JPH07262957A - 半導体検査方法および半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ウエハの表面を電子ビームで面走
査してそのときに発生した２次電子を検出して２次電子
像を画面上に表示し、半導体ウエハの検査を行う半導体
検査方法および半導体検査装置に関し、観察対象の穴や
溝から少し離れた１つあるいは複数の特定点で電子ビー
ムを照射した後、観察対象の穴や溝を観察することを短
い周期で自動的に繰り返し、極めて小さくかつアスペク
ト比の大きい穴や溝の底の２次電子を引き出して観察可
能にすることを目的とする。 【構成】 穴あるいは溝のあるウエハ７の表面を電子ビ
ーム２で走査領域３を走査し、所定時間毎あるいは所定
フレーム毎に走査領域３の外の近傍の１つの特定点６あ
るいは複数の特定点６を照射し、ウエハ７の表面の電位
を変化させ、穴あるいは溝の底から２次電子を表面に引
き出すように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハの表面を電子ビ
ームで面走査してそのときに発生した２次電子を検出し
て２次電子像を画面上に表示し、半導体ウエハの検査を
行う半導体検査方法および半導体検査装置に関するもの
である。半導体の加工が微細化すると共に、インライン
の検査工程に専用の電子顕微鏡が使用されるようになっ
ている。この際、微細化により、０．５μｍ以下でアス
ペクト比が３ないし５の穴や溝の底の観察を実現するこ
とが望まれている。

【０００２】

【従来の技術】光学顕微鏡から電子顕微鏡に移行するこ
とによって観察可能な半導体ウエハ上の構造は飛躍的に
小さくなった。それでも、０．５μｍ以下の穴や溝の底
を観察することはなかなか困難である。これは、穴の直
径や溝の幅が小さくなってもその深さが依然として１μ
ｍ以上であることが要求されている事情による。開口幅
に対する深さの比をアスペクト比というが、現在では観
察したい構造のアスペクト比は３ないし５に達するもの
もある。

【０００３】従来、このような構造はウエハを割ってそ
の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する以外に
方法がなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ウエハを破壊したり、
特別の加工したりせずにＳＥＭで観察する場合、上述の
困難な原因は主としてウエハ表面の電子ビームによる帯
電現象である。ウエハ表面には酸化膜やレジストなどの
電気的絶縁層があり、電子ビームによってもたらされた
電荷がウエハ基板を経由して、ウエハを支持するステー
ジ（金属製で電気的に接地されている）に流出するのを
妨げている。ウエハの電荷は、ステージに流出する他
に、ウエハ表面から直接に２次電子として出ていく成分
がある。

【０００５】従って、ウエハの帯電は、 入射ビームの電荷 ２次電子の電荷 接地電流の電荷 の３つを総合したものとなる。

【０００６】一般的に言えば、は、電子ビームの加速
電圧と電流とによって決まる。は、入射電子１個につ
き放射される２次電子の個数の比（２次電子イールドδ
という）が試料の物質と加速電圧によって決まるもので
ある。例えば図４の（ａ）および（ｂ）に示すように決
まるものである。

【０００７】は、試料の物質のみによって決まる。穴
や溝の底の観察の場合に問題となるのは、穴や溝の側壁
と周囲表面の帯電である。即ち底が見えるかどうかは底
の面から放出される２次電子が開口部から脱出できるか
否かの問題であり、この脱出を決めているのが、前記の
帯電である。

【０００８】従来よりこの帯電を避けるために、＝
となる条件を利用してきた。これは、２次電子イールド
＝１と同じである。しかし実際にはこのような条件でも
現実の試料を観察することは簡単ではない。それは、前
述のアスペクト比が大きくなると２次電子イールド＝
１、即ち帯電無しでも底から２次電子が脱出できなくな
るためである。脱出のためには帯電をなくすだけでは不
十分で、電子を底から開口部へ向かって引っ張るような
電界が必要となる。

【０００９】本発明は、これらの問題点を解決するため
に、観察対象の穴や溝から少し離れた１つあるいは複数
の特定点で電子ビームを照射した後、観察対象の穴や溝
を観察することを短い周期で自動的に繰り返し、極めて
小さくかつアスペクト比の大きい穴や溝の底の２次電子
を引き出して観察可能にすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理構
成図を示す。ここで、図１の（ａ）は全体の原理構成図
を示し、図１の（ｂ）は要部の原理構成図を示す。

【００１１】図１において、カラム１は、電子ビーム２
を発生および集束させる電子銃、レンズなどを持つ鏡筒
である。電子ビーム２は、ウエハ７の走査領域３などを
照射して２次電子を放出させるものである。

【００１２】走査領域３は、ウエハ７の穴や溝のある観
察しようとする領域である。特定点６は、走査領域３の
外の近傍の点であって、電子ビーム２を照射してウエハ
７の表面の電位を変化させる点である。

【００１３】ウエハ７は、穴や溝を持つウエハである。
コントローラ１１は、電子ビーム２でウエハ７上の穴や
溝のある走査領域３を面走査したり、走査領域３の外の
特定点に電子ビーム２を照射したりするものである。

【００１４】偏向コイル１２は、電子ビーム２を偏向し
て走査領域３内を面走査したり、特定点６を照射したり
するものである。

【００１５】

【作用】本発明は、図１に示すように、穴あるいは溝の
あるウエハ７の表面を電子ビーム２で走査領域３を走査
し、所定時間毎あるいは所定フレーム毎に走査領域３の
外の近傍の１つの特定点６あるいは複数の特定点６を照
射し、ウエハ７の表面の電位を変化させ、穴あるいは溝
の底から２次電子を表面に引き出して２次電子像を表示
するようにしている。

【００１６】また、コントローラ１１が穴あるいは溝の
あるウエハ７の表面を電子ビーム２で走査領域３を走査
し、所定時間毎あるいは所定フレーム毎に走査領域３の
外の近傍の１つの特定点６あるいは複数の特定点６を照
射した後、元の走査領域３を面走査することを自動的に
繰り返すようにしている。

【００１７】従って、観察対象の穴や溝から少し離れた
１つあるいは複数の特定点６で電子ビーム２を照射した
後、観察対象の穴や溝を観察することを短い周期で自動
的に繰り返すことにより、極めて小さくかつアスペクト
比の大きい穴や溝の底の２次電子を引き出して観察する
ことができた。

【００１８】

【実施例】次に、図２から図４を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。

【００１９】図２は、本発明の動作説明図を示す。図２
において、走査領域１１は、図１の（ｂ）のウエハ７上
の走査領域３である。

【００２０】特定点１２は、図１の（ｂ）の走査領域３
の外の近傍の特定点であって、１点あるいは複数の特定
点である。ここでは、説明を簡単にするために１点の特
定点とする。

【００２１】次に、図２の（ａ）から（ｃ）を用いて図
１の構成の動作を詳細に説明する。図２の（ａ）は、初
期状態を示す。これは、ウエハ７上の走査領域１１を電
子ビーム２で線走査を繰り返し、全面を走査する。

【００２２】図２の（ｂ）は、特定点を電子ビーム２で
点走査している様子を示す。これは、走査領域１１の走
査を一時的に中断し、走査領域１１の外の近傍の特定点
１２、ここでは、１点を電子ビーム２で照射する。これ
により、ウエハ７の特定点１２が電子ビーム２で連続に
照射され、２次電子イールドδが１より大きく、走査領
域１１の近傍の電位が正の方向に移動する。

【００２３】図２の（ｃ）は、走査範囲１１を再び電子
ビーム２で線走査を繰り返し、全面を走査する。この
際、特定点１２が正電位に保持された影響を受け、走査
領域１１のウエハ７の表面も正電位となり、当該走査領
域１１内の穴や溝の底から外部に向かって正電位によっ
て２次電子が引き出され、２次電子像を観察することが
できる。しばらく観察していると、再び走査領域１１が
２次電子によって負の電位となり、穴や溝の底から２次
電子が引き出されなくなるので、再度、図２の（ｂ）に
戻り、以降所定時間毎あるいは走査領域１１を１平面走
査あるいは複数平面走査する毎に図２の（ｂ）に戻り、
走査領域１１の外の特定点１２を電子ビームで照射して
正電位にすることを自動的に繰り返す。これらの走査領
域１１の電子ビーム２による走査および特定点１２の電
子ビーム２による照射は、自動的にしかも目立たないよ
うに繰り返すので、２次電子像を観察している利用者に
とっては常にウエハ７の穴や溝の底の２次電子像が観察
できることとなる。

【００２４】また、ある特定点１２の１箇所のみでは、
ウエハ７の穴や溝の底の２次電子像が観察できないとき
は、操作ボタンを押下すると、走査領域１１の外の近傍
の２点、３点、４点の特定点１２を電子ビーム２で照射
するので、一番見えるようにセットすればよい。

【００２５】図４は、本発明のウエハの穴の底の２次電
子像例を示す。これは、実際にウエハ７上の穴の底の２
次電子像が見えている様子を走査型電子顕微鏡で撮影し
たものである。

【００２６】図４の（ａ）は、２次電子像例を示す。
中央の穴（コンタクトホール）の１つを含む矩形を走査
範囲１１として電子ビーム２で走査し、次に、左上の
白くなっている部分を特定点１２として電子ビーム２を
照射することを繰り返したときの様子を、低倍に切り替
えて全体を撮影したものである。これらから走査領域１
１内の穴の底が見えているが、他の穴は黒くなって全く
底が見えていないことが判明する。

【００２７】図４の（ｂ）は、図４の（ａ）で使用した
ウエハ７の断面の構造を示す。穴とした部分が、図４の
（ａ）の穴の部分に相当している。シリコン基板の上に
レジスト層があり、当該レジスト層に穴が図示のように
開けられている。この状態で、上から電子ビーム２を照
射し、穴の底および側壁からの２次電子像の観察ができ
たので、中央の白くなっている穴の部分である。この白
くなっている穴の左上の白い部分が電子ビーム２を照射
した特定点である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
観察対象の穴や溝から少し離れた１つあるいは複数の特
定点６で電子ビーム２を照射した後、観察対象の穴や溝
を観察することを短い周期で自動的に繰り返す構成を採
用しているため、極めて小さくかつアスペクト比の大き
い穴や溝の底の２次電子を引き出して２次電子像として
観察することができるようになった。これにより、ウエ
ハの穴や溝の底の状態を２次電子像として非破壊で観察
でき、半導体製品の品質や生産性の向上に大きく寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の動作説明図である。

【図３】本発明のウエハの穴の底の２次電子像例であ
る。

【図４】２次電子フィールドの説明図である。

【符号の説明】

１：カラム ２：電子ビーム ３、１１：走査領域 ６、１２：特定点 ７：ウエハ １１：コントローラ １２：偏向コイル

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【手続補正書】

【提出日】平成６年８月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】 本発明のウエハの穴の底の２次電子像（ＳＥ
Ｍ写真）例である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハの表面を電子ビームで面走査してそ
   のときに発生した２次電子を検出して２次電子像を画面
   上に表示し、半導体ウエハの検査を行う半導体検査方法
   において、 穴あるいは溝のあるウエハ（７）の表面を電子ビーム
   （２）で走査領域（３）を走査し、所定時間毎あるいは
   所定フレーム毎に当該走査領域（３）の外の近傍の１つ
   の特定点（６）あるいは複数の特定点（６）を照射し、
   ウエハ（７）の表面の電位を変化させ、穴あるいは溝の
   底から２次電子を表面に引き出すことを特徴とする半導
   体検査方法。
2. 【請求項２】ウエハの表面を電子ビームで面走査してそ
   のときに発生した２次電子を検出して２次電子像を画面
   上に表示し、半導体ウエハの検査を行う半導体検査装置
   において、 穴あるいは溝のあるウエハ（７）の表面を電子ビーム
   （２）で走査領域（３）を走査し、所定時間毎あるいは
   所定フレーム毎に当該走査領域（３）の外の近傍の１つ
   の特定点（６）あるいは複数の特定点（６）を照射する
   コントローラ（１１）を備えたことを特徴とする半導体
   検査装置。