JPH10294344A - 電子ビームテスタを用いた配線の欠陥検出方法および電子ビームテスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームテスタを用い、広い領域を一度に
観察しつつ、配線の欠陥を容易に判別することができる
配線の欠陥検出方法を提供する。 【解決手段】 本発明による配線の欠陥検出方法は、配
線２をフローティングする工程と、配線２が負の電位に
帯電するような条件で、配線２に電子ビームを照射する
工程と、配線の一方の外部端子３から正の電圧を印加す
る工程と、配線２の電位コントラスト画像を観察する工
程とからなる。電位コントラスト画像に示される配線２
の明るい部分と暗い部分との間に断線箇所２ｐが存在す
ることがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子ビームテスタを
用いた半導体デバイスの配線の欠陥検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスのプロセス評価は、一般
的にはプロセス評価用デバイス（例えばＴＥＧ）を用い
て行われており、このＴＥＧの一例を図２に示す。ＴＥ
Ｇ１は半導体基板１ａと、半導体基板１ａ上に所定パタ
ーンをもって敷き詰められたアルミニウム配線２とを有
している。

【０００３】従来の半導体デバイスのプロセス評価は、
配線２の外部端子３、４から所定の周波数の矩形波を入
力し、この状態で配線２を電子ビームテスタにより電位
コントラスト画像を観察することにより行われている。
この場合、矩形波の周波数に対応した電位コントラスト
の変化と、電子ビームテスタの走査レートとの相互関係
に起因した干渉縞が認められるが、この干渉縞が途切れ
る箇所を検出することにより配線２の断線箇所の検出を
行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法に
より断線箇所を検出する場合、画面上で干渉縞が途切れ
る箇所を目視にて判別する必要がある。しかしながら、
このことは画面上で変化のある箇所から変化のない箇所
を探す必要があることを意味する。従って、配線の間隔
が密な場合、目視による判別が非常に困難となるため、
観察倍率を上げ、狭い領域ごとに丹念に観察を行わない
場合には、断線箇所を見落とす可能性が大である。この
傾向は、配線上に保護膜が形成されている場合により顕
著となる。

【０００５】本発明は、このようなことを考慮してなさ
れたものであり、広い領域を一度に観察しつつ、配線の
欠陥を容易に判別することができる欠陥検出方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、第１の手段は、半導体デバイスを構成する配線の欠
陥検出方法において、前記配線をフローティングする工
程と、前記配線が所定電位に帯電するような条件で、前
記配線に電子ビームを照射する工程と、前記配線の一端
から前記所定電位と反対の極性を有する電圧を印加する
工程と、前記配線の電位コントラスト画像を観察する工
程とを備え、前記配線の電位コントラスト画像により、
前記配線のうち前記所定電位に帯電したままの部位を検
出することにより欠陥を検出することを特徴とする特徴
とするものである。

【０００７】この第１の手段によれば、配線の電位コン
トラスト画像の明暗の変化を調べることのみにより配線
の欠陥を検出することができる。

【０００８】また、第２の手段は、半導体デバイスを構
成する配線の欠陥を検出するための電子ビームテスタに
おいて、配線の表面に電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子ビームを前記配線の表面に走査する機構と、電
子ビームが照射された前記配線の二次電子放出比を制御
して、前記配線を所定電位に帯電させる機構と、前記配
線の両端に接続可能に設けられ、前記配線がフローティ
ングされた状態、前記配線の一端に電圧が印加された状
態および前記配線の他端に電圧が印加された状態のうち
いずれか一の状態を選択的に採ることができる電圧印加
機構と、前記配線から放出された二次電子に基づいて前
記配線の電位コントラスト像を形成する機構とを備え、
前記配線をフローティングし、前記配線の全体が所定電
位に帯電するような条件で前記配線に電子ビームを照射
し、前記配線の一端から前記所定電位と反対の極性を有
する電圧を印加し、この状態で得られる配線の電位コン
トラスト画像に基づいて、前記配線のうち前記所定電位
に帯電したままの部位を検出することにより欠陥を検出
することを特徴とするものである。

【０００９】この第２の手段によれば、第１の手段によ
る検出方法を容易に実施することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１乃至図５は本発明の一
実施形態を示す図である。なお、検査対象であるＴＥＧ
１の構成は従来技術と同一であるため、詳細な説明は省
略する。

【００１１】まず、本発明の実施に使用される電子ビー
ムテスタの構成について説明する。

【００１２】図１に示すように、電子ビームテスタ５
は、鏡筒５ａと試料室５ｂとを有している。このうち鏡
筒５ａ上部には、電子銃用高圧電源７に接続された電子
銃６が設けられている。また、鏡筒５ａ下部には、電子
銃６から出射された電子ビーム８を偏向させ、試料室５
ｂの試料ステージ１０に載置されたＴＥＧ１の表面を走
査するための偏向コイル９が設けられている。試料ステ
ージ１０は、少なくとも水平方向の任意の方向に移動さ
せることが可能であり、試料ステージ１０を移動させる
ことにより、電子ビーム８の照射領域を変更することが
できるようになっている。

【００１３】また、鏡筒５ａ中央部にはＴＥＧ１の表面
から発生する二次電子１１を検出するための二次電子信
号検出器１３が設けられている。この二次電子信号検出
器１３には、信号処理装置１４、制御用計算機１８、デ
ィスプレイ１９が順次接続されている。二次電子信号検
出器１３により検出された二次電子１１の情報は、信号
処理装置１４により画像信号に変換される。そして変換
された画像信号に対しては制御用計算機１８により所定
の処理が行われ、この処理された信号に基づいてディス
プレイ１９が電位コントラスト画像を表示するようにな
っている。

【００１４】また、偏向コイル９の下方には、二次電子
軌道制御用電極用電源１５に接続された二次電子軌道制
御用電極１２が設けられており、この二次電子軌道制御
用電極１２の電位を正または負の所定電位とすることに
より、ＴＥＧ１の表面から放出される二次電子１１をＴ
ＥＧ１の表面に追い戻したり、ＴＥＧ１の表面からより
多くの二次電子１１を引き出すことができるようになっ
ている。

【００１５】また、電子ビームテスタは、ＴＥＧ１上に
形成された配線２に所定の電圧を印加するための電圧印
加制御スイッチ１６および電圧印加用電源１７とを有し
ている。電圧印加制御スイッチ１６は、一側に電圧印加
用電源１７のプラス極に接続された端子１６ｄを有して
いる。また電圧印加制御スイッチ１６は、その他側に、
配線２の一端に電気的に接続される第１の端子１６ａ，
配線２の他端に電気的に接続される第２の端子１６ｂ、
配線２には接続されない第３の端子１６ｃとを有してい
る。

【００１６】また、上述した電子銃用高圧電源７、二次
電子軌道制御用電極用電源１５および電圧印加制御スイ
ッチ１６は、前述した制御用計算機１８により制御され
るようになっている。

【００１７】次に、このような構成からなる電子ビーム
テスタを用いてＴＥＧ１の配線２の断線を検出する方法
について説明する。

【００１８】まず、図１に示すように、ＴＥＧ１の外部
端子３、４を電圧印加制御スイッチ１６の端子１６ａ，
１６ｂにそれぞれ接続する。

【００１９】次に、電圧印加制御スイッチ１６を端子１
６ｄと第３の端子１６ｃとが接続された状態に切り替え
て、ＴＥＧ１の配線２がフローティングされた状態、す
なわち外部端子３、４のいずれにも電圧が印加されない
状態とする。

【００２０】次に、配線２がフローティングされた状態
のまま、偏向コイル９による電子ビーム８の偏向と、試
料ステージ１０の移動とを組み合わせ、ＴＥＧ１の表面
全体に電子ビーム８を照射し、配線２を負の電位に帯電
させる。

【００２１】配線２を負の電位に帯電するように制御す
るために、下記のいずれかの方法または下記２つの方法
を組み合わせた方法が用いられる。第１の方法は、加速
電圧を制御することによるものであり、配線２からの二
次電子放出比が１より小さくなるように電子銃用高圧電
源７により電子銃６の加速電圧を調節することにより行
われる。

【００２２】また、第２の方法は、二次電子軌道制御用
電極１２の電位を正の所定電位として、配線２から放出
される二次電子１１を配線２側に追い戻すことによる方
法である。

【００２３】次に、電子銃６の加速電圧の調節および／
または二次電子軌道制御用電極１２の電位の調節を行
い、配線２からの二次電子放出比がほぼ１となるように
調節を行う。

【００２４】次に、電圧印加制御スイッチ１６を端子１
６ｄと第１の端子１６ａとが接続された状態に切り替え
て、配線２の外部端子３側から正の電圧を印加し、この
状態で電位コントラスト像を取得する。

【００２５】配線２に断線が無い場合、配線２の電位コ
ントラスト像は、図３（ａ）に示すように、配線全体に
わたって一様な明るさを有するものとなる。

【００２６】一方、配線２に断線箇所２ｐがある場合、
配線２の電位コントラスト像は、図３（ｂ）に示すよう
に、断線箇所２ｐを挟んで（ハッチングが付された）外
部端子３側が暗くなり、外部端子４側が明るく（白く）
なる、従って、電位コントラスト像のコントラストが変
化する部位を検出することにより配線２の断線箇所２ｐ
を検出することができる。

【００２７】上記工程が終了した後、電子ビーム８を照
射することにより配線２を再び負の電位に帯電させ、し
かる後配線２の外部端子４（外部端子３の反対側の端
子）から正の電圧を印加して電位コントラスト像を観察
することにより、図４（ａ）（ｂ）に示すように配線２
に複数の断線箇所２ｐ，２ｑがあった場合でも当該断線
箇所を検出することができる。

【００２８】すなわち、配線２に２つの断線箇所２ｐ，
２ｑが存在する場合、外部端子３から正の電圧を印加し
た場合の電位コントラスト像は図４（ａ）に示すように
なり、一方外部端子４から正の電圧を印加した場合の電
位コントラスト像は図４（ｂ）に示すようになる。

【００２９】図４（ａ）（ｂ）より明らかなように、一
方の外部端子、例えば外部端子３に正の電圧を印加した
場合に得られる電位コントラスト像のみを考慮した場
合、断線箇所２ｑを検出することはできないが、外部端
子４から正の電圧を印加した場合に得られる電位コント
ラスト像を合わせて考慮して判断することにより、２つ
の断線箇所２ｐ，２ｑを特定することができる。

【００３０】また、ＴＥＧ１に複数の互いに独立した３
つの配線２Ａ，２Ｂ，２Ｃが設けられている場合、各配
線について順次上記工程を実施すればよい。

【００３１】すなわち、まず配線２Ａを負の電位に帯電
させ、外部端子３ａから正の電圧を印加して電位コント
ラスト像を観察し（第１次観察）、次いで、配線２Ａを
再び負の電位に帯電させ、外部端子４ａから正の電圧を
印加して電位コントラスト像を観察し（第２次観察）、
次に、配線２Ｂを負の電位に帯電させ、外部端子３ｂか
ら正の電圧を印加して電位コントラスト像を観察し（第
３次観察）、次いで配線２Ｂを再び負の電位に帯電さ
せ、外部端子４ｂから正の電圧を印加して電位コントラ
スト像を観察し（第４次観察）、次に、配線２Ｃを負の
電位に帯電させ、外部端子３ｃから正の電圧を印加して
電位コントラスト像を観察し（第５次観察）、次いで配
線２Ｃを再び負の電位に帯電させ、外部端子４ｃから正
の電圧を印加して電位コントラスト像を観察（第６次観
察）すればよい。

【００３２】このようにすれば、配線２Ａ，２Ｂが断線
している場合のみならず、配線２Ａ，２Ｂの短絡をも検
出することができる。

【００３３】すなわち、３つの配線のうち２Ａ，２Ｂ
が、図５に示すように短絡部位２ｒにおいて短絡してい
る場合、前記第１次観察により得られる電位コントラス
ト像は、図５に示すように、各配線のうち（ハッチング
が付された）配線２Ａ，２Ｂが暗く見え、配線２Ｃが明
るく見えることになる。これにより、少なくとも配線２
Ａおよび２Ｂが短絡していることがわかる。

【００３４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、電子ビームを照射することにより配線を負の電位に
帯電させ、しかる後、一方の外部端子から配線に正の電
圧を印加して電位コントラスト像を観察すること、また
はこの工程を繰り返すことにより、配線の断線および短
絡を発生箇所を特定した状態で検出することができる。
また、本実施形態によれば、呈示された配線の電位コン
トラスト像に明暗変化に基づいて欠陥の有無を容易かつ
確実に判断することができるため、高倍率での観察を行
わなくても十分に欠陥を検出することができる。このた
め、作業者の手間の低減および作業者の疲労の軽減を図
ることができる。

【００３５】なお、上記実施形態においては、配線を負
の電位に帯電させ、しかる後、一方の外部端子から配線
に正の電圧を印加するという手順をふんだが、これに限
定されるものではない。すなわち、配線を正の電位に帯
電させ、しかる後、一方の外部端子を接地若しくは一方
の外部端子に負の電圧を印加した（この場合、電圧印加
制御スイッチ１６の端子１６ｄは、電圧印加用電源１７
のマイマス極に接続される）状態で電位コントラスト像
を観察するようにしてもよい。このようにした場合も、
上記実施形態と同様に電位コントラスト像の明暗に基づ
いて配線の断線および短絡を検出することができる。

【００３６】なお、この場合、配線を正の電位に帯電さ
せる工程は、上記実施形態と同様の原理に基づいて行え
ばよく、すなわち加速電圧を制御して配線２からの二次
電子放出比を１より大きくするか、二次電子軌道制御用
電極１２の電位を負の所定電位として、配線２から放出
される二次電子１１をより多く引き出すことにより行わ
れる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
広い領域を一度に観察しつつ、半導体デバイスを構成す
る配線の欠陥を容易に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による配線の欠陥検出方法を実施するた
めの電子ビームテスタの構成を示す図。

【図２】検査対象の一例であるＴＥＧの構成を示す図。

【図３】配線に断線がある場合の電位コントラスト像を
示す図。

【図４】配線に断線が２箇所ある場合の電位コントラス
ト像を示す図。

【図５】配線に短絡がある場合の電位コントラスト像を
示す図。

【符号の説明】

１ 半導体デバイス ２、２Ａ，２Ｂ 配線 ６ 電子銃 ７、１２ 配線２の二次電子放出比を制御して、配線を
所定電位に帯電させる機構 ８ 電子ビーム ９、１０ 電子ビームを配線の表面に走査する機構 １１ 二次電子 １３、１４、１８ 電位コントラスト像を形成する機構 １６、１７ 電圧印加機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体デバイスを構成する配線の欠陥検出
   方法において、 前記配線をフローティングする工程と、 前記配線が所定電位に帯電するような条件で、前記配線
   に電子ビームを照射する工程と、 前記配線の一端から前記所定電位と反対の極性を有する
   電圧を印加する工程と、 前記配線の電位コントラスト画像を観察する工程と、を
   備え、 前記配線の電位コントラスト画像により、前記配線のう
   ち前記所定電位に帯電したままの部位を検出することに
   より欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
2. 【請求項２】半導体デバイスを構成する配線の欠陥検出
   方法において、 前記配線をフローティングする工程と、 前記配線が負の電位に帯電するような条件で、前記配線
   に電子ビームを照射する工程と、 前記配線の一端から正の電圧を印加する工程と、 前記配線の電位コントラスト画像を観察する工程と、を
   備え、 前記配線の電位コントラスト画像に基づいて、前記配線
   のうち負の電位に帯電したままの部位を検出することに
   より欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
3. 【請求項３】半導体デバイスを構成する配線の欠陥検出
   方法において、 前記配線をフローティングする工程と、 前記配線が正の電位に帯電するような条件で、前記配線
   に電子ビームを照射する工程と、 前記配線の一端を接地する工程および前記配線の一端か
   ら負の電圧を印加する工程のうちいずれか１の工程と、 前記配線の電位コントラスト画像を観察する工程と、を
   備え、 前記配線の電位コントラスト画像に基づいて、前記配線
   のうち正の電位に帯電したままの部位を検出することに
   より欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
4. 【請求項４】半導体デバイスを構成する配線の欠陥を検
   出するための電子ビームテスタにおいて、 配線の表面に電子ビームを照射する電子銃と、 前記電子ビームを前記配線の表面に走査する機構と、 電子ビームが照射された前記配線の二次電子放出比を制
   御して、前記配線を所定電位に帯電させる機構と、 前記配線の両端に接続可能に設けられ、前記配線がフロ
   ーティングされた状態、前記配線の一端に電圧が印加さ
   れた状態および前記配線の他端に電圧が印加された状態
   のうちいずれか一の状態を選択的に採ることができる電
   圧印加機構と、 前記配線から放出された二次電子に基づいて前記配線の
   電位コントラスト像を形成する機構と、を備え、 前記配線をフローティングし、前記配線の全体が所定電
   位に帯電するような条件で前記配線に電子ビームを照射
   し、前記配線の一端から前記所定電位と反対の極性を有
   する電圧を印加し、この状態で得られる配線の電位コン
   トラスト画像に基づいて、前記配線のうち前記所定電位
   に帯電したままの部位を検出することにより欠陥を検出
   することを特徴とする電子ビームテスタ。