JP2004146802A - Inspection method and apparatus for semiconductor wafer testpiece - Google Patents
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Abstract
Description
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開口ホールの開口の程度やその他ウェハ試料の状況を検査する電子ビームなどの荷電粒子ビームを用いた半導体ウェハ試料の検査方法および装置に関する。 The present invention relates to a method for inspecting a semiconductor wafer sample using a charged particle beam such as an electron beam for inspecting the degree of opening of an opening hole such as a contact hole and a via hole formed in a process of manufacturing a semiconductor device and other conditions of the wafer sample. And equipment.
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。 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.
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絶縁物質であるアルミナ(SiO2)のごとき酸化膜を蒸着し、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。 The formation of the contact hole, depositing a such oxide film of alumina, which is an insulating material on the bottom of the element or a silicon substrate (S i O 2), a photoresist 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.
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、酸化膜が露出された部分がエッチングされ、酸化膜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。 (4) The exposed material is subjected to a development process or the like to remove the resist in the exposed portion, and the material is transferred to an etching process. In the etching step, the resist is removed, the portion where the oxide film is exposed is etched, and a large number of contact holes are formed in the oxide film. Thereafter, the resist remaining on the surface of the device material is removed, and a conductive material is injected into the formed contact hole.
ところで、このコンタクトホールは正確な位置に酸化膜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。 By the way, this contact hole must be formed at an accurate position through the oxide film. 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.
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、測長機能を有した走査電子顕微鏡(CD―SEM)やボルテージコントラストによるコンタクトホール底面のチャージ状況判定法が用いられている。 Therefore, in the process of forming the contact hole, it is necessary to inspect the opening degree of the contact hole and feed back the result to the manufacturing process that resulted in the poor opening degree to eliminate the cause of the failure. In order to measure the degree of opening of the contact hole, a scanning electron microscope (CD-SEM) having a length measuring function or a method of determining the charge state of the bottom surface of the contact hole using a voltage contrast is used.
CD―SEMでは、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、試料から発生した2次電子を検出している。この検出信号に基づいてコンタクトホールの開口径を測定し、測定された開口径に基づいて、形成されたコンタクトホールの良否の判定を行なうようにしている。 In the CD-SEM, an electron beam is irradiated on a sample region where a contact hole is formed, and secondary electrons generated from the sample are detected. The opening diameter of the contact hole is measured based on the detection signal, and the quality of the formed contact hole is determined based on the measured opening diameter.
ボルテージコントラスト法では、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走査し、試料から発生した2次電子を検出し、この検出信号を映像信号として走査2次電子像を表示させる。この結果、コンタクトホールが正確に形成されているコンタクトホール部分は、電荷のチャージアップが生じないため、画面上黒く表示される。その一方、その底部にレジストが残っているコンタクトホールでは、チャージアップが生じ、画面上ではこのホール部分が明るく表示され、このような現象によりコンタクトホールの良否の判定を行なうことができる。 In the voltage contrast method, an electron beam is scanned in a sample region where a contact hole is formed, secondary electrons generated from the sample are detected, and a detected secondary electron image is displayed using the detection signal as a video signal. As a result, a portion of the contact hole in which the contact hole is accurately formed is not displayed on the screen because the charge is not charged up. On the other hand, in the contact hole where the resist remains at the bottom, charge-up occurs, and this hole portion is displayed brightly on the screen, and the quality of the contact hole can be determined by such a phenomenon.
このようなCD―SEMによる形状観察や、ボルテージコントラスト法によるコンタクトホールの開口度の良否判定は、コンタクトホールのアスペクトレシオ(ホールの深さ/ホールの開口径)が小さいとき(10/1程度)までは、用いることができる。 Such shape observation by CD-SEM and determination of the quality of the opening of the contact hole by the voltage contrast method are performed when the aspect ratio of the contact hole (hole depth / hole opening diameter) is small (about 10/1). Until, can be used.
ところで、半導体デバイス生産ラインにおいて生産されるチップ内に形成されるコンタクトホール等は、生産技術の進歩により、ホールの開口径が縮小されている。また、その一方、コンタクトホールが形成される酸化膜層の厚さは従来の厚さに比べて数倍となっている。この結果、コンタクトホールにおけるアスペクトレシオの増加を招いている。 コ ン タ ク ト By the way, as for the contact holes and the like formed in the chips produced in the semiconductor device production line, the opening diameter of the holes is reduced due to the progress of the production technology. On the other hand, the thickness of the oxide film layer in which the contact hole is formed is several times as large as the conventional thickness. As a result, the aspect ratio in the contact hole is increased.
このアスペクトレシオが増大してくると、コンタクトホールの底面で発生する信号を検出し、形状判定するCD―SEMによる計測では、底面の計測が難しくなってきている。この理由は、試料表面を形成している物質は絶縁体であり、電子ビームのような荷電粒子ビームの照射により、試料表面がマイナスの電荷でチャージアップ現象が引き起こされることによる。 (4) As the aspect ratio increases, it becomes difficult to measure the bottom surface by CD-SEM measurement by detecting a signal generated at the bottom surface of the contact hole and determining the shape. The reason for this is that the material forming the sample surface is an insulator, and the charged surface beam such as an electron beam causes a charge-up phenomenon due to negative charges on the sample surface.
すなわち、ホール底面からのマイナスの2次電子が、マイナスにチャージアップされた試料表面に形成された電界により、ホールの外側に向かうことが抑制されることによる。その結果、コンタクトホール底面から発生した2次電子を充分検出できなくなることによる。 That is, negative secondary electrons from the bottom surface of the hole are suppressed from going to the outside of the hole by the electric field formed on the negatively charged sample surface. As a result, secondary electrons generated from the bottom surface of the contact hole cannot be sufficiently detected.
このため、CD―SEMによる計測では、ホール底面からの信号を検出する目的で、試料表面のチャージを防ぎ、ホール底面からの信号をホール外部に取り出すことが試みられている。しかしながら、アスペクトレシオが大きくなると、試料表面にかかる電界の影響は、ホール内部にまで影響を与えることができなくなる。したがって、ホール底部から発生する信号(例えば2次電子)を検出し、2次元画像としての計測を精度良く実施することが困難となってきた。 Therefore, in the measurement by CD-SEM, in order to detect the signal from the bottom surface of the hole, it is attempted to prevent the charge on the sample surface and take out the signal from the bottom surface of the hole to outside of the hole. However, when the aspect ratio increases, the influence of the electric field applied to the sample surface cannot affect the inside of the hole. Therefore, it has become difficult to detect a signal (for example, secondary electrons) generated from the bottom of the hole and accurately perform measurement as a two-dimensional image.
ボルテージコントラスト法によるコンタクトホールの検査では、ホールの底部で生じている事象のうち、開口と非開口を判断するために必要な信号のみを利用し、ホール開口度の判定を行なっている。これは、試料底面の不良、この場合は酸化膜の開口不良が発生した場合には、ホール底面に電荷が蓄積し、チャージ現象を引き起こす。 コ ン タ ク ト In the inspection of a contact hole by the voltage contrast method, among the events occurring at the bottom of the hole, only the signal necessary for determining whether the hole is open or not is used to determine the hole opening degree. This is because when a defect on the bottom surface of the sample occurs, in this case, when a defect in the opening of the oxide film occurs, charges accumulate on the bottom surface of the hole, causing a charge phenomenon.
このような現象を観察することでホールの不良を判定することができるため、CD―SEMに比較してアスペクトレシオの大きな試料においても、ホールの開口/非開口の判断を行なうことは可能である。 By observing such a phenomenon, it is possible to determine the defect of the hole. Therefore, it is possible to determine the hole opening / non-opening even in a sample having a large aspect ratio as compared with the CD-SEM. .
しかしながら、このボルテージコントラスト法では、試料のコンタクトホールの底面でのチャージ現象を観察するため、チャージ現象が発生する前の段階で、ホールの開口/非開口の判断を行なうことは困難である。このことは、ボルテージコントラスト法による検査が、ホール開口の不良検出には向いているが、デバイス製作のプロセス管理(プロセスの揺らぎの検査)には向いていないことを意味する。 However, in the voltage contrast method, since the charge phenomenon at the bottom surface of the contact hole of the sample is observed, it is difficult to determine whether or not the hole is opened before the charge phenomenon occurs. This means that the inspection by the voltage contrast method is suitable for detecting a defect in a hole opening, but is not suitable for device manufacturing process management (inspection of process fluctuation).
このような状況下で、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によってコンタクトホールの開口度の検査を行なうことが試みられている(例えば、特許文献1参照)。 Under such circumstances, it has been attempted to inspect the opening degree of the contact hole by measuring a current flowing through the layer in which the contact hole is formed and flowing through the silicon wafer, that is, an absorption current (for example, And Patent Document 1).
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。 (4) The value of the absorption current changes according to the opening degree of the contact hole. That is, if a contact hole having a good opening degree is formed, the value of the absorption current increases.
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エッチングで取り除かれなかったレジストが残っていたり、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。 On the other hand, if the opening degree of the contact hole is poor, for example, if the resist that has not been removed by etching remains at the bottom of the contact hole, or if the etching is not performed to a sufficient depth in the etching step, the absorption current Is small, and it can be determined from the absorption current value that the formation of the contact hole is insufficient.
ここで、吸収電流値によってコンタクトホール開口度を検査する原理について簡単に説明する。試料物質に電子ビームが照射された場合、それらの相互作用により、2次電子および反射電子等が発生する。電子ビームの加速電圧または物質の材質に依存して、物質から入射電子数以上の電子が物質外へ放出または蓄積されるため、物質中では、放出または蓄積された2次電子等により、ポテンシャルが変化する。 Here, the principle of inspecting the opening degree of the contact hole based on the absorption current value will be briefly described. When the sample material is irradiated with an electron beam, secondary electrons, reflected electrons, and the like are generated by their interaction. Depending on the accelerating voltage of the electron beam or the material of the substance, electrons equal to or greater than the number of incident electrons are emitted or accumulated from the substance to the outside of the substance. Change.
ここで、試料物質を接地した場合、物質には相互作用により生じた2次電子等の放出量を相殺するように、電子が流れることになる。すなわち、入射電子流をIp、2次電子流をIse、反射電子流をIbe、吸収電流をIabとすると、これらの電流の関係は次式で表される。 Here, when the sample substance is grounded, electrons flow through the substance so as to offset the emission amount of secondary electrons and the like generated by the interaction. That is, if the incident electron current is I p , the secondary electron current is I se , the reflected electron current is I be , and the absorption current is I ab , the relationship between these currents is expressed by the following equation.
Ip=Ise+Ibe+Iab
Iab=Ise−(Ibe+Ip)
上式に示したように、吸収電流Iabは、試料に照射される電子ビーム(荷電粒子ビーム)の総量Ipに対して、電子ビームが照射された試料面上の物質の原子番号に応じて発生する反射電子量Ibeと、試料原子番号と加速電圧に応じて発生する2次電子信号量Iseとの差分で表される。
I ab = I se − (I be + I p )
As shown in the above equation, the absorption current I ab is determined according to the atomic number of the substance on the sample surface irradiated with the electron beam with respect to the total amount I p of the electron beam (charged particle beam) applied to the sample. a reflected electron amount I bE generated Te is represented by the difference between the secondary electron signal amount I se generated according to the sample atomic number and the acceleration voltage.
このような吸収電流を測定してコンタクトホールの開口度を測定する方式では、測定領域に連続して荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを照射することで吸収電流を検出する方法、パルス状に荷電粒子ビームを照射することにより吸収電流を測定する方法等が提案されている。 In the method of measuring the opening degree of the contact hole by measuring such an absorption current, a method of detecting the absorption current by continuously irradiating a charged particle beam, for example, an electron beam to a measurement region, a method of detecting charged particles in a pulse shape A method of measuring an absorption current by irradiating a beam has been proposed.
これらの測定方式で、高感度の計測を実施しようとした場合、検出感度を向上させるためには、検出器系の感度を一定とした場合、照射する荷電粒子ビームの電流量を増加させる必要がある。しかしながら、照射電流を増加させることで、試料表面上でのチャージアップ現象が激しくなるため、検出感度を向上させることは困難となる。 When trying to perform high-sensitivity measurement with these measurement methods, it is necessary to increase the amount of current of the charged particle beam to be irradiated if the sensitivity of the detector system is fixed in order to improve the detection sensitivity. is there. However, increasing the irradiation current intensifies the charge-up phenomenon on the sample surface, making it difficult to improve the detection sensitivity.
一方、検出感度を向上させる目的で、検出器系感度を向上させようとした場合、試料内に吸収される電流を検出しているため、高感度のI−V変換増幅器が必要となる。I−V変換増幅器の感度を向上させるためには、一般的に増幅器に対する帰還抵抗値を大きくするが、これに伴い、検出器および構成回路周辺に存在する容量成分の影響が増加し、結果として、信号検出時間(応答周波数)が遅くなることや、帰還抵抗として用いる抵抗値が大きくなると、温度に対しての変動率が大きくなり、測定安定性を低下させるなどの問題が生じる。 On the other hand, if the sensitivity of the detector system is to be improved for the purpose of improving the detection sensitivity, a high-sensitivity IV conversion amplifier is required since the current absorbed in the sample is detected. In order to improve the sensitivity of the IV conversion amplifier, the feedback resistance value to the amplifier is generally increased. However, along with this, the influence of the capacitance components existing around the detector and the constituent circuits increases, and as a result, If the signal detection time (response frequency) becomes slow or the resistance value used as the feedback resistor becomes large, the rate of change with respect to temperature becomes large, causing problems such as a decrease in measurement stability.
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、試料内で発生する電荷移動を検出することにより、ホールの底面状態の変化など半導体ウェハ試料の状況の検査を高感度、高精度で行なうことができる半導体ウェハ試料の検査方法および装置を実現するにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to detect a charge transfer generated in a sample, thereby performing a highly sensitive inspection of a state of a semiconductor wafer sample such as a change in a bottom surface state of a hole. Another object of the present invention is to provide a semiconductor wafer sample inspection method and apparatus which can be performed with high accuracy.
請求項1に記載の発明に基づく半導体ウェハ試料の検査方法は、半導体ウェハ試料の表面に荷電粒子ビームを照射し、この照射によって試料に吸収された電子電流を検出し、吸収電子電流に基づいてウェハ試料の検査を行なう半導体ウェハ試料の検査方法において、ウェハ試料の裏面、あるいは、ウェハ試料の周辺に所定の間隔を保って電極を配置し、ウェハ試料と容量結合された電極に流れる電流を検出し、この検出信号に基づいて、半導体ウェハの検査を行なうようにしたことを特徴としている。 A method for inspecting a semiconductor wafer sample according to the first aspect of the present invention includes irradiating a surface of the semiconductor wafer sample with a charged particle beam, detecting an electron current absorbed by the sample by the irradiation, and based on the absorbed electron current. In a semiconductor wafer sample inspection method for inspecting a wafer sample, electrodes are arranged at predetermined intervals on the back surface of the wafer sample or around the wafer sample, and the current flowing through the electrode capacitively coupled to the wafer sample is detected. The semiconductor wafer is inspected based on the detection signal.
請求項2に記載の発明に基づく半導体ウェハ試料の検査方法は、多数のホールが形成された半導体ウェハ試料の表面の所定の2次元領域で荷電粒子ビームを走査し、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、ホールを検査する装置において、ウェハ試料の裏面に所定の間隔を保って電極を配置し、電極に流れる電流を検出することによりウェハ試料表面の電荷の変化を検出し、試料表面の電荷の変化に基づき、ホールの開口度を検査するようにしたことを特徴としている。 According to the method for inspecting a semiconductor wafer sample according to the second aspect of the present invention, the charged particle beam is scanned in a predetermined two-dimensional area on the surface of the semiconductor wafer sample in which a large number of holes are formed, and is absorbed by the sample by this scanning. In a device for inspecting holes based on the value of the absorbed electron current, electrodes are arranged at predetermined intervals on the back surface of the wafer sample, and the current flowing through the electrodes is detected to detect the wafer current. It is characterized in that a change in surface charge is detected, and a hole opening degree is inspected based on the change in charge on the sample surface.
請求項7に記載の発明に基づく半導体ウェハ試料の検査装置は、半導体ウェハ試料の表面に荷電粒子ビームを照射し、この照射によって試料に吸収された電子電流を検出し、吸収電子電流に基づいてウェハ試料の検査を行なう半導体ウェハ試料の検査装置において、ウェハ試料の裏面、あるいは、ウェハ試料の周辺に所定の間隔を保って電極を配置し、ウェハ試料と容量結合された電極に流れる電流を検出する検出回路を有し、この検出回路からの検出信号に基づいて、半導体ウェハの検査を行なうようにしたことを特徴としている。 An inspection apparatus for a semiconductor wafer sample based on the invention according to claim 7 irradiates a surface of the semiconductor wafer sample with a charged particle beam, detects an electron current absorbed by the sample by the irradiation, and detects the electron current based on the absorbed electron current. In a semiconductor wafer sample inspection device that performs wafer sample inspection, electrodes are placed at a predetermined interval on the back surface of the wafer sample or around the wafer sample, and the current flowing through the electrode capacitively coupled to the wafer sample is detected. The semiconductor wafer is inspected based on a detection signal from the detection circuit.
請求項8に記載の発明に基づく半導体ウェハ試料の検査装置は、多数のホールが形成された半導体ウェハ試料の表面の所定の2次元領域で荷電粒子ビームを走査し、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、ホールを検査する装置において、ウェハ試料の裏面に所定の間隔を保って電極を配置し、電極に流れる電流を検出することによりウェハ試料表面の電荷の変化を検出し、試料表面の電荷の変化に基づき、ホールの開口度を検査するようにしたことを特徴としている。
The inspection apparatus for a semiconductor wafer sample based on the invention according to
請求項13に記載の発明に基づく半導体ウェハ試料の検査装置は、半導体ウェハ試料の表面に荷電粒子ビームを照射し、この照射によって試料に吸収された電子電流を検出し、吸収電子電流に基づいてウェハ試料の検査を行なう半導体ウェハ試料の検査装置において、ウェハ試料の周辺に所定の間隔を保って電極を配置し、ウェハ試料と電極との間の距離を調整するためのガイドピンを備え、ウェハ試料と容量結合された電極に流れる電流を検出する検出回路を有し、この検出回路からの検出信号に基づいて、半導体ウェハの検査を行なうようにしたことを特徴としている。
An inspection apparatus for a semiconductor wafer sample based on the invention according to
ウェハ試料の裏面、あるいはその側面に所定の間隔を保って配置された電極と、ウェハ試料の裏面と電極との間に生じた容量を検出する手段とを備えた。この結果、試料内を移動する電荷を試料裏面や試料側面に構成する容量成分で蓄積し、この容量成分を、ミラー積分回路で積分後計測する等の手段により測定するようにしたので、計測のイズを低減することができる。 (4) An electrode arranged at a predetermined interval on the back surface or side surface of the wafer sample, and means for detecting a capacitance generated between the back surface of the wafer sample and the electrode. As a result, the electric charge moving in the sample is accumulated by the capacitance component formed on the back surface or the side surface of the sample, and this capacitance component is measured by means such as measurement after integration by the Miller integration circuit. Noise can be reduced.
また、荷電粒子ビームの走査タイミングと計測タイミングを一致させることにより、計測結果が各走査フィールドごとの結果として判定できる。更に、ミラー積分後計測することで、積分時間を長くすることにより、より小さな電荷変化も精度良く計測することができる。 Also, by matching the scanning timing of the charged particle beam with the measurement timing, the measurement result can be determined as a result for each scan field. Further, by measuring after mirror integration, the integration time is lengthened, so that a smaller change in electric charge can be accurately measured.
更にまた、電荷の計測を試料面への荷電粒子ビーム照射が行われていないタイミング(ブランキング期間)に行なうことで、試料内での信号変化が一定の状況で計測可能となる。そして、計測したデータを照射電流で規格化し、かつ信号発生率データとして比較することで、照射電流量に依存しないデータ比較を実施することができる。 Furthermore, by performing the charge measurement at the timing when the charged particle beam irradiation to the sample surface is not performed (the blanking period), the signal change in the sample can be measured in a constant state. Then, by comparing the measured data with the irradiation current and comparing the data as signal generation rate data, data comparison independent of the irradiation current amount can be performed.
また、試料電荷検出器として動作する電極と、ガイドピンとの間に生じる静電容量を、試料と電極との間に生じる静電容量に比べて著しく小さくしたこと、あるいは、試料電荷検出器として動作する電極と、電極を保持する保持台との間に生じる静電容量を、試料と電極との間に生じる静電容量に比べて著しく小さくしたので、正確な吸収電流の計測が可能となリ、また、計測値のSN比が向上すると共に、再現性の良い吸収電流の計測が可能となった。 In addition, the capacitance generated between the electrode that operates as the sample charge detector and the guide pin is significantly smaller than the capacitance generated between the sample and the electrode, or the device operates as a sample charge detector. The capacitance generated between the electrode to be measured and the holder that holds the electrode is significantly smaller than the capacitance generated between the sample and the electrode, so that accurate measurement of the absorption current is possible. In addition, the SN ratio of the measured value was improved, and the measurement of the absorption current with good reproducibility became possible.
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1は、本発明に用いられる走査電子顕微鏡の一例の要部を示したもの、図2は、図1の構成に基づく信号検出系や制御系を示した図である。図1において、1は試料室であり、試料室1の上部には電子光学系カラム2が配置されている。カラム2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加速された電子ビームは、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、試料室1内に配置されたウェハ試料3上に集束される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of an example of a scanning electron microscope used in the present invention, and FIG. 2 shows a signal detection system and a control system based on the configuration of FIG. In FIG. 1,
電子ビームは試料3上に細く集束されると共に、電子光学カラム2内に設けられた走査コイルによってウェハ試料3上の所定領域を2次元的に走査する。この走査コイルへの走査信号は、コンピュータの如き制御装置によって制御される走査制御回路から供給される。
(4) The electron beam is narrowly focused on the
ウェハ試料3は、シリコンウェハ4上に絶縁物質である酸化膜5が均一な厚さに蒸着やイオンプレーティング等の成膜技術を用いて形成されている。酸化膜5には、多数のコンタクトホール6が形成されている。このコンタクトホール6は、例えば、次のような工程で形成される。
The
まず、酸化膜5の表面にレジストが塗布され、レジストが塗布されたウェハ試料3がステッパーのごとき露光装置にセットされる。この露光装置によってコンタクトホールを形成すべきウェハの所定箇所を露光する。露光が終了したウェハ試料3は、現像され、その後感光した所定箇所のレジストが除去され、感光されていないレジストは、酸化膜5上に残されている。
First, a resist is applied to the surface of the oxide film 5, and the
この所定箇所のレジストが除去されたウェハ試料3は、プラズマエッチング装置等により、エッチング処理がなされる。このエッチング処理により、露光された所定箇所のみがエッチング処理され、酸化膜5には、多数のコンタクトホール6が形成される。
(4) The
上記した工程でコンタクトホール6が形成されたウェハ試料3は、試料室1内に配置される。詳細には図示していないが、ウェハ試料3は、水平、垂直移動、回転等が可能な試料ステージ上に置かれ、ウェハ試料3はウェハ試料を支持する部材とは絶縁される構造となっている。
ウ ェ ハ The
ウェハ試料3の下部には、ウェハ試料3の裏面に平行に電極プレート7が配置されており、ウェハ試料3の裏面とプレート7との間には空間(この場合の空間は真空)を設けるようにしている。この構成により、ウェハ試料3の裏面が片側電極となり、材料ウェハ3の裏面に対向するプレート7が対極電極となるコンデンサ(静電容量)Cpが形成される。この材料ウェハ3の裏面と電極プレート7との間の空間の距離dは、誘電率が1(真空)の容量として積分回路構成に必要な容量が得られるように設定される。
An electrode plate 7 is arranged below the
ウェハ試料3の端部近傍には、材料に照射される荷電粒子ビーム、例えば電子ビームの電流量を測定するためのファラデーカップ8が設けられている。また、ウェハ試料3の裏面の一部には電極線9が接続されており、この電極線9の他端は後述する前置増幅器に接続される。電極線9は、電極プレート7を貫通して設けられており、電極プレート7と同一の電位を有するシールド10により保護され、試料裏面検出端子からの電極線9との静電容量を一定に保つ機能を有している。
(4) A
このような構成により、ウェハ試料3の表面上で荷電粒子ビームを走査したとき(またはファラデーカップ8による荷電粒子ビームの電流量の測定時)には、試料裏面と電極プレート7との間に設定される容量に対して、電荷を蓄積する機能を提供する。 With such a configuration, when the charged particle beam is scanned on the front surface of the wafer sample 3 (or when the current amount of the charged particle beam is measured by the Faraday cup 8), the distance between the back surface of the sample and the electrode plate 7 is set. The function to accumulate electric charge is provided for the capacitor to be used.
次に、図2に基づいて信号検出回路構成について説明する。20はブランキング電極21およびブランキングプレート22からなるブランカーで、ここを通過した荷電粒子ビームが、試料3に照射される荷電粒子ビームとして、走査コイル11に入射し、2次元走査される。11は試料3に照射される荷電粒子ビームを2次元走査するための走査コイルであり、走査コイル11には走査制御回路12から走査信号が供給される。走査コイル11による荷電粒子ビーム走査により、コンタクトホールの底部には、底部の状態に応じて容量(コンデンサ)Ccが形成される。
Next, the configuration of the signal detection circuit will be described with reference to FIG. Reference numeral 20 denotes a blanker including a blanking electrode 21 and a blanking
前置増幅器13は、試料3の裏面と、電極プレート7との間で構成された容量によるミラー積分回路を構成している。試料3の裏面からの電極線9とファラデーカップ8からの入射電流量信号は、前置増幅器(差動増幅器)13の+端子に接続され、電極プレート7と同一の電位を有するシールド10は前置増幅器13の出力側に接続される。なお、前置増幅器13の−端子はこの回路のグラウンドへ接地される。
The
更に、ミラー積分回路を構成する容量成分に対しては、積分回路をリセットする目的で、差動増幅器13の入力端子(+端子)と差動増幅器13の出力端子との間にスイッチ回路S2が設けられる。更にまた、ミラー積分回路を保護する目的で、差動増幅器13の入力端子を接地するためのスイッチ回路S1が設けられている。
Further, for the capacitance component constituting the Miller integrating circuit, a switch circuit S2 is provided between the input terminal (+ terminal) of the
上記した走査制御回路12からのブランキング信号は、前置増幅器制御回路14に供給される。また、前置増幅器制御回路14は、ミラー積分回路における積算の開始と停止の制御(スイッチ回路S2のタイミング制御)、データの読み取りのタイミング制御を行う。
(4) The blanking signal from the
上記した図1、図2の構成において、シリコンウェハ4上に構成される半導体回路は、回路を構成するウェハと直接的な電気接続は無く、高抵抗もしくは容量により接続されている。また、開口度の測定(ホール開口の良否の判定)を行なうコンタクトホール6を構成する素材は、導電性のない素材が多く用いられている。このことから、コンタクトホール6の検査を行なう場合、コンタクトホール6に荷電粒子ビームを照射するだけでは、荷電粒子ビームの走査に伴って連続的な吸収電流を得ることは難しく、試料表面の帯電を引き起こし、検査が困難となる。
In the configurations of FIGS. 1 and 2 described above, the semiconductor circuit formed on the
図1、図2に示した本発明の一実施の形態では、被検査試料が容量結合している点に着目し、電荷の移動量を時間積分により測定することによって目的を達成するようにしている。 In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 2, attention is paid to the point that the sample to be inspected is capacitively coupled, and the object is achieved by measuring the amount of movement of electric charges by time integration. I have.
試料表面の帯電を防ぐためには、試料表面に対して照射する荷電粒子ビームの照射時間を短くする必要がある。これを実現するため、荷電粒子ビームは、試料表面上の所定領域を一定時間間隔で2次元走査する。荷電粒子ビームの走査制御系では、所定領域を荷電粒子ビームが2次元走査するごとに走査終了信号(ブランキング信号)を発生する。前置増幅器の制御では、ブランキング信号に基づいてデータの読み取り、リフレッシュタイミングを制御する。 (4) In order to prevent charging of the sample surface, it is necessary to shorten the irradiation time of the charged particle beam irradiated on the sample surface. To achieve this, the charged particle beam scans a predetermined area on the sample surface two-dimensionally at regular time intervals. The charged particle beam scanning control system generates a scanning end signal (blanking signal) every time the charged particle beam scans a predetermined area two-dimensionally. In the control of the preamplifier, data reading and refresh timing are controlled based on a blanking signal.
図3はこのような制御のタイミング図である。図3の(a)では、ビーム走査のタイミングを示しており、信号がハイレベルの時に荷電粒子ビームによる試料上の2次元走査が行なわれる。また、信号がローレベルの時は荷電粒子ビームのブランキング期間となる。(b)は、荷電粒子ビームの2次元走査により得られる信号を示しており、荷電粒子ビームがコンタクトホール部を走査した際に、吸収電流が流れる。 FIG. 3 is a timing chart of such control. FIG. 3A shows the timing of beam scanning. When the signal is at a high level, two-dimensional scanning on the sample by the charged particle beam is performed. When the signal is at a low level, a blanking period of the charged particle beam is set. (B) shows a signal obtained by two-dimensional scanning of the charged particle beam. When the charged particle beam scans the contact hole, an absorption current flows.
図3(c)は、積算のタイミング、すなわち、スイッチ回路S2が開放されているタイミングを示している。図から明らかなように、ビーム走査と同期して積算が行なわれる。(d)はデータの読み取りのタイミングを示しており、ビーム走査がブランキングのタイミングでデータの読み取りが行なわれる。(e)は、出力データVoを示している。 FIG. 3C shows the timing of the integration, that is, the timing when the switch circuit S2 is open. As is clear from the figure, integration is performed in synchronization with beam scanning. (D) shows the timing of reading data, and the data is read at the timing of blanking of beam scanning. (E) shows the output data Vo.
前置増幅器13では、各コンタクトホールはウェハに対して荷電粒子ビームを照射すると、コンタクトホール部に電荷が蓄積され、この電荷変化は、ウェハ裏面と電極プレート7との間に構成される容量に電荷が蓄積される。荷電粒子ビームが2次元走査領域の全面を走査終了すると、荷電粒子ビームはブランキングされる。荷電粒子ビームがブランキングされることにより、コンタクトホールからの新たな電荷の供給がなくなるために、ウェハ裏面に構成される容量部の電荷変化は止まる。
In the
荷電粒子ビームが2次元走査中、前置増幅器部13に設けられたスイッチS2は、前記したように、開の状態を保つ。このことにより、前置増幅器13は、ウェハ裏面の容量と差動増幅器とで構成されるミラー積分回路の動作を行う。荷電粒子ビームがブランキング状態に達した時、ミラー積分回路からの出力Voは安定する。ここで得られる出力電圧Voがコンタクトホール上を荷電粒子ビームが走査した際の電荷移動量となる。
(4) During the two-dimensional scanning of the charged particle beam, the switch S2 provided in the
前置増幅器制御回路14は、ブランキング信号を受け取った後、計測系(データ読み取り回路25)に対し、出力信号Voを計測するように指示を出す。出力信号Voの計測が終了した時点で、前置増幅器制御回路14は、積分器リセット信号を発生させ、リセットスイッチS2を閉の状態にすることで、試料裏面容量Cpをリフレッシュさせる。試料裏面容量Cpがリセットされた時点で、荷電粒子ビームの走査再開信号を走査制御回路12に対して指示する。
(4) After receiving the blanking signal, the preamplifier control circuit 14 instructs the measurement system (data reading circuit 25) to measure the output signal Vo. When the measurement of the output signal Vo is completed, the preamplifier control circuit 14 generates an integrator reset signal and closes the reset switch S2 to refresh the sample back surface capacitance Cp. When the back surface capacitance Cp of the sample is reset, a scanning restart signal of the charged particle beam is instructed to the
ここで、計測された出力値は、走査時間(計測時間Δt)と、試料裏面容量から以下の計算により電流量に変換できる。 Here, the measured output value can be converted into a current amount by the following calculation from the scanning time (measurement time Δt) and the sample back surface capacity.
Iin=―Vo(Cp/Δt)
信号検出量は、照射される荷電粒子ビームの電流量により変化するため、正しい計測結果を得るためには、計測前に照射電流量を計測し、照射電流量に対する計測値の比率で比較することが望ましい。また、コンタクトホールでの電荷移動量は、試料から発生する2次電子信号に依存することから、計測結果を得る際には、照射電流と計測値の差分で比較することが望ましい。
Iin = −Vo (Cp / Δt)
Since the amount of signal detection varies depending on the amount of current of the charged particle beam to be irradiated, in order to obtain a correct measurement result, measure the amount of irradiation current before measurement and compare it with the ratio of the measured value to the amount of irradiation current Is desirable. Further, since the amount of charge transfer in the contact hole depends on the secondary electron signal generated from the sample, it is desirable to compare the irradiation current and the measured value when obtaining the measurement result.
Ipr=―Vpr(Cp/Δt)
Iin=―Vo(Cp/Δt)
この2つの式から信号発生率δを求めると次のようになる。
Ipr = −Vpr (Cp / Δt)
Iin = −Vo (Cp / Δt)
When the signal generation rate δ is obtained from these two equations, the following is obtained.
δ=1―(Iin/Ipr)
以上をまとめると、計測結果は次式と等価となる。
δ = 1- (Iin / Ipr)
To summarize the above, the measurement result is equivalent to the following equation.
δ=1―(Vin/Vpr)
以上の動作を繰り返すことで、荷電粒子ビームの走査領域に対する走査回数ごとの計測値を得ることができる。
δ = 1- (Vin / Vpr)
By repeating the above operation, it is possible to obtain a measurement value for each scanning count for the scanning region of the charged particle beam.
図4は他の実施の形態を示している。この実施の形態では、積分器を構成する容量として、増幅器側に基準容量のコンデンサCsを設けるようにしている。また、基準容量のリセット手段として、スイッチS1,S2が設けられている。信号検出用増幅器は、試料室外に設ける必要はなく、試料裏面に配置される電極プレート付近に配置しても良い。 FIG. 4 shows another embodiment. In this embodiment, a capacitor Cs having a reference capacitance is provided on the amplifier side as a capacitance constituting the integrator. Further, switches S1 and S2 are provided as reset means of the reference capacitance. The signal detection amplifier does not need to be provided outside the sample chamber, and may be provided near the electrode plate provided on the back surface of the sample.
また、試料裏面に配置される電極プレートと試料ステージとの間に増幅器回路のグラウンドと同一のポテンシャルを有する配線を行ない、ステージグラウンドと隔離することで、SN比を向上させることができる。なお、試料裏面の容量をバッファとして、前置増幅器回路13の入力端子と出力端子の間に計測基準容量(Cs)を設けるようにしたが、この場合、S1,S2によるリフレッシュ、読み込みタイミングをブランキング動作にリンクさせることなく制御しても良い。この実施の形態における各信号のタイミング図を図5に示した。
{Circle around (2)} By providing a wiring having the same potential as the ground of the amplifier circuit between the electrode plate arranged on the back surface of the sample and the sample stage and isolating it from the stage ground, the SN ratio can be improved. The measurement reference capacitance (Cs) is provided between the input terminal and the output terminal of the
以上説明した実施の形態においては、試料内を移動する電荷を試料裏面に構成する容量成分で蓄積し、この容量成分を、ミラー積分回路で積分後計測する等の手段により測定するようにしたので、計測ノイズを低減することができる。 In the embodiment described above, the charge moving in the sample is accumulated by the capacitance component formed on the back surface of the sample, and this capacitance component is measured by means such as measurement after integration by the Miller integration circuit. In addition, measurement noise can be reduced.
また、荷電粒子ビームの走査タイミングと計測タイミングを一致させることにより、計測結果が各走査フィールドごとの結果として判定できる。更に、ミラー積分後計測することで、積分時間を長くすることにより、より小さな電荷変化も精度良く計測することができる。 Also, by matching the scanning timing of the charged particle beam with the measurement timing, the measurement result can be determined as a result for each scan field. Further, by measuring after mirror integration, the integration time is lengthened, so that a smaller change in electric charge can be accurately measured.
更にまた、電荷の計測を試料面への荷電粒子ビーム照射が行われていないタイミング(ブランキング期間)に行なうことで、試料内での信号変化が一定の状況で計測可能となる。そして、計測したデータを照射電流で規格化し、かつ信号発生率データとして比較することで、照射電流量に依存しないデータ比較を実施することができる等の効果が得られる。 Furthermore, by performing the charge measurement at the timing when the charged particle beam irradiation to the sample surface is not performed (the blanking period), the signal change in the sample can be measured in a constant state. Then, by normalizing the measured data with the irradiation current and comparing the data as signal generation rate data, it is possible to obtain effects such as data comparison independent of the irradiation current amount.
この結果、図1、図2を用いて説明した本発明の一実施の形態としてのホールの検査装置により、ホールの底面状態の変化を高感度で検出することができる。しかしながら、半導体デバイスのデザインルールが急速な進行を遂げ、例えば、コンタクトホールの小径化が進み、アスペクト比がよりおおきくなり続けていくことが予測され、そのような場合でも、ホールの開口度の検査を高い精度で行なう必要がある。 As a result, the hole inspection apparatus according to the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2 can detect a change in the state of the bottom surface of the hole with high sensitivity. However, the design rules of semiconductor devices are rapidly advancing, for example, it is expected that the diameter of contact holes will be reduced and the aspect ratio will continue to increase. Must be performed with high precision.
また、デバイス製造工程のエッチング、洗浄、打ち込み、研磨等の工程に起因するパラメータの変動や、面内の不均一性が半導体製品の歩留まり低下や経年変化による不良品増加を引き起こしている。原因となる問題点も、デザインルールと同様に微細化が進んでいる。例えば、ホールの接触抵抗値のばらつきにおいて、今まで問題視していなかったレベルのばらつきが今後の半導体製品では、重大な欠陥に発展する可能性を秘めていることが指摘されている。そのため、更に精度を向上させた検査装置を提供することが要求されている。以下、図1、図2で示した実施の形態に比べて、より高い精度の検査装置の実施の形態について説明する。 変 動 Further, variations in parameters due to etching, cleaning, implantation, polishing, and the like in the device manufacturing process and in-plane non-uniformity cause a decrease in the yield of semiconductor products and an increase in defective products due to aging. The problem that is causing the problem is also being miniaturized as in the case of the design rule. For example, it has been pointed out that in the variation of the contact resistance value of the hole, the variation of the level which has not been regarded as a problem so far has a possibility of developing into a serious defect in a future semiconductor product. Therefore, it is required to provide an inspection device with further improved accuracy. Hereinafter, an embodiment of the inspection apparatus with higher accuracy than the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
その前に、容量の検出系の構成と動作について少し詳しく説明する。図6は容量成分の検出系を示している。図中OLは対物レンズであり、Rwはウェハと接触する電極間の抵抗、Cwはウェハの容量、Chはウェハと裏面電極間の容量、Csは裏面電極とその構成母材間の容量である。この図6に示した吸収電流検出系では、ウェハの容量Cwとウェハと裏面電極間の容量Cwの変動に応じて2種の信号Ia,Ibが得られる。 Before that, the configuration and operation of the capacitance detection system will be described in some detail. FIG. 6 shows a capacitance component detection system. In the figure, OL is an objective lens, Rw is the resistance between the electrodes in contact with the wafer, Cw is the capacitance of the wafer, Ch is the capacitance between the wafer and the back electrode, and Cs is the capacitance between the back electrode and its constituent base material. . In the absorption current detection system shown in FIG. 6, two kinds of signals Ia and Ib are obtained according to the fluctuation of the capacitance Cw of the wafer and the capacitance Cw between the wafer and the back electrode.
吸収電流値としては、ウェハ3の容量Cwと、ウェハ3と裏面電極7間の容量Chとの間の第1の検出系Daから得られる信号Iaと、裏面電極とその構成母材間の容量Csとの間の第2の検出系Dbから得られる信号Ibとを、加算器29により加算した信号が用いられる。その関係式は、入射電子流をIp、2次電子流をIse、反射電子流をIbe、吸収電流をIabとすると、次のように表される。
As the absorption current value, the signal Ia obtained from the first detection system Da between the capacitance Cw of the
Iab=Ip−(Ise+Ibe)=Ia+Ib … (1)
しかしながら、現実的には、ウェハはステージ上に載置されるため、図に示すように、裏面電極とその構成母材間の容量Csを介して、ステージ(チャンバ等の周辺部材を含む)へのリーク電流Isが発生する。したがって、吸収電流値は、次のように表される。
I ab = I p - (I se + I be) = Ia + Ib ... (1)
However, in reality, since the wafer is placed on the stage, as shown in the figure, the wafer (including peripheral members such as chambers) is transferred to the stage via the capacitance Cs between the back surface electrode and its constituent base material. Leakage current Is occurs. Therefore, the absorption current value is expressed as follows.
Iab=Ip−(Ise+Ibe+Is)=Ia+Ib−Is … (2)
ここで、図6の状態において、Ch≦Csであり、Rw=∞の場合、前記(2)式は次のように書き変えることができる。
I ab = I p - (I se + I be + Is) = Ia + Ib-Is ... (2)
Here, in the state of FIG. 6, when Ch ≦ Cs and Rw = ∞, the above equation (2) can be rewritten as follows.
Iab=Ia+Ib−Is=0+小−大=負
この結果、Ia:Ibの検出比率が0:100となり、Isの影響度合いが大きくなる。このような状態で吸収電流を検出すると、Csが大きい場合、Isが大きくなり、計測電流の絶対値が少なくなり、増幅器をハイゲインにせざるを得ず、相対的にノイズ等に非常に敏感とならざるを得ない。よって、精度の高い吸収電流の計測が困難となる。
Iab = Ia + Ib-Is = 0 + Small-Large = Negative As a result, the detection ratio of Ia: Ib becomes 0: 100, and the degree of influence of Is increases. If the absorption current is detected in such a state, if Cs is large, Is becomes large, the absolute value of the measured current becomes small, the amplifier must be set to high gain, and if it is relatively very sensitive to noise, etc. I have no choice. Therefore, it becomes difficult to measure the absorption current with high accuracy.
また、ウェハの種類や製作工程の相違により、ウェハと接触する電極間の抵抗Rwは変化する。高抵抗接触(Rw=∞)の場合は、電流の計測が不可能となるケースも生じた。更に、ウェハの接触圧により、Rwの値は変化し、計測の再現性が不安定となるなどの問題も生じていた。 (4) The resistance Rw between the electrodes in contact with the wafer changes depending on the type of the wafer and the difference in the manufacturing process. In the case of high-resistance contact (Rw = ∞), there were cases where current measurement became impossible. Further, the value of Rw changes due to the contact pressure of the wafer, and there has been a problem that the reproducibility of measurement becomes unstable.
このような問題を解決するためには、図6に示した等価回路構成で、裏面電極とその構成母材間の容量Csの値を無視できるレベルまで小さくすれば良い。すなわち、Ch≫Csの状態とすることにより、リーク電流値Isが小さくなり、逆に計測電流が大きくなり、ノイズの影響を受けにくくなるため、精度の高い吸収電流の計測を行うことが可能となる。 To solve such a problem, in the equivalent circuit configuration shown in FIG. 6, the value of the capacitance Cs between the back electrode and its constituent base material may be reduced to a negligible level. In other words, by setting the state of Ch≫Cs, the leak current value Is decreases, and conversely, the measurement current increases, and is less affected by noise. Therefore, it is possible to measure the absorption current with high accuracy. Become.
図7の構成は、図6の実施の形態の変形であり、Csの値は充分に小さくし、無視できるレベルとしている。そして、IaとIbとを同一の増幅器30によって混合して計測することができるように構成している。この結果、不安定パラメータであるRwの変動を無視する検出系を実現することができる。なお、Iaの信号線とIbの信号線のそれぞれにスイッチS1,S2を設けているので、Ia,Ib,Ia+Ibをそれぞれ選択して検出可能としている。 構成 The configuration of FIG. 7 is a modification of the embodiment of FIG. 6, and the value of Cs is set to a sufficiently small value that can be ignored. Then, the configuration is such that Ia and Ib can be mixed and measured by the same amplifier 30. As a result, it is possible to realize a detection system that ignores the fluctuation of the unstable parameter Rw. Since switches S1 and S2 are provided for each of the Ia signal line and the Ib signal line, Ia, Ib, and Ia + Ib can be selected and detected.
図8に示した実施の形態でも、図7に示した実施の形態と同様に、Csの値は充分に小さくし、無視できるレベルとしている。そして、IaとIbとを別々の増幅器31,32に供給しそれぞれの信号を増幅後に任意の信号処理が行なえるように構成した。例えば、IaとIbとを別々に計測し、比率を検証することによって、Rwを予測することが可能となる。 で も In the embodiment shown in FIG. 8, as in the embodiment shown in FIG. 7, the value of Cs is set to a sufficiently small value and can be ignored. Then, Ia and Ib are supplied to separate amplifiers 31 and 32 so that arbitrary signal processing can be performed after amplifying each signal. For example, it is possible to predict Rw by separately measuring Ia and Ib and verifying the ratio.
さて、図1.図2に示した実施の形態では、ウェハ試料3の裏面に所定の間隔を保って電極7を配置し、ウェハ試料表面の電荷の変化を、ウェハ試料3と容量結合された電極7に流れる電流を計測することによって検出するように構成している。ウェハ試料3の吸収電流量を検出する電極として、図9に示すように、ウェハ試料3の周辺にウェハ試料3を取り囲むように配置された電極35を用いても同様な効果が達成できる。
Now, FIG. In the embodiment shown in FIG. 2, the electrodes 7 are arranged on the back surface of the
図9において、電極35とウェハ試料3との間の距離Lは、一定の値に維持される。ウェハ試料3に電子ビームを照射することによって生じた吸収電流、すなわち、試料に蓄積される電荷は、電極35と試料3との間の空間距離と真空による静電容量により、検出器として動作する電極35によって検出される。電極35によって検出された信号は、増幅器36に供給される。なお、電極の検出感度を決める結合容量は、試料自身の誘電率と試料3と検出器である電極35との間の距離に依存する。
In FIG. 9, the distance L between the
図10の実施の形態では、試料3と電極35との間の距離を所定の値Lに維持するため、試料位置を微調整するための4本のガイドピンG1〜G4が設けられている。各ガイドピンの一方の先端は、ウェハ試料3の側部に当接しており、ガイドピンを図中矢印方向に微動させることにより、試料3と電極35との間の距離を微動させることができ、試料3と電極35との間の距離を所定の値Lに保つように構成されている。この結果、適正にステージにセットされた試料3と電極35との間の結合容量Chは、試料と電極との間の距離が変化することによって変動することが防止される。
In the embodiment shown in FIG. 10, four guide pins G1 to G4 for finely adjusting the position of the sample are provided in order to maintain the distance between the
また、各ガイドピンは導電性部材によって形成され、各ガイドピンの他端は、増幅器37に接続されている。この結果、試料3からの電荷は各ガイドピンを介して増幅器37供給される。増幅器37によって増幅された信号は、計測器38を介して、データ処理装置39、データ判定処理ユニット40に供給される。なお、電極35によって検出された信号は、増幅器36を介して計測器38に供給される。
(4) Each guide pin is formed of a conductive member, and the other end of each guide pin is connected to the
この実施の形態では、ガイドピンG1〜G4を試料3に当接させるように構成したので、試料内の電荷を直接計測することができる。更に、ガイドピンからの信号と、電極35からの信号を別々に検出できるように構成したので、データ処理装置39,データ判定処理ユニット40によって、ウェハ試料3の帯電等の状況を判断する処理も行なうことができる。もちろん、電極35からの検出信号とガイドピンG1〜G4によって検出された信号を計測器38で加算し、加算された値を被検査試料3において計測された総電荷量として用いることができる。
In this embodiment, since the guide pins G1 to G4 are configured to contact the
また、試料電荷検出器として動作する電極35からの信号が0の時、試料の裏面が例えば、図1に示した電極プレート7に接触しているか、もしくは、試料周辺においてガイドピンが試料に接触していることを判断することができる。逆に、電極35からの信号が0以外の時、試料の裏面、もしくは試料周辺におけるガイドピン接触部分が接触抵抗を有していると判断することができる。
When the signal from the
更に、検出信号の処理をデータ処理装置39で行い、その処理結果に基づいてデータ判定処理ユニット40で各種判断を行うように構成されているので、例えば、試料電荷検出器としての電極35からの検出信号が、荷電粒子ビーム照射直後に信号を検出し、その後検出値が0になったような場合、試料3が高誘電率の物質で形成されていると判定することができる。
Further, since the detection signal is processed by the
図10に示した本発明の実施の形態では、更に次の検査を行なうことができる。すなわち、試料電荷検出器としての電極35からの信号が0の時、試料3の裏面もしくは試料3の周辺部において、ガイドピンG1〜G4が接触していると判断することができる。逆に、試料電荷検出器としての電極35からの信号が0以外の時、試料3の裏面もしくは試料3の周辺部において、ガイドピンG1〜G4の接触部分が接触抵抗を有していると判断することができる。
で は In the embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the following inspection can be further performed. That is, when the signal from the
なお、これらの判断は、図10に示した信号処理系により、次のように行われる。すなわち、電極35で検出された信号と、ガイドピンG1〜G4によって検出された信号をそれぞれ増幅器36および37によって増幅した後,計測器38により、それぞれの信号の電流量が計測される。計測器38により計測された2種の信号の電流値は、データ処理装置39において記憶され、記憶されたデータは、データ判定処理ユニット40に供給される。データ処理判定処理ユニット40は、電極35で検出された信号と、ガイドピンG1〜G4によって検出された信号の2種の電流値データにより、例えば、試料3とガイドピンとが接触しているか、試料のガイドピン接触部分が接触抵抗を有しているか等の判断を行う。なお、判断結果については、図示していないがプリンターによって打ち出されるか、液晶ディスプレイなどの表示装置上に表示される。
These determinations are made by the signal processing system shown in FIG. 10 as follows. That is, after the signals detected by the
さて、図10の構成においては、試料電荷検出器としての電極35からの信号を増幅器36を介して計測器38に供給し、試料電荷に応じた信号を検出している。この図10の構成において、試料3に電子ビームなどの荷電粒子ビームを照射した場合、そのビーム照射の直後に所定の値以上の電流信号を検出し、その後検出値が0になる場合がある。
In the configuration of FIG. 10, a signal from the
図11はこのような検出信号波形を示しており、横軸は時間(t)、縦軸は電流値である。この検出信号波形図で、時刻T1において荷電粒子ビームを試料に照射しており、荷電粒子ビームの照射と同時に試料電荷検出信号が急激に立ち上がる。時刻T1から、検出信号の最大値が検出された時刻T2までが信号の立ち上がり時間t1である。検出信号は、最大値まで急激に立ち上がるが、最大値を過ぎると、比較的ゆっくりと減少し、時刻T3になると検出信号は0となる。この時刻T2から時刻T3までが信号の立下り時間t2である。 FIG. 11 shows such a detection signal waveform, in which the horizontal axis represents time (t) and the vertical axis represents current value. In the detection signal waveform diagram, the sample is irradiated with the charged particle beam at time T1, and the sample charge detection signal sharply rises simultaneously with the irradiation of the charged particle beam. The time from the time T1 to the time T2 when the maximum value of the detection signal is detected is a signal rise time t1. The detection signal sharply rises to the maximum value, but after the maximum value, decreases relatively slowly, and becomes zero at time T3. The time from the time T2 to the time T3 is a signal fall time t2.
この図11に示した波形のように、荷電粒子ビームの照射と同時に信号が立ち上がり、その後検出信号が0になるような場合は、試料3が高誘電率の物質で形成されていると判断することができる。この判断は、データ判定処理ユニット40において行なう。
As in the waveform shown in FIG. 11, when the signal rises at the same time as the irradiation of the charged particle beam and the detection signal becomes 0 thereafter, it is determined that the
また、図12に示すように、被検査試料3の表面に誘電膜45が形成されていることが分かっている場合、図11のような信号が検出されると、試料表面の誘電膜45の厚さが厚いと判断することができる。この誘電膜の誘電率は、検出信号の最大値Smによって求めることも可能であり、また、各種の試料を測定し、各試料ごとの測定時の検出信号の最大値を比較することによって、各種試料の誘電率の大小の様子を知ることができる。
Also, as shown in FIG. 12, when it is known that the dielectric film 45 is formed on the surface of the
このような誘電率の試料ごとの比較は、検出信号の立ちあがり時間t1によって行なうことができる。すなわち、誘電率の高い試料ほど立ち上がり時間t1が短くなる。また、誘電率の試料ごとの比較は、検出信号の立ち下がり時間t2によって行なうことができる。すなわち、誘電率の高い試料ほど立ち下がり時間t2が短くなる。更に、誘電率の試料ごとの比較は、検出信号の半値幅Wによって行なうことができる。すなわち、誘電率の高い試料ほど検出信号の半値幅Wが小さくなる。 比較 Such comparison of the dielectric constant of each sample can be performed by the rise time t1 of the detection signal. That is, the rise time t1 becomes shorter as the sample has a higher dielectric constant. The comparison of the dielectric constant of each sample can be performed by the fall time t2 of the detection signal. That is, the fall time t2 becomes shorter as the sample has a higher dielectric constant. Further, the comparison of the dielectric constant for each sample can be performed based on the half width W of the detection signal. That is, the half value width W of the detection signal becomes smaller as the sample has a higher dielectric constant.
次に、試料3の裏面、もしくは、ガイドピンの試料接触面に絶縁膜が形成されているか、また、絶縁膜が形成されている場合の絶縁膜の厚さの判定を行なう方法について説明する。この判定を行う場合も、図10に示した構成が使用される。まず、試料電荷検出器としての電極35とガイドピンG1〜G4の両者で信号が検出された時、試料裏面、もしくは、ガイドピンの試料接触面に絶縁膜が形成されていると判定することができる。
Next, a method for determining whether an insulating film is formed on the back surface of the
また、試料表面に形成された絶縁膜の厚さを判定する場合には、電極35によって検出される信号強度とガイドピンで検出される信号強度の比率によってその判定を行なうことができる。すなわち、電極35によって検出される信号強度の割合が大きいほど絶縁膜の厚さが厚いと判定することができる。絶縁膜の厚さの絶対値を求める場合には、事前に信号強度の比率と絶縁膜の厚さとの関係をテーブルの形式で記憶しておき、実際の検査時には、2種の信号強度の比率を求め、記憶されているテーブルから、対応する絶縁膜の厚さを読み取れば良い。
In determining the thickness of the insulating film formed on the sample surface, the determination can be made based on the ratio between the signal intensity detected by the
ところで、電極35からの検出信号とガイドピンG1〜G4によって検出された信号を、それぞれ増幅器36、37によって増幅した後計測器38で加算し、加算された値を被検査試料3において計測された総電荷量として用いることができることを前に説明した。この総電荷量とその総電荷量を計測した際に試料に照射した荷電粒子ビームの電流の総量との比較を行うことにより、被検査試料3の表面における誘電膜の膜圧を比較推定することができる。
By the way, the detection signal from the
次に、試料3に荷電粒子ビームを照射し、前記総電荷量を一定時間計測し、計測時間内における総電荷量の変化率Rを求める。図13は総電荷量の変化率Rの時間変化を示しており、時刻T1で試料に荷電粒子ビームが照射される。この荷電粒子ビーム照射後の総電荷量の変化率が計測され、変化率Rが事前に定めたしきい値S以下になったとき(T4)、変化率の計測を終了させる。
Next, the
この変化率Rが事前に定めたしきい値S以下になったとき(T4)の総電荷量を収集して記憶し、標準試料や各種異なった試料で、同様な方法により取得された総電荷量との比較を行なう。この比較処理はデータ判定処理ユニット40において行なわれ、被検査試料3の各種項目の検査を行なうことができる。
When the rate of change R becomes equal to or less than a predetermined threshold value S (T4), the total electric charge is collected and stored, and the total electric charge obtained by a similar method using a standard sample or various different samples is obtained. A comparison with the amount is made. This comparison processing is performed in the data
図14は本発明の他の実施の形態を示しており、電極35からの検出信号とガイドピンG1〜G4によって検出された信号を、それぞれ増幅器36、37によって増幅した後、画像化処理ユニット46に供給する。画像化処理ユニット46では、2種の信号について映像信号として用いることができるように、輝度やコントラスト調整が行なわれる。
FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. After the detection signal from the
画像化処理ユニット46において信号処理が行なわれた映像信号は、陰極線管や液晶ディスプレイ等の表示装置47に供給されることから、表示装置47には試料3の特定領域における荷電粒子ビームの2次元走査に基づいて、電極35によって検出された信号に基づく試料の表面像が得られる。また、映像信号として、ガイドピンG1〜G4によって検出された信号を用いても、同様に試料の表面像が得られる。もちろん、映像信号として、電極35によって検出された信号と、ガイドピンG1〜G4によって検出された信号とを加算した信号を用いても、同様に試料の表面像が得られる。このようにして得られた像は、試料内で発生する電荷移動を検出し、その検出信号に基づいたものであることから、ホールの底面状態の変化を高精度で映像化することができる。
The video signal subjected to the signal processing in the
1 電子銃
2 ブランキング電極
3 偏向電極
4 アパーチャ
5 ナイフエッジ
6 検出器
7 装置コントロール部
8 データコントロール部
9 ブランキング増幅器
10 DA変換増幅器
11 前置増幅器
12 信号処理部
13 補正テーブル
14 加算器
15 位置補正回路
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