JP2010103320A - Semiconductor inspection apparatus - Google Patents

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Toru Tojo
徹 東條
Hisashi Akiyama
久 秋山
Yoshishige Sato
善茂 佐藤
Kota Orui
孝太 大類
Kenji Tagawa
健二 田河
Hiroshi Morita
博 森田
Masuo Yasuma
益男 安間
Tadahira Kanno
肇平 簡野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor inspection apparatus capable of measuring an interface state on the bottom of a hole and capable of improving the SN ratio of beam irradiation without being affected by a displacement of an irradiating position. <P>SOLUTION: In the semiconductor inspection apparatus for evaluating an interface state of a contact hole of a wafer 23 by using an absorption current measurement method using an electron beam, an electron beam EB is applied to the contact hole of the wafer 23 to measure an absorption current of the wafer 23. In the measurement of the absorption current, the electron beam EB is defocused to a size slightly larger than the contact hole and the contact hole of the wafer 23 is scanned with the defocused electron beam EB to measure the absorption current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、特に半導体デバイスの製造工程を評価するために好適な半導体検査装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor inspection apparatus suitable for evaluating a semiconductor device manufacturing process.

光学式や電子ビーム(EB)を用いたLSI配線の不良解析や欠陥検出が既に行われている(特許文献1参照)。   LSI wiring defect analysis and defect detection using an optical type or electron beam (EB) have already been performed (see Patent Document 1).

光学式としては、例えば、赤外レーザを試料に照射し電子-正孔対を発生させ、これらの発生キャリアによって流れる電流を測定するOBIC法(Optical Beam Induced Current)(非特許文献1)がよく知られている。同様な手法でEBを試料面上に照射し流れる電流を測定するEBIC法(Electron Beam Induced Current)(非特許文献2,3参照)や、EB照射電流の一部が吸収される現象を測定するEBAC法(Electron Beam Absorbed Current)(非特許文献4参照)が開発、実用化されている。
国際公開2008−53524A1 K. Haraguchi;Microscopic Optical Beam Induced Current Measurement and their Applications, Proc. IEEE (IMEC’94), May10-12, Vol.2, 1994, pp693-699. 近藤 正、他; EBIC/OBICを用いたGaAsMMIC故障箇所特定解析事例, LSIテスティングシンポジウム, 2002, pp363268. 植木 悠介, 他; 電子ビーム吸収電流法による故障解析, LSIテスティングシンポジウム, 2007, pp303-307. 野久尾 毅, 他; 電子ビーム吸収電流による半導体デバイス故障箇所検出方法に対する考察, LSIテスティングシンポジウム, 2007, pp293-296. 矢野 資、他; 電位コントラスト欠陥検出とそのシミュレーション技術、LSIテスティングシンポジウム, 2006, pp59-64. Hong Xiao, et al; A high Throughput Gray Level Measurement Method for Process Window Characterization/Production Monitor, LSIテスティングシンポジウム, 2006, pp65-70. Topcon HP 山田恵三, EB-Scopeシステムを用いたプロセス管理事例, 電子材料, 2006年6月, pp45-51. M.Honda, et al; Electron-beam Substrate Current Monitoring Technique for Contact Process Optimization & Yield Enhancement, 2007 Advanced Metallization Conference, October 9-11, 2007, pp185-186.
As an optical method, for example, an OBIC method (Optical Beam Induced Current) (Non-Patent Document 1) in which an electron beam is generated by irradiating a sample with an infrared laser and the current flowing through these generated carriers is measured is well known. Are known. The EBIC method (Electron Beam Induced Current) (see Non-Patent Documents 2 and 3) that measures the current that flows by irradiating EB onto the sample surface in a similar manner, and the phenomenon that a part of the EB irradiation current is absorbed are measured. An EBAC method (Electron Beam Absorbed Current) (see Non-Patent Document 4) has been developed and put into practical use.
International Publication 2008-53524A1 K. Haraguchi; Microscopic Optical Beam Induced Current Measurement and their Applications, Proc. IEEE (IMEC'94), May10-12, Vol.2, 1994, pp693-699. Tadashi Kondo, et al. GaAsMMIC failure location analysis example using EBIC / OBIC, LSI Testing Symposium, 2002, pp363268. Yusuke Ueki, et al .; Failure analysis by electron beam absorption current method, LSI testing symposium, 2007, pp303-307. Satoshi Nokuo, et al .: Consideration of semiconductor device failure location detection method using electron beam absorption current, LSI Testing Symposium, 2007, pp293-296. Susumu Yano, et al .: Potential contrast defect detection and simulation technology, LSI testing symposium, 2006, pp59-64. Hong Xiao, et al; A high Throughput Gray Level Measurement Method for Process Window Characterization / Production Monitor, LSI Testing Symposium, 2006, pp65-70. Topcon HP Keizo Yamada, Process management example using EB-Scope system, Electronic materials, June 2006, pp45-51. M. Honda, et al; Electron-beam Substrate Current Monitoring Technique for Contact Process Optimization & Yield Enhancement, 2007 Advanced Metallization Conference, October 9-11, 2007, pp185-186.

今後のLSIの微細化に伴い、上述した電子ビームを用いる検査・評価手法は、将来性のある有力な方法と考えられる。その理由としてEBの収束性、透過性、吸収性のメリットと制御性が挙げられる。しかしながら上記測定手法は、不良箇所の場所の特定や原因プロセスを特定するのには有力であるものの、各配線工程(製造ライン)直後での異常を検出するには最適な方法ではないと思われる。同時に、上記方法では不良解析や欠陥検出を行うために、ウェハ上に何らかの電極を形成する必要もある。   With the future miniaturization of LSIs, the above-described inspection / evaluation method using an electron beam is considered to be a promising and promising method. The reason for this is the merits and controllability of EB convergence, permeability and absorption. However, although the above measurement method is effective for identifying the location of the defective part and identifying the cause process, it seems that it is not the optimal method for detecting an abnormality immediately after each wiring process (production line). . At the same time, it is necessary to form some electrode on the wafer in order to perform defect analysis and defect detection in the above method.

一方、各工程直後の検査にはEBI(Electron beam Inspection)(非特許文献5,6参照)を用いるのが一般的であるが、パターン寸法や形状の測定にとどまっている。例えば、今後最も重要と考えられる高アスペクトコンタクトホールの底部界面の不良解析には、新しい計測方法の提案が必要である。   On the other hand, EBI (Electron beam Inspection) (see Non-Patent Documents 5 and 6) is generally used for inspection immediately after each process, but it is limited to measurement of pattern dimensions and shapes. For example, a new measurement method must be proposed for failure analysis of the bottom interface of high aspect contact holes, which will be the most important in the future.

本願発明者らは、ウェハ基板の裏面から直接EB吸収電流を測定し、薄膜やコンタクトホール径の計測・界面評価が可能であるEB-Scopeを開発し(非特許文献7参照)、その測定結果の評価を行ってきた。既にホール径では40nmの測定が可能なこと(非特許文献8参照)、SiO2の薄膜計測ではnmオーダの計測ができ、コンタクト抵抗50〜250Ω程度の差を計測できることを報告した(非特許文献9参照)。   The inventors of the present application have developed an EB-Scope that can measure the EB absorption current directly from the back surface of the wafer substrate, and can measure the thin film and contact hole diameter / interface evaluation (see Non-Patent Document 7). Have been evaluated. It has already been reported that the hole diameter can be measured to 40 nm (see Non-Patent Document 8), and the SiO2 thin film measurement can be measured in the order of nm, and a difference of about 50 to 250 Ω can be measured (Non-Patent Document 9). reference).

本報告では、EB-Scopeを用いてコンタクトホール界面の評価を行った結果について報告する。EB-Scopeで測定した基板電流値(EB吸収電流値;今後EBS値と呼ぶ)は、明らかにコンタクトホール界面の情報を示していると考えられるデータが取れた。同時に、測定したEBS値をホール径で正規化する手法でデータを整理したところ(正規化EBS値)、正規化EBS値にプロセス異常と考えられるパターンが存在することが判明した。   In this report, we report the evaluation results of contact hole interface using EB-Scope. The substrate current value measured by EB-Scope (EB absorption current value; hereinafter referred to as EBS value) was clearly obtained as data that is considered to indicate information on the contact hole interface. At the same time, when the data was organized by a method of normalizing the measured EBS value with the hole diameter (normalized EBS value), it was found that the pattern considered to be a process abnormality exists in the normalized EBS value.

また、既存のLSM(Line Scan Mode)では、フォーカスした電子ビームにてコンタクトホールをスキャンし、コンタクトホールの径を測定し、またホールの開口・未開口を測定するが、薄膜に対する感度が低いという問題がある。   Further, in the existing LSM (Line Scan Mode), the contact hole is scanned with a focused electron beam, the diameter of the contact hole is measured, and the opening / non-opening of the hole is measured, but the sensitivity to the thin film is low. There's a problem.

一方、BLM(Blanket Mode)では、デフォーカスした電子ビームをコンタクトホールに照射し、ホール底部の界面状態を計測するが、単にコンタクトホール開口の径よりも径の大きなビーム光束を照射しているため、照射位置によりビーム光束が偏り、このためその照射位置による測定結果のばらつきが大きく、ホール外の絶縁領域へのビーム照射によるS/N比が低減してしまうという問題がある。更に周辺の影響をキャンセルする為に、測定点の近傍でコンタクトホールがない場所で、同じビーム径を用いて基準データを取らなければならない作業が発生する。これによって、実際の測定時間は一気に2倍になってしまうと言う問題があった。   On the other hand, BLM (Blanket Mode) irradiates a contact hole with a defocused electron beam and measures the interface state at the bottom of the hole, but simply irradiates a beam with a diameter larger than the diameter of the contact hole opening. The beam luminous flux is biased depending on the irradiation position, so that there is a large variation in measurement results depending on the irradiation position, and there is a problem that the S / N ratio due to the beam irradiation to the insulating region outside the hole is reduced. Furthermore, in order to cancel the influence of the surroundings, there is an operation in which reference data must be obtained using the same beam diameter in a place where there is no contact hole near the measurement point. As a result, there was a problem that the actual measurement time doubled at once.

この発明は、ホール底部の界面状態を高い感度で測定可能にし、しかも照射位置ズレの影響を受けることがなく、ビーム照射のS/N比を向上させることができ、且つ、基準となる近傍でのデータ取りを無くし、測定時間を従来の半分にすることができる半導体検査装置を提供することにある。   The present invention makes it possible to measure the interface state at the bottom of the hole with high sensitivity, and is not affected by the displacement of the irradiation position, can improve the S / N ratio of beam irradiation, and in the vicinity of the reference. It is an object of the present invention to provide a semiconductor inspection apparatus capable of eliminating the data collection and reducing the measurement time to half that of the prior art.

請求項1の発明は、電子ビームを用いた吸収電流測定方法を用いて、ウェハのコンタクトホールの界面状況を評価する半導体検査装置において、
電子ビームを前記ウェハのコンタクトホールに照射してウェハの吸収電流を測定する際、前記電子ビームをデフォーカスしてコンタクトホールより若干大きめのサイズにし、この電子ビームで前記ウェハのコンタクトホールをスキャンして吸収電流を測定することを特徴とする。
The invention of claim 1 is a semiconductor inspection apparatus for evaluating an interface state of a contact hole of a wafer using an absorption current measuring method using an electron beam.
When measuring the absorbed current of the wafer by irradiating the contact hole of the wafer with the electron beam, the electron beam is defocused to be slightly larger than the contact hole, and the contact hole of the wafer is scanned with the electron beam. And measuring the absorption current.

この発明によれば、電子ビームをデフォーカスしてコンタクトホールより若干大きめのサイズにし、この電子ビームでコンタクトホールをスキャンして吸収電流を測定するものであるから、ホール底部の界面状態を高い感度で測定することができ、しかも照射位置ズレの影響を受けることがなく、ビーム照射のS/N比を向上させることができる。また、測定時間を従来の半分に出来る。   According to the present invention, the electron beam is defocused to a size slightly larger than the contact hole, and the contact hole is scanned with this electron beam to measure the absorption current. Therefore, the interface state at the bottom of the hole is highly sensitive. In addition, the S / N ratio of the beam irradiation can be improved without being affected by the irradiation position shift. Also, the measurement time can be halved compared to the conventional method.

(発明の概要)
本発明者らは、ウェハ基板の裏面から直接、吸収電流(基板電流;EBS)を高感度で測定し、ウェハ表面の薄膜やコンタクトホール径の計測、コンタクト底部の界面評価を行うことができるEB-Scope(型名EBS3000)の開発を進めている。
(Summary of Invention)
The present inventors can measure the absorption current (substrate current; EBS) directly from the back surface of the wafer substrate with high sensitivity, measure the thin film on the wafer surface, contact hole diameter, and evaluate the interface at the bottom of the contact. -Development of Scope (model name EBS3000) is underway.

既述したように、ホール径では45nm以下の測定が可能なこと、SiO2の薄膜計測ではnmオーダの計測ができ、コンタクト抵抗50〜250Ω程度の差を計測できることが知られている。   As described above, it is known that the hole diameter can be measured to 45 nm or less, the SiO2 thin film measurement can be performed in the order of nm, and a difference of about 50 to 250 Ω can be measured.

EB-Scopeはコンタクトホール底部の界面状態の情報を得ることができるため、プロセス制御への活用が期待できる。各種ウェハを測定した結果、吸収電流(基板電流)は、明らかにコンタクトホール界面の情報を示していると考えられる。正規化EBS手法を用いることによって、製造ラインでのプロセスモニター・制御の可能性も見出された。   Since EB-Scope can obtain information on the interface state at the bottom of the contact hole, it can be expected to be used for process control. As a result of measuring various wafers, it is considered that the absorption current (substrate current) clearly shows information on the contact hole interface. The possibility of process monitoring and control in the production line has also been found by using the normalized EBS technique.

以下、図面を参照しつつ本発明の原理を説明する。
(1)EB-Scopeの測定原理
図1はこの発明に係わるEB-Scopeの測定原理を示している。このEB-ScopeはSEMと同じ構成であるが、ウェハ裏面から吸収電流(EBS値)を高感度・精度で計測することができる。
The principle of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Measurement principle of EB-Scope FIG. 1 shows the measurement principle of EB-Scope according to the present invention. This EB-Scope has the same configuration as the SEM, but it can measure the absorption current (EBS value) from the backside of the wafer with high sensitivity and accuracy.

この図1において、WEHはウェハ、CONHはコンタクトホール、CONHDはコンタクトホール底を示している。電子ビームEBをスキャンすることによってコンタクトホールCONHの直径を計測する測定モード、コンタクトホールCONHの直径よりも若干大きなビーム径をコンタクトホールCONHの部分に照射してEBS値を測定するモードがある。   In FIG. 1, WEH indicates a wafer, CONH indicates a contact hole, and CONHD indicates a bottom of the contact hole. There are a measurement mode in which the diameter of the contact hole CONH is measured by scanning the electron beam EB, and a mode in which the EBS value is measured by irradiating the contact hole CONH with a beam diameter slightly larger than the diameter of the contact hole CONH.

電子銃E−Beam Gunから電子ビームEBがウェハWEHに照射されると、二次電子SEが電子検出器PMTによって検出され、電子検出器PMTの出力はプリアンプPre-AMPによって増幅されて表示装置に入力され、表示装置の画面Grに電子顕微鏡画像(SEM像)が表示される。また、吸収電流(基板電流)IACが検出され、この基板電流IACは基板電流増幅システムSCASに入力され、この基板電流IACも表示装置に入力され、表示装置の画面Grに基板電流に基づく画像が所定の処理によって表示される。
なお、表1にはEBS3000の基本仕様が示されている。
When the electron beam EB is irradiated onto the wafer WEH from the electron gun E-Beam Gun, the secondary electrons SE are detected by the electron detector PMT, and the output of the electron detector PMT is amplified by the preamplifier Pre-AMP and is displayed on the display device. The electron microscope image (SEM image) is displayed on the screen Gr of the display device. Also, an absorption current (substrate current) IAC is detected, this substrate current IAC is input to the substrate current amplification system SCAS, this substrate current IAC is also input to the display device, and an image based on the substrate current is displayed on the screen Gr of the display device. Displayed by a predetermined process.
Table 1 shows the basic specifications of EBS3000.

図2(a)、図2(b)はEB-Scopeの測定モードを示す概念図である。図2(a)はコンタクトホールCONHのサイズを測定するLSM(Line scan mode;フォーカスビームをスキャンするモード)を示している。図2(b)はコンタクトホール界面の評価を行うBLM(Blanket Mode;ビーム径を大きくして静止状態で測定を行うモード)を示している。測定モードは主としてこの二つであるが、これらの両方を兼ね備えた(ビーム径を大きくした状態でスキャン)測定を行うこともできる。 FIG. 2A and FIG. 2B are conceptual diagrams showing an EB-Scope measurement mode. FIG. 2A shows an LSM (Line scan mode) for measuring the size of the contact hole CONH. FIG. 2B shows a BLM (Blanket Mode; a mode in which measurement is performed in a stationary state by increasing the beam diameter) for evaluating the contact hole interface. There are mainly two measurement modes, but it is also possible to perform measurement having both of these (scanning with the beam diameter enlarged).

図2(a)に示すように、電子ビームEBによってスキャンすると、基板電流IACが得られる。この基板電流IACのプロファイルを微分すると、微分波形BWが得られ、この微分波形BWからコンタクトホールCONHの直径φ、エッジの形状決定ができる。コンタクトホールCONHがシングルホールの場合には、基板電流IACのプロファイルは単一であるが、コンタクトホールCONHがマルチホールの場合には、基板電流IACのプロファイルは交流形状となる。   As shown in FIG. 2A, a substrate current IAC is obtained by scanning with the electron beam EB. When the profile of the substrate current IAC is differentiated, a differentiated waveform BW is obtained, and the diameter φ of the contact hole CONH and the shape of the edge can be determined from the differentiated waveform BW. When the contact hole CONH is a single hole, the substrate current IAC has a single profile. However, when the contact hole CONH is a multihole, the profile of the substrate current IAC has an AC shape.

図2(b)に示すように、電子ビームEBのビーム径を大きくして静止状態でウェハWEHのコンタクトホールCONHに照射すると、基板電流IACが得られる。この基板電流IACは、若干変動しているが、直流成分電流である。コンタクトホールCONHがシングルホールの場合、電子ビームEBの直径は、コンタクトホールCONHの直径φよりも若干大きいのが望ましい。コンタクトホールCONHがマルチホールの場合、電子ビームEBの直径は、数個のコンタクトホールCONHを含む直径とするのが望ましい。   As shown in FIG. 2B, when the beam diameter of the electron beam EB is increased and the contact hole CONH of the wafer WEH is irradiated in a stationary state, a substrate current IAC is obtained. The substrate current IAC is a DC component current although it fluctuates slightly. When the contact hole CONH is a single hole, it is desirable that the diameter of the electron beam EB is slightly larger than the diameter φ of the contact hole CONH. In the case where the contact hole CONH is a multi-hole, the diameter of the electron beam EB is preferably a diameter including several contact holes CONH.

これらの測定モードを駆使しながら、薄膜や図3に示すコンタクトホールCONHの状態等を測定する。   The state of the thin film and the contact hole CONH shown in FIG. 3 is measured while making full use of these measurement modes.

その図3において、(a)はCONH絶縁層残渣、(b)はCONHポリマー残渣、(c)はCONHエッチストッパー加工状態、(d)はCONHストッパ貫通状態、(e)は小さくて奇妙な形状のCONH、(f)は薄膜層厚状態をそれぞれ示している。   In FIG. 3, (a) is a CONH insulating layer residue, (b) is a CONH polymer residue, (c) is a CONH etch stopper processed state, (d) is a CONH stopper penetration state, (e) is a small and strange shape. CONH and (f) show the thin film layer thickness state, respectively.

一般的に、ウェハ基板WEHに吸収される電流IACは、図4に示すように、
IAC=Ip−IS−IBS ・・・・(1)
の式を用いて表わすことができる。
In general, the current IAC absorbed in the wafer substrate WEH is as shown in FIG.
IAC = Ip−IS−IBS (1)
It can be expressed using the following formula.

ここで、IpはウェハWEHに入射する初期電流、 ISはウェハ基板WEH外に放出される2次電子による電流、IBSは反射電子による電流である。EB-Scopeは加速電圧を数kV程度としているので、IBSは無視できると考えている。また、IS を“ウェハ基板WEH外に放出される2次電子”と定義したのは、ウェハ基板表面WEHSの帯電によって2次電子の引き戻しよる影響を考える必要があることを意味している。   Here, Ip is an initial current incident on the wafer WEH, IS is a current caused by secondary electrons emitted outside the wafer substrate WEH, and IBS is a current caused by reflected electrons. Since EB-Scope has an acceleration voltage of about several kV, IBS can be ignored. Further, defining IS as “secondary electrons emitted outside the wafer substrate WEH” means that it is necessary to consider the influence of secondary electron pullback due to the charging of the wafer substrate surface WEHS.

既に、薄膜測定(SiO2膜)に関しては、シミュレーション結果との比較が行われており(図11参照)、EB照射による電子―正孔対の発生とそれらの発生キャリアによるSi基板に流れる電子を考え、定性的に膜厚数10nm程度までは、測定結果を良く説明できている。   The thin film measurement (SiO2 film) has already been compared with the simulation results (see Fig. 11), and the generation of electron-hole pairs by EB irradiation and the electrons flowing to the Si substrate due to these generated carriers are considered. Qualitatively, the measurement results can be well explained up to a film thickness of about 10 nm.

また、EB進入深さより十分に厚い絶縁膜に関する帯電シミュレーションにおいても、ウェハ基板(WEH)に流れ込む電流を計算した結果が示されている(図12参照)。絶縁膜INSが存在してもウェハ基板WEHへの電子の流れが生じることから、EB-Scopeは様々な現象を測定できる可能性があると期待できる。
(2)LSM、BLM、D−LSMの測定例
(2−1)LSMの測定例
図5にはLSMによるコンタクトホールCONHの直径の測定例が示されている。図5に示すように、EBスキャンを行うと、基板電流IACが得られ、この基板電流IACによるLSMプロファイルに特殊データ処理を行い、コンタクトホールCONHの直径φが算出される。
Also, in the charging simulation for the insulating film sufficiently thicker than the EB penetration depth, the result of calculating the current flowing into the wafer substrate (WEH) is shown (see FIG. 12). Since the electron flow to the wafer substrate WEH occurs even if the insulating film INS is present, it can be expected that the EB-Scope can measure various phenomena.
(2) Measurement example of LSM, BLM, D-LSM (2-1) Measurement example of LSM FIG. 5 shows a measurement example of the diameter of the contact hole CONH by LSM. As shown in FIG. 5, when the EB scan is performed, a substrate current IAC is obtained, and special data processing is performed on the LSM profile based on the substrate current IAC to calculate the diameter φ of the contact hole CONH.

算出されたコンタクトホールCONHの直径φの測定再現性の一例が図6に示されている。その図6には、10回の繰り返しを行った結果が示されている。また、この図6には、5個の折れ線グラフが示されているが、この5個の折れ線グラフは、図5の5本の走査線の各1本により得られたコンタクトホールCONHの直径φに対応しており、最大値を結んだ折れ線グラフは図5の中央の走査線により得られたコンタクトホールCONHの直径φに対応している。   An example of the measurement reproducibility of the calculated diameter φ of the contact hole CONH is shown in FIG. FIG. 6 shows the result of 10 repetitions. Further, FIG. 6 shows five line graphs. The five line graphs are the diameter φ of the contact hole CONH obtained by each one of the five scanning lines in FIG. The line graph connecting the maximum values corresponds to the diameter φ of the contact hole CONH obtained by the central scanning line in FIG.

次に、測定リニアリティの一例を図7に示す。測定再現性は45-130nmの範囲のコンタクトホール径φの場合、約1nm程度が得られた。コンタクトホール径の測定結果では、CD-SEM測定との相関で、R2=0.9944が得られ、直線性の良い結果が得られた。EBS3000を用いて、コンタクトホール径φの偏差や、ウェハ面内分布を調査することによって、プロセスの異常を監視することができる。
(2−2)BLMの測定例
BLMではスキャンしない状態でコンタクトホール径より若干大きなビーム径を照射してEBS値を測定する。このため、コンタクトホール外側の情報も測定することになる。周辺の不要な情報をキャンセルするため、後述するように、参照ホールが無い周辺部分を同様に測定し、差し引きすることによって周辺の情報をキャンセルする方式(Base line offsetと呼ぶ)を採用している。
Next, FIG. 7 shows an example of measurement linearity. The measurement reproducibility was about 1 nm for a contact hole diameter φ in the range of 45-130 nm. In the measurement result of the contact hole diameter, R2 = 0.9944 was obtained in correlation with the CD-SEM measurement, and a result with good linearity was obtained. By using EBS3000, the process abnormality can be monitored by investigating the deviation of the contact hole diameter φ and the distribution in the wafer surface.
(2-2) BLM measurement example In the BLM, the EBS value is measured by irradiating a beam diameter slightly larger than the contact hole diameter without scanning. For this reason, information outside the contact hole is also measured. In order to cancel unnecessary information in the vicinity, a method (referred to as “Base line offset”) is adopted in which the peripheral information without the reference hole is measured in the same manner and the peripheral information is canceled by subtraction, as will be described later. .

BLMの測定例を図8(a)(b)に示す。図8(a)にはエッチング後のコンタクトホール底の界面状態が示されている。EBS値が高い部分は洗浄残りがあるものと考えられる。また、図8(b)に示すようにVia底のエッチストパーのUnder/Overエッチング等の評価も可能であることがわかっている。このように、コンタクトホール界面の状態を容易に観察することができる。しかしながら、上述したような欠点がある(測定の不安定性、測定時間など)。
(2−3)D−LSM(デフォーカス−ラインスキャンモード)の測定例
図21はD−LSMの測定例を示したものであり、このD−LSMでは電子ビームをデフォーカスし、このデフォーカスした電子ビームEB1の大きさをコンタクトホールCONHより若干大きなサイズにして、この電子ビームEB1をコンタクトホールCONH上でラインスキャンし、このときの吸収電流を測定するものである。この測定によれば、電子ビームEB1の中心がコンタクトホールCONHの中央に来た時に最も吸収電流が流れることになり、ホールの周辺や内部構造の影響を受けずに、しかもホール底部の界面状態を高い感度で測定することができる。
BLM measurement examples are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). FIG. 8A shows the interface state at the bottom of the contact hole after etching. The portion with a high EBS value is considered to have cleaning residue. Further, as shown in FIG. 8 (b), it has been found that evaluation such as Under / Over etching of an etch stopper at the bottom of Via is possible. Thus, the state of the contact hole interface can be easily observed. However, there are drawbacks as described above (measurement instability, measurement time, etc.).
(2-3) Measurement Example of D-LSM (Defocus-Line Scan Mode) FIG. 21 shows a measurement example of D-LSM. In this D-LSM, the electron beam is defocused, and this defocus is performed. The size of the electron beam EB1 is slightly larger than the contact hole CONH, the electron beam EB1 is line-scanned on the contact hole CONH, and the absorption current at this time is measured. According to this measurement, the absorption current flows most when the center of the electron beam EB1 comes to the center of the contact hole CONH, and the interface state at the bottom of the hole is not affected by the periphery of the hole and the internal structure. It can be measured with high sensitivity.

すなわち、図22の(A)に示すように、コンタクトホールCONHの周辺や内部が例えば階段状、つまり大径ホール部H1と小径ホール部H2を有している場合、図22の(B)に示すようにBLMで測定すると、照射する電子ビームEB1の位置(コンタクトホールCONHに対する偏心位置)によって吸収電流値が異なってしまい、界面評価を正しく行うことができない。しかし、図22の(C)に示すように、デフォーカスした電子ビームEB1(図22の(A)では説明の便宜上EB1の径は大径ホール部H1より小さくしてある。)をスキャンして吸収電流を測定すると、電子ビームEB1の中心がコンタクトホール中央に来た時に吸収電流が最大となる。すなわち最大感度で吸収電流を検出することができ、この最大吸収電流を検出することによりコンタクトホールCONHの内部構造の影響を受けずに高い感度で界面評価をすることができることになる。   That is, as shown in FIG. 22A, when the periphery or the inside of the contact hole CONH is, for example, stepped, that is, has a large-diameter hole portion H1 and a small-diameter hole portion H2, As shown, when measured by BLM, the absorption current value varies depending on the position of the irradiated electron beam EB1 (eccentric position with respect to the contact hole CONH), and interface evaluation cannot be performed correctly. However, as shown in FIG. 22C, the defocused electron beam EB1 (in FIG. 22A, for convenience of explanation, the diameter of EB1 is smaller than that of the large-diameter hole portion H1) is scanned. When the absorption current is measured, the absorption current becomes maximum when the center of the electron beam EB1 comes to the center of the contact hole. That is, the absorption current can be detected with the maximum sensitivity, and by detecting this maximum absorption current, the interface evaluation can be performed with a high sensitivity without being influenced by the internal structure of the contact hole CONH.

周辺のコンタクトホールがない部分のデータを取得した場合は、スキャンを若干広めにして、ホールの影響がない部分まで広げることで周辺のデータを取ることができる。即ち一度の操作で、ホール底データの取得、周辺データの取得が可能となり効率がよい。   When the data of the part without the peripheral contact hole is acquired, the peripheral data can be obtained by widening the scan to a part not affected by the hole. That is, the hole bottom data and the peripheral data can be acquired with a single operation, which is efficient.

また、図23に示すように、コンタクトホールHa,Hbの形状に電子ビームの形状を合わせてこの電子ビームをスキャンし、このスキャンによって得られる最大吸収電流から界面評価を行う。   Further, as shown in FIG. 23, the shape of the electron beam is matched with the shape of the contact holes Ha and Hb, the electron beam is scanned, and interface evaluation is performed from the maximum absorption current obtained by the scan.

すなわち、図23の(A)に示すように、左右が長径となる楕円状のコンタクトホールHaの形状に合わせて、デフォーカスした電子ビームBaの形状を左右が長径となる楕円にし、この電子ビームBaを図示のようにスキャンして最大吸収電流を検出する。また、図23の(B)に示すように、上下が長径となる楕円状のコンタクトホールHbの形状に合わせて、デフォーカスした電子ビームBbの形状を上下が長径となる楕円にし、この電子ビームBbを図示のようにスキャンして最大吸収電流を検出する。   That is, as shown in FIG. 23A, the shape of the defocused electron beam Ba is changed to an ellipse whose left and right are major axes in accordance with the shape of the elliptical contact hole Ha whose left and right are major axes. The maximum absorption current is detected by scanning Ba as shown in the figure. Further, as shown in FIG. 23B, the shape of the defocused electron beam Bb is changed to an ellipse whose upper and lower sides have a long diameter according to the shape of an elliptical contact hole Hb whose upper and lower sides have a long diameter. Bb is scanned as shown to detect the maximum absorption current.

このように、コンタクトホールHa,Hbの楕円形状とデフォーカスした電子ビームBa,Bbの楕円形状とを一致させるものであるから、電子ビームBa,Bbに対するS/N比を向上させることができる。   As described above, since the elliptical shapes of the contact holes Ha and Hb and the elliptical shapes of the defocused electron beams Ba and Bb are matched, the S / N ratio with respect to the electron beams Ba and Bb can be improved.

ちなみに、図23の(C)に示すように、コンタクトホールHaに対して従来のように円形の電子ビームBcを照射して測定を行うと、コンタクトホールHa外の周辺の絶縁領域の照射面積が大きくなり、電流量の損失が増加する。このため、電子ビームBcに対するS/N比が悪化(低下)することになる。   Incidentally, as shown in FIG. 23C, when measurement is performed by irradiating the contact hole Ha with a circular electron beam Bc as in the prior art, the irradiation area of the surrounding insulating region outside the contact hole Ha is as follows. It becomes larger and the loss of current increases. For this reason, the S / N ratio with respect to the electron beam Bc deteriorates (decreases).

なお、D−LSMの測定は、図24の(A)に示すように、先ず最初にLSMの測定が行われ、この後に図24の(B)に示すBLMの測定を行わずにD−LSMの測定を行うことになる。
(3)測定方法
(2)において述べたLSM、BLM測定で、ある程度のコンタクトホール底部の状況を理解することができることが分かった。しかし、コンタクトホール底部の状況を感度良く測定できるBLMの測定結果は、ホールサイズの影響を受けている。このため、“より正確な情報”を得るには、ホール面積で正規化する必要がある。そこで、「正規化EBS」手法を採用して評価する。図9にその概要を示す。
As shown in FIG. 24A, the D-LSM measurement is performed first by measuring the LSM, and after that without performing the BLM measurement shown in FIG. 24B. Will be measured.
(3) Measurement method It was found that the LSM / BLM measurement described in (2) can understand the situation of the contact hole bottom to some extent. However, the measurement result of BLM that can measure the state of the bottom of the contact hole with high sensitivity is affected by the hole size. Therefore, in order to obtain “more accurate information”, it is necessary to normalize by the hole area. Therefore, the “normalized EBS” method is adopted for evaluation. Fig. 9 shows the outline.

まず、図9に示すように、LSMによってコンタクトホールCONHの直径φを正確に測定する。次に、BLMによって、ホール底のEBS値を測定する。ホール径の影響をなくするために、各測定点でのEBS値をホール面積で割って単位面積当たりのEBS値を求める。この際、基準となる代表面積を決め、これとの比をとることによって正規化している。式(2)に計算式を示す。   First, as shown in FIG. 9, the diameter φ of the contact hole CONH is accurately measured by LSM. Next, the EBS value at the bottom of the hole is measured by BLM. In order to eliminate the influence of the hole diameter, the EBS value at each measurement point is divided by the hole area to obtain the EBS value per unit area. At this time, normalization is performed by determining a representative area as a reference and taking a ratio with this. Formula (2) shows the calculation formula.

図10(a)にはエッチングして洗浄を行った工程後のコンタクトホール径φをLSMによって測定したマップが示され、図10(b)にはエッチングして洗浄を行った工程後のEBS値のマップが示され、図10(c)にはBLMによって正規化されたEBS値のマップが示され、図10(d)にはコンタクトホールCONHの直径と正規化されたEBS値との関係がグラフ化されて情報として示されている。各マップ(或いは数値化した情報)はライン管理上、有益な情報を提供する。
(4)正規化EBSのパターン
一般に、各プロセスが均一であれば、図11のスタンダード(Standard)パターンに示したようにホールサイズによらないほぼ一定の正規化EBS値が得られる。事実、歩留りが良いウェハWEHではこのようなデータが得られている。
FIG. 10 (a) shows a map obtained by measuring the contact hole diameter φ after the etching and cleaning process using LSM, and FIG. 10 (b) shows the EBS value after the etching and cleaning process. FIG. 10C shows a map of EBS values normalized by BLM, and FIG. 10D shows the relationship between the diameter of the contact hole CONH and the normalized EBS value. It is graphed and shown as information. Each map (or digitized information) provides useful information for line management.
(4) Normalized EBS pattern Generally, if each process is uniform, a substantially constant normalized EBS value independent of the hole size can be obtained as shown in the standard pattern of FIG. In fact, such data is obtained for a wafer WEH with a good yield.

しかし、各種のウェハWEHを評価した結果、正規化EBSパターンには図11に示したパターン1、2、3(Pattern1,2,3)と、これらの複合パターン1−2、2−3(Pattern1-2,2-3)が存在することが分ってきた。   However, as a result of evaluating various wafers WEH, the normalized EBS pattern includes patterns 1, 2, and 3 (Pattern1, 2, and 3) shown in FIG. 11 and their composite patterns 1-2 and 2-3 (Pattern1). -2,2-3) has been found to exist.

現在、パターン4(Pattern4)とパターン3−4(Pattern3-4)とはいまだ確認されていない。   Currently, pattern 4 (Pattern4) and pattern 3-4 (Pattern3-4) have not been confirmed yet.

適正にプロセスが行われた場合の正規化EBS値の値はほぼ一定値を示しているが、各社プロセス条件、デバイス構造、使用材料によってその数値は若干異なる。生産ラインの理由により、この一定値より上下する場合、何らかの異常がコンタクトホールCONHに生じていると考えられる。   The value of the normalized EBS value when the process is properly performed shows a substantially constant value, but the value varies slightly depending on the process conditions, device structure, and materials used. For reasons of the production line, if the value rises or falls below this fixed value, it is considered that some abnormality has occurred in the contact hole CONH.

例えば、コンタクトホールCONHが貫通していない場合(Under etching)やSiO2膜等の残膜が生じている場合、正規化EBS値は小さくなる傾向にある。アンダーエッチングの場合は導通が取れない状態に近く、残膜が生じている場合はSiO2膜の存在により2次電子発生が多くなり、結果的にEBS値が小さくなるためである。   For example, when the contact hole CONH does not penetrate (Under etching) or when a residual film such as a SiO2 film is generated, the normalized EBS value tends to be small. In the case of under-etching, it is close to a state in which conduction cannot be achieved, and when a residual film is generated, secondary electrons are generated due to the presence of the SiO2 film, resulting in a small EBS value.

一方、ホール底にレジスト等の有機物(高分子材料)が存在する場合は、2次電子の発生効率がSiに比べて小さくなるため、正規化EBS値は大きくなる傾向にある。ホール底が大きくても、ホール底にTiN膜が存在する場合は正規化EBS値が低くなる傾向にある。更に、エッチングが進んでストッパまでも貫通してシリサイドまで達する場合、シリサイドの2次電子発生が大きいことから、更に正規化EBS値が低くなることが予想される。   On the other hand, when an organic substance (polymer material) such as a resist is present at the bottom of the hole, since the generation efficiency of secondary electrons is smaller than that of Si, the normalized EBS value tends to increase. Even if the hole bottom is large, the normalized EBS value tends to be low when a TiN film is present at the hole bottom. Further, when etching progresses and reaches the stopper and reaches the silicide, generation of secondary electrons of the silicide is large, so that the normalized EBS value is expected to be further lowered.

従って、コンタクトホール径が小さくなるに伴って、正規化EBS値が大きくなる場合は有機物の存在が疑わしく、逆に、小さくなる場合は加工不良が疑わしく、更に、ホール径が大きくなるに伴って正規化EBS値が小さくなる場合は、残膜の影響やオーバーエッチング状態であると推定できる。   Therefore, when the normalized EBS value increases as the contact hole diameter decreases, the presence of organic substances is suspected. Conversely, when the contact hole diameter decreases, processing defects are suspected, and as the hole diameter increases, the normality increases. When the converted EBS value is small, it can be estimated that there is an influence of the remaining film or an over-etched state.

しかし、これらは各プロセス条件、デバイス構造、使用材料によって異なるために一律の原因を導くことはできない。それぞれの場合での検証が必要である。ある程度の因果関係を理解しながら、正規化EBSを活用する手法は、プロセス管理に極めて有益であると考えられ。
(5)正規化EBS値の測定例・運用例
図12(a)には正規化EBS値のウェハ面内のマップが示されている。この図12は図11のパターン2−3に相当するウェハWEHに対応している。図12(b)にはコンタクトホールCONHのサイズと正規化EBS値との関係が示され、ある仮定のもとで良品確率の高い正規化EBS値の範囲を定め、それ以上、それ以下の正規化EBS値を色分けすると、この図12(b)に示す分布図が得られる。明らかに正規化EBS値はプロセス異常を示していると考えられる。
However, since these differ depending on each process condition, device structure, and material used, a uniform cause cannot be derived. Verification in each case is necessary. A method that utilizes normalized EBS while understanding a certain degree of causality is considered to be extremely useful for process management.
(5) Measurement Example / Operation Example of Normalized EBS Value FIG. 12A shows a map of the normalized EBS value in the wafer surface. FIG. 12 corresponds to the wafer WEH corresponding to the pattern 2-3 of FIG. FIG. 12B shows the relationship between the size of the contact hole CONH and the normalized EBS value. A range of the normalized EBS value having a high probability of non-defective product is determined under a certain assumption, and a normal value that is smaller than that is determined. When the converted EBS value is color-coded, the distribution chart shown in FIG. 12B is obtained. Clearly, the normalized EBS value is considered to indicate a process abnormality.

少なくとも図12に示す場合、プロセス異常に二つの要因があると考えられる。ウェハWEHのエッジに分布している比較的ホールの大きい部分での残膜問題と、ホール径が小さくてウェハ全面に点在している有機物の残渣が想定される部分である。ちなみに、それぞれの領域のTEM観察でも差異が認められている。   In at least the case shown in FIG. 12, it is considered that there are two factors in the process abnormality. This is a portion where a problem of a remaining film at a relatively large portion of the hole distributed on the edge of the wafer WEH and an organic residue scattered on the entire surface of the wafer with a small hole diameter are assumed. Incidentally, a difference is recognized also by TEM observation of each area | region.

図13を参照しつつ正規化EBSを用いたプロセス管理手法の一例を説明する。図13はレシピの変更によって正規化EBS値の変化を調べた結果を示している。先ず、最適と思われる正規化EBS管理値の範囲を設ける。例えば、ゴールデンチップの正規化EBSを測定して設定し、レシピ1,2,3で管理値を超える場合の変化を見た。同時に、管理範囲外となった個数から推定される歩留まりを試算した。   An example of a process management method using normalized EBS will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the result of examining the change in the normalized EBS value by changing the recipe. First, a range of normalized EBS management values that seems to be optimal is set. For example, we measured and set the normalized EBS for golden chips, and saw changes when the control values were exceeded in recipes 1, 2, and 3. At the same time, the yield estimated from the number out of the control range was estimated.

レシピ1では正規化EBS値の高い部分が多く、レシピ2では若干正規化EBS値の低い部分が現れ、レシピ3では多くの低いEBS値が出現し、明らかにプロセス変更に伴うホール底の異常が推定できた。また、正規化EBS値から推定される歩留まりを求めた結果、実際と定性的な傾向は一致した。   Recipe 1 has many parts with high normalized EBS values, Recipe 2 has parts with slightly low normalized EBS values, and Recipe 3 has many low EBS values, and there is clearly an abnormality at the bottom of the hole due to process changes. I was able to estimate. Moreover, as a result of obtaining the yield estimated from the normalized EBS value, the actual and qualitative tendencies coincided.

また、図13に示すように、PORウェハでも、若干、正規化EBS値の高い部分が発生していることがわかる。PORレシピの課題解明や最適レシピの探索、改良結果の確認が、正規化EBS手法を用いることによって素早く確認できると考えられる。   Further, as shown in FIG. 13, it can be seen that even in the POR wafer, a portion having a slightly high normalized EBS value is generated. Elucidation of POR recipe issues, search for optimal recipes, and confirmation of improvement results can be confirmed quickly by using the normalized EBS method.

以上から正規化EBS手法を用いたプロセス管理が可能であることがわかる。製造ラインでのサンプル検査によって、各プロセス装置の変動を監視することが可能である。更に、レシピ変更等の影響も管理可能である。各プロセス装置のツールマッチング管理にも有効であると考えている。   From the above, it can be seen that process management using the normalized EBS method is possible. It is possible to monitor the variation of each process equipment by sample inspection on the production line. Furthermore, the influence of a recipe change or the like can be managed. It is considered effective for tool matching management of each process equipment.

ウェハ基板WEHの裏面から直接EB吸収電流を測定し、薄膜やコンタクトホール径の計測・界面評価が出来るEB-Scopeを開発し、最も有効と考えているアプリケーションであるコンタクトホール界面の評価を行った。基板電流値(EB吸収電流値)IACは、明らかにコンタクトホールCONHの界面の情報を示していると考えられるデータが得られた。   EB-Scope that can measure EB absorption current directly from the back side of wafer substrate WEH, measure thin film and contact hole diameter, and evaluate interface, and evaluate contact hole interface, which is considered to be the most effective application . The substrate current value (EB absorption current value) IAC obtained data that is considered to clearly show information on the interface of the contact hole CONH.

同時に、測定したEBS値をコンタクトホール径で正規化する手法によって各種データを整理したところ、正規化EBS値にプロセス異常と考えられるパターンが存在することがわかった。同時に正規化EBS値を用いたプロセス管理の可能性を示すことができた。   At the same time, various data were arranged by a method of normalizing the measured EBS value with the contact hole diameter, and it was found that there was a pattern considered to be a process abnormality in the normalized EBS value. At the same time, the possibility of process management using normalized EBS values could be shown.

また、正規化EBS値のウェハ面内のマップを示す図12から、ウェハ上に、コンタクトホールの種類、大きさなどを点で表示し、その点と対応すると正規化EBS値の分布グラフを同じ色や、×、○、△などの図形記号で分類することもできる。これによって、正規化EBS値がウェハ上のどの位置に対応するのか一目でわかる。例えばポリマー残渣のあると思われるEBS値の高い領域((b)で示した上の部分)の分布に対応させて、図12の(a)のウェハマップMA上に赤点など点(図示せず)で示すようにする。この際、この点の大きさもコンタクトホールの大きさに応じて大きくしマップ上に示すと分りやすいものとなる。     Further, from FIG. 12 showing a map of the normalized EBS value in the wafer surface, the type, size, etc. of the contact hole are displayed as dots on the wafer, and the distribution graph of the normalized EBS value is the same when corresponding to that point. It is also possible to classify by color or graphic symbols such as x, o, and △. Thereby, it can be known at a glance to which position on the wafer the normalized EBS value corresponds. For example, a red dot or the like (not shown) is displayed on the wafer map MA of FIG. )). At this time, the size of this point is also increased in accordance with the size of the contact hole, and it becomes easy to understand when shown on the map.

正規化EBS値グラフ(b)の赤色線枠S1を囲むようにオペレータが指示すると、その範囲の正規化EBS値がウェハマップ(a)に表示されるようにする。正規化EBS値グラフ(b)の中間領域に対応させて、ウェハマップMA上に青色の点(図示せず)で示すようにする。同様にオペレータが領域を指示すると、その範囲の正規化EBS値がウェハマップ(a)に表示されるようにする。同じようにグラフ(b)の正規化EBS値の低い部分も、範囲を指定する事でその範囲をウェハマップ(a)上に表示する。このような操作は、オペレータが領域を指定したり、予め、決められた数値範囲を指定することで、ウェハマップ(a)が出来上がるようにする。上述した範囲指定は、もし、正規化EBS値のみの指定ならば、ウェハマップ(a)図の左側にある縦棒のEBS高低分布のところで範囲指定を行っても良い。   When the operator instructs to surround the red line frame S1 of the normalized EBS value graph (b), the normalized EBS value in that range is displayed on the wafer map (a). Corresponding to the intermediate region of the normalized EBS value graph (b), a blue dot (not shown) is shown on the wafer map MA. Similarly, when the operator designates an area, the normalized EBS value in that range is displayed on the wafer map (a). Similarly, a portion with a low normalized EBS value in the graph (b) is displayed on the wafer map (a) by specifying the range. Such an operation allows the wafer map (a) to be completed by designating an area by the operator or designating a predetermined numerical range. The range specification described above may be specified at the EBS height distribution of the vertical bars on the left side of the wafer map (a) if only the normalized EBS value is specified.

しかしながら、グラフ(b)を用いることで、正規化EBS値の範囲とコンタクトホール径の範囲を設定してウェハマップ(a)を作成することができる。このような色分けしたウェハマップを容易に作成することによって、プロセスの課題を容易に可視化できる。   However, by using the graph (b), the wafer map (a) can be created by setting the range of the normalized EBS value and the range of the contact hole diameter. By easily creating such a color-coded wafer map, process issues can be easily visualized.

上記グラフ(b)の範囲指定は任意にでき、かつ、測定点11個11個の指定もできるようにすると様々な場合に運用でき、都合が良い。
(6)本発明が適用される半導体検査装置
以下、本発明のデータ処理方法が適用される半導体検査装置について説明する。なお、この半導体検査装置の詳細な構成は、特許文献1(行番号0024〜0062)に記載されている。
The range specification of the graph (b) can be arbitrarily set, and it is convenient to be able to operate in various cases if the measurement points 11 and 11 can be specified.
(6) Semiconductor inspection apparatus to which the present invention is applied Hereinafter, a semiconductor inspection apparatus to which the data processing method of the present invention is applied will be described. The detailed configuration of this semiconductor inspection apparatus is described in Patent Document 1 (line numbers 0024 to 0062).

図14に、本発明の一実施形態による半導体検査装置の構成を示す。この半導体検査装置は、測定対象物(試料)である半導体基板(以下、ウェハと言う)に電子ビームを照射し、この電子ビームによってそのウェハに誘起された基板電流を測定し、この基板電流からそのウェハに形成された微細構造の評価値を得ることを基本原理としている。パターンマッチングのためには放出される二次電子あるいは反射電子も利用する。   FIG. 14 shows a configuration of a semiconductor inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. This semiconductor inspection apparatus irradiates a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a wafer), which is an object to be measured (sample), with an electron beam, measures the substrate current induced in the wafer by the electron beam, The basic principle is to obtain an evaluation value of the fine structure formed on the wafer. For pattern matching, emitted secondary electrons or reflected electrons are also used.

図14に示すように、測定対象ウェハ23がどのような素性ウェハか判別可能な固有IDを読めるように、ウェハ識別装置20を有している。測定対象ウェハ23上には、種々の半導体デバイスが形成されているが、それらは、ウェハ23上に予め設けられたグローバルアライメント座標系に従って、ショット座標、チップ座標が一義的に決定されている。これら座標系を用いて位置指定することにより、半導体ウェハ23上に形成された全ての半導体素子を一義的に決定することができる。   As shown in FIG. 14, a wafer identification device 20 is provided so that a unique ID that can identify what feature wafer the measurement target wafer 23 is can be read. Various semiconductor devices are formed on the measurement target wafer 23, and the shot coordinates and the chip coordinates of these semiconductor devices are uniquely determined according to a global alignment coordinate system provided in advance on the wafer 23. By specifying the position using these coordinate systems, all semiconductor elements formed on the semiconductor wafer 23 can be uniquely determined.

逆に、検出された不具合の位置もこの座標系を用いることによって一義的に決定される。これらの座標系を用いる事で、他の装置の出力する検査結果や電気テストの結果又は設計情報であるCAD情報と照合することもできる。   On the contrary, the position of the detected defect is uniquely determined by using this coordinate system. By using these coordinate systems, it is possible to collate with CAD information, which is an inspection result output from another apparatus, a result of an electrical test, or design information.

測定対象物(試料)であるウェハ23を収容するチャンバー26には、電子ビームEBを発生する電子銃(照射手段)10が取り付けられ、この電子銃10は電子ビーム源11を備え、この電子ビーム源11には高圧電源40が接続されている。電子銃10の内部には、電子ビーム源11からの電子流の放出方向に沿って、コンデンサレンズ12、アパチャー13、偏向レンズ14、対物レンズ15がこの順に配置されている。このうち、偏向レンズ14には偏向装置100が接続され、電子ビームEBを高精度で偏向可能となっている。また、対物レンズ15の下方に対物レンズ15とウェハ23との間の距離を測定するウェハ対物レンズ間距離測定装置16が設けられている。また、この電子銃10の電子ビームEBのエネルギー、電流量、フォーカス状態も任意に制御可能となっている。ウェハ23に電子ビームが照射されることによって生じる基板電流は、基板電流測定装置30によって測定され、二次電子、反射電子はそれぞれ二次電子反射電子検出装置24によって検出される。   An electron gun (irradiation means) 10 that generates an electron beam EB is attached to a chamber 26 that accommodates a wafer 23 that is an object to be measured (sample), and the electron gun 10 includes an electron beam source 11. A high voltage power source 40 is connected to the source 11. Inside the electron gun 10, a condenser lens 12, an aperture 13, a deflection lens 14, and an objective lens 15 are arranged in this order along the emission direction of the electron flow from the electron beam source 11. Among these, the deflection lens 100 is connected to the deflection lens 14 so that the electron beam EB can be deflected with high accuracy. Also, below the objective lens 15, a wafer objective lens distance measuring device 16 for measuring the distance between the objective lens 15 and the wafer 23 is provided. Further, the energy, current amount, and focus state of the electron beam EB of the electron gun 10 can be arbitrarily controlled. The substrate current generated by irradiating the wafer 23 with the electron beam is measured by the substrate current measuring device 30, and the secondary electrons and the reflected electrons are detected by the secondary electron reflected electron detecting device 24, respectively.

チャンバー20の内部には、ウェハ23を移動及び一定位置に支持するためのXYステージ21とトレイ22とが収容され、トレイ22にウェハ23が載置されている。電子銃10から放出される電子ビームEBは、トレイ22に載置されたウェハ23の表面に向けられており、XYステージ21によりトレイ22を移動させることにより、ウェハ23に対する電子ビームEBの照射位置を調整することが可能となっている。   An XY stage 21 and a tray 22 for moving and supporting the wafer 23 at a fixed position are accommodated inside the chamber 20, and the wafer 23 is placed on the tray 22. The electron beam EB emitted from the electron gun 10 is directed to the surface of the wafer 23 placed on the tray 22, and the irradiation position of the electron beam EB on the wafer 23 is moved by moving the tray 22 by the XY stage 21. It is possible to adjust.

ここで、電子銃10から照射された電子ビームEBをnmオーダーオーダの位置精度でウェハ23に照射するために、XYステージ21により、固定された電子ビームEBの照射軸に対して相対的にウェハ23を移動するようになっている。XYステージ21の駆動装置としてはパルスモーターや超音波モーター、リニアモーター又は圧電素子等が利用される。レーザーレーザ測長器やレーザースケール等の高精度測定技術を併用することにより、XYステージ21上に載置されたウェハ23の位置精度は数nm程度に制御される。   Here, in order to irradiate the wafer 23 with the electron beam EB irradiated from the electron gun 10 with a position accuracy of the order of nm, the wafer is relatively moved by the XY stage 21 with respect to the irradiation axis of the fixed electron beam EB. It is supposed to move 23. As a driving device for the XY stage 21, a pulse motor, an ultrasonic motor, a linear motor, a piezoelectric element, or the like is used. By using a high-precision measurement technique such as a laser laser length measuring device or a laser scale, the positional accuracy of the wafer 23 placed on the XY stage 21 is controlled to about several nanometers.

また、ウェハ23を載置するトレイ22には、電流測定装置30が接続されており、ウェハ23に誘起された基板電流がトレイ22を介して電流測定装置30により測定されるようになっている。電流測定装置30は、トレイ22に内蔵され、又は近傍に配置されており、外部からの電磁波ノイズをカットできるようになっている。   Further, a current measuring device 30 is connected to the tray 22 on which the wafer 23 is placed, and the substrate current induced in the wafer 23 is measured by the current measuring device 30 via the tray 22. . The current measuring device 30 is built in the tray 22 or arranged in the vicinity thereof, so that electromagnetic noise from the outside can be cut.

電流測定装置30としては、抵抗、電圧変換型の装置や交流アンプ、チャージアンプなど種々の形式を用いることができる。この電流測定装置30は、測定した基板電流値をデジタル信号にA/D(Analog/Digital)変換するA/D変換器を備えており、測定値をデジタルデータとして出力する。   As the current measuring device 30, various types such as a resistor, a voltage conversion type device, an AC amplifier, and a charge amplifier can be used. The current measuring device 30 includes an A / D converter that converts the measured substrate current value into a digital signal by A / D (Analog / Digital), and outputs the measured value as digital data.

また、この半導体検査装置は、2次元走査制御装置(パターンマッチングエンジンを含む)110、二次電子反射電子信号処理装置190、電流波形記憶装置120、波形整形装置130、波形画像認識処理装置140、表示装置150、データベース装置160を備え、これらは、コンピュータ等の情報処理装置上に構築されている。   The semiconductor inspection apparatus includes a two-dimensional scanning control apparatus (including a pattern matching engine) 110, a secondary electron reflected electron signal processing apparatus 190, a current waveform storage apparatus 120, a waveform shaping apparatus 130, a waveform image recognition processing apparatus 140, A display device 150 and a database device 160 are provided, and these are constructed on an information processing device such as a computer.

このうち、2次元走査制御装置110は、電子ビームEBがウェハ23の表面を2次元的に走査するように偏向装置100を制御すると共に、電子ビームEBの照射位置を高精度に合わせるためのパターンマッチングに関する制御を担うものである。なお、本実施形態では、2次元的に走査するとは、ライン状の走査を一定の間隔で複数回にわたって繰り返すことを意味している。例えば、テレビ画面における水平走査および垂直走査と同様の概念である。このように走査された電子ビームからは二次電子又は反射電子像又は基板電流像が形成され、パターンマッチングに利用される。   Among these, the two-dimensional scanning control device 110 controls the deflecting device 100 so that the electron beam EB scans the surface of the wafer 23 two-dimensionally, and at the same time, a pattern for adjusting the irradiation position of the electron beam EB with high accuracy. It is responsible for control related to matching. In the present embodiment, two-dimensional scanning means that line-shaped scanning is repeated a plurality of times at regular intervals. For example, the concept is the same as horizontal scanning and vertical scanning on a television screen. From the electron beam scanned in this way, a secondary electron or reflected electron image or a substrate current image is formed and used for pattern matching.

ここで、パターンマッチングについて補足すると、ウェハ23上に形成されたホール等のパターンの位置は、同一ロットであってもウェハごとにわずかに異なる。このため、XY
ステージ21による位置合わせと併用して、ウェハごとに実際のパターンと基準パターンとを比較するパターンマッチングを実施し、ウェハごとに数nmの精度で電子ビームの照射位置を正確に調整する。
Here, supplementing the pattern matching, the positions of patterns such as holes formed on the wafer 23 are slightly different for each wafer even in the same lot. For this reason, XY
In combination with the alignment by the stage 21, pattern matching for comparing the actual pattern and the reference pattern for each wafer is performed, and the irradiation position of the electron beam is accurately adjusted with an accuracy of several nm for each wafer.

このパターンマッチングを行うと、測定対象(ホール等)の中心座標が算出される。その座標が目標値と異なっている場合、その差分に相当する分だけ電子ビームをシフトすることによって、電子ビームを目標座標に照射するようにする。それを実現するために、電子ビーム照射位置を精度よくシフトさせる必要上、この半導体検査装置の偏向装置100は、電子ビームEBを正確に直線走査するために高分解能の特性を備えている。また、2次元走査制御装置110は、パターンマッチングを実施するための画像認識装置及びソフトウェア等を備えている。   When this pattern matching is performed, the center coordinates of the measurement target (hole or the like) are calculated. If the coordinates are different from the target value, the electron beam is shifted by an amount corresponding to the difference to irradiate the target beam with the electron beam. In order to realize this, the deflection apparatus 100 of this semiconductor inspection apparatus has a high resolution characteristic in order to accurately scan the electron beam EB in a straight line. Further, the two-dimensional scanning control device 110 includes an image recognition device and software for performing pattern matching.

電流波形記憶装置120は、電流測定装置30によって測定された基板電流値の波形を、そのときの電子ビームEBの照射座標又は時間と対応づけて記憶する。波形整形装置130は、上記基板電流値の波形を波形整形して不要なノィズ成分を除去する。波形画像認識処理装置140は、波形整形された基板電流波形を波形処理することにより、ウェハ23上に形成された微細構造の形状に関する評価値を演算する。表示装置150は、評価値を表示する。データベース装置160は、評価値を格納する。   The current waveform storage device 120 stores the waveform of the substrate current value measured by the current measurement device 30 in association with the irradiation coordinates or time of the electron beam EB at that time. The waveform shaping device 130 shapes the waveform of the substrate current value to remove unnecessary noise components. The waveform image recognition processing device 140 calculates an evaluation value related to the shape of the fine structure formed on the wafer 23 by performing waveform processing on the waveform-shaped substrate current waveform. The display device 150 displays the evaluation value. The database device 160 stores the evaluation value.

図15に示すフローに沿って、この半導体検査装置の動作の概略を説明する。この例では、ウェハ23上に形成されたホールを測定対象とする。測定時には、最初に、ウェハ23を保持しているXYステージ21の制御系に対して測定対象のホールの位置座標を指定してXYステージ21を移動させ、ウェハ23に形成されたホールの中心出し(位置合わせ)を行う(ステップ1)。   The outline of the operation of this semiconductor inspection apparatus will be described along the flow shown in FIG. In this example, a hole formed on the wafer 23 is a measurement target. At the time of measurement, first specify the position coordinates of the hole to be measured with respect to the control system of the XY stage 21 holding the wafer 23, move the XY stage 21, and center the hole formed on the wafer 23. Perform (alignment) (step 1).

具体的には、XYステージ21により、電子ビームEBの照射可能な範囲の位置にホール中心を大まかに合わせる。続いて、電子銃10の下端に設けられたウェハ対物レンズ間距離測定装置16を用いてウェハ23と対物レンズ15の距離を測定し(ステップ2)、電子ビームフォーカスの初期位置を決定する。次いで、電子ビームEBを、ホールを含む所定領域内で二次元走査しながら照射し、そのときに発生する二次電子を集めて二次電子像を形成する。この形成された二次電子像を用いてオートフォーヵス(ステップ3)を行い、試料上に焦点を結ぶように対物レンズの強さを自動調節する。   Specifically, the center of the hole is roughly adjusted to a position in a range where the electron beam EB can be irradiated by the XY stage 21. Subsequently, the distance between the wafer 23 and the objective lens 15 is measured using the wafer objective lens distance measuring device 16 provided at the lower end of the electron gun 10 (step 2), and the initial position of the electron beam focus is determined. Next, the electron beam EB is irradiated while scanning two-dimensionally within a predetermined region including holes, and secondary electrons generated at that time are collected to form a secondary electron image. Autofocus (step 3) is performed using the formed secondary electron image, and the strength of the objective lens is automatically adjusted so as to focus on the sample.

次に、フォーカスされた電子ビームを走査することによって得られる二次電子画像と予め2次元走査制御装置110内に記憶されているテンプレート画像とを比較してパターンマッチングを行い(ステップ4)、テンプレート画像の中心とホール中心とのずれ量を算出する。この算出されたずれ量を偏向装置100に入力し、電子ビームEBの照射位置をシフトさせ、これにより、電子ビームEBの照射位置を測定対象のホール中心に正確に合わせる。   Next, pattern matching is performed by comparing a secondary electron image obtained by scanning the focused electron beam with a template image stored in advance in the two-dimensional scanning control device 110 (step 4). The amount of deviation between the center of the image and the center of the hole is calculated. This calculated shift amount is input to the deflecting device 100, and the irradiation position of the electron beam EB is shifted, so that the irradiation position of the electron beam EB is accurately aligned with the center of the hole to be measured.

続いて、2次元走査制御装置110の制御のもとで、ホール中心を基準として電子ビームEBによりウェハ23の表面上の所定領域を2次元的に走査する(ステップ5)。即ち、電子ビームEBを所望の先端サイズになるように電子銃10の対物レンズ15を制御すると共に、偏向装置100に制御電圧を加えることにより、ライン状に電子ビーム走査を一定のピッチで繰り返す。これにより、電子ビームEBが照射されたウェハ23の表面上の微小領域から二次電子、反射電子が生じると共に、ウェハ23に基板電流が誘起される。   Subsequently, under the control of the two-dimensional scanning controller 110, a predetermined region on the surface of the wafer 23 is two-dimensionally scanned by the electron beam EB with the hole center as a reference (step 5). That is, by controlling the objective lens 15 of the electron gun 10 so that the electron beam EB has a desired tip size and applying a control voltage to the deflecting device 100, the electron beam scanning is repeated in a line shape at a constant pitch. As a result, secondary electrons and reflected electrons are generated from a minute region on the surface of the wafer 23 irradiated with the electron beam EB, and a substrate current is induced in the wafer 23.

ウェハ23に誘起された、二次電子、反射電子又は基板電流は、二次電子反射電子検出装置24及び電流測定装置30によって測定され、その測定値は必要な分解能を持つデジタル信号に即座に変換される。例えば、このデジタル信号の分解能は16ビットであり、そのサンプリング周波数は400MHzである。   Secondary electron, backscattered electron or substrate current induced on wafer 23 is measured by secondary electron backscattered electron detector 24 and current measuring device 30, and the measured value is immediately converted into a digital signal with the required resolution. Is done. For example, the resolution of this digital signal is 16 bits and the sampling frequency is 400 MHz.

この速度は必要によって変更することも可能である。電子ビームEBの2次元的な走査により得られた二次電子、反射電子はホール表面形状情報を含み、基板電流測定値はホール底面の2次元的形状に関する情報を含み、測定座標(電子ビームの照射位置)又は測定時間(電子ビームEBの照射時刻)の関数である時間軸に対する波形情報として取得され、電流波形記録装置120(例えば、メモリー、フラッシュメモリ、ハードディスク、光磁気ディスク等)にデジタル記録される。   This speed can be changed as required. Secondary electrons and reflected electrons obtained by two-dimensional scanning of the electron beam EB include hole surface shape information, and the substrate current measurement value includes information about the two-dimensional shape of the bottom surface of the hole. (Irradiation position) or waveform information with respect to the time axis that is a function of measurement time (electron beam EB irradiation time) and is digitally recorded in the current waveform recording device 120 (for example, memory, flash memory, hard disk, magneto-optical disk, etc.) Is done.

以上のようにして取得された信号波形情報は、波形整形装置130において、波形に含まれる不要なノイズや高周波成分を除去するために波形整形される。波形処理の例としては、移動平均フィルター処理、特定の周波数を取り除く波形処理、又は特定の周波数の信号だけを取り出すフィルター処理、フーリエフィルター処理等がある。これらの波形整形処理はハードウェアで行っても、ソフトウェアで行っても良い。   The signal waveform information acquired as described above is waveform-shaped by the waveform shaping device 130 in order to remove unnecessary noise and high-frequency components included in the waveform. Examples of the waveform processing include moving average filter processing, waveform processing for removing a specific frequency, filter processing for extracting only a signal of a specific frequency, Fourier filter processing, and the like. These waveform shaping processes may be performed by hardware or software.

続いて、波形整形された波形の中から、有用な波形のみを抽出し、ホールボトム面積測定を行う(ステップ6)。この場合、電子ビーム照射領域にはホールが含まれていない場所や、ホールのエッジに掛かっていて波形が汚い場合もあるので、そのような波形を含んだ状態でエッジ抽出処理を行うと、その処理によって得られるエッジ座標値の精度が低下する。このため、ホールエッジ抽出に有用な良好な電流波形は、閥値法などを用いてある一定の値よりも絶対値が大きな信号の場合だけ抽出する。電子ビームはライン状にスキャンされるだけではなく、測定点に一定時間電子ビームを照射して電流波形を取得することも行われる。これらの場合も同様の波形処理が行われ、必要な情報が抽出される。   Subsequently, only useful waveforms are extracted from the waveform-shaped waveforms, and the hole bottom area is measured (step 6). In this case, there are cases where the electron beam irradiation area does not include a hole, or the waveform is dirty due to the edge of the hole. The accuracy of the edge coordinate value obtained by the processing is lowered. For this reason, a good current waveform useful for hole edge extraction is extracted only in the case of a signal having an absolute value larger than a certain value using a threshold method or the like. The electron beam is not only scanned in a line shape, but a current waveform is also obtained by irradiating the measurement point with the electron beam for a predetermined time. In these cases, similar waveform processing is performed, and necessary information is extracted.

測定に供せられるウェハ23は、ウェハ23上に設けられた識別番号、あるいは コンピュータによって識別可能なように情報が記録されている。より一般的には、半導体工場にはMES(Manufacturing Execution System)と呼ばれる装置運用管理システムが存在して、各ウェハがどの装置で、何時、どのような処理を受けたのか全て記録しており、それらの情報と相関を取ることにより、不具合分類及びその原因を推定することに役立てる。   The wafer 23 to be used for measurement is recorded with an identification number provided on the wafer 23 or information so that it can be identified by a computer. More generally, there is an equipment operation management system called MES (Manufacturing Execution System) in a semiconductor factory, and it records all of what equipment, what time, and what processing each wafer received. By correlating with such information, it is useful for estimating the failure classification and its cause.

図18に本半導体検査装置によって得られる情報群を列挙する。この半導体検査装置には、図14で説明したように、ウェハを識別するウェハ識別装置、情報を取得するための電子ビームプローブを発生させるプローブ発生装置(電子銃10および電子ビーム源11)、プローブを測定対象に照射することによって発生する信号を検出する二次電子反射電子検出装置24、電流測定装置30、プローブを測定対象に正確に照射するためのウェハ対物レンズ距離測定装置及びXYステージ21、得られた信号の二次元的性質を基準画像との相関を取ることによってパターンマッチングを行う2次元走査制御装置110等が設けられている。
<プローブ発生装置>
電子銃10及び電子ビーム源11には電子ビームエネルギー、照射電流、プローブサイズ、プローブ形状、照射時間等の電子ビーム状態を変化させるための複数のパラメータが存在し、それらを組み合わせることにより、測定対象に適したプローブを発生させることができる。プローブ状態が異なると、得られる情報が変化するので、この検査装置によって得られる測定値とプローブ条件とは常に対になって1つの情報を形成する。
<二次電子検出装置>
二次電子反射電子検出装置24内の二次電子検出装置からは、プローブ照射によって発生した二次電子強度を得ることができる。電子ビームを測定対象のホール上にて二次元走査し、その結果発生した二次電子をMCP又は電極に導いてその強度を信号として走査順(位置、時間順)に二次元に並べると二次電子画像が得られる。これを一般にSEM像と呼んでいる。各ピクセル単位でコントラスト情報を有し、その時間変化も情報として得られる。ピクセルは位置情報も有している。二次電子反射電子検出装置24内の反射電子検出装置からも反射電子画像、ピクセル単位のコントラスト情報、又はその時間変化信号が得られる。電流測定装置30からは、基板電流像、各ピクセル単位のコントラスト情報、及び基板電流値の時間変化情報が得られる。
<ウェハ対物レンズ間距離測定褒置>
ウェハ対物レンズ距離測定装置においては、Zセンサ(高さセンサ)及びフォーカス値が距離測定の機能を担当し、対物レンズ15と、被測定対象であるウェハ23間の距離情報が得られる。Zセンサからは数センチ平方メートル範囲の平均的な高さ情報が得られ、対物レンズのフォーカス値からは、ウェハ23上の数ミクロン以内の局所的な高さ情報が得られる。XYステージ21には、高精度位置座標測定能力があり、測定点座標がnmオーダの精度で常に測定されており、電子ビームシフト量と共に利用して測定対象を区別できる。
FIG. 18 lists information groups obtained by this semiconductor inspection apparatus. As described with reference to FIG. 14, this semiconductor inspection apparatus includes a wafer identification apparatus for identifying a wafer, a probe generation apparatus (electron gun 10 and electron beam source 11) for generating an electron beam probe for acquiring information, a probe Secondary electron backscattered electron detector 24, current measuring device 30, a wafer objective lens distance measuring device and an XY stage 21 for accurately irradiating the measurement target with a probe. A two-dimensional scanning control device 110 that performs pattern matching by correlating the two-dimensional properties of the obtained signal with a reference image is provided.
<Probe generator>
The electron gun 10 and the electron beam source 11 have a plurality of parameters for changing the electron beam state such as electron beam energy, irradiation current, probe size, probe shape, irradiation time, and the like. Suitable probes can be generated. Since the obtained information changes when the probe state is different, the measurement value obtained by this inspection apparatus and the probe condition are always paired to form one information.
<Secondary electron detector>
The secondary electron intensity generated by the probe irradiation can be obtained from the secondary electron detection device in the secondary electron reflected electron detection device 24. When the electron beam is scanned two-dimensionally over the hole to be measured, the secondary electrons generated as a result are guided to the MCP or electrode, and the intensity is signaled and arranged in two dimensions in the scanning order (position, time order). An electronic image is obtained. This is generally called an SEM image. Each pixel unit has contrast information, and its time change is also obtained as information. The pixel also has position information. The backscattered electron detection device in the secondary electron backscattered electron detection device 24 can also obtain a backscattered electron image, pixel-by-pixel contrast information, or a time change signal thereof. From the current measuring device 30, a substrate current image, contrast information for each pixel, and time change information of the substrate current value are obtained.
<Wafer objective lens distance measurement device>
In the wafer objective lens distance measuring device, the Z sensor (height sensor) and the focus value are responsible for the distance measurement function, and distance information between the objective lens 15 and the wafer 23 to be measured is obtained. Average height information in the range of several centimeters square is obtained from the Z sensor, and local height information on the wafer 23 within several microns is obtained from the focus value of the objective lens. The XY stage 21 has a high-accuracy position coordinate measurement capability, and the measurement point coordinates are always measured with an accuracy on the order of nm, and the measurement object can be distinguished using the electron beam shift amount.

この検査装置は、電子ビームを測定対象にフォーカスするために、対物レンズ15の強さを電気的に変化させる機能を有している。この測定対象物にジャストフォーカスさせるために必要な対物レンズの強さを表す値を電子ビームフォーカス値と呼ぶ。電子ビームフォーカス値又はZセンサからは、ウェハ23と対物レンズ15の距離を得ることができる。一般に、対物レンズ15とウェハートレイ22が装置筐体に固定されていてその距離が不変であることを考慮すると、この値の変動からウェハ23の表面高さの情報が得られる。
<パターンマッチングエンジン>
2次元走査制御装置110内のパターンマッチングエンジンは基準画像と測定対象図形を高速比較するものである。デジタル画像はピクセルと呼ばれる単位画素の集合体からなり、明るさとカラーの属性を持っている。この2つの属性の空間的な繋がりを利用して図形を認識する。パターンマッチングエンジンには大きく分けて2つの機能がある。1つは、2つの図形がどの程度、似ているかを算出する機能、もう1つは似ている図形を探し出してくるサーチ機能である。もちろん付属機能として、面積、長さ、角度、歪等あらゆる図形の特徴を表すパラメータを算出する機能がある。
This inspection apparatus has a function of electrically changing the strength of the objective lens 15 in order to focus the electron beam on the measurement target. A value indicating the strength of the objective lens necessary for just focusing on the measurement object is referred to as an electron beam focus value. The distance between the wafer 23 and the objective lens 15 can be obtained from the electron beam focus value or the Z sensor. In general, in consideration of the fact that the objective lens 15 and the wafer tray 22 are fixed to the apparatus housing and the distance thereof is not changed, information on the surface height of the wafer 23 can be obtained from the fluctuation of this value.
<Pattern matching engine>
The pattern matching engine in the two-dimensional scanning control device 110 compares the reference image with the graphic to be measured at high speed. A digital image consists of a collection of unit pixels called pixels, and has brightness and color attributes. The figure is recognized using the spatial connection of these two attributes. The pattern matching engine has two main functions. One is a function that calculates how similar two figures are, and the other is a search function that searches for similar figures. Of course, as an attached function, there is a function for calculating parameters representing characteristics of all figures such as area, length, angle, and distortion.

この検査装置では、測定箇所を精密位置出しするために、パターンマッチングのサーチ機能が利用されている。この場合、1つ又は複数個、予め内部に登録されているテンプレートと呼ばれる標準画像と二次電子、反射電子又は基板電流等、測定で得られた画像を比較して、得られた画像の中から、標準画像と同じ物を抽出して中心座標を算出する。中心座標を設計値等の標準値と比較することも可能である。標準値との差からアライメントエラーを検出することもできる。複数の測定対象に対して行ったパターンマッチングの結果から、複数の測定対象物間距離を測定することができる。この値からもアライメントエラーを知ることができる。   In this inspection apparatus, a pattern matching search function is used to precisely position a measurement location. In this case, one or more standard images called templates registered in advance are compared with images obtained by measurement, such as secondary electrons, reflected electrons, or substrate currents. Then, the same coordinates as the standard image are extracted to calculate the center coordinates. It is also possible to compare the center coordinates with a standard value such as a design value. An alignment error can also be detected from the difference from the standard value. The distance between the plurality of measurement objects can be measured from the result of the pattern matching performed on the plurality of measurement objects. The alignment error can also be known from this value.

標準値は半導体デバイスのレイアウトを決定しているCADデータから抽出して利用することができる。この機能を利用するためには、CADデータとこの検査装置をリンクさせて使う。本装置はCADデータのGDSIIファイルをインポートする機能をもつ。CADデータであるGDSIIファイル等の中から測定対象のレイヤー情報を抽出し、更に、測定対象簡所の座標を抽出する。測定によって得られたアライメントエラー情報は逆の経路を通じて、CADデータに反映させることもできる。つまり、アライメントエラーが起こり易い場所を設計データにフィードバックすることにより、設計値を変えて、アライメントエラーを起こりにくくする等の処方を実行できる。   Standard values can be extracted from CAD data that determines the layout of semiconductor devices. In order to use this function, CAD data and this inspection device are linked and used. This device has a function to import GDSII file of CAD data. The layer information of the measurement target is extracted from the GDSII file that is the CAD data, and the coordinates of the measurement target place are extracted. The alignment error information obtained by the measurement can be reflected in the CAD data through the reverse path. That is, by feeding back to the design data a place where an alignment error is likely to occur, prescriptions such as changing the design value to make the alignment error less likely can be executed.

一方、表面形状の判定を行うためには、画像が基準に対してどの程度似ているかを算出する機能を活用する。画像比較方法にはいろいろなアルゴリズムが存在し、ブロッブと呼ぶコントラスト集合体に測定対象を抽象して比較する方法、測定対象のエッジを抽出して、幾何学的相関を取って比較する方法等種々の画像認識に利用されるアルゴリズムがある。知られている方法の内一番適切なものを選択利用する。このパターンマッチングを行うと、パターンマッチングスコアと呼ばれる値が得られる。この値は例えば、ある装置では100点が最高であるが、その場合は登録されている図形形状と測定された図形が完全に同じであることを示している。パターンマッチングスコア値が小さくなると、得られた図形の形状が標準画像からずれていることを表している。従って、例えば、パターンマッチングスコアを利用することによって測定対象画像形状が標準画像とどの程度似ているのかを評価できる。
<ブランケットモード>
位置決めされた測定対象に、予め定められた電子ビームエネルギー、照射電流量、フォーカスサイズにて、例えば、1秒程度の一定時間電子ビームを照射した際に得られる基板電流の平均電流値を測定する方法をブランケットモードと呼び、ホール底サイズ、ホール底残膜、ホール底表面状態の相対変化等の情報が得られる。
<ラインスキャンモード>
測定対象にフォーカスした電子ビームを予め決められた間隔、及び速度で二次元走査して得られる基板電流波形を測定する方法をラインスキャンモードと呼ぶ。基板電流波形のエッジ情報からホール底サイズや形状を得ることができる。波形の高さからは、ホール底残膜の状態を知ることもできる。ホール底サイズや形状、及びホールが存在すべき位置情報を含む設計値を総合比較することで、アライメントエラー等を知ることもできる。
<ホール面積規格化基板電流>
そのブランケットモードで得られた基板電流値を設計レイアウト上のホール面積、又は実測に基づくホール面積を利用して規格化すると規格化測定値は単位面積あたりの基板電流値となるため、ホールの大きさやサイズに無関係な量となる。ブランケット法で得られた測定値を面積規格化した値は普遍的にホール底の表面状態を示し、形状及びサイズの異なる種々のホール間のホール底表面の状態差を比較することが可能と成る。場合によっては、ホール表面面積を用いて面積規格化を行い比較することもある。図19に基板電流値面積規格化の方法が示されている。例えば、最初にブランケットモードで1つ又は幾つかの同等のホールを含むように電子ビームを照射し、基板電流値を測定する。次に、ラインスキャンモード測定を同じホール又は複数個のあるホールの内の代表ホールに対して行い、ホール底面積評価を行う。この場合、複数ホールの平均面積を用いても良い。得られたホール底面積情報を用いて、予め得られているブランケットモード測定値を割り算して単位面積当たりの基板電流値に規格化する。得られた値は単位面積あたりの基板電流値なので、ホール面積とは無関係の量となっている。従って、それぞれの測定対象の単位面積当たりの基板電流値を比較することによって、ホール底の膜の残り具合、ホール表面状態等を比較することができる。ここでは、ラインスキャンモードを用いてホールサイズを算出したが、ホールサイズが他の手段で分かっている場合にはその値を用いても構わない。また、ブランケットモード測定を必ずしも最初に行う必要も無く、ラインスキャンモードの後から行っても良い。
On the other hand, in order to determine the surface shape, a function for calculating how much the image is similar to the reference is utilized. There are various algorithms in the image comparison method, such as a method of abstracting and comparing the measurement object in a contrast aggregate called a blob, and a method of extracting edges of the measurement object and comparing them by taking geometric correlation There are algorithms used for image recognition. Select and use the most appropriate of the known methods. When this pattern matching is performed, a value called a pattern matching score is obtained. This value indicates that, for example, 100 points is the highest in a certain apparatus, but in this case, the registered figure shape and the measured figure are completely the same. When the pattern matching score value is small, it indicates that the shape of the obtained figure is deviated from the standard image. Therefore, for example, by using the pattern matching score, it is possible to evaluate how much the measurement target image shape is similar to the standard image.
<Blanket mode>
Measure the average current value of the substrate current obtained when the positioned measurement object is irradiated with the electron beam for a certain period of time, for example, about 1 second, at a predetermined electron beam energy, irradiation current amount, and focus size. The method is called a blanket mode, and information such as the hole bottom size, the hole bottom residual film, and the relative change in the hole bottom surface state can be obtained.
<Line scan mode>
A method of measuring a substrate current waveform obtained by two-dimensionally scanning an electron beam focused on a measurement object at a predetermined interval and speed is called a line scan mode. The hole bottom size and shape can be obtained from the edge information of the substrate current waveform. From the height of the waveform, it is also possible to know the state of the hole bottom residual film. An alignment error or the like can also be known by comprehensively comparing the design values including the hole bottom size and shape, and the position information where the hole should exist.
<Hole area normalized substrate current>
If the substrate current value obtained in the blanket mode is normalized using the hole area on the design layout or the hole area based on actual measurement, the normalized measurement value becomes the substrate current value per unit area. The amount is independent of the sheath size. The value obtained by standardizing the measured values obtained by the blanket method universally indicates the surface state of the hole bottom, and it becomes possible to compare the state of the hole bottom surface between various holes of different shapes and sizes. . In some cases, area standardization may be performed using the hole surface area for comparison. FIG. 19 shows a method for normalizing the substrate current value area. For example, first, an electron beam is irradiated so as to include one or several equivalent holes in the blanket mode, and the substrate current value is measured. Next, line scan mode measurement is performed on the representative hole of the same hole or a plurality of holes, and the hole bottom area is evaluated. In this case, an average area of a plurality of holes may be used. Using the obtained hole bottom area information, a blanket mode measurement value obtained in advance is divided and normalized to a substrate current value per unit area. Since the obtained value is the substrate current value per unit area, it is an amount irrelevant to the hole area. Therefore, by comparing the substrate current value per unit area of each measurement object, the remaining state of the film at the bottom of the hole, the surface state of the hole, and the like can be compared. Here, the hole size is calculated using the line scan mode, but when the hole size is known by other means, the value may be used. Further, it is not always necessary to perform the blanket mode measurement first, and it may be performed after the line scan mode.

図20はこの検査装置において単位面積当たりの基板電流量を求める別の方法を開示している。電子ビームは対物レンズ等を制御することにより、その先端形状を種々の形、サイズに変えることができる。予め電子ビームフォーカス値と電子ビーム先端面積の関係を他の手段で測定しておき、図20(a)に示すように、既知の電子ビーム先端サイズが常に実現できるように準備しておく。次に、測定対象に対して電子ビームが所望のサイズとなるように制御して電子ビームを照射し、基板電流値を測定する。この電子ビーム照射は走査しても、ホールの中だけに電子ビームが当たるように照射位置を制御して照射しても構わない。   FIG. 20 discloses another method for obtaining the substrate current amount per unit area in this inspection apparatus. The tip shape of the electron beam can be changed to various shapes and sizes by controlling the objective lens and the like. The relationship between the electron beam focus value and the electron beam tip area is measured in advance by other means, and preparation is made so that a known electron beam tip size can always be realized as shown in FIG. Next, the substrate current value is measured by controlling the measurement target so that the electron beam has a desired size and irradiating the electron beam. This electron beam irradiation may be performed by scanning or by controlling the irradiation position so that the electron beam only hits the hole.

電子ビーム照射が走査方式の場合には、図20(b)に示すように、基板電流波形の高さが単位面積あたりの基板電流に相当する。このように電子ビームをコンタクトホールの中だけに当てるようにした場合には、照射によって生じた基板電流値の平均値等が単位面積当たりの基板電流値になる。この方法では、コンタクトホールで無くても単位面積当たりの基板電流値を知ることができる。また、コンタクトホールに適用することもできるが、その際ホールの面積を態々測定する必要がないので測定スピードを上げることができる。   When the electron beam irradiation is a scanning method, the height of the substrate current waveform corresponds to the substrate current per unit area as shown in FIG. In this way, when the electron beam is applied only to the contact hole, the average value of the substrate current value generated by irradiation becomes the substrate current value per unit area. In this method, the substrate current value per unit area can be known even if it is not a contact hole. Although it can be applied to a contact hole, it is not necessary to measure the area of the hole at that time, so that the measurement speed can be increased.

以上のように面積規格化を行った基板電流値を測定値として利用することにより、レイアウトサイズの違う素子同士を比較することが可能である。例えば、サイズの異なった複数のホールをマスク上に設けて、プロセスを進め、それぞれのサイズの素子に関して、先端面積が既知の電子ビームを照射し規格化基板電流値を比較してグラフ化することにより、ホールの底の状態を推定可能となる。もちろん、大きさの異なるホールは偶然できた異なるホール径を持つホールを実測して使用しても良い。1つのホールから得られた情報を基にホールの状態を推定するよりも、より確実にホール状態を推定することが可能と成る。   By using the substrate current value subjected to area standardization as described above as a measured value, it is possible to compare elements having different layout sizes. For example, providing a plurality of holes of different sizes on the mask, proceeding with the process, irradiating an electron beam with a known tip area for each size element, and comparing the normalized substrate current values to graph Thus, the state of the bottom of the hole can be estimated. Of course, holes with different sizes may be used by actually measuring holes with different hole diameters. It is possible to estimate the hole state more reliably than to estimate the hole state based on the information obtained from one hole.

また、図11から明らかなように、エッチングが正常に行われているサンプルではホールサイズで規格化した基板電流値(単位面積あたりの基板電流値)はホールサイズが異なってもほぼ一定の値を示している。一方、ホール底に残膜が生じているサンプルでは、例えば、ホール底サイズが小さくなるに伴って、規格化後の測定値が小または大となる。すなわち、基板電流はホール底材料の二次電子放出効率に依存する。シリコン酸化膜等がホール底にあると、二次電子放出が大きくなり、ホール底サイズが小さくなるに従って、規格化基板電流値が下降する。     In addition, as is apparent from FIG. 11, the substrate current value normalized by the hole size (substrate current value per unit area) in the sample in which etching is normally performed is substantially constant even if the hole size is different. Show. On the other hand, in the sample in which the remaining film is generated at the hole bottom, for example, as the hole bottom size becomes smaller, the measured value after normalization becomes smaller or larger. That is, the substrate current depends on the secondary electron emission efficiency of the hole bottom material. When the silicon oxide film or the like is at the bottom of the hole, secondary electron emission increases, and the normalized substrate current value decreases as the hole bottom size decreases.

一方、レジスト等炭素を多く含む高分子は二次電子の放出効率が、シリコン等と比較して低い。そのため、ホール底にレジスト等の有機材料が出現するような場合には、ホール底サイズが小さくなるに従って、基板電流値が上昇する。複数のホール径をもつホールから得られたデータをグラフにして、その傾きをプロセス判断の指標にすることで、プロセス不具合原因を詳細に分類することができる。   On the other hand, a polymer containing a large amount of carbon such as a resist has a lower secondary electron emission efficiency than silicon or the like. Therefore, when an organic material such as a resist appears at the hole bottom, the substrate current value increases as the hole bottom size decreases. By plotting data obtained from holes having a plurality of hole diameters and using the slope as an index for process determination, it is possible to classify the cause of a process failure in detail.

以上説明したように、この検査装置によると、基板電流測定値からホール底に残膜があるか無いか、酸化膜、レジスト等の残留物があるかないかをはっきりと検出することができる。この検出装置では、規格化基板電流値の面内分布を知ることができる。ホール面積で規格化した後の基板電流値は、測定対象サイズに対して不変量なので、その値で面内分布を評価することにより、ホール底の状態のみのプロセス分布を知ることができる。例えば、エッチング装置には、装置固有のプロセス分布が存在するが、露光プロセスに分布があると、ホール表面径にも影響を与える。そのため、エッチング後に得られるプロセス分布は両者の合成と成り、そのまま測定したのでは、エッチング装置固有の分布だけを抽出することができない。しかし、基板電流をホール表面径又はホール底径で規格化することによって、露光による影響を排除し、エッチング装置固有の分布だけを抽出することができる。   As described above, according to this inspection apparatus, it is possible to clearly detect whether there is a remaining film on the hole bottom or whether there is a residue such as an oxide film or a resist from the measured substrate current. With this detection device, the in-plane distribution of the normalized substrate current value can be known. Since the substrate current value after normalization by the hole area is invariable with respect to the measurement target size, the process distribution of only the state of the hole bottom can be known by evaluating the in-plane distribution with the value. For example, an etching apparatus has a process distribution unique to the apparatus. However, if there is a distribution in the exposure process, the hole surface diameter is also affected. For this reason, the process distribution obtained after etching is a combination of both, and if measured directly, it is not possible to extract only the distribution unique to the etching apparatus. However, by normalizing the substrate current with the hole surface diameter or the hole bottom diameter, it is possible to eliminate the influence of exposure and extract only the distribution unique to the etching apparatus.

また、図14に示す半導体検査装置は、図12に示すグラフのデータから表示装置(表示部)150に示したウェハマップMA上に残渣分布等を示すようになっている。これは、例えば図示しない操作キーを操作すると、波形画像認識処理装置(演算処理手段)140が図12に示すグラフのデータやEBS値を求めたコンタクトホールの位置データ(パターンマッチングで求めた位置データ)等に基づいて、ウェハマップMA上の対応位置に正規化EBS値に応じて色表示するものである。この際に、表示が一律ではなくグラフのデータとウェハマップMA上とで関連された色マップを示すことにある。   Further, the semiconductor inspection apparatus shown in FIG. 14 shows the residue distribution and the like on the wafer map MA shown on the display device (display unit) 150 from the data of the graph shown in FIG. For example, when an operation key (not shown) is operated, the waveform image recognition processing device (arithmetic processing means) 140 obtains the data of the graph shown in FIG. 12 and the position data of the contact hole obtained by the EBS value (position data obtained by pattern matching). ) And the like, the corresponding position on the wafer map MA is displayed in color according to the normalized EBS value. At this time, the display is not uniform, but a color map associated with the graph data and the wafer map MA is shown.

この実施例では、図12に示すように、例えばポリマー残渣のあるEBS値グラフの分布に対応(関連)させて、ウェハマップ上に赤点等(図示せず)で表示し、エッチング残渣のあるEBS値グラフの分布に対応(関連)させて、ウェハマップMA上に橙点(図示せず)で表示する。   In this embodiment, as shown in FIG. 12, for example, a red dot or the like (not shown) is displayed on the wafer map corresponding to (related to) the distribution of the EBS value graph with polymer residue, and there is an etching residue. Corresponding to (related to) the distribution of the EBS value graph, an orange dot (not shown) is displayed on the wafer map MA.

EBS値グラフの各測定点を一個毎に、すなわち正規化EBS値やコンタクトホール径に応じて一個毎に色指定したり、領域を指定してその領域のブロック毎に色指定したりしてもよい。そのブロックの数は任意に指定することができるようする。   Even if each measurement point of the EBS value graph is individually specified, that is, color is specified for each one according to the normalized EBS value and the contact hole diameter, or the color is specified for each block of the region by specifying the region. Good. The number of blocks can be specified arbitrarily.

例えば、図12の(a)に示すウェハのマップ上に、正規化EBS値の分布グラフに表示されているコンタクトホールの種類、大きさなどを、その正規化EBS値の分布グラフを同じ色や点によって表示する。これによって、正規化EBS値がウェハ上のどの位置に対応するのか一目でわかる。例えばポリマー残渣のあると思われるEBS値の高い領域((b)で示した上の部分)の分布に対応させて、図12の(a)のウェハマップ上に赤点など点(図示せず)で示すようにする。この際、この点の大きさもコンタクトホールの大きさに応じて大きくしマップ上に示すと分りやすいものとなる。   For example, on the wafer map shown in FIG. 12A, the type and size of the contact hole displayed in the distribution graph of the normalized EBS value, the distribution graph of the normalized EBS value in the same color, Display with dots. Thereby, it can be known at a glance to which position on the wafer the normalized EBS value corresponds. For example, a red dot or the like (not shown) is displayed on the wafer map of FIG. ). At this time, the size of this point is also increased in accordance with the size of the contact hole, and it becomes easy to understand when shown on the map.

正規化EBS値グラフ(b)の赤色線枠S1を囲むようにオペレータが指示すると、その範囲の正規化EBS値がウェハマップ(a)に表示されるようにする。正規化EBS値グラフ(b)の中間領域に対応させて、ウェハマップMA上に青色の点(図示せず)で示すようにする。同様にオペレータが領域を指示すると、その範囲の正規化EBS値がウェハマップ(a)に表示されるようにする。同じようにグラフ(b)の正規化EBS値の低い部分も、範囲を指定する事でその範囲をウェハマップ(a)上に表示する。このような操作は、オペレータが領域を指定したり、予め、決められた数値範囲を指定することで、ウェハマップ(a)が出来上がるようにする。上述した範囲指定は、もし、正規化EBS値のみの指定ならば、ウェハマップ(a)図の左側にある縦棒のEBS高低分布のところで範囲指定を行っても良い。   When the operator instructs to surround the red line frame S1 of the normalized EBS value graph (b), the normalized EBS value in that range is displayed on the wafer map (a). Corresponding to the intermediate region of the normalized EBS value graph (b), a blue dot (not shown) is shown on the wafer map MA. Similarly, when the operator designates an area, the normalized EBS value in that range is displayed on the wafer map (a). Similarly, a portion with a low normalized EBS value in the graph (b) is displayed on the wafer map (a) by specifying the range. Such an operation allows the wafer map (a) to be completed by designating an area by the operator or designating a predetermined numerical range. The range specification described above may be specified at the EBS height distribution of the vertical bars on the left side of the wafer map (a) if only the normalized EBS value is specified.

しかしながら、グラフ(b)を用いることで、正規化EBS値の範囲とコンタクトホール径の範囲を設定してウェハマップ(a)を作成することができる。このような色分けしたウェハマップを容易に作成することによって、プロセスの課題を容易に可視化できる。   However, by using the graph (b), the wafer map (a) can be created by setting the range of the normalized EBS value and the range of the contact hole diameter. By easily creating such a color-coded wafer map, process issues can be easily visualized.

上記グラフ(b)の範囲指定は任意にでき、かつ、測定点11個11個の指定もできるようにすると様々な場合に運用でき、都合が良い。   The range specification of the graph (b) can be arbitrarily set, and it is convenient to be able to operate in various cases if the measurement points 11 and 11 can be specified.

また、正規化EBS値のグラフにおける残渣分布がウェハマップ上のどこに対応するのかがひと目で分かることになる。   Further, it can be seen at a glance where the residue distribution in the graph of the normalized EBS value corresponds on the wafer map.

また、図13に示すグラフ上に、歩留りのよい範囲を示す領域E1と、この領域E1を越える領域E2と、領域E1を下回る領域E3をぞれぞれ異なる色で表示すれば、ウェハは歩留りのよいものであるかどうかをひと目で分かることになり、製造ラインでのサンプル検査によって、各プロセス装置の変動を監視することが可能となる。   Further, if the area E1 showing a good yield range, the area E2 exceeding the area E1, and the area E3 below the area E1 are displayed in different colors on the graph shown in FIG. It is possible to see at a glance whether or not it is good, and it is possible to monitor the variation of each process apparatus by sample inspection on the production line.

ところで、コンタクトホール径でEBS値を正規化する場合、測定された複数のコンタクトホール径から標準ホール径を求めて正規化してもよいが、最も歩留りの良い部分のコンタクトホール径のデータの平均値を標準ホール径として正規化してもよい。   By the way, when normalizing the EBS value with the contact hole diameter, the standard hole diameter may be obtained from the measured plurality of contact hole diameters and normalized, but the average value of the contact hole diameter data of the portion with the best yield May be normalized as a standard hole diameter.

ウェハ23のコンタクトホール径の測定は、フォーカスされた電子ビームをホール上に走査して行う。   The contact hole diameter of the wafer 23 is measured by scanning a focused electron beam over the hole.

ウェハ23のコンタクトホールの吸収電流値測定は、コンタクトホールより若干大きめのデフォーカスされた電子ビームをホール上に静止させて照射して行う。   The absorption current value measurement of the contact hole of the wafer 23 is performed by irradiating a defocused electron beam slightly larger than the contact hole on the hole.

また、半導体検査装置は、ラインスキャンモードLSMでボトム電流を求め、このボトム電流をコンタクトホール径で正規化し、これを図12と同様なグラフに表示して、上記と同様にウェハマップMA上の対応位置に点P1,P2や枠線S1,S2などを表示する機能を持っている。
<D−LSMの測定による正規化>
次に、D−LSMの測定によってEBS値を正規化する場合について説明する。
Further, the semiconductor inspection apparatus obtains the bottom current in the line scan mode LSM, normalizes the bottom current with the contact hole diameter, displays this on a graph similar to FIG. 12, and displays the same on the wafer map MA as described above. It has a function of displaying points P1, P2, frame lines S1, S2, etc. at corresponding positions.
<Normalization by D-LSM measurement>
Next, a case where the EBS value is normalized by D-LSM measurement will be described.

先ず、ラインスキャンモードでウェハ23(図14参照)のコンタクトホールの大きさや形状やその内部構造を測定する。   First, the size and shape of the contact hole of the wafer 23 (see FIG. 14) and its internal structure are measured in the line scan mode.

次に、図示しない操作キーによってデフォーカス−ラインスキャンモードを設定する。   Next, a defocus-line scan mode is set by an operation key (not shown).

このデフォーカス−ラインスキャンモードにより、図14に示す電子ビームEBがデフォーカスされるとともに、このデフォーカスされた電子ビームEBの大きさがウェハ23のコンタクトホールより若干大きなサイズにされる。そして、この電子ビームEBがコンタクトホール上でラインスキャン(図21参照)されていく。   In this defocus-line scan mode, the electron beam EB shown in FIG. 14 is defocused, and the size of the defocused electron beam EB is made slightly larger than the contact hole of the wafer 23. The electron beam EB is line-scanned (see FIG. 21) over the contact hole.

このラインスキャンの際、電子ビームEBの形状は、図23の(A)や(B)に示すように、コンタクトホールの形状に合わせられる。また、コンタクトホールの楕円長軸が走査方向に向いている場合、コンタクトホールの長径と電子ビームEBの長径方向を合わせ、この電子ビームEBをコンタクトホールの長径軸方向に沿ってスキャンする。   At the time of this line scan, the shape of the electron beam EB is adjusted to the shape of the contact hole as shown in FIGS. When the elliptical long axis of the contact hole is oriented in the scanning direction, the major axis of the contact hole is matched with the major axis direction of the electron beam EB, and the electron beam EB is scanned along the major axis direction of the contact hole.

コンタクトホールの楕円短軸が走査方向に向いている場合には、コンタクトホールの短径と電子ビームEBの短径方向を合わせ、この電子ビームEBをコンタクトホールの短径軸方向に沿ってスキャンする。   When the elliptical minor axis of the contact hole is oriented in the scanning direction, the minor diameter of the contact hole and the minor axis direction of the electron beam EB are matched, and the electron beam EB is scanned along the minor axis direction of the contact hole. .

そして、この電子ビームEBのスキャンの際の吸収電流が電流測定装置30で測定されていく。LSMでの測定の場合は、究めて細いニームでのスキャンであったために、ホール底の平均的な情報を求めることが難しかったが、ホール径と同等のビーム径にすることによって、ホール底の平均的な上を得ることができる。またホール以外の周辺をスキャンしている状態も存在し、そのときの測定された吸収電流値から、基準信号を求めることもでき、例えばウェハがチャージアップなどして測定が不安定な場合には、ホール以外の周辺をスキャンしたときに測定された吸収電流ちを参考に補正をかけることもできる。   Then, the absorption current during the scanning of the electron beam EB is measured by the current measuring device 30. In the case of measurement with LSM, it was difficult to obtain the average information of the hole bottom because it was a scan with a thin neem, but by making the beam diameter equivalent to the hole diameter, You can get an average top. There is also a state where the periphery is scanned other than the hole, and the reference signal can be obtained from the measured absorption current value at that time. For example, when the measurement is unstable due to charge-up of the wafer, etc. Corrections can also be made with reference to the absorption current measured when the periphery other than the hole is scanned.

電流測定装置30は、電子ビームEBのラインスキャンが行われているときの最大吸収電流を検出し、ラインスキャンモードで求めたホール底径によりその最大吸収電流を正規化して正規化EBS値を求める。この正規化EBS値は例えば波形画像認識処理装置140等によって行う。   The current measuring device 30 detects the maximum absorption current when the line scan of the electron beam EB is performed, normalizes the maximum absorption current based on the hole bottom diameter obtained in the line scan mode, and obtains a normalized EBS value. . This normalized EBS value is performed by the waveform image recognition processing device 140, for example.

このように、最大吸収電流から正規化するものであるからコンタクトホールの内部構造の影響を受けずに高い感度で界面評価をすることができることになる。また、コンタクトホール形状にデフォーカスした電子ビームの形状を合わせるものであるから、電子ビームEBに対するS/N比を向上させることができることになる。   As described above, since normalization is performed from the maximum absorption current, the interface evaluation can be performed with high sensitivity without being influenced by the internal structure of the contact hole. In addition, since the shape of the defocused electron beam is matched to the shape of the contact hole, the S / N ratio with respect to the electron beam EB can be improved.

また、波形画像認識処理装置140は、求めた正規化EBS値によって、図12に示すグラフを作成して表示装置150に表示したり、このグラフのデータから上述のようにウェハマップMa上の対応位置に正規化EBS値に応じて色表示したりする。   Further, the waveform image recognition processing device 140 creates the graph shown in FIG. 12 based on the obtained normalized EBS value and displays it on the display device 150, or the correspondence on the wafer map Ma as described above from the data of this graph. The position is displayed in color according to the normalized EBS value.

上記実施例では、電子ビームEBの形状をコンタクトホールの形状に合わせるが、コンタクトホールが楕円の場合、電子ビームEBをこの楕円の短径より若干大きめの楕円にしてもよく、あるいは長径より若干大きめの楕円にしてもよい。   In the above embodiment, the shape of the electron beam EB is matched with the shape of the contact hole. However, when the contact hole is an ellipse, the electron beam EB may be an ellipse slightly larger than the minor axis of the ellipse, or slightly larger than the major axis. It may be an ellipse.

この発明の測定原理を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the measurement principle of this invention. コンタクトホールの径を測定する測定モードを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the measurement mode which measures the diameter of a contact hole. コンタクトホールの界面の評価を測定する測定モードを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the measurement mode which measures evaluation of the interface of a contact hole. コンタクトホールの状態を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the state of the contact hole. ウェハ基板に吸収される電流を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the electric current absorbed by a wafer substrate. コンタクトホールの径と電流の関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the diameter of a contact hole, and an electric current. 測定回数と測定したコンタクトホールの径とを示したグラフである。It is the graph which showed the frequency | count of a measurement and the diameter of the measured contact hole. コンタクトホールの径の測定リアリティの一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the measurement reality of the diameter of a contact hole. ブランケットモードの測定例を示したものである。An example of measurement in the blanket mode is shown. ラインスキャンモードの測定と正規化を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the measurement and normalization of the line scan mode. ラインスキャンモードで測定したEBS値のマップとグラフである。It is the map and graph of an EBS value measured in line scan mode. 正規化EBS値のパターンを示したグラフである。It is the graph which showed the pattern of the normalization EBS value. 正規化EBS値とマップを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the normalization EBS value and the map. レシピの変更によって正規化EBS値の変化を調べた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having investigated change of normalized EBS value by change of a recipe. この発明の実施例の半導体検査装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the semiconductor inspection apparatus of the Example of this invention. 半導体検査装置の動作を示したフロー図である。It is the flowchart which showed operation | movement of the semiconductor inspection apparatus. 正常なウェハの規格後の基板電流値を二次元等高線で示したウェハマップである。It is the wafer map which showed the board | substrate electric current value after normal of a normal wafer with the two-dimensional contour line. 不良分布のあるウェハマップを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the wafer map with defect distribution. 実施例の半導体検査装置によって得られる情報を示した表である。It is the table | surface which showed the information obtained by the semiconductor inspection apparatus of an Example. 基板電流値面積規格の方法を示したフロー図である。It is the flowchart which showed the method of the board | substrate electric current value area specification. 単位面積当たりの基板電流値を求める別の方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed another method of calculating | requiring the board | substrate electric current value per unit area. デフォーカス−ラインスキャンモードの概念説明図である。It is a conceptual explanatory view of the defocus-line scan mode. コンタクトホールの内部構造と電子ビームの照射関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the internal structure of the contact hole, and the irradiation relationship of an electron beam. コンタクトホールの形状とデフォーカスされた電子ビームの走査を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of a contact hole, and the scanning of the defocused electron beam. ラインスキャンモードとブランケットモードを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed line scan mode and blanket mode.

符号の説明Explanation of symbols

10 電子銃(照射手段)
24 二次電子反射電子検出装置
30 電流測定装置
140 波形画像認識処理装置(演算処理装置)
150 表示装置(表示部)
10 Electron gun (irradiation means)
24 Secondary Electron Backscattered Electron Detector 30 Current Measuring Device 140 Waveform Image Recognition Processing Device (Calculation Processing Device)
150 Display device (display unit)

Claims (5)

電子ビームを用いた吸収電流測定方法を用いて、ウェハのコンタクトホールの界面状況を評価する半導体検査装置において、
電子ビームを前記ウェハのコンタクトホールに照射してウェハの吸収電流を測定する際、前記電子ビームをデフォーカスしてコンタクトホールより若干大きめのサイズにし、この電子ビームで前記ウェハのコンタクトホールをスキャンして吸収電流を測定することを特徴とする半導体検査装置。
In a semiconductor inspection apparatus that evaluates the interface state of a contact hole of a wafer using an absorption current measurement method using an electron beam,
When measuring the absorbed current of the wafer by irradiating the contact hole of the wafer with the electron beam, the electron beam is defocused to be slightly larger than the contact hole, and the contact hole of the wafer is scanned with the electron beam. A semiconductor inspection apparatus characterized by measuring an absorption current.
前記コンタクトホールの大きさによって前記電子ビームの大きさを変えることを特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。   The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the size of the electron beam is changed according to the size of the contact hole. 前記コンタクトホールが楕円の場合、前記電子ビームをこの楕円の短径より若干大きめの楕円にするとともに、コンタクトホールの長径と電子ビームの長径方向を合わせ、この電子ビームをコンタクトホールの長径軸方向に沿ってスキャンすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体検査装置。   When the contact hole is an ellipse, the electron beam is made an ellipse slightly larger than the minor axis of the ellipse, the major axis of the contact hole is matched with the major axis direction of the electron beam, and the electron beam is aligned in the major axis direction of the contact hole. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein scanning is performed along the scanning line. 前記コンタクトホールが楕円の場合、前記電子ビームをこの楕円の長径より若干大きめの楕円にするとともに、コンタクトホールの短径と電子ビームの短径方向を合わせ、この電子ビームをコンタクトホールの短径軸方向に沿ってスキャンすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体検査装置。   When the contact hole is an ellipse, the electron beam is made an ellipse slightly larger than the major axis of the ellipse, the minor axis of the contact hole is aligned with the minor axis direction of the electron beam, and the electron beam is aligned with the minor axis of the contact hole. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein scanning is performed along a direction. 前記電子ビームのスキャンに応じた吸収電流の変化からコンタクトホールの形状とホール底の状態を検出することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載の半導体検査装置。   5. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein the shape of the contact hole and the state of the hole bottom are detected from a change in the absorption current according to the scanning of the electron beam.
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