション機能を用いて、電子ビームの走査領域Ｒを角度αｒだけ回転させてもよい。
【００５８】
このようにしてコンタクトホールが形成されたウエハ試料３と電子ビームの走査領域Ｒとを、相対的に回転させると、電子ビームの走査方向Ｘ，Ｙ（基準座標に一致）と、検査すべきコンタクトホールが整列された方向Ｘｃ，Ｙｃとの間の角度は、図２に示すように、ステージ２が微動し、試料３と電子ビームの走査領域Ｒとの位置関係がずれたとしても、電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるコンタクトホールの数はほぼ一定となる。
【００５９】
このような状態で、実際に電子ビームＥＢを２次元的に走査し、領域Ｒ内の電子ビームの走査にともなって、ウエハ３、ステージ２を介して得られる吸収電流は、吸収電流測定器９によって測定される。測定された吸収電流の値は、電子ビームの走査領域Ｒ中に含まれる多数のコンタクトホールの開口面積に比例することになる。吸収電流測定器９によって検出されたウエハ試料３の各所における所定領域ごとの吸収電流値は、制御装置６に供給される。制御装置９は、所定領域ごとの吸収電流値に基づいて、レジスト除去工程やエッチング工程等の良否の判定を行なう。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づくホールの検査方法は、多数のホールが形成された試料の中の特定個所に配列されたホール部分で電子ビームを所定領域で２次元的に走査し、この走査により試料に吸収された電子電流を検出するようにし、吸収電子電流の値によって、複数のホールの開口度について検査する方法において、ホールの配列された方向を電子ビームの２次元走査の方向に対して一定角度回転させて電子ビームの走査を行なうようにした。
【００６１】
この結果、一定面積である電子ビームの走査領域Ｒ内に含まれるホールの個数（ホールの総面積）は、ドリフト等に起因したウエハ試料と電子ビームの照射領域の相対的な位置変化が生じたとしても、常にほぼ一定となる。したがつて、ホールの開口度に対応した吸収電流の測定の安定性・信頼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】整列されて形成されたコンタクトホールと電子ビームの走査領域を示す図である。
【図２】コンタクトホールの整列された方向と電子ビームの走査方向（基準方向）とを回転させた例を示す図である。
【図３】本発明に基づく方法を実施するための走査透過電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図４】コンタクトホールの整列された方向を電子ビームの走査方向（基準方向）に対して回転させない場合の検出信号のゆらぎを示す図である。
【図５】コンタクトホールの整列された方向を電子ビームの走査方向（基準方向）に対して所定角度回転させた場合の検出信号のゆらぎを示す図である。
【図６】コンタクトホールの整列された方向と電子ビームの走査方向（基準方向）との間の回転角を求める方法を説明するための図である。
【図７】本発明に基づく方法を実施するための走査透過電子顕微鏡の他の例を示す図である。
【図８】配列が複雑なコンタクトホールと電子ビームの走査領域とを示す図である。
【図９】本発明に基づく方法を実施するための走査透過電子顕微鏡の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ カラム
２ 移動ステージ
３ ウエハ試料
４、５ 走査コイル
６ 制御装置
７ 偏向制御回路
８ ステージ駆動機構
９ 吸収電流測定器
１０ 入力装置
１１ 回転角演算器
１２ 演算器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for inspecting contact holes and the like using an electron beam for inspecting the degree of opening of holes such as contact holes and via holes formed in a process of manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor devices have become more multi-layered, and a contact hole is formed between the lower and upper elements in order to provide conduction between an element formed at the lower part or a silicon substrate and an element formed at the upper part. Then, a conductive material is injected into the contact hole.
[0003]
This contact hole is formed by forming alumina (S) on the lower element and the silicon substrate. i O 2 ), And a photoresist is applied thereon. The material coated with the resist is loaded into an exposure apparatus, and a position of a contact hole to be formed is selectively irradiated with light to expose the portion.
[0004]
The exposed material is subjected to a development process or the like to remove the resist at the exposed portion, and the material is transferred to an etching process. In the etching step, the resist is removed, the portion where the alumina is exposed is etched, and a large number of contact holes are formed in the alumina. Thereafter, the resist remaining on the surface of the device material is removed, and a conductive material is injected into the formed contact hole.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, this contact hole must be formed at an accurate position through the alumina. If this hole is not formed as a complete hole, the manufactured device will eventually be a defective product, causing a decrease in the yield of semiconductor device manufacturing.
[0006]
For this reason, in the process of forming a contact hole, it is necessary to inspect the opening degree of the contact hole and feed the result back to the manufacturing process that resulted in the opening degree defect to eliminate the cause of the defect. In order to measure the degree of opening of this contact hole, an electron beam is applied to the sample region where the contact hole is formed, and the current flowing through the layer where the contact hole is formed and flowing through the silicon wafer, that is, the absorption current, is measured. Attempts have been made to measure.
[0007]
This absorption current value changes according to the opening degree of the contact hole. That is, if a contact hole having a good opening degree is formed, the absorption current value increases. On the other hand, when the opening degree of the contact hole is poor, for example, when the resist residue remains at the bottom of the contact hole or when the etching is not performed to a sufficient depth in the etching process, the value of the absorption current is reduced. It becomes small, and it can be determined from this absorption current value that the formation of the contact hole is insufficient.
[0008]
The measurement of the opening degree of a contact hole can be performed by selecting a single contact hole, irradiating only the contact hole area with an electron beam, and measuring the opening degree of the single contact hole. In the case of a device in which a contact hole is formed, inspecting the opening degree for each single hole requires a lot of time and is substantially impossible.
[0009]
Therefore, by scanning an electron beam in a relatively large area where a contact hole is formed, and measuring the total amount of current flowing through a large number of contact holes included in the area and flowing into the wafer substrate, a predetermined area is measured. The degree of opening of the contact hole formed for each is inspected collectively.
[0010]
FIG. 1 shows a sample region R scanned by an electron beam and a number of contact holes CH formed in the region R. Note that the hatched portions in the figure are electron beam resists remaining after the contact holes CH are formed. In the example of FIG. 1, in the scanning region R of the electron beam, seven contact holes CH and nine contact holes CH are regularly provided at equal intervals.
[0011]
In the region R where the 63 contact holes are formed, if an electron beam is scanned, even if the resist portion occupying a large area on the surface is irradiated with the electron beam, almost no absorption current occurs, and the contact hole CH portion is not generated. When an electron beam is irradiated, an absorption current is generated and measured. Therefore, the degree of opening of the contact hole formed in the region R is inspected from the total absorption current value generated by the scanning of the electron beam on the region R.
[0012]
However, the positional relationship between the wafer sample and the electron beam relatively shifts during the inspection due to drift of the sample stage and the irradiation position of the electron beam. In the case shown in FIG. 1, if the positional relationship between the wafer and the electron beam is slightly displaced to the right on the paper, the seven contact holes CH11 to CH17 on the left end deviate from the scanning region R of the electron beam.
[0013]
In this case, although not shown, the contact holes CH are regularly arranged outside the scanning region R of the electron beam. Therefore, depending on the amount of deviation between the wafer and the irradiation position of the electron beam, for example, even if the seven contact holes CH11 to CH17 on the left end deviate from the electron beam scanning region R, the right end of the electron beam scanning region is The contact holes formed on the right side of the contact holes CH91 to CH97 are newly included in the scanning region R of the electron beam. In such a case, the number of contact holes included in the electron beam scanning region R matches the number of contact holes to be measured.
[0014]
In addition, in the case of FIG. 1, if the positional relationship between the wafer and the electron beam is slightly displaced upward on the paper, the nine contact holes CH17 to CH97 at the lower end are replaced with the electron beam. Out of the scanning area. As described above, even if the relative positional relationship between the sample wafer and the electron beam is slightly shifted, the number of contact holes included in the measurement target is greatly different, and the reliability of the obtained absorption current is reduced.
[0015]
The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is that even if the positional relationship between a sample in which a hole having measurement symmetry is formed and an electron beam applied to the sample is slightly shifted. Another object of the present invention is to realize a hole inspection method that can always irradiate an electron beam to a region where almost the same number of holes are formed, and improve the stability and reliability of measurement.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the hole inspection method according to the present invention, when measuring the total aperture of a group of holes included in a specific electron beam scanning area, the two-dimensional scanning of the electron beam is performed in the aligned direction of the aligned holes. It is characterized in that the directions are relatively rotated. For example, as shown in FIG. 1, when the aligned directions of the aligned contact holes CH are Xc and Yc with respect to the X and Y scanning directions of the two-dimensional scanning region R of the electron beam, X and The two-dimensional scanning direction of the electron beam is relatively rotated with respect to the wafer sample in which the contact hole is formed so that Xc, Y and Yc have a predetermined angle.
[0017]
In the arrangement shown in FIG. 1, for example, the stage slightly moves to the left side in the figure due to drift or the like, and the lower left contact hole CHm included in the scanning region R from the electron beam scanning region R to the scanning region R is moved to the scanning region. Even if it deviates from R, the contact hole CHn at the upper right of the scanning region R newly enters the electron beam scanning region R.
[0018]
As a result, the number of contact holes (the total area of the contact holes) included in the electron beam scanning region R having a constant area depends on the relative position change between the wafer sample and the electron beam irradiation region due to drift or the like. Even if it occurs, it will always be almost constant. Therefore, the stability and reliability of the measurement of the absorption current corresponding to the opening degree of the contact hole can be improved.
[0019]
Therefore, the inspection method of the contact hole and the like according to the present invention scans the electron beam two-dimensionally in a predetermined region in a hole portion arranged at a specific position in a sample in which a large number of holes are formed, and performs this scanning. In the method of detecting the electron current absorbed by the sample and examining the aperture of a plurality of holes based on the value of the absorbed electron current, the direction in which the holes are arranged is set with respect to the direction of the two-dimensional scanning of the electron beam. It is characterized in that the scanning of the electron beam is performed by rotating by a certain angle.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 shows an example of a scanning electron microscope used in the present invention, wherein 1 is an electron optical system column. Although not shown, an electron gun (not shown) is provided above the column 1, and the electron beam EB generated from the electron gun is accelerated. The accelerated electron beam EB is focused on a wafer sample 3 placed on the moving stage 2 by a condenser lens and an objective lens (not shown).
[0021]
The electron beam is narrowly focused on the sample 3 and two-dimensionally scans a predetermined area on the sample 3 by the scanning coils 4 and 5. The scanning signals to the scanning coils 4 and 5 are supplied from a deflection control circuit 7 controlled by a control device 6 such as a computer. The control device 6 controls a stage driving mechanism 8 that moves the stage 2 in the X and Y directions, and the stage 2 is arbitrarily moved in the X and Y directions by a command from the control device 6.
[0022]
When the electron beam EB is two-dimensionally scanned in a predetermined region of the wafer sample 3, reflected electrons, secondary electrons, characteristic X-rays, and the like are generated by the irradiation of the electron beam on the sample 3, but are absorbed by the sample 3. Electrons are also produced. The electrons absorbed by the sample 3 are supplied to the absorption current measuring device 9 via the stage 2, and the total absorption current amount obtained by the electron beam scanning in the two-dimensional scanning region R of the electron beam is controlled by the control device. The information is stored in the internal storage device together with the scanning position information on the sample from Step 6.
[0023]
Further, the rotation angle is input to the control device 6 by the input device 10. The rotation angle α is an angle between the two-dimensional scanning directions X and Y of the electron beam described in FIG. 2 and the directions Xc and Yc in which the contact holes formed in the sample 3 are aligned.
[0024]
In the memory in the control device 6, in the aligned directions Xc and Yc of the contact hole groups formed aligned in various places of the sample 3, rotations with respect to reference coordinates at each position, for example, X and Y coordinates. The corner is memorized. The rotation angle of the aligned direction of the contact holes with respect to the X and Y coordinates is obtained in advance from the design of the wafer as the sample. The operation of such a configuration will now be described.
[0025]
First, a wafer sample 3 having a contact hole formed thereon is mounted on the stage 2. At this time, the wafer sample 3 is attached to the stage 2 with high accuracy so that the direction is a predetermined direction. When the wafer sample 3 is set, an inspection of the opening degree of the contact hole is performed at a plurality of locations in the wafer sample 3 which are set in advance.
[0026]
Normally, when the deflection angle of the electron beam is large, the magnitude of the deflection distortion that can be generated cannot be ignored and the scanning range of the electron beam is limited to a relatively narrow range. Therefore, the stage driving mechanism 8 is driven by the control of the control device 6 so that the stage 2 is moved so that a number of places where the inspection of the set opening degree is performed are sequentially arranged on the optical axis of the electron beam. .
[0027]
As described above, in the storage device in the control device 6, the position information of the region to be inspected of the contact holes formed in large numbers based on the design of the semiconductor device, The angle αn between the aligned two directions Xc and Yc and the reference coordinates X and Y of the aligned contact holes is calculated and stored.
[0028]
When the opening degree of the contact hole group included in the specific region among the contact holes formed in the wafer sample 3 is inspected, the position information of the contact hole group to be inspected is transmitted from the control device 6 to the stage drive. It is supplied to the mechanism 8. The stage driving mechanism 8 drives the stage 2 according to the supplied positional information, and moves the stage 2 so that the contact holes to be inspected are arranged on the electron beam optical axis.
[0029]
After that, the control device 6 sets the inspection angle α between the scanning direction X, Y of the electron beam input by the input device 10 (coincident with the reference coordinates) and the direction in which the contact holes to be inspected are aligned. And the angle between the aligned two directions Xc and Yc and the reference coordinates X and Y of the contact hole formed in alignment with the region to be inspected of the wafer sample 3 actually set on the stage 2 αn. That is, when the angle α is larger than the angle αn, the angle α−αn = αr is calculated, and the wafer sample 3 and the scanning region of the electron beam are relatively rotated by the obtained angle αr.
[0030]
On the other hand, when the angle α is smaller than the angle αc, the angle αn−α = αr is calculated, and the wafer sample 3 and the scanning region of the electron beam are relatively rotated by the obtained angle αr. This relative rotation may be performed by the rotation mechanism of the stage 2, or the deflection control circuit 7 may be controlled to rotate the electron beam scanning region R by the angle αr using the scan rotation function.
[0031]
When the wafer sample 3 in which the contact hole is formed and the scanning region R of the electron beam are relatively rotated, the scanning directions X and Y of the electron beam (coincident with the reference coordinates) and the contact to be inspected are determined. As shown in FIG. 2, the angle between the directions Xc and Yc in which the holes are aligned can be adjusted even if the stage 2 moves slightly and the positional relationship between the sample 3 and the scanning region R of the electron beam shifts. The number of contact holes included in the scanning region R is substantially constant.
[0032]
In this state, the electron beam EB is actually scanned two-dimensionally, and the absorption current obtained through the wafer 3 and the stage 2 with the scanning of the electron beam in the region R is measured by the absorption current measuring device 9. Is measured by The value of the measured absorption current is proportional to the opening area of a large number of contact holes included in the scanning region R of the electron beam. The absorption current value for each predetermined area in each part of the wafer sample 3 detected by the absorption current measuring device 9 is supplied to the control device 6. The control device 9 determines the quality of the resist removal step, the etching step, and the like based on the absorption current value for each predetermined area.
[0033]
As described above, even when a large number of contact hole groups included in the wafer sample 3 are measured over a relatively long time, the number of contact holes included in the scanning region R of the electron beam is substantially reduced. Since it can be constant, the stability and reliability of the measurement of the absorption current corresponding to the opening degree of the contact hole can be improved.
[0034]
FIG. 4 shows two aligned directions Xc and Yc of a contact hole formed in a region to be inspected on a wafer sample 3 set on a stage 2 and reference coordinates X and Y (electron beam 2). 9 is a graph showing a variation in measurement when an angle between the measurement direction (dimensional scanning direction) is 0 degrees. The abscissa represents the representative 14 chips in the wafer sample 2 whose absorption current is measured, and the ordinate represents the absorption current measured in a specific contact hole region in each chip. The measurement of the absorption current value was performed at the same coordinate position for each chip by the same scanning area of the electron beam, and the stage was moved between the chips so that the measurement area was arranged on the optical axis of the electron beam. .
[0035]
In the graph of FIG. 4, the measurement line L1 is the absorption current value in the specific region of each chip for the first time, the measurement line L2 is the current value in the specific region of each chip for the second time, and the measurement line L3 is the third time. This is a current value in a specific region of each chip. Even in the measurement under the same condition, the values of the in-plane variation and the reproducibility in the first to third absorption current measurements were as follows.
[0036]
First time: 0.017001
2nd time: 0.012015
Third time: 0.0136125
Reproducibility: 0.010033
FIG. 5 shows two aligned directions Xc and Yc of a contact hole formed in a region to be inspected of a wafer sample 3 set on a stage 2 and reference coordinates X and Y (electron beam 2). 7 is a graph showing a variation in measurement when an angle between the measurement and the scanning direction is rotated by a predetermined angle.
[0037]
In the graph of FIG. 5, the measurement line L1 is the absorption current value in the specific region of each chip for the first time, the measurement line L2 is the current value in the specific region of each chip for the second time, and the measurement line L3 is the third time. This is a current value in a specific region of each chip. By the measurement under the same conditions, the values of the in-plane variation and the reproducibility in the first to third measurements of the absorption current were as follows.
[0038]
1st time: 0.007909
2nd time: 0.007512
Third time: 0.007251
Reproducibility: 0.001857
As is apparent from the experimental results shown in FIGS. 4 and 5, the contact holes formed in the region to be inspected on the wafer sample 3 set on the stage 2 are aligned in two directions Xc, When the angle between Yc and the reference coordinates X and Y (two-dimensional scanning direction of the electron beam) is 0 degree, and when formed in alignment with the region to be inspected of the wafer sample 3 set on the stage 2, In the case where the angle between the aligned two directions Xc and Yc of the contact hole and the reference coordinates X and Y (two-dimensional scanning direction of the electron beam) is rotated by a predetermined angle, the former measurement is performed. Is 0.01, whereas the latter can be reduced to about 1/5 of 0.019. As a result, the angle between the aligned two directions Xc and Yc and the reference coordinates X and Y (two-dimensional scanning direction of the electron beam) of the contact hole formed aligned in the area to be inspected is set to a predetermined angle. If the absorption current is measured by rotating the angle, measurement with high stability can be performed.
[0039]
6 and 7 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described with reference to FIG. 3, the alignment direction of the aligned contact holes is known in advance in the design stage of the semiconductor device. On the other hand, in the second embodiment, the rotation angle α between the alignment direction of the aligned contact holes and the scanning direction of the electron beam is unknown.
[0040]
In this case, as shown in FIG. 6, the rotation angle α is defined as L, where L is the length of the absorption current measurement region (scanning region of the electron beam) in the vertical direction, and one pitch in the horizontal direction of the formed contact hole CH. Let l be the length, and the rotation angle α between the direction of alignment of the aligned contact holes and the scanning direction of the electron beam at the time of measuring the absorption current can be obtained by the following equation.
[0041]
tanα = L / l
By relatively rotating the contact hole alignment direction and the electron beam scanning direction by the angle α thus obtained, the relationship between the contact hole and the electron beam scanning area is shown in FIG. In the state shown in the figure, the absorption current with high stability can be measured as in the first embodiment.
[0042]
FIG. 7 shows an example of a configuration in which the angle α is automatically obtained, and the absorption current is measured by rotating the alignment direction of the contact holes and the scanning direction of the electron beam. The same or similar components of the apparatus shown in FIG. 7 and the apparatus shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0043]
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an electron optical system column. Although not shown, an electron gun (not shown) is provided above the column 1, and the electron beam EB generated from the electron gun is accelerated. The accelerated electron beam EB is focused on a wafer sample 3 placed on the moving stage 2 by a condenser lens and an objective lens (not shown).
[0044]
The electron beam is narrowly focused on the sample 3 and two-dimensionally scans a predetermined area on the sample 3 by the scanning coils 4 and 5. The scanning signals to the scanning coils 4 and 5 are supplied from a deflection control circuit 7 controlled by a control device 6 such as a computer. The control device 6 controls a stage driving mechanism 8 that moves the stage 2 in the X and Y directions, and the stage 2 is arbitrarily moved in the X and Y directions by a command from the control device 6.
[0045]
When the electron beam EB is two-dimensionally scanned in a predetermined region of the wafer sample 3, reflected electrons, secondary electrons, characteristic X-rays, and the like are generated by the irradiation of the electron beam on the sample 3, but are absorbed by the sample 3. Electrons are also produced. The electrons absorbed by the sample 3 are supplied to the absorption current measuring device 9 via the stage 2, and the total absorption current amount obtained by the electron beam scanning in the two-dimensional scanning region R of the electron beam is controlled by the control device. The information is stored in the internal storage device together with the scanning position information on the sample from Step 6.
[0046]
Further, although not shown in detail, a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from the sample as a result of irradiating the sample 3 with an electron beam is provided. The signal from the secondary electron detector is Are supplied to the rotation angle calculator 11 as image signals. The rotation angle calculator 11 performs the calculation described with reference to FIG. 6 based on the secondary electron image signal, and supplies the obtained rotation angle α to the control device 6.
[0047]
The control device 6 relatively rotates the wafer sample 3 and the scanning region of the electron beam based on the obtained rotation angle α. This relative rotation may be performed by the rotation mechanism of the stage 2, or the deflection control circuit 7 may be controlled to rotate the electron beam scanning region R by the angle αr using the scan rotation function.
[0048]
When the wafer sample 3 in which the contact hole is formed and the scanning region R of the electron beam are relatively rotated, the scanning directions X and Y of the electron beam (coincident with the reference coordinates) and the contact to be inspected are determined. As shown in FIG. 2, the angle between the directions Xc and Yc in which the holes are aligned can be adjusted even if the stage 2 moves slightly and the positional relationship between the sample 3 and the scanning region R of the electron beam shifts. The number of contact holes included in the scanning region R is substantially constant.
[0049]
In this state, the electron beam EB is actually scanned two-dimensionally, and the absorption current obtained through the wafer 3 and the stage 2 with the scanning of the electron beam in the region R is measured by the absorption current measuring device 9. Is measured by The value of the measured absorption current is proportional to the opening area of a large number of contact holes included in the scanning region R of the electron beam. The absorption current value for each predetermined area in each part of the wafer sample 3 detected by the absorption current measuring device 9 is supplied to the control device 6. The control device 9 determines the quality of the resist removal step, the etching step, and the like based on the absorption current value for each predetermined area.
[0050]
FIG. 8 and FIG. 9 are views for explaining the third embodiment of the present invention. In the first embodiment described with reference to FIG. 3, the alignment direction of the aligned contact holes is known in advance in the design stage of the semiconductor device. On the other hand, in the second embodiment, the rotation angle α between the alignment direction of the aligned contact holes and the scanning direction of the electron beam is unknown, and the rotation angle α is obtained from the image signal. I did it.
[0051]
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the arrangement of the contact holes is complicated, and it is intended for a case where an optimum rotation angle cannot be calculated. For the wafer sample in which the contact holes as shown in FIG. 8 are formed, the optimum sample rotation angle α is obtained by the configuration shown in FIG.
[0052]
The same or similar components of the device shown in FIG. 9 and the device shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes an electron optical system column. Although not shown, an electron gun (not shown) is provided above the column 1, and the electron beam EB generated from the electron gun is accelerated. The accelerated electron beam EB is focused on a wafer sample 3 placed on the moving stage 2 by a condenser lens and an objective lens (not shown).
[0053]
The electron beam is narrowly focused on the sample 3 and two-dimensionally scans a predetermined area on the sample 3 by the scanning coils 4 and 5. The scanning signals to the scanning coils 4 and 5 are supplied from a deflection control circuit 7 controlled by a control device 6 such as a computer. The control device 6 controls a stage driving mechanism 8 that moves the stage 2 in the X and Y directions, and the stage 2 is arbitrarily moved in the X and Y directions by a command from the control device 6.
[0054]
When the electron beam EB is two-dimensionally scanned in a predetermined region of the wafer sample 3, reflected electrons, secondary electrons, characteristic X-rays, and the like are generated by the irradiation of the electron beam on the sample 3, but are absorbed by the sample 3. Electrons are also produced. The electrons absorbed by the sample 3 are supplied to the absorption current measuring device 9 via the stage 2, and the total absorption current amount obtained by the electron beam scanning in the two-dimensional scanning region R of the electron beam is controlled by the control device. The information is stored in the internal storage device together with the scanning position information on the sample from Step 6.
[0055]
Further, although not shown in detail, a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from the sample as a result of irradiating the sample 3 with an electron beam is provided. The signal from the secondary electron detector is , Are supplied to the arithmetic unit 12 as image signals. Here, a rotation control command is sent from the control device 6 to the stage driving mechanism 8, and by rotating the stage 2, the wafer sample 3 is also rotated. For example, the sample 3 is rotated once, and scans the electron beam in the absorption current measurement region in the rotated state.
[0056]
The absorption electron current obtained by scanning the electron beam is measured by the absorption current measuring device 9. Such measurement is performed at several places on the wafer sample 3, and the measurement data is supplied to the calculator 12. Further, a secondary electron signal in an absorption current measurement region (scanning region of the electron beam) is obtained, and the image signal is supplied to the arithmetic unit 12. Such measurement is repeated by rotating the wafer 3 once. The arithmetic unit 12 extracts the most stable rotation angle α from the obtained data, and inputs the rotation angle α to the control device 6.
[0057]
The control device 6 relatively rotates the wafer sample 3 and the scanning region of the electron beam based on the obtained rotation angle α. This relative rotation may be performed by the rotation mechanism of the stage 2, or the deflection control circuit 7 may be controlled to rotate the electron beam scanning region R by the angle αr using the scan rotation function.
[0058]
When the wafer sample 3 in which the contact hole is formed and the scanning region R of the electron beam are relatively rotated, the scanning directions X and Y of the electron beam (coincident with the reference coordinates) and the contact to be inspected are determined. As shown in FIG. 2, the angle between the directions Xc and Yc in which the holes are aligned can be adjusted even if the stage 2 moves slightly and the positional relationship between the sample 3 and the scanning region R of the electron beam shifts. The number of contact holes included in the scanning region R is substantially constant.
[0059]
In this state, the electron beam EB is actually scanned two-dimensionally, and the absorption current obtained through the wafer 3 and the stage 2 with the scanning of the electron beam in the region R is measured by the absorption current measuring device 9. Is measured by The value of the measured absorption current is proportional to the opening area of a large number of contact holes included in the scanning region R of the electron beam. The absorption current value for each predetermined area in each part of the wafer sample 3 detected by the absorption current measuring device 9 is supplied to the control device 6. The control device 9 determines the quality of the resist removal step, the etching step, and the like based on the absorption current value for each predetermined area.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, in the hole inspection method according to the present invention, the electron beam is two-dimensionally scanned in a predetermined area in a hole portion arranged at a specific position in a sample in which a large number of holes are formed. In the method of detecting the electron current absorbed by the sample by scanning, and inspecting the aperture of a plurality of holes based on the value of the absorbed electron current, the direction in which the holes are arranged is set to the direction of the two-dimensional scanning of the electron beam. On the other hand, the scanning with the electron beam is performed while rotating by a certain angle.
[0061]
As a result, with respect to the number of holes (total area of holes) included in the electron beam scanning region R having a constant area, a relative position change between the wafer sample and the electron beam irradiation region due to drift or the like occurs. Even so, it is almost always constant. Therefore, the stability and reliability of the measurement of the absorption current corresponding to the hole opening degree can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a contact hole formed in alignment and a scanning region of an electron beam.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a direction in which contact holes are aligned and a scanning direction (reference direction) of an electron beam are rotated.
FIG. 3 shows an example of a scanning transmission electron microscope for performing the method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a fluctuation of a detection signal when a direction in which contact holes are aligned is not rotated with respect to a scanning direction (reference direction) of an electron beam.
FIG. 5 is a diagram illustrating a fluctuation of a detection signal when a direction in which contact holes are aligned is rotated by a predetermined angle with respect to a scanning direction (reference direction) of an electron beam.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of determining a rotation angle between a direction in which contact holes are aligned and a scanning direction (reference direction) of an electron beam.
FIG. 7 shows another example of a scanning transmission electron microscope for carrying out the method according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a contact hole having a complicated arrangement and a scanning region of an electron beam.
FIG. 9 is a view showing another example of a scanning transmission electron microscope for performing the method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 column
2 Moving stage
3 Wafer sample
4,5 scanning coil
6 Control device
7 deflection control circuit
8 Stage drive mechanism
9 Absorption current measuring instrument
10 Input device
11 Rotation angle calculator
12 arithmetic unit
