JP4695909B2 - Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、半導体ウェーハの主面上に形成されたプラグの欠陥または異物の検出に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing technology of a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technology effective when applied to detection of a defect or foreign matter of a plug formed on a main surface of a semiconductor wafer.

特許文献1には、二次電子あるいは反射電子を用い、電子線電流(ビーム電流)を50pA〜5nAにしてエッジ効果を低く抑え、コントラストをほぼ均一にする接続孔(コンタクトホール)の検査方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method for inspecting connection holes (contact holes) that uses secondary electrons or reflected electrons, sets the electron beam current (beam current) to 50 pA to 5 nA, suppresses the edge effect, and makes the contrast substantially uniform. It is disclosed.

特許文献2には、二次電子を用いた被検査物の構造に適した照射エネルギーの最適値を設定し、電位コントラスト欠陥を検出する方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method of detecting an electric potential contrast defect by setting an optimum value of irradiation energy suitable for the structure of an inspection object using secondary electrons.

特許文献3には、二次電子あるいは反射電子を用い、1nA〜100nAの高電子線電流(高プローブ電流)と50pA〜200pAの低電子線電流(低プローブ電流)とを切り替えてプラグを観察する方法が開示されている。   In Patent Document 3, a secondary electron or a reflected electron is used to switch a high electron beam current (high probe current) of 1 nA to 100 nA and a low electron beam current (low probe current) of 50 pA to 200 pA to observe a plug. A method is disclosed.

非特許文献1には、高い走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)画像のSN比(Signal to Noise ratio)を確保しつつ、実用的な画像形成時間を得るための電子ビーム電流に関する考察とそのSEM光学系の構成について述べられている。
特開2000−48752号公報 特開2000―314710号公報 特開2003―133379号公報 品田博之、牧野浩士、高藤敦子、金子豊、村越久弥、「ウェハ検査用高速大電流SEM光学系」、LSIテストシンポジウム資料、pp.151−156、2000.
Non-Patent Document 1 includes a study on an electron beam current for obtaining a practical image forming time while ensuring a high signal-to-noise ratio (SNR) of a scanning electron microscope (SEM) image. The configuration of the SEM optical system is described.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-48752 JP 2000-314710 A JP 2003-133379 A Hiroyuki Shinada, Hiroshi Makino, Yuko Takafuji, Yutaka Kaneko, Hisaya Murakoshi, “High-speed, high-current SEM optics for wafer inspection”, LSI test symposium materials, pp. 151-156, 2000.

半導体集積回路装置では、高集積化および高性能化のために各素子構造が微細化されると共に、各素子を接続してIC(Integrated Circuit)やLSI(Large Scale Integration)を構成する配線も微細化されている。これらの配線は、例えば半導体ウェーハの主面に形成されたMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタ、ダイオードなどの上に多層で形成され、絶縁膜を貫通するプラグによって各層の配線が接続されている。こうしたプラグあるいは配線の微細化によって、種々の欠陥または異物が発生し、それらは半導体集積回路装置の不良の原因となる。   In a semiconductor integrated circuit device, each element structure is miniaturized for high integration and high performance, and the wiring that forms an IC (Integrated Circuit) or LSI (Large Scale Integration) by connecting each element is also fine. It has become. These wirings are formed in multiple layers on, for example, MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistors, diodes, etc. formed on the main surface of the semiconductor wafer, and the wirings of the respective layers are connected by plugs penetrating the insulating film. Due to such miniaturization of the plug or wiring, various defects or foreign matters are generated, which cause a defect in the semiconductor integrated circuit device.

この半導体集積回路装置に発生するプラグの欠陥(以下、「欠陥プラグ」と称する)について説明する。図32は多層配線層上に形成されたプラグを模式的に示す断面図であり、欠陥プラグではない正常プラグP1ならびに欠陥プラグとされる埋込不良プラグP2、非導通プラグP3、非開口プラグP4、半埋込不良プラグP5およびバリア導体膜もない埋込不良プラグP6を示している。なお、通常、「プラグ」といえば「正常プラグ」のことを指すが、本願においては、説明を容易にするために、正常プラグとして形成されなかった欠陥もプラグとする。また、正常プラグではない欠陥プラグを「埋込不良プラグ」、「非導通プラグ」、「非開口プラグ」および「半埋込不良プラグ」として「正常プラグ」と区別する。   A plug defect (hereinafter referred to as “defective plug”) occurring in the semiconductor integrated circuit device will be described. FIG. 32 is a cross-sectional view schematically showing plugs formed on the multilayer wiring layer. Normal plugs P1 that are not defective plugs, embedded defective plugs P2 that are defective plugs, non-conductive plugs P3, and non-opening plugs P4. The semi-embedded defective plug P5 and the embedded defective plug P6 without the barrier conductor film are shown. Normally, a “plug” refers to a “normal plug”, but in the present application, a defect that has not been formed as a normal plug is also referred to as a plug in order to facilitate explanation. Also, defective plugs that are not normal plugs are distinguished from “normal plugs” as “embedded defective plugs”, “non-conductive plugs”, “non-open plugs”, and “half-embedded defective plugs”.

まず、正常プラグP1について説明する。図32には、第n層目(nは自然数)の配線層101と、配線層101上のキャップ層102と、配線層101下のバリア層103と、キャップ層102上の層間絶縁膜104と、層間絶縁膜104に開いた接続孔105と、接続孔105側壁上のバリア導体膜106と、接続孔105に埋め込まれた導電性膜107が示されている。配線層101は例えばAl(アルミニウム)、キャップ層102は例えばTiN(窒化チタン)およびバリア層103は例えばTiN/Ti(Ti層上のTiN層)から形成される。また、バリア導体膜106は例えばTi(チタン)/TiN(窒化チタン)および導電性膜は例えばW(タングステン)から形成される。したがって、キャップ層102まで貫通している接続孔105に導電性膜107が埋め込まれて形成されるプラグが、配線層101と電気的に接続するため、すなわち配線層101と導通するため、正常なプラグ(正常プラグ)P1となる。なお、層間絶縁膜104は、配線層間を物理的、かつ電気的に遮断するため、例えばSiO(酸化シリコン)から形成される。 First, the normal plug P1 will be described. FIG. 32 shows an n-th layer (n is a natural number) wiring layer 101, a cap layer 102 on the wiring layer 101, a barrier layer 103 below the wiring layer 101, and an interlayer insulating film 104 on the cap layer 102. A connection hole 105 opened in the interlayer insulating film 104, a barrier conductor film 106 on the side wall of the connection hole 105, and a conductive film 107 embedded in the connection hole 105 are shown. The wiring layer 101 is made of, for example, Al (aluminum), the cap layer 102 is made of, for example, TiN (titanium nitride), and the barrier layer 103 is made of, for example, TiN / Ti (TiN layer on the Ti layer). The barrier conductor film 106 is made of, for example, Ti (titanium) / TiN (titanium nitride), and the conductive film is made of, for example, W (tungsten). Therefore, the plug formed by embedding the conductive film 107 in the connection hole 105 penetrating to the cap layer 102 is electrically connected to the wiring layer 101, that is, electrically connected to the wiring layer 101. Plug (normal plug) P1. The interlayer insulating film 104 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) in order to physically and electrically cut off the wiring layers.

次に、正常プラグP1と対比して、欠陥プラグとされる埋込不良プラグP2、非導通プラグP3、非開口プラグP4、半埋込不良プラグP5およびバリア導体膜106もない埋込不良プラグP6について説明する。埋込不良プラグP2は、正常プラグP1では接続孔105に埋め込まれている導電性膜107が埋め込まれていないプラグであり、配線層101の上層に形成される配線層と導通がとれないため欠陥プラグとされる。さらに、バリア膜106も被膜されていないプラグが埋込不良プラグP6である。   Next, in contrast to the normal plug P1, an embedded defective plug P2, which is a defective plug, a non-conductive plug P3, a non-opening plug P4, a semi-embedded defective plug P5, and an embedded defective plug P6 without the barrier conductor film 106. Will be described. The defective plug P2 is a plug in which the conductive film 107 embedded in the connection hole 105 is not embedded in the normal plug P1 and cannot be electrically connected to the wiring layer formed in the upper layer of the wiring layer 101. It is a plug. Further, a plug that is not coated with the barrier film 106 is a poorly plugged plug P6.

また、非導通プラグP3は、正常プラグP1ではキャップ層102まで貫通している接続孔105が貫通していないプラグであり、配線層と接触がとれないため欠陥プラグとされる。また、非開口プラグP4は、本来ならば正常プラグP1が配線層上に形成されている領域であるが形成されておらず、配線層およびその上層の配線層と接触がとれないため欠陥プラグとされる。また、半埋込不良プラグP5は、正常プラグP1では接続孔105を完全に埋め込んでいる導電性膜107が、完全には埋め込まれていないプラグであり、配線層101の上層に形成される配線層と導通がとれない場合もあるため欠陥プラグとされる。   The non-conducting plug P3 is a plug in which the connection hole 105 penetrating to the cap layer 102 is not penetrated in the normal plug P1 and cannot be brought into contact with the wiring layer, and thus is a defective plug. In addition, the non-opening plug P4 is originally a region where the normal plug P1 is formed on the wiring layer, but is not formed and cannot contact the wiring layer and the wiring layer above it. Is done. The semi-embedded defective plug P5 is a plug in which the conductive film 107 in which the connection hole 105 is completely embedded in the normal plug P1 is not completely embedded, and the wiring formed in the upper layer of the wiring layer 101 Since there is a case where the layer cannot be electrically connected, it is regarded as a defective plug.

このような埋込不良プラグ、非導通プラグ、非開口プラグおよび半埋込不良プラグの欠陥プラグは、半導体集積回路装置の不良の原因となる。したがって、欠陥プラグを半導体集積回路装置の製造工程中に同定することは、その製造歩留りを向上する上で重要である。   Such defective plugs of defective plugs, non-conductive plugs, non-open plugs, and semi-embedded defective plugs cause defects in the semiconductor integrated circuit device. Therefore, identifying the defective plug during the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device is important for improving the manufacturing yield.

次に、半導体集積回路装置に発生する異物について説明する。図33は、半導体集積回路装置の多層配線層の製造工程中に存在する異物10の一例を示す模式図であり、異物10が正常プラグP1上に存在する状態と、正常プラグP1上ではなく層間絶縁膜104上に存在する状態を示している。   Next, foreign matter generated in the semiconductor integrated circuit device will be described. FIG. 33 is a schematic diagram showing an example of the foreign material 10 existing during the manufacturing process of the multilayer wiring layer of the semiconductor integrated circuit device. The state in which the foreign material 10 exists on the normal plug P1 and the interlayer not on the normal plug P1 are shown. A state of being present on the insulating film 104 is shown.

プラグあるいは配線の微細化によって、異物10の存在は、半導体集積回路装置の不良の原因となる。図33に示すように、正常プラグP1上に異物10が存在する場合、その正常プラグP1上に形成され、電気的に接続される配線層(図示せず)は、正常プラグP1とは、異物10が障害となって電気的に接続できないと考えられる。また、正常プラグP1以外の他に、例えば層間絶縁膜104上に異物10が存在する場合であっても、その後のプラグ、配線層の形成に影響を及ぼし、また欠陥プラグを生じさせることも考えられる。したがって、異物を半導体集積回路装置の製造工程中に検出することは、その製造歩留りを向上する上で重要である。   Due to the miniaturization of the plug or the wiring, the presence of the foreign material 10 causes a failure of the semiconductor integrated circuit device. As shown in FIG. 33, when the foreign matter 10 is present on the normal plug P1, the wiring layer (not shown) formed on the normal plug P1 and electrically connected to the normal plug P1 is a foreign matter. 10 is considered to be an obstacle and cannot be electrically connected. In addition to the normal plug P1, for example, even when the foreign material 10 is present on the interlayer insulating film 104, it may affect the subsequent formation of plugs and wiring layers and cause defective plugs. It is done. Therefore, it is important to detect foreign matters during the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device in order to improve the manufacturing yield.

次に、上述した欠陥プラグまたは異物を検出する本発明者らが検討した方式について説明する。図34は、電子顕微鏡を模式的に示す構成図である。なお、符号110は電子線、符号111は電子銃、符号112はコンデンサレンズ、符号113は引き出し電極、符号114はアノード電極、符号115はブランキング偏向器、符号116は絞り、符号117は反射板、符号118はE×B偏向器および符号119は被検査半導体ウェーハである。また、符号120は対物レンズ、121は走査偏向器、符号122はXステージ、符号123はYステージ、符号124は試料台、符号125は試料高さ検出器、符号126は二次電子検出器、符号127は光源、符号128は光学レンズおよび符号129はCCDカメラである。また、符号130はコンデンサレンズ電源、符号131は走査信号発生器、符号132は対物レンズ電源、符号133は試料高さ測定器、符号134は位置モニタ測長器および符号135は制御回路である。また、符号136は二次電子検出信号変換回路、符号137は画像観察用モニタ、符号138は二次電子第一画像描画回路、139は二次電子第二画像描画回路、符号140は比較演算回路、符号141は欠陥判定処理回路および符号142は試料室である。   Next, a method studied by the present inventors for detecting the above-described defective plug or foreign matter will be described. FIG. 34 is a configuration diagram schematically showing an electron microscope. Reference numeral 110 is an electron beam, reference numeral 111 is an electron gun, reference numeral 112 is a condenser lens, reference numeral 113 is an extraction electrode, reference numeral 114 is an anode electrode, reference numeral 115 is a blanking deflector, reference numeral 116 is a diaphragm, and reference numeral 117 is a reflector. Reference numeral 118 denotes an E × B deflector, and reference numeral 119 denotes a semiconductor wafer to be inspected. Reference numeral 120 is an objective lens, 121 is a scanning deflector, 122 is an X stage, 123 is a Y stage, 124 is a sample stage, 125 is a sample height detector, 126 is a secondary electron detector, Reference numeral 127 denotes a light source, reference numeral 128 denotes an optical lens, and reference numeral 129 denotes a CCD camera. Reference numeral 130 denotes a condenser lens power source, reference numeral 131 denotes a scanning signal generator, reference numeral 132 denotes an objective lens power source, reference numeral 133 denotes a sample height measuring instrument, reference numeral 134 denotes a position monitor length measuring instrument, and reference numeral 135 denotes a control circuit. Reference numeral 136 denotes a secondary electron detection signal conversion circuit, reference numeral 137 denotes an image observation monitor, reference numeral 138 denotes a secondary electron first image drawing circuit, reference numeral 139 denotes a secondary electron second image drawing circuit, and reference numeral 140 denotes a comparison operation circuit. Reference numeral 141 denotes a defect determination processing circuit, and reference numeral 142 denotes a sample chamber.

この電子顕微鏡による画像形成は、10kV程度に加速された入射電子を用い、被検査試料である被検査半導体ウェーハ119面に300V〜3kV程度の照射エネルギーとして減速された電子を試料上に照射することで得られた二次電子を二次電子検出器126によって画像形成する方式である。   In this image formation by an electron microscope, incident electrons accelerated to about 10 kV are used to irradiate the surface of a semiconductor wafer 119 to be inspected with electrons decelerated as irradiation energy of about 300 V to 3 kV onto the sample. The secondary electrons obtained in (1) are image-formed by the secondary electron detector 126.

この方法では、電子線を用いることで、白色光やレーザ、あるいはUV光を用いた光学式検査装置では検出できないプラグ底部の導通状態をプラグのコントラスト変化、いわゆる電位コントラスト欠陥として電気的欠陥を検出できる特徴を備えている。この電位コントラスト欠陥を良好なコントラストで観察するために、高SN比、例えばSN比10〜18となるように、電子線の電流を100nA程度(高電子線電流)としている。   In this method, by using an electron beam, an electrical defect is detected as a change in plug contrast, that is, a so-called potential contrast defect, which is not detected by an optical inspection device using white light, laser, or UV light. It has features that can be done. In order to observe this potential contrast defect with good contrast, the current of the electron beam is set to about 100 nA (high electron beam current) so as to obtain a high SN ratio, for example, an SN ratio of 10 to 18.

図35は、二次電子放出効率の入射電子エネルギー依存性を示す図である。図35のθ〜θは電子の試料への入射方向と試料に垂直な法線とで成す角で、入射電子が試料に対して垂直入射になるほど、二次電子放出効率δが1を越える入射エネルギーの範囲が低下することを示している。二次電子放出効率の最大値δmaxは被照射材料の仕事関数に比例する。二次電子放出効率が1以上になる条件では、例えば、図32に示した非導通プラグP3は黒くコントラストが低下したプラグ(暗い電位コントラスト欠陥)として欠陥検出することができる。一方、二次電子放出効率が1以下になる条件ではコントラスト反転が生じ、白く明るいプラグ(明るい電位コントラスト欠陥)として欠陥検出することもできる。 FIG. 35 is a diagram showing the dependence of secondary electron emission efficiency on incident electron energy. In FIG. 35, θ 1 to θ 3 are angles formed by the incident direction of the electron to the sample and a normal line perpendicular to the sample, and the secondary electron emission efficiency δ becomes 1 as the incident electron becomes perpendicular to the sample. It shows that the range of incident energy exceeding is reduced. The maximum value δ max of the secondary electron emission efficiency is proportional to the work function of the irradiated material. Under the condition that the secondary electron emission efficiency is 1 or more, for example, the non-conductive plug P3 shown in FIG. 32 can be detected as a black plug with a lowered contrast (dark potential contrast defect). On the other hand, contrast inversion occurs under conditions where the secondary electron emission efficiency is 1 or less, and defects can be detected as white and bright plugs (bright potential contrast defects).

一般的には試料に垂直に電子線を入射するが、図35から明らかなように、被検査試料を搭載するステージに試料傾斜機能を搭載し、試料を傾斜させることにより、二次電子放出効率が1以上になる領域、あるいは1以下になる領域を意図的に拡大、縮小することが可能である。   In general, an electron beam is incident on a sample perpendicularly, but as is clear from FIG. 35, the stage for mounting the sample to be inspected is equipped with a sample tilting function, and the sample is tilted to obtain secondary electron emission efficiency. It is possible to intentionally enlarge or reduce the region where the value of 1 becomes 1 or more, or the region where 1 becomes 1 or less.

この方法による欠陥または異物の検出について説明する。図36は、本発明者らが検討した方式での欠陥プラグの検出を説明するための図であり、(a)は差画像、(b)はプラグPの平面の状態を示す参照画像、(c)はプラグPの平面の状態を示す検査画像、(d)は欠陥プラグの検出しきい値を示している。   The detection of defects or foreign matters by this method will be described. 36A and 36B are diagrams for explaining detection of a defective plug by the method examined by the present inventors, in which FIG. 36A is a difference image, FIG. 36B is a reference image showing a planar state of the plug P, c) shows an inspection image showing the planar state of the plug P, and (d) shows a detection threshold of a defective plug.

入射電子を試料上に照射することで得られた二次電子検出信号を二次電子第一画像描画回路138で処理した検査画像(図36(c))と、別箇所で得られた二次電子検出信号を二次電子第二画像描画回路139で処理した参照画像(図36(b))とを比較演算回路140で比較することによって、差画像(図36(a))として取得する。この差画像明るさ(階調値)を、図36(d)に示すように、各強度に応じた検出しきい値を設定することにより、欠陥として最適な差画像明るさの強度のしきい値を求め、欠陥判定処理回路によって欠陥判定がなされると同時に欠陥箇所の検出が行なわれる。   An inspection image (FIG. 36C) obtained by processing the secondary electron detection signal obtained by irradiating the sample with incident electrons on the secondary electron first image drawing circuit 138 and a secondary image obtained at another location. The reference image (FIG. 36B) obtained by processing the electron detection signal by the secondary electron second image drawing circuit 139 is compared by the comparison operation circuit 140 to obtain a difference image (FIG. 36A). As shown in FIG. 36 (d), the difference image brightness (gradation value) is set to a detection threshold value corresponding to each intensity, whereby an optimum threshold of the difference image brightness as a defect is set. A value is obtained, and defect determination is performed by the defect determination processing circuit, and at the same time, a defective portion is detected.

図37は、本発明者らが検討した方式で高電子線電流時に得られる参照画像または検査画像の一例を示した図であり、(a)は埋込不良プラグP2と正常プラグP1、(b)は非導通プラグP3と正常プラグP1、(c)は非開口プラグP4と正常プラグP1、(d)は正常プラグP1上の異物10、(e)は層間絶縁膜104上の異物10を示している。   FIG. 37 is a diagram showing an example of a reference image or an inspection image obtained at the time of a high electron beam current by the method examined by the present inventors. FIG. 37 (a) shows an embedding failure plug P2 and a normal plug P1, (b) ) Shows the non-conductive plug P3 and the normal plug P1, (c) shows the non-opening plug P4 and the normal plug P1, (d) shows the foreign material 10 on the normal plug P1, and (e) shows the foreign material 10 on the interlayer insulating film 104. ing.

本発明者らが検討したところ、電子線電流が100nA程度の場合では、電位コントラスト欠陥を高コントラストに観察できる反面、解像度が低下してしまう結果となった。このため、図37で高電子線電流時の二次電子画像として示している同図(b)の非導通プラグP3と同図(c)の非開口プラグP4との区別が困難となる問題が生じた。   As a result of studies by the present inventors, when the electron beam current is about 100 nA, the potential contrast defect can be observed with high contrast, but the resolution is lowered. Therefore, there is a problem that it is difficult to distinguish the non-conductive plug P3 in FIG. 37B shown in FIG. 37 as a secondary electron image at the time of high electron beam current and the non-opening plug P4 in FIG. occured.

また、同様に高電子線電流時の二次電子画像では、図37(a)に示すような埋込不良プラグP2が発生していた場合、高電子線電流時の二次電子画像における埋込不良プラグP2と、正常プラグP1と区別困難なコントラストとなる現象に遭遇した。   Similarly, in the secondary electron image at the time of high electron beam current, when the defective plug P2 as shown in FIG. 37A is generated, the embedded image in the secondary electron image at the time of high electron beam current is generated. A phenomenon was encountered in which it was difficult to distinguish between the defective plug P2 and the normal plug P1.

さらに、同様に高電子線電流時の二次電子画像では、図37(d)に示すような正常プラグP1上の異物10は、検出することができるが、同図(e)に示すような層間絶縁膜104上の異物10では検出することが困難となる。つまり、図37(e)の層間絶縁膜104上の異物10は、異物10が下部の層間絶縁膜104によって阻害され、半導体ウェーハから電子が供給されないため、異物10の電子が枯渇し、次第に暗くなっていき、二次電子信号として形成された画像では同図(e)のように黒くなり、層間絶縁膜104の明るさと同化し、異物として検出困難となる問題が生じた。   Further, similarly, in the secondary electron image at the time of high electron beam current, the foreign material 10 on the normal plug P1 as shown in FIG. 37 (d) can be detected, but as shown in FIG. It is difficult to detect the foreign material 10 on the interlayer insulating film 104. That is, the foreign material 10 on the interlayer insulating film 104 in FIG. 37 (e) is gradually darkened because the foreign material 10 is obstructed by the lower interlayer insulating film 104 and electrons are not supplied from the semiconductor wafer. As a result, the image formed as the secondary electron signal becomes black as shown in FIG. 5E, which is assimilated with the brightness of the interlayer insulating film 104 and becomes difficult to detect as a foreign substance.

本発明の目的は、半導体ウェーハの主面上の欠陥または異物を、検出および判別できる技術を提供することにある。   The objective of this invention is providing the technique which can detect and discriminate | determine the defect or foreign material on the main surface of a semiconductor wafer.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願で開示された一つの発明は、電子顕微鏡の試料台上に置かれた被検査半導体ウェーハの主面上の検査対象となる検査領域に対して、電子線を照射して発生した二次電子および反射電子をそれぞれ二次電子検出器および反射電子検出器により検出し、検出信号変換回路、画像描画回路、比較演算回路および欠陥判定処理回路により欠陥または異物を検出および判別を行なう。   One invention disclosed in this application relates to secondary electrons generated by irradiating an inspection region to be inspected on a main surface of a semiconductor wafer to be inspected placed on a sample stage of an electron microscope. And backscattered electrons are detected by a secondary electron detector and a backscattered electron detector, respectively, and defects or foreign matter are detected and discriminated by a detection signal conversion circuit, an image drawing circuit, a comparison operation circuit, and a defect determination processing circuit.

また、本願で開示されたその他の発明の概要を以下に箇条書きにして示す。
1.以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)電子顕微鏡のステージ上に置かれた半導体ウェーハの主面上の検査対象となる複数の単位検査領域に対して、電子線を照射して発生した二次電子および反射電子を検出する工程;
(b)前記二次電子により形成された第1の二次電子画像と、第2の二次電子画像とを比較し、第1の差画像を形成する工程;
(c)前記反射電子により形成された第1の反射電子画像と、第2の反射電子画像とを比較し、第2の差画像を形成する工程;
(d)前記第1の差画像と、前記第2の差画像とを比較し、前記複数の単位検査領域の欠陥または異物を検出する工程。
2.前記第1項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記電子線の電流は1nA以上、100nA以下である。
3.前記第1項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記電子線の電流は60nA以上、100nA以下である。
4.前記第1項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記電子線の電流は1nA以上、60nA未満である。
5.前記1項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記電子線の電流は1nA以上、30nA未満である。
6.前記1項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記電子線の電流は1nA以上、10nA未満である。
7.前記1項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記二次電子および反射電子の検出には、前記二次電子のための第1の検出器、および前記反射電子のための第2の検出器を用いる。
8.前記1項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記複数の単位検査領域のそれぞれには、複数のプラグが同一のレイアウトで形成されている。
9.前記1項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、更に以下の工程を含む。
(e)前記半導体ウェーハの主面上に形成された配線層上に絶縁膜を形成する工程;
(f)前記(e)工程後、前記絶縁膜上にレジスト膜を形成した後、前記レジスト膜に対して、接続孔のパターンを露光する工程;
(g)前記(f)工程後、前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをエッチングマスクにして、前記絶縁膜に対してエッチングする工程;
(h)前記(g)工程後、前記接続孔に導電性膜を埋め込む工程;
(i)前記欠陥を、埋込不良、非導通、または非開口の欠陥と判別する工程;
(j)前記埋込不良の欠陥が前記(h)工程で発生、前記非導通の欠陥が前記(g)工程で発生、または前記非開口の欠陥が前記(f)工程で発生していると判別する工程。
10.以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法。
(a)電子顕微鏡のステージ上に置かれた半導体ウェーハの主面上の検査対象となる複数の単位検査領域に対して、第1の電子線を照射して発生した第1の二次電子を検出する工程;
(b)電子顕微鏡のステージ上に置かれた前記半導体ウェーハの主面上の検査対象となる複数の単位検査領域に対して、前記第1の電子線の電流値よりも低い第2の電子線を照射して発生した第2の二次電子を検出する工程;
(c)前記第1の二次電子により形成された第1の二次電子画像と、第2の二次電子画像とを比較し、第1の差画像を形成する工程;
(d)前記第2の二次電子により形成された第3の二次電子画像と、第4の二次電子画像とを比較し、第2の差画像を形成する工程;
(e)前記第1の差画像と、前記第2の差画像とを比較し、前記複数の単位検査領域の欠陥または異物を検出する工程。
11.前記10項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の電子線の電流は60nA以上、100nA以下であり、前記第2の電子線の電流は1nA以上、60nA未満である。
12.前記10項記載の半導体集積回路装置の製造方法において、更に以下の工程を含む。
(f)前記第1または第2の二次電子を検出すると同時に、反射電子を検出する工程;
(g)前記反射電子により形成された第1の反射電子画像と、第2の反射電子画像とを比較し、第3の差画像を形成する工程;
(h)前記第1の差画像と、前記第2の差画像と、前記第3の差画像とを比較し、前記複数の単位検査領域の欠陥または異物を検出する工程。
Moreover, the outline | summary of the other invention disclosed by this application is shown as a bullet.
1. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) A step of detecting secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating an electron beam to a plurality of unit inspection regions to be inspected on a main surface of a semiconductor wafer placed on a stage of an electron microscope ;
(B) comparing the first secondary electron image formed by the secondary electrons and the second secondary electron image to form a first difference image;
(C) a step of comparing the first reflected electron image formed by the reflected electrons and the second reflected electron image to form a second difference image;
(D) A step of comparing the first difference image and the second difference image to detect defects or foreign matters in the plurality of unit inspection areas.
2. In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the first item, the current of the electron beam is 1 nA or more and 100 nA or less.
3. In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the first item, the current of the electron beam is 60 nA or more and 100 nA or less.
4). In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the first item, the current of the electron beam is 1 nA or more and less than 60 nA.
5. 2. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the current of the electron beam is 1 nA or more and less than 30 nA.
6). 2. The manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the electron beam current is 1 nA or more and less than 10 nA.
7). 2. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the detection of the secondary electrons and the reflected electrons includes a first detector for the secondary electrons and a second detection for the reflected electrons. Use a vessel.
8). In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 1, a plurality of plugs are formed in the same layout in each of the plurality of unit inspection regions.
9. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 1, further includes the following steps.
(E) forming an insulating film on the wiring layer formed on the main surface of the semiconductor wafer;
(F) After the step (e), after forming a resist film on the insulating film, a step of exposing a pattern of connection holes to the resist film;
(G) After the step (f), after developing the resist film to form a resist pattern, etching the insulating film using the resist pattern as an etching mask;
(H) After the step (g), a step of embedding a conductive film in the connection hole;
(I) a step of discriminating the defect from an imbedding defect, non-conduction, or non-opening defect;
(J) When the defect of the embedding defect occurs in the step (h), the non-conductive defect occurs in the step (g), or the non-opening defect occurs in the step (f). The step of determining.
10. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps.
(A) First secondary electrons generated by irradiating a first electron beam to a plurality of unit inspection regions to be inspected on a main surface of a semiconductor wafer placed on a stage of an electron microscope Detecting step;
(B) a second electron beam lower than the current value of the first electron beam with respect to a plurality of unit inspection regions to be inspected on the main surface of the semiconductor wafer placed on the stage of the electron microscope Detecting second secondary electrons generated by irradiation with;
(C) comparing the first secondary electron image formed by the first secondary electrons and the second secondary electron image to form a first difference image;
(D) comparing a third secondary electron image formed by the second secondary electrons with a fourth secondary electron image to form a second difference image;
(E) A step of comparing the first difference image and the second difference image to detect defects or foreign matters in the plurality of unit inspection areas.
11. 11. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 10, wherein the current of the first electron beam is 60 nA or more and 100 nA or less, and the current of the second electron beam is 1 nA or more and less than 60 nA.
12 11. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 10, further including the following steps.
(F) a step of detecting reflected electrons simultaneously with the detection of the first or second secondary electrons;
(G) comparing the first reflected electron image formed by the reflected electrons and the second reflected electron image to form a third difference image;
(H) A step of comparing the first difference image, the second difference image, and the third difference image to detect defects or foreign matters in the plurality of unit inspection areas.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。   The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

二次電子画像および反射電子画像を形成して判定を行なうことにより、半導体ウェーハの主面上に形成されたプラグの欠陥または異物を検出できる。   By forming a secondary electron image and a reflected electron image and making a determination, it is possible to detect a defect or foreign matter in the plug formed on the main surface of the semiconductor wafer.

本願発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。   Before describing the present invention in detail, the meaning of terms in the present application will be described as follows.

半導体集積回路装置とは、シリコン基板(シリコンウェーハ)やサファイア基板等のような半導体または絶縁基板上に作られるものだけでなく、特に、そうでない旨明示された場合を除き、TFT(Thin-Film-Transistor)およびSTN(Super-Twisted-Nematic)液晶のようなガラスに代表される他の絶縁基板上に作られるもの等を含むものとする。   A semiconductor integrated circuit device is not only a semiconductor substrate such as a silicon substrate (silicon wafer) or a sapphire substrate, or an insulating substrate, but a TFT (Thin-Film) unless otherwise specified. -Transistor) and STN (Super-Twisted-Nematic) liquid crystal such as those made on other insulating substrates typified by glass.

また、基板とは、半導体集積回路の製造に用いる単結晶シリコン基板(一般にほぼ平面円形状)、エピタキシャルシリコン基板、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等、並びにそれらの複合的基板を指し、半導体ウェーハに限定されることはない。   In addition, the substrate is a single crystal silicon substrate (generally a substantially planar circular shape) used for manufacturing a semiconductor integrated circuit, an epitaxial silicon substrate, a sapphire substrate, a glass substrate, other insulating, anti-insulating or semiconductor substrates, and a composite thereof. It refers to a target substrate and is not limited to a semiconductor wafer.

また、本願において材料に限定するとき、例えば「シリコン(Si)」といっても、特に純粋なものを特定したとき等を除き、主要な構成成分としてシリコンを含む材料をいうものとする(例えばSiGe等を含む)。「アルミニウム(Al)」等も同じである(例えばAlCu合金等を含む)。   In addition, when limited to a material in the present application, for example, “silicon (Si)” means a material containing silicon as a main component except when particularly pure material is specified (for example, Including SiGe). The same applies to “aluminum (Al)” (including, for example, an AlCu alloy).

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1における電子顕微鏡を模式的に示す構成図である。本実施の形態1における電子顕微鏡は、図34で示した電子顕微鏡に、反射電子検出器1、反射電子検出信号変換回路2、反射電子第一画像描画回路3、反射電子第二画像描画回路4が追加されたものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an electron microscope according to the first embodiment. The electron microscope according to the first embodiment is different from the electron microscope shown in FIG. 34 in the reflected electron detector 1, the reflected electron detection signal conversion circuit 2, the reflected electron first image drawing circuit 3, and the reflected electron second image drawing circuit 4. Is added.

図1に示す二次電子検出器126は、例えば、シンチレータ(蛍光体)と光電子増倍管とを組み合わせたものを適用することができる。電子線の照射により被検査半導体ウェーハ119から放出されるエネルギーの低い二次電子を効率よく集めるために、シンチレータには試料に対して約10kVの正電位を印加する。また加速された二次電子はシンチレータにより可視光に変換され、光電子増倍管に導かれ、電気信号に変換され増幅される。   As the secondary electron detector 126 shown in FIG. 1, for example, a combination of a scintillator (phosphor) and a photomultiplier tube can be applied. In order to efficiently collect secondary electrons with low energy emitted from the semiconductor wafer 119 to be inspected by electron beam irradiation, a positive potential of about 10 kV is applied to the sample in the scintillator. The accelerated secondary electrons are converted into visible light by a scintillator, guided to a photomultiplier tube, converted into an electric signal and amplified.

また、図1に示す反射電子検出器1は、例えばpn接合を利用した半導体検出器を適用することができる。反射電子検出器1は、被検査半導体ウェーハ119の真上に配置し、反射電子を電気信号として取り出す。なお、半導体検出器を適用したアニュラー型検出器によって、1つの検出器で二次電子と反射電子との両方を効率良く電子信号として取り出す方式を採用することもできる。   Further, as the backscattered electron detector 1 shown in FIG. 1, for example, a semiconductor detector using a pn junction can be applied. The reflected electron detector 1 is disposed immediately above the semiconductor wafer 119 to be inspected, and takes out reflected electrons as an electric signal. It is also possible to employ a method in which both secondary electrons and reflected electrons are efficiently extracted as an electronic signal with a single detector using an annular detector to which a semiconductor detector is applied.

図2は、図1の電子顕微鏡を用いて被検査半導体ウェーハを検査する方法(以下、「電子線式検査方法」と称する)を示したフロー図である。まず、ローダに半導体ウェーハカセットをセットする(ステップS10)。すなわち、被検査半導体ウェーハの入った半導体ウェーハカセットをローダにセットする。   FIG. 2 is a flowchart showing a method of inspecting a semiconductor wafer to be inspected using the electron microscope of FIG. 1 (hereinafter referred to as “electron beam inspection method”). First, a semiconductor wafer cassette is set on the loader (step S10). That is, a semiconductor wafer cassette containing a semiconductor wafer to be inspected is set on a loader.

続いて、検査モードを選択し、検査条件を入力する(ステップS20、S30)。例えば操作画面より被検査半導体ウェーハを選択し、また予め登録された検査条件ファイルを指定する。   Subsequently, an inspection mode is selected, and inspection conditions are input (steps S20 and S30). For example, a semiconductor wafer to be inspected is selected from the operation screen and an inspection condition file registered in advance is designated.

続いて、通常の検査とは異なる条件の追加(オプション追加)の有無の確認を行なう(ステップS40)。例えばデータ出力先、検査領域変更、欠陥目視確認有無、自動/手動で行なう(ステップS41〜S43)などの条件変更をオプションで行なうこともできる。   Subsequently, it is confirmed whether or not a condition different from the normal inspection is added (option addition) (step S40). For example, it is possible to optionally change conditions such as data output destination, inspection area change, defect visual confirmation presence / absence, and automatic / manual (steps S41 to S43).

続いて、スタート・半導体ウェーハロードを行なう(ステップS50)。すなわち被検査半導体ウェーハは半導体ウェーハ搬送手段により試料交換室にロードされる。図1に示すように、この被検査半導体ウェーハ119は試料台124に搭載、保持固定された後に真空排気され、試料交換室がある程度の真空度に達したら検査のための試料室142に移載される。試料室142では、Xステージ122、Yステージ123上に試料ホルダごと載せられ、保持固定される。   Subsequently, start / semiconductor wafer loading is performed (step S50). That is, the semiconductor wafer to be inspected is loaded into the sample exchange chamber by the semiconductor wafer transfer means. As shown in FIG. 1, the semiconductor wafer 119 to be inspected is mounted on a sample stage 124, held and fixed, and then evacuated. When the sample exchange chamber reaches a certain degree of vacuum, it is transferred to the sample chamber 142 for inspection. Is done. In the sample chamber 142, the sample holder is placed on the X stage 122 and the Y stage 123 and held and fixed.

続いて、ステージ上校正用パターン位置に校正用試料を移動する(ステップS60)。試料ホルダには入射する電子線の照射条件である焦点や非点を調整するための校正用試料が搭載されている。被検査半導体ウェーハ119が試料室142にロードされたら、予め記録された位置座標に基づき、校正用試料が電子光学系の下に配置されるようXステージ122、Yステージ123が移動する。   Subsequently, the calibration sample is moved to the calibration pattern position on the stage (step S60). The sample holder is mounted with a calibration sample for adjusting the focus and astigmatism, which are the irradiation conditions of the incident electron beam. When the semiconductor wafer 119 to be inspected is loaded into the sample chamber 142, the X stage 122 and the Y stage 123 are moved based on the position coordinates recorded in advance so that the calibration sample is placed under the electron optical system.

続いて、ビーム校正を行なう(ステップS70)。そして、校正用の電子線画像を取得し、手動または自動で焦点および非点の調整を実施する。この時、すでに入力・設定された検査条件ファイルの内容に基づき、入射する電子線の照射エネルギー、電子線電流、画素サイズ、検出系のゲインおよび明るさ調整用パラメータ、画像処理におけるフィルタおよび欠陥判定のためのしきい値等が設定され、これらのパラメータが入力された後に各種画像を取得表示する。   Subsequently, beam calibration is performed (step S70). Then, an electron beam image for calibration is acquired, and focus and astigmatism adjustments are performed manually or automatically. At this time, based on the contents of the inspection condition file that has already been input and set, irradiation energy of the incident electron beam, electron beam current, pixel size, detection system gain and brightness adjustment parameters, filter and defect determination in image processing For example, a threshold value is set and various images are acquired and displayed after these parameters are input.

図3は、図1の電子顕微鏡における検査時電子線電流設定値変更の一例を示す図である。パラメータを入力する場合に限らず、あらかじめ低電子線電流検査、中電子線電流検査、高電子電流検査ができるように条件設定をしておくことで、容易に変更することもできる。なお、電子線電流の設定値は、低電子線電流検査では例えば10nA、中電子線電流検査では例えば60nA、高電子線電流検査では例えば100nAとすることができる。   FIG. 3 is a diagram showing an example of changing the electron beam current set value during inspection in the electron microscope of FIG. It is not limited to inputting parameters, but can be easily changed by setting conditions so that low electron beam current inspection, medium electron beam current inspection, and high electron current inspection can be performed in advance. The set value of the electron beam current can be set to, for example, 10 nA for the low electron beam current test, 60 nA for the medium electron beam current test, and 100 nA for the high electron beam current test, for example.

続いて、半導体ウェーハアライメントマーク位置に移動、アライメント実行する(ステップS80)。次いで、半導体ウェーハ上キャリブレーション位置に移動、キャリブレーションを実行する(ステップS90)。   Subsequently, the wafer is moved to the semiconductor wafer alignment mark position and alignment is executed (step S80). Next, the semiconductor wafer is moved to the calibration position on the semiconductor wafer and calibration is executed (step S90).

続いて、検査を行なう(ステップS100)。すなわち、被検査半導体ウェーハ119のアライメントが完了したら、被検査半導体ウェーハ119の二次電子画像および反射電子画像を取得し、検査を実行する。   Subsequently, an inspection is performed (step S100). That is, when the alignment of the semiconductor wafer 119 to be inspected is completed, a secondary electron image and a backscattered electron image of the semiconductor wafer 119 to be inspected are acquired, and inspection is executed.

図4は、被検査半導体ウェーハ119を模式的に示す平面図であり、図4(a)は被検査半導体ウェーハ119上の検査領域5を示し、図4(b)は検査領域5内の単位検査領域5a、5bを示している。ここで、図4(b)には、例えば複数のプラグPが一定の間隔でレイアウトされており、単位検査領域5aおよび5b内において、複数のプラグPのレイアウトは同一である場合が示されている。なお、複数のプラグPには、正常プラグ、欠陥プラグが含まれている。   FIG. 4 is a plan view schematically showing the semiconductor wafer 119 to be inspected. FIG. 4A shows the inspection region 5 on the semiconductor wafer 119 to be inspected, and FIG. 4B shows the units in the inspection region 5. Inspection areas 5a and 5b are shown. Here, FIG. 4B shows a case where, for example, a plurality of plugs P are laid out at regular intervals, and the layout of the plurality of plugs P is the same in the unit inspection areas 5a and 5b. Yes. The plurality of plugs P include normal plugs and defective plugs.

この検査領域5は、上記検査条件ファイルにおいて予め指定されている。検査時には、Xステージ122、Yステージ123を連続、あるいは断続的に移動しながら入射電子線を被検査半導体ウェーハ119の所定の領域に照射し、二次電子画像および反射電子画像を逐次形成する。この二次電子画像および反射電子画像は、入射電子線が検査半導体ウェーハ119に照射された時に発生する二次電子および反射電子により形成される画像であり、同じ領域をそれぞれ二次電子による画像と反射電子による画像として取得される。ここで、本願では、二次電子画像および反射電子画像として取得された領域を単位検査領域とする。例えば図4(b)に示す被検査半導体ウェーハ119の検査領域5に入射電子線が照射され、二次電子画像および反射電子画像として取得された領域が、例えば単位検査領域5aの領域となる。   The inspection area 5 is designated in advance in the inspection condition file. At the time of inspection, an X-ray 122 and a Y-stage 123 are moved continuously or intermittently to irradiate a predetermined region of the semiconductor wafer 119 to be inspected, and secondary electron images and reflected electron images are sequentially formed. The secondary electron image and the reflected electron image are images formed by secondary electrons and reflected electrons generated when the incident electron beam is irradiated onto the inspection semiconductor wafer 119. Acquired as an image by reflected electrons. Here, in the present application, a region acquired as a secondary electron image and a reflected electron image is set as a unit inspection region. For example, the region obtained by irradiating the inspection region 5 of the semiconductor wafer 119 to be inspected shown in FIG. 4B with the incident electron beam and acquired as the secondary electron image and the reflected electron image becomes the unit inspection region 5a, for example.

次いで、これら二次電子画像および反射電子画像を形成しながら画像信号を二次電子検出信号変換回路136および反射電子検出変換回路2を通し、二次電子第一画像描画回路138、二次電子第二画像描画回路139、反射電子第一画像描画回路3、反射電子第二画像描画回路4に送信し、各画像信号を比較しながら、比較演算回路140で差画像形成等の処理を行なう。   Next, while forming the secondary electron image and the reflected electron image, the image signal is passed through the secondary electron detection signal conversion circuit 136 and the reflection electron detection conversion circuit 2, and the secondary electron first image drawing circuit 138, the secondary electron first The image is transmitted to the two-image drawing circuit 139, the backscattered electron first image drawing circuit 3, and the backscattered electron second image drawing circuit 4, and the comparison operation circuit 140 performs processing such as difference image formation while comparing each image signal.

例えば、電子線電流を100nA程度とし、被検査半導体ウェーハ119上のプラグPが、正常プラグP1の他に、プラグPの欠陥である非導通プラグP3および非開口プラグP4が存在する場合において、欠陥の検出ならびに非導通プラグP3と非開口プラグP4との判定について説明する。   For example, when the electron beam current is about 100 nA and the plug P on the semiconductor wafer 119 to be inspected includes the non-conductive plug P3 and the non-opening plug P4 which are defects of the plug P in addition to the normal plug P1, Detection and determination of the non-conductive plug P3 and the non-opening plug P4 will be described.

図5は、正常プラグP1、非導通プラブP3および非開口プラグP4に対する二次電子画像および反射電子画像を示す説明図であり、図5(a)は正常プラグP1、および非導通プラグP3または非開口プラグP4の二次電子第一画像、二次電子第二画像およびその差画像、図5(b)は正常プラグP1および非導通プラグP3の反射電子第一画像、反射電子第二画像およびそれらの差画像、図5(c)は正常プラグP1および非開口プラグP4の反射電子第一画像、反射電子第二画像およびそれらの差画像を示している。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing secondary electron images and reflected electron images for the normal plug P1, the non-conductive plug P3, and the non-opening plug P4, and FIG. 5 (a) shows the normal plug P1 and the non-conductive plug P3 or non-conductive plug P3. Secondary electron first image of secondary plug P4, secondary electron second image and its difference image, FIG. 5B shows the reflected electron first image, reflected electron second image of normal plug P1 and non-conductive plug P3, and those FIG. 5C shows the reflected electron first image, the reflected electron second image, and the difference image of the normal plug P1 and the non-opening plug P4.

図5に示すように、参照画像として二次電子第二画像を、検査画像として二次電子第一画像を用いて、その参照画像と検査画像との差画像を形成し、欠陥の有無を判断することができる。この二次電子第一画像および二次電子第二画像は、それぞれ図4(b)での単位検査領域5aおよび5bに対応している。したがって、差画像から欠陥箇所が検出された場合は、検査画像である二次電子第一画像が示す領域である単位検査領域5a内に、欠陥があると検出することができる。   As shown in FIG. 5, a secondary image is used as a reference image, a secondary electron first image is used as an inspection image, and a difference image between the reference image and the inspection image is formed to determine the presence or absence of a defect. can do. The secondary electron first image and the secondary electron second image correspond to the unit inspection areas 5a and 5b in FIG. 4B, respectively. Therefore, when a defect location is detected from the difference image, it can be detected that there is a defect in the unit inspection region 5a that is the region indicated by the secondary electron first image that is the inspection image.

また、図5(a)に示すように、二次電子第一画像、二次電子第二画像およびそれらの差画像から、正常プラグP1と、非導通プラグP3あるいは非開口プラグP4とを、区別することができる。しかし、前記発明が解決しようとする課題で説明したように、この二次電子第一画像、二次電子第二画像およびそれらの差画像からは、非導通プラグP3と非開口プラグP4とを区別することができない。そこで、図5(b)および図5(c)に示すように、反射電子第一画像、反射電子第二画像およびそれらの差画像を用いることにより、非導通プラグP3と非開口プラグP4との区別を可能とする方式を提示している。   Further, as shown in FIG. 5A, the normal plug P1 and the non-conductive plug P3 or the non-opening plug P4 are distinguished from the secondary electron first image, the secondary electron second image, and their difference images. can do. However, as explained in the problem to be solved by the invention, the non-conductive plug P3 and the non-opening plug P4 are distinguished from the secondary electron first image, the secondary electron second image, and their difference images. Can not do it. Therefore, as shown in FIG. 5B and FIG. 5C, the non-conductive plug P3 and the non-opening plug P4 are obtained by using the reflected electron first image, the reflected electron second image, and the difference image thereof. A method that enables distinction is presented.

つまり、二次電子第一画像、二次電子第二画像およびそれらの差画像ならびに反射電子第一画像、反射電子第二画像およびそれらの差画像から、欠陥を検出し、さらに非導通プラグP3と非開口プラグP4との判定をすることができる。   That is, a defect is detected from the secondary electron first image, the secondary electron second image and the difference image thereof, and the reflected electron first image, the reflection electron second image and the difference image thereof, and the non-conductive plug P3. It can be determined that the plug is non-opening plug P4.

続いて、欠陥箇所画像取得・目視確認・分類入力を行なう(ステップS110)。すなわち、検査終了後はこれらの欠陥箇所の画像を確認し、画像取得、目視確認、分類入力等の必要な操作および外部記憶媒体への保存、転送等を実施する。   Subsequently, defect location image acquisition, visual confirmation, and classification input are performed (step S110). That is, after the inspection is completed, images of these defective portions are confirmed, and necessary operations such as image acquisition, visual confirmation, and classification input, and storage and transfer to an external storage medium are performed.

続いて、検査結果を出力する(ステップS120)。すなわち、欠陥判定処理回路141で欠陥と判定された箇所は、欠陥箇所の座標、信号値および欠陥のサイズ等が自動的に記憶され、操作画面内の半導体ウェーハマップ上の相当する箇所に欠陥ありのマークが表示される。また、これらのマークを指定することにより、指定座標にXステージ122、Yステージ123を移動させ、画像観察用モニタ137上に指定座標の二次電子画像および反射電子画像が表示される。また、隣接同一箇所の二次電子画像および反射電子画像、並びにこれらの差画像を表示することも可能である。   Subsequently, the inspection result is output (step S120). That is, the location determined as a defect by the defect determination processing circuit 141 is automatically stored with the coordinates of the defective location, the signal value, the size of the defect, etc., and there is a defect at the corresponding location on the semiconductor wafer map in the operation screen. Is displayed. Also, by specifying these marks, the X stage 122 and the Y stage 123 are moved to the specified coordinates, and the secondary electron image and the reflected electron image of the specified coordinates are displayed on the image observation monitor 137. Moreover, it is also possible to display a secondary electron image and a reflected electron image of the same adjacent location, and a difference image thereof.

続いて、被検査半導体ウェーハをアンロードする(ステップS130)。すなわち、検査を終了し、被検査半導体ウェーハ119をアンロードする。   Subsequently, the semiconductor wafer to be inspected is unloaded (step S130). That is, the inspection is finished and the semiconductor wafer 119 to be inspected is unloaded.

以上説明したように、半導体ウェーハの主面上に形成された欠陥プラグを高感度に検出できる。すなわち、電位コントラスト欠陥に限定することなく、反射電子を用いた検出方法によって、より形状不良検出の高感度化にも威力を発揮する。   As described above, a defective plug formed on the main surface of the semiconductor wafer can be detected with high sensitivity. In other words, the present invention is not limited to potential contrast defects, and it is also effective for increasing the sensitivity of shape defect detection by a detection method using reflected electrons.

ここで、反射電子を用いた検出方法がより形状不良検出の高感度化に威力を発揮する理由を以下に記述する。図6は入射電子を照射した場合に被照射面から放出する電子のスペクトル図である。また、図7は検出器に対する二次電子および反射電子の挙動を模式的に示す説明図である。   Here, the reason why the detection method using the reflected electrons is more effective in increasing the sensitivity of the shape defect detection will be described below. FIG. 6 is a spectrum diagram of electrons emitted from the irradiated surface when irradiated with incident electrons. FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the behavior of secondary electrons and reflected electrons with respect to the detector.

放出電子の発生量を電子のエネルギー別に見ると、二次電子は領域Aの10eV以内と低エネルギーであり、反射電子は領域Bの数百eV〜数keVと高エネルギーである。二次電子は入射線の一部が試料中の原子に衝突する際、原子中の電子にエネルギーを与え、与えたエネルギーがある値以上であるとき、原子中の電子が試料から飛び出したものである。このため、二次電子は数eV程度の低エネルギーで試料表面近傍に浮遊している。   When the generation amount of the emitted electrons is viewed according to the energy of the electrons, the secondary electrons are low energy within 10 eV of the region A, and the reflected electrons are high energy of several hundred eV to several keV of the region B. When a part of the incident beam collides with an atom in the sample, secondary electrons give energy to the electron in the atom. When the applied energy exceeds a certain value, electrons in the atom jump out of the sample. is there. For this reason, the secondary electrons are floating in the vicinity of the sample surface with a low energy of about several eV.

一方、反射電子は入射線の一部が試料中で弾性、あるいは非弾性で散乱し、再び電子の入射した試料面へ飛び出した電子であるため、ほぼ入射電子のエネルギーと同じエネルギーを持つ。このため、反射電子は試料の入射角に依存した出射角で放出されるので、この反射電子を検出し画像形成することにより、試料形状をコントラストとして強く画像に反映することができる。   On the other hand, the reflected electrons are electrons that are scattered elastically or inelasticly in the sample, and jump out to the sample surface on which the electrons are incident, and therefore have almost the same energy as the incident electrons. For this reason, since the reflected electrons are emitted at an emission angle depending on the incident angle of the sample, the sample shape can be strongly reflected in the image as a contrast by detecting the reflected electrons and forming an image.

図8は、被検査半導体ウェーハ表面での二次電子および反射電子の挙動を模式的に示す説明図である。二次電子は図8(a)に示すように、放出時の二次電子のエネルギーが低いため、試料表面の電界の影響を強く受ける。正常のプラグは試料面とほぼ平行に電界のポテンシャルが存在するため、比較的二次電子を抽出しやすいが、非導通箇所で放出した二次電子は試料表面の電界の影響を強く受け、電界に沿って再びプラグ内へ戻される。そのため、電位コントラストが発生し、暗い電位コントラスト欠陥となって非導通箇所の検出が可能となる。   FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the behavior of secondary electrons and reflected electrons on the surface of the semiconductor wafer to be inspected. As shown in FIG. 8A, the secondary electrons are strongly affected by the electric field on the sample surface because the energy of the secondary electrons at the time of emission is low. A normal plug has a potential of an electric field almost parallel to the sample surface, so it is relatively easy to extract secondary electrons, but secondary electrons emitted at non-conducting locations are strongly affected by the electric field on the sample surface, and the electric field Is returned to the plug again. Therefore, a potential contrast is generated, and a dark potential contrast defect is generated, so that a non-conductive portion can be detected.

一方、反射電子は図8(b)に示すように、放出時の反射電子のエネルギーが高いため、試料表面の電界の影響を受けることなく、正常プラグ、非導通プラグのいずれにおいても反射電子のコントラストは一様で電位コントラスト欠陥としては画像形成には寄与しない。しかし、試料面に対する強い方向性を有しているので、形状欠陥あるいは埋め込み不良などに関しては高感度化に威力を発揮することが可能となるのである。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, the reflected electrons are high in the energy of the reflected electrons at the time of emission, and thus are not affected by the electric field on the sample surface. The contrast is uniform and does not contribute to image formation as a potential contrast defect. However, since it has a strong directionality with respect to the sample surface, it is possible to exert its power to increase the sensitivity with respect to shape defects or imbedding defects.

次に、本実施の形態1における半導体集積回路装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.

図9は、半導体集積回路装置のプロセスフローの概略を示すフロー図である。素子分離および半導体素子等を形成した後(ステップS200)、層間絶縁膜を形成する(ステップS210)。次いで、半導体素子等との接続孔を形成してから導電性膜を埋め込み、コンタクト用のプラグを形成する(ステップS220)。次いで、第1の配線層形成のための成膜および加工を行なう(ステップS230)。次いで、第1の配線層上に層間絶縁膜を堆積した後(ステップS210)、第2の配線層との接続孔を形成して、コンタクト用のプラグと同様に導電性膜の埋め込みビア用のプラグを形成する(ステップS220)。次いで、1層目と同様にして第2の配線層を形成する(ステップS230)。例えば半導体集積回路装置が4層配線構造であれば、第4の配線層まで、このサイクルを繰り返した後、パッシベーション膜を堆積し(ステップS240)、外部と電気的に接続するためのパッドを形成して終了する。   FIG. 9 is a flowchart showing an outline of the process flow of the semiconductor integrated circuit device. After element isolation and semiconductor elements are formed (step S200), an interlayer insulating film is formed (step S210). Next, after forming a connection hole with a semiconductor element or the like, a conductive film is embedded to form a contact plug (step S220). Next, film formation and processing for forming the first wiring layer are performed (step S230). Next, after depositing an interlayer insulating film on the first wiring layer (step S210), a connection hole with the second wiring layer is formed, and the conductive film is buried via as well as the contact plug. A plug is formed (step S220). Next, a second wiring layer is formed in the same manner as the first layer (step S230). For example, if the semiconductor integrated circuit device has a four-layer wiring structure, after repeating this cycle up to the fourth wiring layer, a passivation film is deposited (step S240), and a pad for electrical connection to the outside is formed. And exit.

次に、図9で示した半導体集積回路装置のプラグ形成(ステップS220)について詳説する。図10は、4層配線構造の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。図11は、多層配線層に形成されたビア用のプラグのプロセスフローの一例を示すフロー図である。図12〜図17は製造工程中における半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。図18および図19は、電子線式検査方法により得られた二次電子画像および反射電子画像を模式的に示す説明図である。なお、図10に示した配線層101上のビア用のプラグPの製造過程において、本実施の形態で示す電子線式検査方法を適用する一例を説明する。   Next, plug formation (step S220) of the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 9 will be described in detail. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor integrated circuit device having a four-layer wiring structure. FIG. 11 is a flowchart showing an example of the process flow of the via plug formed in the multilayer wiring layer. 12 to 17 are cross-sectional views schematically showing the semiconductor integrated circuit device during the manufacturing process. 18 and 19 are explanatory views schematically showing secondary electron images and reflected electron images obtained by the electron beam inspection method. An example in which the electron beam inspection method described in this embodiment is applied in the manufacturing process of the via plug P on the wiring layer 101 illustrated in FIG. 10 will be described.

図10に示すように、配線層101上部および下部にそれぞれキャップ層102、バリア層103を有した配線層101と、導電性膜107がバリア導体膜106によって囲まれたビア用のプラグPと、配線層101間を物理的、かつ電気的に遮断する層間絶縁膜104を有する4層配線構造の配線層101とプラグPの断面図を示している。   As shown in FIG. 10, a wiring layer 101 having a cap layer 102 and a barrier layer 103 above and below the wiring layer 101, a via plug P in which a conductive film 107 is surrounded by a barrier conductor film 106, and A cross-sectional view of a wiring layer 101 and a plug P having a four-layer wiring structure having an interlayer insulating film 104 that physically and electrically cuts off the wiring layers 101 is shown.

キャップ層102の一実施例としてTiN(窒化チタン)を、バリア層103の一実施例としてTiN/Ti(Ti層上のTiN層)を、配線層101の一実施例としてAl(アルミニウム)を挙げることができる。   An example of the cap layer 102 is TiN (titanium nitride), an example of the barrier layer 103 is TiN / Ti (TiN layer on the Ti layer), and an example of the wiring layer 101 is Al (aluminum). be able to.

層間絶縁膜104の一実施例としてPTEOS(プラズマTEOS:tetra ethyl ortho silicate: Si(OC))/PSiO(プラズマSiO)/SiOF(フッ素をドープしたSiO)/SRO(silicon rich oxide)を挙げることができる。 As an example of the interlayer insulating film 104, PTEOS (plasma TEOS: tetraethyl orthosilicate: Si (OC 2 H 5 )) / PSiO (plasma SiO) / SiOF (fluorine-doped SiO 2 ) / SRO (silicon rich oxide) Can be mentioned.

バリア導体膜106の一実施例としてTi(チタン)/TiN(窒化チタン)を、導電性膜107の一実施例としてW(タングステン)を挙げることができる。   An example of the barrier conductor film 106 is Ti (titanium) / TiN (titanium nitride), and an example of the conductive film 107 is W (tungsten).

図10に示す導通状態解析箇所C1〜C3の部分のプラグ埋め込み前およびプラグ埋め込み後において、本実施の形態で示す電子線式検査方法を適用することによって、プラグPの導通検査、すなわち正常プラグか、欠陥プラグかの判定が可能である。   By applying the electron beam inspection method shown in the present embodiment before plug embedding and after plug embedding at the conduction state analysis locations C1 to C3 shown in FIG. It is possible to determine whether the plug is defective.

図12に示すように、層間絶縁膜104上に反射防止膜6およびポジ型のフォトレジスト膜7を形成した後(ステップS221)、マスクパターン8が形成されたフォトマスク9を用いて、露光を行なう(ステップS222)。ここでフォトレジスト膜7上に異物10が存在しているとする。また、露光を行なうと異物10が付着している部分は異物10によって感光されず、図13で示す非開口部11が形成される。この非開口部11は、プラグ形成工程終了後において非開口プラグP4となる。なお、図12中の符号16は、露光源である。   As shown in FIG. 12, after the antireflection film 6 and the positive photoresist film 7 are formed on the interlayer insulating film 104 (step S221), exposure is performed using the photomask 9 on which the mask pattern 8 is formed. This is performed (step S222). Here, it is assumed that the foreign material 10 exists on the photoresist film 7. Further, when exposure is performed, the portion to which the foreign material 10 is attached is not exposed to the foreign material 10, and a non-opening portion 11 shown in FIG. 13 is formed. The non-opening portion 11 becomes the non-opening plug P4 after the plug formation process is completed. Note that reference numeral 16 in FIG. 12 denotes an exposure source.

続いて、図13に示すように、現像しフォトレジスト膜7をマスクとし、層間絶縁膜104をエッチングする(ステップS223)。ここで、エッチングが不足することにより非導通孔12が形成される場合がある。この非導通孔12は孔加工が十分でなかった箇所であり、プラグ形成工程後において非導通プラグP3となる。なお、図13に示す接続孔105は正常にエッチング加工された箇所である。   Subsequently, as shown in FIG. 13, development is performed and the interlayer insulating film 104 is etched using the photoresist film 7 as a mask (step S223). Here, the non-conductive hole 12 may be formed due to insufficient etching. This non-conductive hole 12 is a place where the hole processing is not sufficient, and becomes a non-conductive plug P3 after the plug forming process. Note that the connection hole 105 shown in FIG. 13 is a portion that has been etched normally.

続いて、図14に示すように、アッシングによりフォトレジスト膜を除去する(ステップS224)。この段階で上述した電子線式検査方法を適用することができる。例えば100nAの高電子線電流の二次電子画像を用いて検査した場合、図18に示すように、接続孔105が正常な接続孔として、非導通孔12および非開口部11が電位コントラスト欠陥として検出される。すなわち照射エネルギーが二次電子放出効率1を越える範囲である場合、非導通孔12および非開口部11は正常な接続孔105よりも黒く暗い電位コントラスト欠陥となる。また、反射電子画像を用いて検査した場合、非導通孔12は孔部の存在を、非開口部11は孔部が存在しないことを判別できる。   Subsequently, as shown in FIG. 14, the photoresist film is removed by ashing (step S224). The electron beam inspection method described above can be applied at this stage. For example, when a secondary electron image with a high electron beam current of 100 nA is used for inspection, as shown in FIG. 18, the connection hole 105 is a normal connection hole, and the non-conduction hole 12 and the non-opening 11 are potential contrast defects. Detected. That is, when the irradiation energy is in a range exceeding the secondary electron emission efficiency 1, the non-conductive hole 12 and the non-opening 11 are darker and darker than the normal connection hole 105. Moreover, when it inspects using a backscattered electron image, it can discriminate | determine that the non-conduction hole 12 exists and a non-opening part 11 does not have a hole.

また、例えば異物10が層間絶縁膜104上に、接続孔105を塞ぐように存在していた場合、図18に示すように、高電子線電流の二次電子画像では正常な接続孔105に対して、非導通孔12、非開口部11と同様に異物10が電位コントラスト欠陥として検出される。また、反射電子画像を用いて検査した場合、異物10は、非導通孔12および非開口部11と区別できる。   Further, for example, when the foreign material 10 is present on the interlayer insulating film 104 so as to block the connection hole 105, as shown in FIG. 18, the secondary electron image with a high electron beam current is compared with a normal connection hole 105. As in the case of the non-conductive hole 12 and the non-opening portion 11, the foreign material 10 is detected as a potential contrast defect. Further, when inspected using the reflected electron image, the foreign material 10 can be distinguished from the non-conductive hole 12 and the non-opening 11.

続いて、図15に示すように、接続孔105にバリア導体膜106を被覆する(ステップS225)。ここで、異物10が、接続孔105を塞ぐように付着していた場合、その接続孔105内にはバリア導体膜106が被覆されず、さらにその後の工程の導電性膜も埋め込まれない。したがって、この接続孔105の箇所は、プラグ形成工程終了後において埋込不良プラグ(バリア導体膜なし)P6となる。   Subsequently, as shown in FIG. 15, the barrier conductor film 106 is covered in the connection hole 105 (step S225). Here, when the foreign material 10 adheres so as to block the connection hole 105, the barrier conductor film 106 is not covered in the connection hole 105, and further, the conductive film in the subsequent process is not embedded. Therefore, the location of the connection hole 105 becomes a buried defective plug (no barrier conductor film) P6 after the plug forming process is completed.

続いて、図16に示すように、接続孔105に導電性膜107を埋め込む(ステップS226)。ここで、バリア導体膜106埋め込み後から導電性膜107埋め込みまでの間に異物10が、接続孔105上に付着した場合、その接続孔105内には導電性膜107が埋め込まれない。したがって、この接続孔105の箇所は、プラグ形成工程終了後において埋込不良プラグ(バリア導体膜あり)P2となる。なお、図16中の符号12’は、非導通プラグである。   Subsequently, as shown in FIG. 16, the conductive film 107 is embedded in the connection hole 105 (step S226). Here, when the foreign material 10 adheres to the connection hole 105 after the barrier conductor film 106 is embedded until the conductive film 107 is embedded, the conductive film 107 is not embedded in the connection hole 105. Therefore, the location of the connection hole 105 becomes a poorly plugged plug (with a barrier conductor film) P2 after the plug forming process is completed. In FIG. 16, reference numeral 12 'denotes a non-conductive plug.

また、例えば、接続孔105が高いアスペクト比の場合や、接続孔105の径が小さい場合、その接続孔105に導電性膜107を形成するために用いるガスが十分に入らないことによるシーム(seam)15が発生し、埋め込み不全が起こる場合もある。したがって、この接続孔105の箇所は、プラグ形成工程終了後において半埋込不良プラグP5となる。   Further, for example, when the connection hole 105 has a high aspect ratio, or when the diameter of the connection hole 105 is small, a seam (seam) due to insufficient gas entering the conductive film 107 in the connection hole 105 is obtained. ) 15 may occur and implantation failure may occur. Therefore, the location of the connection hole 105 becomes the semi-embedded defective plug P5 after the plug formation process is completed.

続いて、図17に示すように、導電性膜107埋め込み後の表面の凹凸段差を平坦化する(ステップS227)。平坦化処理として、CMP(chemical and mechanical polishing:化学的機械研磨)等の手法を挙げることができる。以上によりプラグ形成工程を終了する。なお、上述した半埋込不良プラグP5は、導電性膜107の埋め込み後のCMPによる電荷蓄積がCMP薬液と反応して、プラグ−基板間に電流を発生させ、導電性膜107を溶解させる、いわゆる電池効果によっても形成される場合がある。   Subsequently, as shown in FIG. 17, the uneven step on the surface after embedding the conductive film 107 is flattened (step S227). Examples of the planarization treatment include a technique such as CMP (chemical and mechanical polishing). The plug forming process is thus completed. In the above-mentioned semi-embedded defective plug P5, the charge accumulation by CMP after embedding the conductive film 107 reacts with the CMP chemical solution to generate a current between the plug and the substrate, thereby dissolving the conductive film 107. It may be formed also by what is called a battery effect.

図17に示す製造工程後の段階で、すなわちプラグ形成工程終了後において、上述した電子線式検査方法を適用し、埋め込み後におけるプラグの欠陥の検出および判別を実施することもできる。図19に示すように、例えば100nAの高電子線電流の二次電子画像を用いて、正常プラグP1、埋込不良プラグP2、半埋込不良プラグP5およびバリア導体膜106のない埋込不良プラグP6と、非導通プラグP3および非開口プラグP4とを検出および判別する。続いて、高電子線電流の反射電子画像を用いて、正常プラグP1、埋込不良プラグP2、半埋込不良プラグP5、バリア導体膜のない埋込不良プラグP6、非導通プラグP3および非開口プラグP4を検出および判別することができる。   In the stage after the manufacturing process shown in FIG. 17, that is, after the plug formation process is completed, the above-described electron beam inspection method can be applied to detect and determine plug defects after filling. As shown in FIG. 19, for example, using a secondary electron image of a high electron beam current of 100 nA, a normal plug P1, a poorly embedded plug P2, a semi-embedded defective plug P5, and an embedded defective plug without the barrier conductor film 106 are used. P6, and non-conductive plug P3 and non-opening plug P4 are detected and determined. Subsequently, using the reflected electron image of the high electron beam current, the normal plug P1, the embedded defective plug P2, the semi-embedded defective plug P5, the embedded defective plug P6 without the barrier conductor film, the non-conductive plug P3, and the non-opening The plug P4 can be detected and determined.

したがって、例えば、半導体集積回路装置の製造工程中において、本実施の形態で示す電子線式検査方法を適用して欠陥プラグを検出し、さらに、種々ある欠陥プラグから特定の欠陥プラグを判別できるので、その特定された欠陥プラグが大量に発生する工程およびその前後工程の異常、条件等を調べることで、欠陥プラグによる半導体集積回路装置の製造歩留り低下を抑えることができる。言い換えると、半導体集積回路装置の製造歩留りを向上することができる。   Therefore, for example, during the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device, it is possible to detect a defective plug by applying the electron beam inspection method shown in the present embodiment, and further to identify a specific defective plug from various defective plugs. By examining the process in which a large amount of the identified defective plugs are generated and the abnormalities and conditions of the processes before and after the process, it is possible to suppress a decrease in the manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device due to the defective plugs. In other words, the manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

具体的に図11を用いて説明すると、プラグ形成工程終了後、本実施で示す電子線式検査方法を適用して、埋込不良プラグP2が検出された場合は、導電性膜埋め込み工程(ステップS226)およびその前後工程の異常、条件等を調べることで、半導体集積回路装置の製造歩留りを向上することができる。また、同様に非導通プラグP3が検出された場合はエッチング工程(ステップS223)、非開口プラグP4が検出された場合は露光工程(ステップS222)、半埋込不良プラグP5が検出された場合は導電性膜埋め込み工程(ステップS226)あるいは平坦化工程(ステップS227)、埋込不良プラグP6の場合はバリア導体膜被覆工程(ステップS225)、およびその前後工程の異常、条件等を調べることで、半導体集積回路装置の製造歩留りを向上することができる。   More specifically, referring to FIG. 11, after the plug formation process is completed, if the embedding failure plug P2 is detected by applying the electron beam inspection method shown in this embodiment, the conductive film embedding process (step The manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device can be improved by investigating abnormalities and conditions of S226) and the processes before and after that. Similarly, when the non-conductive plug P3 is detected, the etching process (step S223), when the non-opening plug P4 is detected, the exposure process (step S222), and when the semi-embedded defective plug P5 is detected By investigating the conductive film embedding process (step S226) or planarization process (step S227), in the case of an improper embedding plug P6, the barrier conductor film covering process (step S225), and the abnormalities and conditions before and after the process, The manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

また、図5を用いて説明したように、中電子線電流から高電子線電流の範囲(60nA〜100nA程度)の二次電子画像だけでは区別できなかった非導通プラグP3と非開口プラグP4(図5(a)参照)とを、反射電子画像と併せて用いることにより、判別することができる。つまり、図5に示したように、中電子線電流あるいは高電子線電流で検出した電位コントラスト欠陥について、反射電子画像同士を比較することにより、反射電子差画像で欠陥信号の現れなかったものが非導通プラグP3(図5(b)参照)、欠陥信号の現れたものが非開口プラグP4(図5(c)参照)となる。   Further, as described with reference to FIG. 5, the non-conductive plug P3 and the non-opening plug P4 (which could not be distinguished only by the secondary electron image in the range from the middle electron beam current to the high electron beam current (about 60 nA to 100 nA) ( 5 (a)) can be discriminated by using it together with the reflected electron image. That is, as shown in FIG. 5, for the potential contrast defect detected by the medium electron beam current or the high electron beam current, by comparing the reflected electron images, the reflected electron difference image has no defect signal. A non-conductive plug P3 (see FIG. 5B) and a defect signal appear as a non-opening plug P4 (see FIG. 5C).

また、二種類の埋込不良プラグP2、P6は、反射電子画像を用いることにより、図17のバリア導体膜が被覆された埋込不良プラグP2とバリア導体膜が被覆されていない埋込不良プラグP6とを画像から区別することができるので、埋込不良プラグの発生原因となる異物がどの段階で発生しているのか、その発生工程を限定することが可能となり、欠陥の発生原因と発生工程の特定に威力を発揮することができる。   Further, the two types of defective filling plugs P2 and P6 are obtained by using a reflection electron image, and the defective filling plug P2 covered with the barrier conductor film and the defective filling plug not covered with the barrier conductor film in FIG. Since P6 can be distinguished from the image, it is possible to limit the generation process of the foreign matter that causes the occurrence of the defective plug, the generation process and the generation process of the defect. Can be used to identify

また、二次電子放出効率が1以上となる入射電子領域を用いた場合に、二次電子画像を用いた欠陥検査では、正常プラグP1上の異物10(図37(d)参照)は白く明るい電位コントラスト欠陥として顕在化することが可能であるのに対し、層間絶縁膜104上の異物10(図37(e)参照)は黒く暗い状態となるため、顕在化せず、欠陥と認識されにくい問題点があった。このような場合に関しても、反射電子画像を用いることで形状を強調し、異物10を顕在化することで欠陥検出を可能とすることができる。   In addition, when an incident electron region in which the secondary electron emission efficiency is 1 or more is used, the foreign matter 10 on the normal plug P1 (see FIG. 37 (d)) is white and bright in the defect inspection using the secondary electron image. While it can be manifested as a potential contrast defect, the foreign material 10 (see FIG. 37 (e)) on the interlayer insulating film 104 is in a black and dark state, so that it does not manifest and is not easily recognized as a defect. There was a problem. Even in such a case, it is possible to detect defects by emphasizing the shape by using the reflected electron image and revealing the foreign material 10.

(実施の形態2)
前記実施の形態1は、電子線電流を60nA以上、100nA以下とした電子線を半導体ウェーハ面に照射して発生した二次電子および反射電子を検出して、半導体ウェーハ面の欠陥または異物を検出する場合について説明した。本実施の形態では、前記実施の形態で示した60nA以上、100nA以下の高電子線電流で行なった検査後に、1nA以上、60nA未満の低電子線電流で検出し、より確実に半導体ウェーハ面の欠陥または異物を検出する場合について説明する。なお、前記実施の形態と重複する説明は割愛する。
(Embodiment 2)
The first embodiment detects secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating an electron beam with an electron beam current of 60 nA or more and 100 nA or less onto a semiconductor wafer surface, and detects defects or foreign matters on the semiconductor wafer surface. Explained when to do. In this embodiment, after the inspection performed with the high electron beam current of 60 nA or more and 100 nA or less shown in the above embodiment, the detection is performed with the low electron beam current of 1 nA or more and less than 60 nA, and the semiconductor wafer surface is more reliably detected. A case where a defect or a foreign object is detected will be described. In addition, the description which overlaps with the said embodiment is omitted.

本実施の形態では、60nA以上、100nA以下の高電子線電流で行なった検査後に、前記実施の形態1で示した電子線式検査方法を適用する。そのビーム校正(ステップS70)を行なう際に、例えば、10nAの低電子線電流に設定することができる。なお、図3で示したように、あらかじめ低電子線電流検査、中電子線電流検査、および高電子線電流検査ができるように条件設定をしておくことで、容易に低電子線電流検査へと変更することができる。   In the present embodiment, the electron beam inspection method described in the first embodiment is applied after the inspection performed with a high electron beam current of 60 nA or more and 100 nA or less. When performing the beam calibration (step S70), for example, a low electron beam current of 10 nA can be set. In addition, as shown in FIG. 3, by setting the conditions so that the low electron beam current inspection, the middle electron beam current inspection, and the high electron beam current inspection can be performed in advance, the low electron beam current inspection can be easily performed. And can be changed.

したがって、本実施の形態では、高電子線電流の二次電子画像および反射電子画像、低電子線電流の二次電子画像および反射電子画像が検出される。これらの画像信号を図1で示した二次電子検出信号変換回路136および反射電子検出信号変換回路2へ通し、さらに二次電子第一画像描画回路138、二次電子第二画像描画回路139、反射電子第一画像描画回路3、反射電子第二画像描画回路4に送信し、各画像信号を比較しながら、比較演算回路140で差画像形成等の処理が行なわれる。   Therefore, in the present embodiment, a secondary electron image and a reflected electron image having a high electron beam current, and a secondary electron image and a reflected electron image having a low electron beam current are detected. These image signals are passed through the secondary electron detection signal conversion circuit 136 and the reflected electron detection signal conversion circuit 2 shown in FIG. 1, and further, a secondary electron first image drawing circuit 138, a secondary electron second image drawing circuit 139, The comparison operation circuit 140 performs processing such as difference image formation while transmitting the image to the reflected electron first image drawing circuit 3 and the reflected electron second image drawing circuit 4 and comparing each image signal.

図20は、正常プラグP1、埋込不良プラグP2および非導通プラグP3に対する高電子線電流時の二次電子画像および低電子線電流時の二次電子画像を示す説明図であり、図20(a)は高電子線電流時の正常プラグP1および非導通プラグP3の二次電子第一画像、二次電子第二画像およびその差画像、図20(b)は高電子線電流時の正常プラグP1および埋込不良プラグP2の二次電子第一画像、二次電子第二画像およびその差画像、図20(c)は低電子線電流時の正常プラグP1および埋込不良プラグP2の二次電子第一画像、二次電子第二画像およびその差画像を示している。   FIG. 20 is an explanatory diagram showing a secondary electron image at the time of high electron beam current and a secondary electron image at the time of low electron beam current for the normal plug P1, the embedding failure plug P2, and the non-conductive plug P3. a) Secondary electron first image, secondary electron second image and difference image of normal plug P1 and non-conductive plug P3 at high electron beam current, FIG. 20 (b) is normal plug at high electron beam current The secondary electron first image of the P1 and the poorly embedded plug P2, the secondary electron second image and the difference image thereof, FIG. 20C shows the secondary of the normal plug P1 and the poorly embedded plug P2 at the time of low electron beam current. The electronic 1st image, the secondary electron 2nd image, and its difference image are shown.

図20に示すように、参照画像として二次電子第二画像を、検査画像として二次電子第一画像を用いて、その参照画像と検査画像との差画像を形成し、欠陥の有無を判断することができる。この二次電子第一画像および二次電子第二画像は、それぞれ図4(b)での単位検査領域5aおよび5bに対応している。そして、検査時には、Xステージ122、Yステージ123を連続、あるいは断続的に移動しながら差画像を形成し、検査しきい値(図36参照)に応じた検査感度で欠陥有無の判定を行なっていく。   As shown in FIG. 20, using the secondary electron second image as the reference image and the secondary electron first image as the inspection image, a difference image between the reference image and the inspection image is formed, and the presence or absence of a defect is determined. can do. The secondary electron first image and the secondary electron second image correspond to the unit inspection areas 5a and 5b in FIG. 4B, respectively. During inspection, a differential image is formed while the X stage 122 and Y stage 123 are moved continuously or intermittently, and the presence or absence of defects is determined with inspection sensitivity corresponding to the inspection threshold (see FIG. 36). Go.

高電子線電流検査では、アッシングによりレジストを除去後(図14参照)、導電性膜埋め込み後の凹凸段差を平坦化後(図17参照)の両段階で、図20(a)に示すように、正常プラグP1と非導通プラグP3とを電位コントラスト欠陥として検出可能である。しかし、その副作用として、プラグ材料を全く埋め込まれなかった埋込不良プラグP2は、アッシングによりレジストを除去後(図14参照)の段階で正常に開口された接続孔105と等価となってしまう。このため、図20(b)に示すように正常プラグP1と埋込不良プラグP2のコントラストは同一となる。   In the high electron beam current inspection, after removing the resist by ashing (see FIG. 14) and flattening the uneven step after embedding the conductive film (see FIG. 17), as shown in FIG. The normal plug P1 and the non-conductive plug P3 can be detected as potential contrast defects. However, as a side effect, the defective plug P2 in which the plug material is not embedded at all becomes equivalent to the connection hole 105 that is normally opened at the stage after the resist is removed by ashing (see FIG. 14). For this reason, as shown in FIG. 20B, the normal plug P1 and the embedded defective plug P2 have the same contrast.

しかし、図20(c)に示すように、図20(b)に示す高電子線電流検査では区別できなかった埋込不良プラグP2を、低電子線電流(理想的には1nA程度)を用いた二次電子画像同士の比較検査で検出することができる。これは、低電子線電流にするためにコンデンサレンズと対物レンズによって入射電子の放出角を狭くしたため、入射電子の軌道を絞り、実質的な解像度を向上したためである。放出角の具体的な数値は、特開2003−133379号公報に開示されている。   However, as shown in FIG. 20C, the buried defective plug P2, which could not be distinguished by the high electron beam current inspection shown in FIG. 20B, is used with a low electron beam current (ideally about 1 nA). It can be detected by comparison inspection between the secondary electron images. This is because the emission angle of the incident electrons is narrowed by the condenser lens and the objective lens in order to obtain a low electron beam current, so that the trajectory of the incident electrons is narrowed and the substantial resolution is improved. Specific numerical values of the emission angle are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-133379.

図21は、各電子線電流検査に対する各欠陥の検出適正を示す説明図である。図22は、電子線電流に対する画像取得時間への影響を示す説明図である。   FIG. 21 is an explanatory diagram showing the appropriateness of detection of each defect for each electron beam current inspection. FIG. 22 is an explanatory diagram showing the influence on the image acquisition time with respect to the electron beam current.

図21では、検査適正を比較表として、低電子線電流検査と中・高電子線電流検査とに分けて示している。また、非特許文献1には、電子線電流に対する画像取得時間に関する検討がなされており、図22に示すように、低電子線電流を用いると画像取得時間が増加することが一般に知られている。従って、低電子線電流を用いる場合には、被検査試料の検査箇所を限定した定点検査を実施することを推奨する。上記検討では、図22より、1cm当り約16分を要する10nA程度の電子線電流を用いるのが実際の半導体ウェーハ製造過程で適用する検査時間として妥当であると考えられる。 In FIG. 21, the inspection suitability is shown as a comparison table divided into a low electron beam current inspection and a middle / high electron beam current inspection. Further, Non-Patent Document 1 discusses an image acquisition time with respect to an electron beam current, and it is generally known that an image acquisition time increases when a low electron beam current is used as shown in FIG. . Therefore, when using a low electron beam current, it is recommended to perform a fixed point inspection with limited inspection points of the sample to be inspected. In the above examination, from FIG. 22, it is considered appropriate to use an electron beam current of about 10 nA which requires about 16 minutes per 1 cm 2 as an inspection time applied in an actual semiconductor wafer manufacturing process.

次に、図10に示した配線層101上のビア用のプラグPの製造過程において、本実施の形態で示す電子線式検査方法を適用した場合について説明する。図23は、電子線式検査方法により得られた二次電子画像および反射電子画像を模式的に示す説明図である。   Next, the case where the electron beam inspection method shown in the present embodiment is applied in the manufacturing process of the via plug P on the wiring layer 101 shown in FIG. 10 will be described. FIG. 23 is an explanatory view schematically showing a secondary electron image and a reflected electron image obtained by the electron beam inspection method.

まず、例えば、100nAの高電子線電流の二次電子画像を用いて、正常プラグP1、埋込不良プラグP2、半埋込不良プラグP5およびバリア導体膜のない埋込不良プラグP6と、非導通プラグP3、および非開口プラグP4とを検出および判別する。続いて、低電子線電流の二次電子画像を用いて、正常プラグP1、埋込不良プラグP2、半埋込不良プラグP5、バリア導体膜のない埋込不良プラグP6、非導通プラグP3および非開口プラグP4を検出および判別することができる。続いて、高電子線電流、または低電子線電流の反射電子画像を用いて、正常プラグP1、埋込不良プラグP2、半埋込不良プラグP5、バリア導体膜のない埋込不良プラグP6、非導通プラグP3および非開口プラグP4を、より確実に検出、および判別することができる。   First, for example, using a secondary electron image of a high electron beam current of 100 nA, non-conducting with a normal plug P1, a poorly embedded plug P2, a semi-embedded defective plug P5, and a defective defective plug P6 without a barrier conductor film. The plug P3 and the non-opening plug P4 are detected and discriminated. Subsequently, using the secondary electron image of the low electron beam current, the normal plug P1, the embedded defective plug P2, the semi-embedded defective plug P5, the embedded defective plug P6 without the barrier conductor film, the non-conductive plug P3 and the non-conductive plug P3 are used. The opening plug P4 can be detected and discriminated. Subsequently, using the reflected electron image of the high electron beam current or the low electron beam current, the normal plug P1, the embedded defective plug P2, the semi-embedded defective plug P5, the embedded defective plug P6 without the barrier conductor film, The conductive plug P3 and the non-opening plug P4 can be detected and discriminated more reliably.

(実施の形態3)
前記実施の形態1および2では、図10に示した配線層101上のプラグPの製造過程における電子線式検査方法の適用について説明した。本実施の形態では、Cuデュアルダマシンの製造過程における電子線式検査方法の適用について説明する。なお、前記実施の形態1および2と重複する説明は割愛する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the application of the electron beam inspection method in the manufacturing process of the plug P on the wiring layer 101 shown in FIG. 10 has been described. In the present embodiment, application of an electron beam inspection method in the process of manufacturing a Cu dual damascene will be described. In addition, the description which overlaps with the said Embodiment 1 and 2 is omitted.

図24〜図30は製造工程中における半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。ライナー層(Cu拡散防止層)21、エッチストッパ層22、ハードマスク層23から成る絶縁膜バリア層と、Cu用層間絶縁膜24、およびCuめっき層25とCuシード膜/バリア導体膜26から形成されるCuデュアルダマシンの断面構成の一例が示されている。ライナー層21、およびエッチストッパ層22の一実施例としてSiCNを、ハードマスク層23の一実施例としてSiNを挙げることができる。また、Cu用層間絶縁膜24の一実施例としてTEOS/FSG(FをドープしたSiO)を挙げることができる。Cuシード膜下のバリア導体膜26の一実施例としてTa(タンタル)/TaN(窒化タンタル)を挙げることができる。 24 to 30 are cross-sectional views schematically showing the semiconductor integrated circuit device during the manufacturing process. Insulating film barrier layer composed of liner layer (Cu diffusion preventing layer) 21, etch stopper layer 22, hard mask layer 23, Cu interlayer insulating film 24, Cu plating layer 25, and Cu seed film / barrier conductor film 26 An example of a cross-sectional configuration of a Cu dual damascene is shown. An example of the liner layer 21 and the etch stopper layer 22 may be SiCN, and an example of the hard mask layer 23 may be SiN. Moreover, TEOS / FSG (SiO 2 doped with F) can be cited as an example of the interlayer insulating film 24 for Cu. An example of the barrier conductor film 26 under the Cu seed film is Ta (tantalum) / TaN (tantalum nitride).

まず、図24に示すように、反射防止膜6上に形成されたフォトレジスト膜7を露光し、現像する。続いて、図25に示すように、ハードマスク層23のみ溝加工を行なう。続いて、図26に示すように、フォトレジスト膜7を除去し、反射防止膜6を形成後再びフォトレジスト膜7を形成し露光、現像を行なう。   First, as shown in FIG. 24, the photoresist film 7 formed on the antireflection film 6 is exposed and developed. Subsequently, as shown in FIG. 25, only the hard mask layer 23 is grooved. Subsequently, as shown in FIG. 26, the photoresist film 7 is removed, and after forming the antireflection film 6, the photoresist film 7 is formed again, and exposure and development are performed.

続いて、図27に示すように、Cuめっき層25上のライナー層21までビア加工を行なう。続いて、図28に示すように、フォトレジスト膜7を除去し、ハードマスク層23をマスクとして、溝加工を行なう。   Subsequently, as shown in FIG. 27, via processing is performed up to the liner layer 21 on the Cu plating layer 25. Subsequently, as shown in FIG. 28, the photoresist film 7 is removed, and groove processing is performed using the hard mask layer 23 as a mask.

続いて、図29に示すように、Cuめっき層25上のライナー層21を加工した段階で、Cu表面が現れる。ここで、導通状態解析箇所C4の部分について、電子線式検査方法を適用し、Cu埋め込み前の欠陥検査を実施することができる。例えば、図29でCuめっき層25上のライナー層21の残膜が存在する場合、ビア加工が不十分な場合、あるいは、ビア加工時のエッチングによる絶縁性の反応生成物が堆積した場合などでは、該当箇所を電位コントラスト欠陥として検出することができる。この段階で、高電子線電流、中電子線電流、あるいは低電子線電流の二次電子画像を用いて検査した場合、照射エネルギーが二次電子放出効率1を越える範囲では、非導通、残膜、絶縁性の反応生成物が堆積した場合、および非開口のビア部は黒い電位コントラスト欠陥となる。また、反射電子画像を用いて検査した場合、非導通孔、導通孔底部の残膜、あるいは導通孔底部に絶縁性の反応生成物が堆積した場合は孔部の存在を、非開口部は孔部が存在しないことを区別できる。また、同様に溝加工が不十分な場合においても、溝部のエッチストッパ層22上の残渣、あるいは溝部自体の形状不良をパターン欠陥として欠陥検出可能である。   Subsequently, as shown in FIG. 29, the Cu surface appears at the stage where the liner layer 21 on the Cu plating layer 25 is processed. Here, an electron beam inspection method can be applied to the conduction state analysis portion C4 to perform a defect inspection before Cu filling. For example, when there is a residual film of the liner layer 21 on the Cu plating layer 25 in FIG. 29, when via processing is insufficient, or when an insulating reaction product is deposited by etching during via processing. The corresponding part can be detected as a potential contrast defect. At this stage, when a secondary electron image of a high electron beam current, a medium electron beam current, or a low electron beam current is used for the inspection, in the range where the irradiation energy exceeds the secondary electron emission efficiency 1, non-conducting, residual film When an insulative reaction product is deposited, and a non-opening via portion becomes a black potential contrast defect. In addition, when an inspection is performed using a backscattered electron image, if there is a non-conductive hole, a residual film at the bottom of the conductive hole, or an insulating reaction product deposited on the bottom of the conductive hole, the presence of the hole is indicated. It can be distinguished that there is no part. Similarly, even when the groove processing is insufficient, it is possible to detect a defect as a pattern defect that is a residue on the etch stopper layer 22 in the groove or a defective shape of the groove itself.

続いて、図30に示すように、Cuシード膜/バリア導体膜26を被覆後、Cuシード膜をシード層としてCu電解メッキ、Cu平坦化処理を行ない、Cuめっき層25を形成する。ここで、Cu平坦化処理はCMP(化学的機械研磨)を一実施例として挙げることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 30, after the Cu seed film / barrier conductor film 26 is coated, Cu electrolytic plating and Cu planarization are performed using the Cu seed film as a seed layer to form a Cu plating layer 25. Here, as the Cu planarization treatment, CMP (Chemical Mechanical Polishing) can be cited as an example.

ここで、導通状態解析箇所C5の部分について、電子線式検査方法を適用することができる。高電子線電流、中電子線電流、あるいは低電子線電流の二次電子画像を用いて検査した場合、ビア部の非導通、非開口を電位コントラスト欠陥として検出することができる。また、反射電子画像を用いて検査した場合では、溝部の形状不良をパターン欠陥として検出可能である。   Here, an electron beam inspection method can be applied to the conduction state analysis portion C5. When inspection is performed using a secondary electron image of a high electron beam current, a medium electron beam current, or a low electron beam current, non-conduction and non-opening of the via portion can be detected as a potential contrast defect. Further, when the inspection is performed using the reflected electron image, the shape defect of the groove can be detected as a pattern defect.

上述したように、図29に示したCuめっき層25上のライナー層21加工の段階では、溝部のエッチストッパ層22上の残渣、あるいは溝部とビア部の形状不良が反射電子を用いた画像で検出可能であり、ビア部では非導通、あるいは非開口が高電子線電流、中電子線電流、あるいは低電子線電流による二次電子画像および反射電子画像で区別可能である。同様に、ビア部、あるいは溝部でエッチングによる絶縁性の反応生成物が堆積していた場合、電位コントラスト欠陥として、その箇所を検出することが可能である。   As described above, at the stage of processing the liner layer 21 on the Cu plating layer 25 shown in FIG. 29, the residue on the etch stopper layer 22 in the groove or the shape defect in the groove and via is an image using reflected electrons. In the via portion, non-conduction or non-opening can be distinguished from a secondary electron image and a reflected electron image by a high electron beam current, a medium electron beam current, or a low electron beam current. Similarly, when an insulating reaction product is deposited by etching in the via portion or the groove portion, the location can be detected as a potential contrast defect.

また、図30の段階では、ビア部非導通が高電子線電流、中電子線電流、あるいは低電子線電流による二次電子画像で検出可能であることに加え、溝部非開口の二次電子画像および反射電子画像での区別も可能となる。また、ビア部導通不良箇所は電位コントラスト欠陥として検出可能である。   In addition, in the stage of FIG. 30, the via portion non-conduction can be detected by a secondary electron image by a high electron beam current, a medium electron beam current, or a low electron beam current, and in addition, a secondary electron image of a groove portion non-opening It is also possible to make a distinction with a reflected electron image. In addition, a via portion conduction failure location can be detected as a potential contrast defect.

図29、図30のいずれの場合も、溝部(配線部)の形状不良およびパターン欠陥等が発生している箇所が欠陥として二次電子画像、反射電子画像のいずれを用いた場合でも検出可能であり、反射電子画像を用いた場合では異物、Cu埋め込み不良に加え、配線欠けや断線、あるいは平坦化処理段階で発生したCuスクラッチ等のいわゆる形状欠陥やパターン欠陥を顕在化するのに有力な方法となる。   In both cases of FIG. 29 and FIG. 30, it is possible to detect the location where a groove (wiring portion) shape defect, pattern defect, or the like has occurred using either a secondary electron image or a reflected electron image as a defect. Yes, in the case of using a reflected electron image, in addition to foreign matter and Cu embedding failure, it is a powerful method for revealing so-called shape defects and pattern defects such as chipping and disconnection of wiring, or Cu scratches generated at the leveling process stage. It becomes.

本願に示す電子線式検査方法は、本実施の形態で示したデュアルダマシンの構造に限定されることなく、シングルダマシンの構造でも同一であり、また、埋め込み材料はCu電解メッキに限定されることはなく、考えうる材料、方法を用いたものでも同様の効果が得られることは明らかである。   The electron beam inspection method shown in the present application is not limited to the dual damascene structure shown in the present embodiment, but is the same in the single damascene structure, and the embedding material is limited to Cu electrolytic plating. However, it is clear that the same effect can be obtained even by using possible materials and methods.

図31は、局所接続プラグ、およびコンタクトプラグを有する半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。   FIG. 31 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor integrated circuit device having local connection plugs and contact plugs.

図31に示すような局所接続孔、あるいは局所接続プラグ(導通状態解析箇所C6)、シェアードコンタクト(ゲートとソース/ドレイン拡散層との分配接続)の形態を有する局所接続孔あるいは局所接続プラグ(導通状態解析箇所C7)、および、局所接続プラグ上のコンタクト孔(接続孔)あるいはコンタクトプラグ(導通状態解析箇所C8)に関しても電子線式検査方法を適用することができる。   A local connection hole or a local connection plug (conduction) having the form of a local connection hole or local connection plug (conduction state analysis location C6) or a shared contact (distributed connection between a gate and a source / drain diffusion layer) as shown in FIG. The electron beam inspection method can also be applied to the state analysis location C7) and the contact hole (connection hole) or contact plug (conduction state analysis location C8) on the local connection plug.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、前記実施の形態では、半導体ウェーハの主面上の欠陥または異物を、検出および判別に適用した場合について説明したが、金属材料、医用材料、生体材料および電気・電子デバイス材料等にも適用することができる。   For example, in the above embodiment, the case where the defect or foreign matter on the main surface of the semiconductor wafer is applied to detection and discrimination has been described. However, the present invention is also applicable to metal materials, medical materials, biomaterials, electrical / electronic device materials, and the like. can do.

本発明は、半導体集積回路装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor integrated circuit devices.

本発明の実施の形態1における電子顕微鏡を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the electron microscope in Embodiment 1 of this invention. 図1の電子顕微鏡を用いて被検査半導体ウェーハを検査する方法を示したフロー図である。It is the flowchart which showed the method to test | inspect a to-be-inspected semiconductor wafer using the electron microscope of FIG. 図1の電子顕微鏡における検査時電子線電流設定値変更の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electron beam current setting value change at the time of the inspection in the electron microscope of FIG. 被検査半導体ウェーハを模式的に示す平面図であり、(a)は被検査半導体ウェーハ上の検査領域を示し、(b)は検査領域内の単位検査領域を示す。It is a top view which shows typically a to-be-inspected semiconductor wafer, (a) shows an inspection field on a to-be-inspected semiconductor wafer, and (b) shows a unit inspection field in an inspection field. 正常プラグ、非導通プラブおよび非開口プラグに対する二次電子画像および反射電子画像を示す説明図であり、(a)は正常プラグ、および非導通プラグまたは非開口プラグ、(b)は正常プラグおよび非導通プラグ、(c)は正常プラグおよび非開口プラグの説明図である。It is explanatory drawing which shows the secondary electron image and reflected electron image with respect to a normal plug, a non-conduction plug, and a non-opening plug, (a) is a normal plug and a non-conduction plug or a non-opening plug, (b) is a normal plug and non- Conductive plug, (c) is an explanatory diagram of a normal plug and a non-opening plug. 入射電子を照射した場合に被照射面から放出する電子のスペクトル図である。It is a spectrum figure of the electron discharge | released from a to-be-irradiated surface when incident electron is irradiated. 検出器に対する二次電子および反射電子の挙動を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the behavior of the secondary electron and reflected electron with respect to a detector. 被検査半導体ウェーハ表面での二次電子および反射電子の挙動を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the behavior of the secondary electron and reflected electron in the to-be-inspected semiconductor wafer surface. 半導体集積回路装置のプロセスフローの概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the process flow of a semiconductor integrated circuit device. 4層配線構造の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor integrated circuit device of a 4 layer wiring structure. 多層配線層に形成されたビア用のプラグのプロセスフローの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the process flow of the plug for vias formed in the multilayer wiring layer. 本実施の形態1における製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device during the manufacturing process in the first embodiment. 図12に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 12. 図13に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 13. 図14に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 14. 図15に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 15. 図16に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 16. 電子線式検査方法により得られた二次電子画像および反射電子画像を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the secondary electron image and reflected electron image which were obtained by the electron beam type | mold inspection method. 電子線式検査方法により得られた二次電子画像および反射電子画像を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the secondary electron image and reflected electron image which were obtained by the electron beam type | mold inspection method. 正常プラグ、埋込不良プラグおよび非導通プラグに対する高電子線電流時の二次電子画像および低電子線電流時の二次電子画像を示す説明図であり、(a)は高電子線電流時の正常プラグおよび非導通プラグ、(b)は高電子線電流時の正常プラグおよび埋込不良プラグ、(c)は低電子線電流時の正常プラグおよび埋込不良プラグの説明図である。It is explanatory drawing which shows the secondary electron image at the time of the high electron beam current with respect to a normal plug, an embedding defect plug, and a non-conducting plug, and the secondary electron image at the time of a low electron beam current, (a) is at the time of a high electron beam current. Normal plug and non-conducting plug, (b) is an explanatory diagram of a normal plug and a buried defective plug at a high electron beam current, and (c) is an explanatory diagram of a normal plug and a buried defective plug at a low electron beam current. 各電子線電流検査に対する各欠陥の検出適正を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detection appropriateness of each defect with respect to each electron beam current test | inspection. 電子線電流に対する画像取得時間への影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence on the image acquisition time with respect to an electron beam current. 電子線式検査方法により得られた二次電子画像および反射電子画像を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the secondary electron image and reflected electron image which were obtained by the electron beam type | mold inspection method. 本実施の形態3における製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor integrated circuit device during a manufacturing process in a third embodiment. 図24に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 24. 図25に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 25. 図26に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 26. 図27に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 27. 図28に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 28. 図29に続く製造工程中の半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor integrated circuit device in the manufacturing process subsequent to FIG. 29. 局所接続プラグおよびコンタクトプラグを有する半導体集積回路装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor integrated circuit device which has a local connection plug and a contact plug. 本発明者らが検討した多層配線層上に形成されたプラグを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the plug formed on the multilayer wiring layer which the present inventors examined. 半導体集積回路装置の多層配線層の製造工程中に存在する異物の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the foreign material which exists in the manufacturing process of the multilayer wiring layer of a semiconductor integrated circuit device. 電子顕微鏡を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows an electron microscope typically. 二次電子放出効率の入射電子エネルギー依存性を示す図である。It is a figure which shows the incident electron energy dependence of secondary electron emission efficiency. 本発明者らが検討した方式での欠陥プラグ検出を示す説明図であり、(a)は差画像、(b)はプラグの平面の状態を示す参照画像、(c)はプラグの平面の状態を示す検査画像、(d)は欠陥プラグの検出しきい値の説明図である。It is explanatory drawing which shows the defect plug detection by the system which the present inventors examined, (a) is a difference image, (b) is a reference image which shows the planar state of a plug, (c) is the planar state of a plug. (D) is an explanatory diagram of a detection threshold for a defective plug. 本発明者らが検討した方式で得られる参照画像または検査画像の一例を示す説明図であり、(a)は埋込不良プラグと正常プラグ、(b)は非導通プラグと正常プラグ、(c)は非開口プラグと正常プラグ、(d)は正常プラグ上の異物、(e)は酸化膜上の異物の説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the reference image or test | inspection image obtained by the system which the present inventors examined, (a) is an embedding defect plug and a normal plug, (b) is a non-conduction plug and a normal plug, (c) () Is a non-opening plug and a normal plug, (d) is an explanatory view of foreign matter on the normal plug, and (e) is an explanatory view of foreign matter on the oxide film.

符号の説明Explanation of symbols

1 反射電子検出器
2 反射電子検出信号変換回路
3 反射電子第一画像描画回路
4 反射電子第二画像描画回路
5 検査領域
5a 単位検査領域
5b 単位検査領域
6 反射防止膜
7 フォトレジスト膜
8 マスクパターン
9 フォトマスク
10 異物
11 非開口部
12 非導通孔
12’ 非導通プラグ
15 シーム
16 露光源
21 ライナー層
22 エッチストッパ層
23 ハードマスク層
24 Cu用層間絶縁膜
25 Cuめっき層
26 Cuシード膜/バリア導体膜
101 配線層
102 キャップ層
103 バリア層
104 層間絶縁膜
105 接続孔
106 バリア導体膜
107 導電性膜
110 電子線
111 電子銃
112 コンデンサレンズ
113 引き出し電極
114 アノード電極
115 ブランキング偏向器
116 絞り
117 反射板
118 E×B偏向器
119 被検査半導体ウェーハ
120 対物レンズ
121 走査偏向器
122 Xステージ
123 Yステージ
124 試料台
125 試料高さ検出器
126 二次電子検出器
127 光源
128 光学レンズ
129 CCDカメラ
130 コンデンサレンズ電源
131 走査信号発生器
132 対物レンズ電源
133 試料高さ測定器
134 位置モニタ測長器
135 制御回路
136 二次電子検出信号変換回路
137 画像観察用モニタ
138 二次電子第一画像描画回路
139 二次電子第二画像描画回路
140 比較演算回路
141 欠陥判定処理回路
C1〜C8 導通状態解析箇所
P プラグ
P1 正常プラグ
P2 埋込不良プラグ(バリア導体膜あり)
P3 非導通プラグ
P4 非開口プラグ
P5 半埋込不良プラグ
P6 埋込不良プラグ(バリア導体膜なし)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Backscattered electron detector 2 Backscattered electron detection signal conversion circuit 3 Backscattered electron 1st image drawing circuit 4 Backscattered electron 2nd image drawing circuit 5 Inspection area 5a Unit inspection area 5b Unit inspection area 6 Antireflection film 7 Photoresist film 8 Mask pattern DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Photomask 10 Foreign material 11 Non-opening part 12 Non-conductive hole 12 'Non-conductive plug 15 Seam 16 Exposure source 21 Liner layer 22 Etch stopper layer 23 Hard mask layer 24 Interlayer insulating film for Cu 25 Cu plating layer 26 Cu seed film / barrier Conductor film 101 Wiring layer 102 Cap layer 103 Barrier layer 104 Interlayer insulating film 105 Connection hole 106 Barrier conductor film 107 Conductive film 110 Electron beam 111 Electron gun 112 Condenser lens 113 Extraction electrode 114 Anode electrode 115 Blanking deflector 116 Aperture 117 Reflection Plate 118 E × B bias 119 Semiconductor wafer 120 to be inspected 120 Objective lens 121 Scanning deflector 122 X stage 123 Y stage 124 Sample stage 125 Sample height detector 126 Secondary electron detector 127 Light source 128 Optical lens 129 CCD camera 130 Condenser lens power supply 131 Scan signal generation Instrument 132 Objective lens power supply 133 Sample height measuring instrument 134 Position monitor length measuring instrument 135 Control circuit 136 Secondary electron detection signal conversion circuit 137 Image observation monitor 138 Secondary electron first image drawing circuit 139 Secondary electron second image drawing Circuit 140 Comparison operation circuit 141 Defect determination processing circuits C1 to C8 Conduction state analysis location P plug P1 normal plug P2 embedded defective plug (with barrier conductor film)
P3 Non-conductive plug P4 Non-opening plug P5 Semi-embedded defective plug P6 Implanted defective plug (no barrier conductor film)

Claims (4)

以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)電子顕微鏡のステージ上に置かれた半導体ウェーハの主面上の検査対象となる検査領域に対して、電子線を照射して発生した二次電子および反射電子を検出する工程;
(b)前記二次電子により形成された第1の二次電子画像と、第2の二次電子画像とを比較し、第1の差画像を形成する工程;
(c)前記反射電子により形成された第1の反射電子画像と、第2の反射電子画像とを比較し、第2の差画像を形成する工程;
(d)前記第1の差画像と、前記第2の差画像とを比較し、前記検査領域の欠陥を検出する工程;
(e)前記半導体ウェーハの主面上に形成された配線層上に絶縁膜を形成する工程;
(f)前記(e)工程後、前記絶縁膜上にレジスト膜を形成した後、前記レジスト膜に対して、接続孔のパターンを露光する工程;
(g)前記(f)工程後、前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをエッチングマスクにして、前記絶縁膜に対してエッチングする工程;
(h)前記(g)工程後、前記接続孔に導電性膜を埋め込む工程;
(i)前記欠陥を、埋込不良、非導通、または非開口の欠陥と判別する工程;
(j)前記埋込不良の欠陥が前記(h)工程で発生、前記非導通の欠陥が前記(g)工程で発生、または前記非開口の欠陥が前記(f)工程で発生していると判別する工程。
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) a step of detecting secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating an electron beam to an inspection region to be inspected on a main surface of a semiconductor wafer placed on a stage of an electron microscope;
(B) comparing the first secondary electron image formed by the secondary electrons and the second secondary electron image to form a first difference image;
(C) a step of comparing the first reflected electron image formed by the reflected electrons and the second reflected electron image to form a second difference image;
(D) comparing the first difference image and the second difference image to detect a defect in the inspection region;
(E) forming an insulating film on the wiring layer formed on the main surface of the semiconductor wafer;
(F) After the step (e), after forming a resist film on the insulating film, a step of exposing a pattern of connection holes to the resist film;
(G) After the step (f), after developing the resist film to form a resist pattern, etching the insulating film using the resist pattern as an etching mask;
(H) After the step (g), a step of embedding a conductive film in the connection hole;
(I) a step of discriminating the defect from an imbedding defect, non-conduction, or non-opening defect;
(J) When the defect of the embedding defect occurs in the step (h), the non-conductive defect occurs in the step (g), or the non-opening defect occurs in the step (f). The step of determining.
以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)電子顕微鏡のステージ上に置かれた半導体ウェーハの主面上の検査対象となる検査領域に対して、第1の電子線を照射して発生した第1の二次電子を検出する工程;
(b)電子顕微鏡のステージ上に置かれた前記半導体ウェーハの主面上の検査対象となる検査領域に対して、前記第1の電子線の電流よりも低い第2の電子線を照射して発生した第2の二次電子を検出する工程;
(c)前記第1の二次電子により形成された第1の二次電子画像と、第2の二次電子画像とを比較し、第1の差画像を形成する工程;
(d)前記第2の二次電子により形成された第3の二次電子画像と、第4の二次電子画像とを比較し、第2の差画像を形成する工程;
(e)前記第1の差画像と、前記第2の差画像とを比較し、前記検査領域の欠陥または異物を検出する工程。
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) The process of detecting the 1st secondary electron which generate | occur | produced by irradiating the 1st electron beam with respect to the test | inspection area | region which becomes the test object on the main surface of the semiconductor wafer placed on the stage of an electron microscope ;
(B) irradiating the inspection region to be inspected on the main surface of the semiconductor wafer placed on the stage of the electron microscope with a second electron beam lower than the current of the first electron beam Detecting the generated secondary secondary electrons;
(C) comparing the first secondary electron image formed by the first secondary electrons and the second secondary electron image to form a first difference image;
(D) comparing a third secondary electron image formed by the second secondary electrons with a fourth secondary electron image to form a second difference image;
(E) A step of comparing the first difference image and the second difference image to detect a defect or a foreign substance in the inspection region.
請求項2記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1の電子線の電流は60nA以上、100nA以下であり、前記第2の電子線の電流は1nA以上、60nA未満である。   3. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the current of the first electron beam is 60 nA or more and 100 nA or less, and the current of the second electron beam is 1 nA or more and less than 60 nA. 請求項2記載の半導体集積回路装置の製造方法において、更に以下の工程を含む:
(f)前記第1または第2の二次電子を検出すると同時に、反射電子を検出する工程;
(g)前記反射電子により形成された第1の反射電子画像と、第2の反射電子画像とを比較し、第3の差画像を形成する工程;
(h)前記第1の差画像と、前記第2の差画像と、前記第3の差画像とを比較し、前記検査領域の欠陥または異物を検出する工程。
3. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, further comprising the following steps:
(F) a step of detecting reflected electrons simultaneously with the detection of the first or second secondary electrons;
(G) comparing the first reflected electron image formed by the reflected electrons and the second reflected electron image to form a third difference image;
(H) A step of comparing the first difference image, the second difference image, and the third difference image to detect a defect or a foreign substance in the inspection region.
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