JPH1038805A - Cathode luminescence device - Google Patents

Cathode luminescence device

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Publication number
JPH1038805A
JPH1038805A JP8189744A JP18974496A JPH1038805A JP H1038805 A JPH1038805 A JP H1038805A JP 8189744 A JP8189744 A JP 8189744A JP 18974496 A JP18974496 A JP 18974496A JP H1038805 A JPH1038805 A JP H1038805A
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JP
Japan
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wafer
electron beam
luminescence
image
detected
Prior art date
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Pending
Application number
JP8189744A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Izumi Shin
泉 進
Norimichi Anazawa
紀道 穴澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holon Co Ltd
Original Assignee
Holon Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP8189744A priority Critical patent/JPH1038805A/en
Publication of JPH1038805A publication Critical patent/JPH1038805A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine existence of a residual film by means of non-destructive inspection by arranging a photo-detector on the back face of a wafer for detecting luminescence on the back face when the wafer is scanned by means of an electron beam and detecting secondary electron at the same time for displaying images in coordination. SOLUTION: When an electron beam is radiated on the front face of a wafer 3, the light radiated from the back face of the wafer 3 is detected by means of a photo-detector 5. The wafer 3, which is a semiconductor crystal, transmits a light beam with a wavelength longer than that corresponding to its band gap energy. If luminescence is generated when the surface of the wafer 3 is scanned by means of the electron beam, in this luminescence, the light with a wavelength longer than that corresponding to the band gap energy is transmitted so as to be detected by means of the photo detector 5. When the wafer 3 is scanned by means of the electron beam, a secondary electron is detected and a secondary electron image is displayed, and at the same time, a luminescence image detected by means of the photo detector 5 can be also displayed, so that existence of a residual film can be detected non-destructively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の表面に電子
ビームを照射して発生するルミネッセンスを検出するカ
ソーソルミネッセンス装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathosoluminescence device for detecting luminescence generated by irradiating a surface of a sample with an electron beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体技術の発展により、半導体
装置は、より微細なパターンでトランジスタなどの半導
体素子を形成し、特に、コンタクトホールやトレンチな
どの微細化、立体化が進み、より大容量の記憶素子など
の回路機能を持つに至っている。
2. Description of the Related Art With the recent development of semiconductor technology, semiconductor devices, such as transistors, are formed in finer patterns. Circuit function such as a memory element.

【0003】これらトランジスタなどの半導体素子の微
小化に伴いパターンの線幅測長は、光学顕微鏡を用いる
方法から電子顕微鏡を用いる方法へと移り変わってき
た。半導体試料の場合、高加速電圧の電子ビームを試料
に照射すると、チャージアップなどによる試料の破損が
起きるため、測長は主として低加速電圧の走査型電子顕
微鏡(SEM)が用いられている。
With the miniaturization of semiconductor elements such as transistors, the line width measurement of patterns has shifted from a method using an optical microscope to a method using an electron microscope. In the case of a semiconductor sample, when the sample is irradiated with an electron beam having a high acceleration voltage, the sample may be damaged due to charge-up or the like. Therefore, a scanning electron microscope (SEM) having a low acceleration voltage is mainly used for length measurement.

【0004】また、半導体素子の微小化により、コンタ
クトホールやトレンチなどの微細化および立体化に伴
い、大きなアスペクト比(パターン深さ/幅比)を有す
る構造になってきており、加工が難しく、微細部の底面
にSi酸化膜やレジスト膜などの加工残り(残膜)があ
る場合には、導通不良などのデバイス不良が発生し、プ
ロセスの歩留りの低下を招く原因となる。このデバイス
不良を防止するためには、製造プロセスの途中で残膜の
有無を判定して、製造プロセスにフィードバックを行
い、残膜が発生しないようにする必要がある。
[0004] In addition, with the miniaturization of semiconductor elements, a structure having a large aspect ratio (pattern depth / width ratio) has been formed along with miniaturization and three-dimensionalization of contact holes and trenches, and processing is difficult. If there is a processing residue (residual film) such as a Si oxide film or a resist film on the bottom surface of the fine portion, device failure such as conduction failure occurs, which causes a reduction in process yield. In order to prevent this device failure, it is necessary to determine the presence or absence of a residual film in the middle of the manufacturing process and to provide feedback to the manufacturing process so that the residual film does not occur.

【0005】従来、この残膜の有無の判定は、半導体ウ
ェハを割り、その断面を電子顕微鏡で観察するという方
法が主流となっている。また、SEMを用いてコンタク
トホールやトレンチなどの2次電子像を撮影し、残膜の
有無の判定を行う方法もあるが、直径0.2μm、深さ
2μmのコンタクトホールのように、サイズが小さく、
アスペクト比が大きくなると、かなりの熟練と経験を持
つ測定者でなければ、コンタクトホールの底部に残膜が
存在するか否かを判定することが困難である。
Conventionally, the mainstream method for determining the presence or absence of a residual film is to split a semiconductor wafer and observe the cross section of the semiconductor wafer with an electron microscope. There is also a method of taking a secondary electron image of a contact hole, a trench, or the like using an SEM to determine the presence or absence of a residual film, but the size of the contact hole is 0.2 μm in diameter and 2 μm in depth. small,
When the aspect ratio is large, it is difficult for a measurer with considerable skill and experience to determine whether a residual film exists at the bottom of the contact hole.

【0006】また、半導体やセラミック薄膜の材料の分
析評価法として、特に表面分析法の1つにカソードルミ
ネッセンス法と呼ばれる方法がある。この方法は、電子
線を試料表面に照射して発生するルミネッセンスを計
測、分析することにより、試料の結晶完全性、不純物、
結晶欠陥などを解析するものである。この方法は主に試
料表面の分析に用いられる。
As a method of analyzing and evaluating materials of semiconductors and ceramic thin films, there is a method called a cathodoluminescence method as one of surface analysis methods. This method measures the luminescence generated by irradiating the sample surface with an electron beam, and analyzes the luminescence.
It analyzes crystal defects and the like. This method is mainly used for analyzing a sample surface.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】現在用いられているS
EMの低加速電圧における2次電子分解能は、数nm/
IKv程度であるが、トランジスタ、半導体素子などの
パターン幅は2次電子分解能オーダーに近づいており、
コンタクトホールやトレンチなどのようにアスペクト比
が大きい場合、低加速SEMではコンタクトホールの底
の観察が困難になっている。SEM観察で残膜の有無を
判定するには、上述したようにかなりの熟練と経験がな
いと難しく、また、それぞれの試料のタイプで残膜の有
無が明確となっているサンプルとの比較が必要となるた
め、製造プロセスでの応用には難しいという問題があ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Currently used S
The secondary electron resolution at low acceleration voltage of EM is several nm /
Although it is about IKv, the pattern width of transistors, semiconductor elements, etc. is approaching the order of secondary electron resolution,
When the aspect ratio is large, such as in a contact hole or a trench, it is difficult to observe the bottom of the contact hole with a low-acceleration SEM. It is difficult to determine the presence or absence of a residual film by SEM observation, as described above, without considerable skill and experience. Since it is necessary, there is a problem that it is difficult to apply in a manufacturing process.

【0008】また、加速電圧を上げることにより分解能
を上げることができるが、試料のチャージアップが激し
くなり、正確な測長ができないばかりでなく、試料の破
損にもつながり、加速電圧を上げる方法以外の手段を考
えなくてはならない。
Although the resolution can be increased by increasing the accelerating voltage, the charge-up of the sample becomes intense, so that not only the accurate measurement cannot be performed but also the sample is damaged, and other than the method of increasing the accelerating voltage. We have to think about the means.

【0009】前述したコンタクトホールの底部の残膜に
ついてウェハを割り、その断面を電子顕微鏡で観察する
という上述した従来の方法では、狙い通りのコンタクト
ホールの断面を観察できるとは限らない。その上、ウェ
ハを割るために、観察後のウェハを製造プロセスに戻す
ことができず、製造プロセスの歩留りが大幅に低下して
しまう。このために、ウェハを破損せずに、確実にコン
タクトホールやトレンチなどの底部の残膜の有無を判定
できる方法の開発が強く望まれている。
In the above-described conventional method of dividing the wafer with respect to the remaining film at the bottom of the contact hole and observing the cross section with an electron microscope, it is not always possible to observe the cross section of the contact hole as intended. In addition, since the wafer is broken, the observed wafer cannot be returned to the manufacturing process, and the yield of the manufacturing process is greatly reduced. For this reason, there is a strong demand for the development of a method that can reliably determine the presence or absence of a residual film at the bottom of a contact hole or a trench without damaging the wafer.

【0010】本発明は、これらの問題を解決するため
に、試料の裏面に光を検出する光検出器を設置し、電子
ビームで試料を走査したときの裏面におけるカソードル
ミネッセンスを検出すると共に2次電子などを検出し、
試料の形状などに対応づけて半導体製品などのルミネッ
センス像を表示して残膜の有無や位置の検出を可能にす
ることを目的としている。
In order to solve these problems, the present invention is provided with a photodetector for detecting light on the back surface of a sample, detecting cathodoluminescence on the back surface when the sample is scanned with an electron beam, and performing secondary light detection. Detects electrons, etc.
It is an object of the present invention to display a luminescence image of a semiconductor product or the like in association with the shape of a sample or the like and to enable the presence or absence and position of a remaining film to be detected.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、ウェハ3
は、残膜などを検出する対象の試料であって、ステージ
4上に保持されるものである。
Means for solving the problem will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the wafer 3
Is a sample for detecting a residual film and the like, which is held on the stage 4.

【0012】ステージ4は、ウェハ3を保持して水平方
向に移動するものである。光検出器5は、ウェハ3の背
面に設け、電子ビームでウェハ3を照射したときに放出
される光を検出するものである。
The stage 4 holds the wafer 3 and moves in the horizontal direction. The photodetector 5 is provided on the back surface of the wafer 3 and detects light emitted when the wafer 3 is irradiated with an electron beam.

【0013】次に、検出方法を説明する。ステージ4上
にウェハ3を保持し電子ビームでウェハ3上を走査し、
このときにウェハ3の背面に設けた光検出器5によって
光を検出した信号を増幅して画像を表示するようにして
いる。
Next, a detection method will be described. Holding the wafer 3 on the stage 4 and scanning the wafer 3 with an electron beam,
At this time, an image is displayed by amplifying a signal obtained by detecting light by the photodetector 5 provided on the back surface of the wafer 3.

【0014】また、ステージ4上にウェハ3を保持し電
子ビームでウェハ3上を走査し、このときにウェハ3の
背面に設けた光検出器5によって光を検出した信号を増
幅して画像を表示すると共に電子ビームを照射した側で
放出された2次電子を検出した信号を増幅して画像を併
せて表示し、両画像の対応づけを行うようにしている。
Further, the wafer 3 is held on the stage 4 and scanned on the wafer 3 with an electron beam. At this time, a signal obtained by detecting light by a photodetector 5 provided on the back of the wafer 3 is amplified to form an image. In addition to the display, the signal detecting the secondary electrons emitted on the side irradiated with the electron beam is amplified, the image is displayed together, and the two images are associated with each other.

【0015】この際、電子ビームでウェハ3上を線走査
あるいは面走査して当該線走査あるいは面走査に対応す
る像を表示するようにしている。従って、試料であるウ
ェハ3の裏面に光を検出する光検出器5を設置し、電子
ビームでウェハ3を走査したときの裏面におけるカソー
ドルミネッセンスを検出すると共に2次電子などを検出
して対応づけて画像を表示することにより、ウェハ3の
形状などに対応づけて半導体製品などのルミネッセンス
像を表示して残膜の有無や位置を検出することが可能と
なる。
At this time, a line scan or surface scan is performed on the wafer 3 with an electron beam to display an image corresponding to the line scan or surface scan. Therefore, a photodetector 5 for detecting light is installed on the back surface of the wafer 3 as a sample, and the cathode luminescence on the back surface when the wafer 3 is scanned by the electron beam and the secondary electrons are detected and associated. By displaying the image, the luminescence image of the semiconductor product or the like can be displayed in association with the shape of the wafer 3 and the like, and the presence or absence and the position of the remaining film can be detected.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、図1から図3を用いて本発
明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment and operation of the present invention will be sequentially described in detail with reference to FIGS.

【0017】図1は、本発明の1実施例構成図を示す。
図1において、SEM鏡筒1は、電子ビームを細く絞っ
てウェハ3上に照射しつつ走査するものであって、図示
しないが、電子ビームを発生する電子源、電子源から放
射された電子ビームを集束するコンデンサレンズ、コン
デンサレンズによって集束された電子ビームをウェハ3
上に細く焦点合わせする対物レンズ11、およびウェハ
3上に照射された電子ビームをX方向とY方向に走査す
る偏向系とから構成されるものである。このSEM鏡筒
1の内部は、真空に排気する。また、ウェハ3を電子ビ
ームで照射すると2次電子が放出され、この2次電子は
電子ビームを照射した方向に戻り後述する図2に示すよ
うに対物レンズ11の内部あるいは上側に設けた2次電
子検出器12で検出する。この検出した2次電子の信号
によって輝度変調して画面上にウェハ3の表面の2次電
子像を表示する。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an SEM column 1 scans an electron beam while irradiating it onto a wafer 3 while narrowing the electron beam. Although not shown, an electron source that generates an electron beam, an electron beam emitted from the electron source, Lens for focusing the electron beam, and the electron beam focused by the condenser lens
It comprises an objective lens 11 that focuses finely upward, and a deflection system that scans the electron beam irradiated on the wafer 3 in the X direction and the Y direction. The inside of the SEM lens barrel 1 is evacuated to a vacuum. Further, when the wafer 3 is irradiated with the electron beam, secondary electrons are emitted, and the secondary electrons return to the direction in which the electron beam was irradiated, and the secondary electrons provided inside or above the objective lens 11 as shown in FIG. It is detected by the electronic detector 12. The secondary electron image of the surface of the wafer 3 is displayed on the screen by performing luminance modulation by the detected secondary electron signal.

【0018】真空チェンバ2は、ウェハ3などを真空中
に格納する室であって、図示外の真空排気系によって真
空に排気するものである。ウェハ3は、電子ビームを照
射して背面から光を検出するための試料であって、ステ
ージ4上に固定したものである。
The vacuum chamber 2 is a chamber for storing the wafer 3 and the like in a vacuum, and is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust system (not shown). The wafer 3 is a sample for irradiating an electron beam and detecting light from the back, and is fixed on the stage 4.

【0019】ステージ4は、ウェハ3を固定してX方向
とY方向に移動させるためのものである。光検出器5
は、ウェハ3の表面に電子ビームを照射したときにその
背面から放射される光を検出するものである。ウェハ3
は半導体結晶であって、そのバンドギャップエネルギー
に相当する波長よりも長い波長の光を透過する性質があ
るため、電子ビームでウェハ3の表面を走査したときに
ルミネッセンスが発生すると、このルミネッセンスのう
ち、バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長
い光が透過し、光検出器5によって検出される。例えば
ウェハは半導体結晶上に様々な加工が施してあり、コン
タクトホールやトレンチ内に残膜(Si酸化膜やレジス
ト膜など)が存在するとルミネッセンスは発生しない
が、この半導体結晶自身は電子ビームを照射するとルミ
ネッセンスが発生し、この発生した光のうちウェハ3の
バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い光
が透過して背面に設けた光検出器5によって検出される
こととなる。この検出した光の信号によって輝度変調し
て画面上にウェハ3の表面の残膜(電子ビームの照射に
よって光を発生するSi酸化膜やレジスト膜など)の像
を表示する。
The stage 4 is for fixing the wafer 3 and moving it in the X and Y directions. Photodetector 5
Is to detect light emitted from the back surface of the wafer 3 when the surface is irradiated with an electron beam. Wafer 3
Is a semiconductor crystal and has a property of transmitting light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the band gap energy. Therefore, when luminescence occurs when the surface of the wafer 3 is scanned with an electron beam, , Light longer than the wavelength corresponding to the bandgap energy is transmitted and detected by the photodetector 5. For example, a wafer is subjected to various processes on a semiconductor crystal, and luminescence does not occur if a residual film (such as a silicon oxide film or a resist film) exists in a contact hole or a trench, but the semiconductor crystal itself is irradiated with an electron beam. Then, luminescence is generated, and of the generated light, light longer than the wavelength corresponding to the band gap energy of the wafer 3 is transmitted and detected by the photodetector 5 provided on the back surface. The luminance of the detected light signal is modulated, and an image of a residual film on the surface of the wafer 3 (such as a Si oxide film or a resist film that generates light by electron beam irradiation) is displayed on the screen.

【0020】以上によって、電子ビームをウェハ3上を
走査してそのときに発生した2次電子を検出して画面上
に2次電子像を表示すると共に、ウェハ3の背面で光検
出器5によって光を検出して画面上に光像(ルミネッセ
ンス像)を表示することが可能となる。これにより、2
次電子像によってウェハ3の例えばコンタクトホールや
トレンシなどの形状を認識し、合わせて例えば異なる色
でルミネッセンス像を表示してウェハ3上のSi酸化膜
やレジスト膜などのルミネッセンスを発生する膜の存在
場所およびその量を認識することが可能となる。尚、そ
の場所や量を見やすくするために、光検出器5によって
検出した光の信号で振幅変調(たとばY方向に振幅変
調)を行って当該場所や量を見やすくするようにしても
よい。以下図2を用いて構成の詳細を説明し、図3を用
いてシステム構成を詳細に説明する。
As described above, the electron beam is scanned on the wafer 3 to detect secondary electrons generated at that time, and a secondary electron image is displayed on a screen. Light can be detected and a light image (luminescence image) can be displayed on the screen. This gives 2
The presence of a film that generates luminescence, such as a Si oxide film or a resist film, on the wafer 3 by recognizing the shape of the wafer 3 such as a contact hole or trench by the next electron image and displaying a luminescence image in a different color, for example. It is possible to recognize the location and its amount. In order to make it easy to see the place and the amount, the light signal detected by the photodetector 5 may be subjected to amplitude modulation (for example, amplitude modulation in the Y direction) to make the place and the quantity easy to see. Hereinafter, the configuration will be described in detail with reference to FIG. 2, and the system configuration will be described in detail with reference to FIG.

【0021】図2は、本発明の要部構成図を示す。図2
において、対物レンズ11は、SEM鏡筒1を構成する
ものであって、図示外の上方に位置する電子銃、コンデ
ンサレンズによって発生・集束された電子ビーム21
を、ウェハ3上に焦点合わせして細く絞るものである。
FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the present invention. FIG.
In FIG. 1, the objective lens 11 constitutes the SEM lens barrel 1. The electron beam 21 generated and focused by an electron gun and a condenser lens located above and not shown in the figure.
Is focused on the wafer 3 and narrowed down.

【0022】2次電子検出器12は、電子ビーム21を
ウェハ3上に照射しつつ図示外の偏向系によってX方向
とY方向に面走査したときにウェハ3から放出された2
次電子について、対物レンズ11の磁界に取り込まれ軸
上を螺旋上に上方向に正電圧の印加されている方向に走
行させて捕捉し、2次電子を検出するものである。
The secondary electron detector 12 emits the electron beam 21 onto the wafer 3 while scanning the surface in the X and Y directions by a deflection system (not shown).
The secondary electrons are captured by the magnetic field of the objective lens 11, run on the axis spirally upward in the direction in which a positive voltage is applied, and are captured to detect secondary electrons.

【0023】ステージ4は、ウェハ3を固定してX方向
およびY方向の任意の位置に移動して電子ビーム21に
よって面走査させるためのものである。この面走査させ
た部分の2次電子信号およびウェハ3の背面から検出し
た光信号をもとに画面上に画像をそれぞれ表示する。
The stage 4 is for fixing the wafer 3 and moving it to an arbitrary position in the X and Y directions to scan the surface with the electron beam 21. An image is displayed on the screen based on the secondary electron signal of the scanned portion and the optical signal detected from the back surface of the wafer 3, respectively.

【0024】光検出器5は、ウェハ3を透過して背面か
ら放出される光を検出するものであって、ここでは、赤
外検出器51、および冷却装置52などから構成される
ものである。
The photodetector 5 detects light transmitted through the wafer 3 and emitted from the back, and here comprises an infrared detector 51, a cooling device 52 and the like. .

【0025】赤外検出器51は、ウェハ3の表面を電子
ビームで走査したときに発生したカソードルミネッセン
スのうち当該ウェハ3を透過した光(例えばウェハ3の
バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い波
長の光)を検出するものであって、赤外線を検出するも
のである。
The infrared detector 51 detects light transmitted through the wafer 3 (for example, longer than the wavelength corresponding to the band gap energy of the wafer 3) out of the cathode luminescence generated when the surface of the wafer 3 is scanned with the electron beam. Wavelength light) and infrared light.

【0026】冷却装置52は、赤外検出器51を冷却し
てS/N比を高めて高感度にするためのものである。以
上のような構成を持たせることにより、電子ビーム21
によってウェハ3の表面を面走査(あるいは線走査)し
てそのときにウェハ3から表面方向に放出された2次電
子を検出して2次電子像を画面上に表示すると共に、ウ
ェハ3のコンタクトホールの底面の半導体製品によって
発生されたカソードルミネッセンスのうち当該ウェハ3
を透過した光(通常は赤外線)を、冷却装置52によっ
て冷却された高感度の赤外検出器51によって検出し光
画像(ルミネッセンス像)を画面上に異なる色で表示す
る。この時、装置の構造上、裏面に直接検出器を置けな
い場合、光ファイバを用いて適当な位置まで光を導き検
出してもよい。これら2次電子像と色の異なるルミネッ
センス像とを同時に観察することにより、2次電子像で
ウェハ3上のいずれのコンタクトホールやトレンチであ
るかを認識でき、かつルミネッセンス像で半導体結晶が
むき出しになっているコンタクトホール底やトレンチ底
などのカソードルミネッセンスを発生する半導体製品の
位置や量を容易に認識することが可能となる。これによ
り、製造ライン上に流れるウェハ3を取り出し、本願の
装置で非破壊でコンタクトホールやトレンチの底部など
の残膜の存在を容易に検出することが可能となる。
The cooling device 52 is for cooling the infrared detector 51 to increase the S / N ratio to increase the sensitivity. With the above configuration, the electron beam 21
The surface of the wafer 3 is surface-scanned (or line-scanned), secondary electrons emitted from the wafer 3 toward the surface at that time are detected, and a secondary electron image is displayed on a screen. Of the cathode luminescence generated by the semiconductor product on the bottom of the hole, the wafer 3
(Usually infrared light) transmitted through is detected by the high-sensitivity infrared detector 51 cooled by the cooling device 52, and a light image (luminescence image) is displayed on the screen in different colors. At this time, if the detector cannot be directly placed on the back surface due to the structure of the device, light may be guided to an appropriate position using an optical fiber and detected. By simultaneously observing these secondary electron images and luminescence images of different colors, it is possible to recognize which contact hole or trench is on the wafer 3 by the secondary electron image, and to expose the semiconductor crystal in the luminescence image. It is possible to easily recognize the position and amount of a semiconductor product that generates cathode luminescence such as the bottom of a contact hole or the bottom of a trench. This makes it possible to take out the wafer 3 flowing on the manufacturing line and easily detect the presence of a residual film such as a contact hole or the bottom of a trench without destruction by the apparatus of the present invention.

【0027】図3は、本発明のシステム構成図を示す。
図3において、2次電子検出器12は、図2の2次電子
検出器12であって、電子ビーム21をウェハ3に照射
しつつ面走査したときに発生した2次電子を検出するも
のである。
FIG. 3 shows a system configuration diagram of the present invention.
3, the secondary electron detector 12 is the secondary electron detector 12 shown in FIG. 2, and detects secondary electrons generated when a surface scan is performed while irradiating the wafer 3 with the electron beam 21. is there.

【0028】増幅器13は、2次電子検出器12によっ
て検出された2次電子の信号を増幅し、画像表示装置1
5上に輝度変調などするために適切なレベルおよび振幅
に増幅するためのものである。
The amplifier 13 amplifies the secondary electron signal detected by the secondary electron detector 12, and amplifies the signal.
5, for amplifying to an appropriate level and amplitude for luminance modulation or the like.

【0029】光検出器5は、電子ビーム21をウェハ3
に照射しつつ面走査したときに当該ウェハ3の背面から
光を検出する検出器である。増幅器14は、光検出器5
によって検出された光の信号を増幅し、画像表示装置1
5上に輝度変調などするために適切なレベルおよび振幅
に増幅するためのものである。
The photodetector 5 applies the electron beam 21 to the wafer 3
Is a detector that detects light from the back surface of the wafer 3 when scanning the surface while irradiating the wafer 3. The amplifier 14 includes the photodetector 5
Amplifies the signal of light detected by the image display device 1
5, for amplifying to an appropriate level and amplitude for luminance modulation or the like.

【0030】画像表示装置15は、2次電子像およびル
ミネッセンス像を表示するものであって、ここでは、両
者の画像を重畳させかつ色を異ならせて2次電子像であ
るかルミネッセンス像であるかを区別して認識できるよ
うに表示するものである。この際、ウェハ3上を電子ビ
ームで面走査してそのときに検出した2次電子信号およ
びルミネッセンス信号を輝度変調して異なる色で2次電
子像およびルミネッセンス像を表示したり、ウェハ3上
を電子ビームで線走査してそのときに検出した2次電子
信号およびルミネッセンス信号をともに振幅変調して異
なる色で電子ビーム21で走査したウェハ3のライン上
の2次電子像の明るさや形状に対応づけてルミネッセン
ス像の明るさや形状を見やすく表示するようにしてもよ
い。更に、所定間隔でウェハ3上を電子ビームで線走査
してそのときに検出した2次電子信号およびルミネッセ
ンス信号をもとに当該所定間隔で振幅変調して異なる色
で電子ビーム21で走査したウェハ3のライン上の2次
電子像の明るさや形状に対応づけてルミネッセンス像の
明るさや形状を見やすくいわば立体的に表示するように
してもよい。
The image display device 15 displays a secondary electron image and a luminescence image. In this case, the two images are superimposed and different colors to be a secondary electron image or a luminescence image. Are displayed so that they can be distinguished and recognized. At this time, the surface of the wafer 3 is scanned with an electron beam, and the secondary electron signal and the luminescence signal detected at that time are subjected to luminance modulation to display the secondary electron image and the luminescence image in different colors. The secondary electron signal and the luminescence signal detected at that time by line scanning with an electron beam are both amplitude-modulated and correspond to the brightness and shape of the secondary electron image on the line of the wafer 3 scanned by the electron beam 21 with different colors. In addition, the brightness and the shape of the luminescence image may be displayed in an easily viewable manner. Further, the wafer 3 is linearly scanned by the electron beam on the wafer 3 at a predetermined interval, and based on the secondary electron signal and the luminescence signal detected at that time, the amplitude is modulated at the predetermined interval and the wafer scanned with the electron beam 21 in a different color. The brightness and shape of the luminescence image may be displayed in a three-dimensional manner so that the brightness and shape of the luminescence image are easily associated with the brightness and shape of the secondary electron image on line 3.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料であるウェハ3の裏面に光を検出する光検出器5を
設置し、電子ビームでウェハ3を走査したときの裏面に
おけるカソードルミネッセンスを検出すると共に2次電
子などを検出して対応づけて画像を表示する構成を採用
しているため、ウェハ3の形状などに対応づけて半導体
結晶のルミネッセンス像を表示して残膜の有無や位置を
検出することができるようになった。これらにより、大
きなアスペクト比を持つ半導体ウェハ上のコンタクトホ
ールやトレンチなどについて、SEMによる測長に使わ
れる低加速電圧の電子ビームによって測長と同時に残膜
の判定ができると共に、従来のウェハを破断することな
しに非破壊で残膜の判定ができ、製造ライン上で任意の
ウェハを取り出して測長および残膜判定を行った後に元
の製造ラインに戻すことが可能となり、歩留りを向上さ
せることができる。
As described above, according to the present invention,
A photodetector 5 for detecting light is installed on the back surface of the wafer 3, which is a sample, and the cathode luminescence on the back surface when the wafer 3 is scanned with an electron beam is detected, and secondary electrons and the like are detected and associated with each other. Is displayed, the luminescence image of the semiconductor crystal can be displayed in association with the shape of the wafer 3 and the like, and the presence or absence and position of the remaining film can be detected. As a result, contact holes and trenches on a semiconductor wafer with a large aspect ratio can be measured at the same time as the length measurement using a low-acceleration voltage electron beam used for length measurement by SEM, and the conventional wafer can be broken. It is possible to determine the remaining film without destruction without performing, and it is possible to take out an arbitrary wafer on the manufacturing line, perform length measurement and determine the remaining film, and return to the original manufacturing line, thereby improving the yield. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の要部構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the present invention.

【図3】本発明のシステム構成図である。FIG. 3 is a system configuration diagram of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:SEM鏡筒 11:対物レンズ 12:2次電子検出器 13、14:増幅器 15:画像表示装置 2:真空チャンバ 21:電子ビーム 22:2次電子 3:ウェハ 4:ステージ 5:光検出器 51:赤外検出器 52:冷却装置 1: SEM lens barrel 11: Objective lens 12: Secondary electron detector 13, 14: Amplifier 15: Image display 2: Vacuum chamber 21: Electron beam 22: Secondary electron 3: Wafer 4: Stage 5: Photodetector 51: Infrared detector 52: Cooling device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料の表面に電子ビームを照射して発生す
るルミネッセンスを検出するカソーソルミネッセンス装
置において、 電子ビームを照射する試料を保持するステージと、 電子ビームの照射された試料の裏面から放出される光を
検出する光検出器と、 この光検出器によって検出された信号をもとに像を表示
する手段とを備えたことを特徴とするカソードルミネッ
センス装置
1. A catholyte luminescence device for detecting luminescence generated by irradiating an electron beam onto a surface of a sample, comprising: a stage for holding the sample to be irradiated with the electron beam; A photodetector for detecting the light to be emitted, and a means for displaying an image based on a signal detected by the photodetector.
【請求項2】試料の表面に電子ビームを照射して発生す
るルミネッセンスを検出するカソーソルミネッセンス装
置において、 電子ビームを照射する試料を保持するステージと、 電子ビームの照射された試料の裏面から放出される光を
検出する光検出器と、 電子ビームの照射された試料上に放出される荷電粒子あ
るいは試料に吸収される電流を検出する検出器と、 上記光検出器によって検出された信号をもとに像を表示
および上記検出器によって検出された信号をもとに像を
表示する手段とを備えたことを特徴とするカソードルミ
ネッセンス装置
2. A catholyte luminescence device for detecting luminescence generated by irradiating an electron beam on a surface of a sample, comprising: a stage for holding the sample to be irradiated with the electron beam; A photodetector for detecting light to be emitted, a detector for detecting charged particles emitted on the sample irradiated with the electron beam or a current absorbed by the sample, and a signal detected by the photodetector. And a means for displaying an image and displaying the image based on the signal detected by the detector.
【請求項3】請求項2において、両者の像を対応づけて
表示したことを特徴とするカソードルミネッセンス装
置。
3. The cathode luminescence device according to claim 2, wherein both images are displayed in association with each other.
【請求項4】上記電子ビームを試料上で線走査あるいは
面走査して当該線走査あるいは面走査に対応する像を表
示したことを特徴とする請求項1ないし請求項3記載の
いずれかのカソードルミネッセンス装置。
4. The cathode according to claim 1, wherein said electron beam is line-scanned or surface-scanned on a sample to display an image corresponding to said line-scanning or surface-scanning. Luminescence device.
JP8189744A 1996-07-18 1996-07-18 Cathode luminescence device Pending JPH1038805A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116246A (en) * 2006-11-01 2008-05-22 Topcon Corp Sample analysis device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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