KR20010051425A - 반도체장치 테스터 - Google Patents

Abstract

샘플을 평행 전자빔 (2) 으로 조사하여 샘플 (5) 에 생성된 전류는 전류계 (9) 에 의해 측정된다. 이 측정은 전자빔 (2) 의 가속전압을 변경시키면서 반복된다. 가속전압의 차이에 기인한 샘플 (5) 로의 전자빔 (2) 의 투과율 차이에 기초하여, 샘플 (5) 의 깊이방향의 구조에 관련된 정보는 데이터 프로세서 (10) 에 의해 얻어진다.

Description

반도체장치 테스터{SEMICONDUCTOR DEVICE TESTER}

본 발명은 일본특허출원 제11-315320호 (1999년 11월 5일 출원), 동 제2000-191817호 (2000년 6월 26일 출원), 및 동 제2000-311196호 (2000년 10월 11일 출원) 를 우선권주장하며, 그 내용은 참조문헌으로 여기 포함된다.

본 발명은 전자빔을 이용하는 반도체장치 테스터에 관한 것으로, 특히, 전자빔으로 조사된 반도체장치를 통과하는 전류가 측정되는 반도체장치 테스터에 관한 것이다.

메모리와 같은 반도체장치에서는, 하부에 형성된 액티브소자들을 상부에 형성된 배선층에 전기적으로 접속시키기 위해 일반적으로 콘택트홀 또는 비아홀이 설치된다. 콘택트홀은 반응성 이온에칭에 의해 그 표면에서 하부기판까지 산화막같은 절연막을 에칭함으로써 형성된다. 에칭조건을 최적화하기 위해, 콘택트홀의 외부 및 내부구성 또는 콘택트홀의 하부의 상태를 검출할 필요가 있다.

콘택트홀의 직경은 수 미크론이하 정도이므로, 가시광은 콘택트홀의 바닥을 조명할 수 없어, 콘택트홀의 상태를 광학적으로 검출하기가 어렵다. 따라서, 미세구조분석에 적합한 SEM (Scanning Electron Microscope) 이 테스터로서 주로 이용되어왔다. SEM 에서는, 콘택트홀 영역은 전자빔으로 조사되는데, 이는 수십 KeV 로 가속되어 수 나노미터까지 평행하게 되고, 조사된 영역내에 생성된 2차 전자는 2차 전자 검출기에 의해 검출되고, 콘택트홀의 이미지가 여기에 형성된다. 전자빔으로 조사된 샘플은 2차 전자를 생성하고, 그 양은 그 구성원자에 상응한다. 그러나, SEM 내의 2차 전자 검출기는 보통 특정방향으로 정렬되어, 생성된 2차전자의 전체가 항상 검출되는 것은 아니다. 이 샘플이 구조에 있어 불규칙성을 포함한다면, 2차 전자가 이 샘플의 부분에 따라 검출되지 않는 경우가 있어, 테스트 중인 샘플의 이미지에서 콘트라스트가 생성되고, 이는 단일 물질로 형성된다. 이것이 SEM의 특징이다.

한편, 전기적접촉은 콘택트홀 또는 스루홀을 통해 실현된다. 따라서, 콘택트홀의 개구부의 구성뿐만 아니라 콘택트홀의 하부의 구성 및 표면상태가 매우 중요하다. 최근의 반도체장치의 층 수 및 집적도의 증가에 따라 각각이 10 을 초과하는 애스펙트비를 갖는 콘택트홀들을 형성하기 위한 에칭에서, 개구부들의 크기가 설계 크기와 동일한 경우에도 콘택트홀의 내경이 공정조건에 따라 콘택트홀의 개구부의 직경과 상이해지는 경우가 있을 수 있다. 콘택트홀의 내부 크기의 이러한 변동은 실질적으로 반도체장치의 특성에 영향을 미치므로, 공정책임자가 이 공정을 제어하여 모든 콘택트홀이 동일한 크기를 갖도록 할 필요가 있다. 또한, 이러한 콘택트홀의 변동은 실용제품에서 존재해서는 안되므로, 제품들이 테스트되어야 한다. 따라서, 콘택트홀의 내부 크기 및 콘택트홀의 이러한 크기변동 모두를 비파괴적으로 검출할 수 있는 기술이 매우 중요하다.

도 4(a) 및 4(b) 는 원형단면을 갖는 콘택트홀 (43) 을 테스트하기 위해 SEM 을 이용하는 테스트방법 및 그 테스트 결과를 각각 도시하고, 도 5(a) 및 5(b) 는 테이퍼형상의 콘택트홀을 테스트하기 위해 SEM 을 이용하는 테스트방법 및 그 테스트 결과를 각각 도시한다. SEM 을 이용하는 테스트에서, 테스트 샘플은 전자빔 (31) 에 의해 주사되고 이 샘플에서 생성된 2차 전자 (32) 는 2차 전자 검출기 (33) 에 의해 검출된다.

도 4(a) 에 도시된 바와 같이, 원형 콘택트홀 (43) 은 하부 기판 (42) 상에 형성된 산화막과 같은 절연막 (41) 을 통해 그 개구부로부터 수직방향으로 에칭함으로써 형성되어 콘택트홀 (43) 이 개구부의 직경과 실질적으로 동일한 내경을 갖는 것으로 가정한다. 이 경우, 2차 전자의 에너지는 작으므로 에너지의 충분한 양을 모으기에 충분히 큰 공간이 없으면 2차 전자의 에너지는 검출기 (33) 에 거의 도달하지 않는다. 따라서, 2차 전자의 측정양은 도 4(b) 에 도시된 바와 같이 된다. 즉, 얻어진 2차 전자의 이미지는 콘택트홀 (43) 의 개구부에 대응하여 갑자기 어두워진다. 이 현상에 의해, 콘택트홀의 존재가 검출된다.

한편, 콘택트홀 (44) 은 그 직경이 도 5(a) 에 도시된 바와 같은 깊이로 감소되는 테이퍼형상의 구성을 갖는다. 이 경우, 콘택트홀의 테이퍼형상 부분으로부터의 2차 전자는 2차 전자 검출기의 위치에 따라 관측될 수도 있다. 그러나, 콘택트홀 (44) 의 애스펙트비가 크므로, 콘택트홀의 내벽으로부터 방출된 2차 전자는 실제적으로 관측될 수 없다. 따라서, 콘택트홀 (44) 의 구성 및 그 바닥에 대한 정보는 2차 전자 이미지에 항상 반영되지는 않는다.

도 5(a) 에 도시된 바와 같은 테이퍼형상의 콘택트홀에서, 그 내경은 그 깊이의 증가와 함께 감소되고 콘택트홀의 접촉저항이 증가되는 경우가 있을 수 있어, 결과적으로 그 개구부의 직경이 허용가능하더라도 결함있는 콘택트홀이 된다. 그러나, SEM 테스트에서, 검출된 이미지는 콘택트홀의 개구부에서 뚜렷이 어두워지고 그 바닥에 대한 정보는 콘택트홀의 구성이 원형인지 또는 테이퍼형상인지에 상관없이 이미지에 반영되지 않는다. 따라서, 통상의 SEM 에 의해 이들 콘택트홀을 구별하기가 불가능하다.

콘택트홀의 내부 또는 바닥을 테스트하기 위하여, 콘택트홀의 중심축을 따라 샘플을 수직으로 절단함으로써 얻어진 샘플의 콘택트홀의 단면을 관측하는 방법이 채용되었다. 이 방법은 이 샘플을 콘택트홀의 중심축에서 정확히 두 조각으로 절단하는 고도의 기술을 필요로 한다. 따라서, 수천 Å 정도의 현재의 콘택트홀의 직경을 고려할 때, 품질을 결정할 필요가 있는 10% 의 정확도로 콘택트홀의 중심축을 따라 샘플을 절단하는 것이 실제적으로 불가능하다. 또한, 이 방법은 파괴적인 테스트이고 상당한 노동과 시간을 필요로하고, 이 외에도 제품의 직접적인 관측이 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, JP-A 10-281746 에는, 콘택트홀을 통과하여 기판에 도달되는 전자빔에 의해 생성된 전류가 이 콘택트홀의 바닥의 위치 및 크기를 검출하도록 검출되는 기술이 개시되어 있다. 또한, JP-A 4-62857 에는, 2차 전자 이미지가 전자빔이 아닌 이온빔으로 콘택트홀을 조사하여 이 이온빔 조사에 기인하여 기판을 통과하는 전류를 측정함으로써 얻어지는 기술이 개시되어 있다.

또다른 종래기술로서, JP-A 11-026343 에는, 마스크의 위치변동을 측정하는 패턴이 형성되고 이 마스크의 위치변동양이 전자빔조사가 수행될 때 생성된 기판 전류에 기초하여 얻어지는 기술이 개시되어 있다. 또한, JP-A 2000-174077 에는, 복수의 콘택트홀을 포함하는 영역이 전자빔으로 조사되고 이 영역내의 통상적인 콘택트홀의 비가 이 콘택트홀을 통과하는 전자빔에 의해 생성된 전류값에 기초하여 테스트되는 기술이 개시되어 있다.

또한, 기판전류를 측정함으로써 막두께를 알 수 있다. 예를 들면, JP-A 62-19707 에는, 진동하는 전자빔조사가 수행될 때, 기판전류의 파형, 전자빔의 가속전압 및 막두께 사이의 관계가 사전에 얻어지고 막두께는 소정의 가속전압으로 가속된 전자빔을 사용하여 측정된 전류파형으로부터 얻어지는 기술이 개시되어 있다. 또한, JP-A 2000-124276 에는, 시간에 따른 전류의 변동이 아닌 전류값으로, 테스트샘플을 전자빔으로 조사함으로써 생성되어 이 테스트샘플을 통해 그 후면으로 흐르는 전류가 측정되는 기술이 개시되어 있다. JP-A 2000-180143 에 개시된 기술에서는, 박막을 통해 기판으로 흐르는 전류가 측정되고 막두께는 이 측정된 전류를 표준샘플에 대해 얻어진 전류값과 비교함으로써 얻어지고, JP-A 2000-164715 에는 JP-A 2000-180143 에 개시된 기술에서의 사용에 적합한 표준샘플을 개시하고 있다.

본 발명의 목적은, 전자빔의 조사에 의해 생성된 기판전류를 검출하는 기술을 더욱 향상시켜, 콘택트홀의 상세한 구성 및 반도체장치의 내부상태를 비파괴적으로 테스트할 수 있는 반도체장치 테스터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 반도체장치 테스터는, 반도체장치를 주사하는 한편 테스트 샘플인 반도체장치를 전자빔으로 조사하는 전자빔 조사수단, 전자빔의 조사에 의해 상기 샘플에 생성된 전류를 측정하는 전류측정수단, 및 이 전류측정수단으로부터 측정된 데이터를 처리하는 데이터 처리수단을 포함하고, 이 반도체장치 테스터는, 전자빔 조사수단이 전자빔을 평행하게 하여 평행 빔으로 만드는 콜리메이터 수단 및 전자빔의 가속전압을 변경하는 수단을 포함하고 전자빔이 상이한 가속전압으로 주사될 때 데이터 처리수단이 샘플에 대한 전자빔의 투과율의 차이에 기초하여 깊이방향으로 이 샘플의 구조에 관련된 정보를 얻는 수단을 포함한다는 점에 의해 특징을 갖는다.

본 발명에서 평행 전자빔을 사용하는 이유는, 수렴하는 전자빔이 사용되는 경우, 전자빔을 측정 위치의 수직레벨로 모을 필요가 있어서, 깊이방향으로 샘플의 정보를 얻는 데 적절하지 않다는 점 때문이다. 평행 전자빔이 사용될 때, 초점거리는 무한으로 되어 초점 조정이 불필요해진다.

JP-A 10-281746 에 개시된 사전에 설명된 기술은 콘택트홀이 이 막을 투과하는지의 여부를 검출하는 테스트를 수행할 수 있다. 그러나, 이것은 콘택트홀의 구성과 같은 상세한 정보를 제공할 수 없다. 이는 이온빔을 사용하는 JP-A 4-62857 에 개시된 기술에 대해서도 마찬가지다. 전자빔의 전류 또는 가속전압량의 변경에 대해 JP-A 2000-124276 에 설명이 있다 하더라도, 전류 또는 가속전압의 변경 목적은 노이즈를 감소시키는 것이지, 깊이방향으로 테스트샘플의 구조를 검사하는 것이 아니다. JP-A 2000-174077 에 개시된 평행 빔의 사용은 복수의 콘택트홀을 포함하는 영역을 조사하는 것이지, 깊이방향으로 테스트샘플의 개개의 콘택트홀과 같은 그 구조를 검사하는 것이 아니다.

전자빔 조사수단은 전자총을 포함하고 콜리메이터 수단은 이 전자총으로부터 방출된 전자빔을 평행하게 하여 평행 빔으로 만드는 콘덴서 렌즈 및 이 콘덴서 렌즈와 반도체장치 사이로 삽입되는 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트를 포함하여, 전자빔이 개구부에 닿도록 전자빔의 스폿(spot) 크기를 제한한다. 전자빔 조사수단은 샘플을 전자빔으로 주사하기 위하여 전자빔에 대해 테스트 샘플을 이동시키는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

대안으로, 전자빔 조사수단은 전자총을 포함하고 콜리메이터 수단은 전자총에서 평행 빔으로 방출된 전자빔을 평행하게 하는 제 1 콘덴서 렌즈, 어포컬(afocal) 시스템을 구성하도록 정렬된 제 2 콘덴서 렌즈, 대물렌즈, 및 전자빔의 스폿 크기를 제한하기 위해 제 1 콘덴서 렌즈와 제 2 콘덴서 렌즈 사이에 삽입되고 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트를 포함할 수 있다. 샘플을 전자빔으로 주사하기 위하여 전자빔에 대해 테스트 샘플을 이동시키는 수단을 더 포함할 수도 있다.

전자빔 조사수단은 측정영역의 면적보다 작은 스폿 크기를 갖는 전자빔으로 측정영역의 중심을 통과하는 라인 세그먼트를 따라 반도체장치를 수직으로 조사하는 수단을 포함할 수 있고 데이터 처리수단은 라인 세그먼트를 따라 측정된 전류의 상승에지와 하강에지 사이의 시간으로부터 측정영역의 바닥의 거리를 얻는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은 면적계산수단을 포함할 수 있는데, 이는 일정한 조건하에서 전자빔 조사에 의해 미지의 측정영역에 생성된 전류값을 동일한 일정 조건하에서 전자빔 조사에 의해 측정영역의 기지의 면적을 갖는 표준샘플에 생성된 전류값으로 나누는 수단으로, 결과적인 몫으로부터 미지의 측정영역의 면적을 얻는다. 이 경우, 데이터 처리수단은 거리계산수단을 포함할 수 있는데, 이는 상기 면적계산수단에 의해 얻어진 면적을 원의 직경에 대한 원주의 비 (π)로 나누고 미지의 측정영역의 한 에지에서 다른 에지까지 측정된 거리로서 결과적인 몫의 근을 얻는다.

전자빔 조사수단은 전자빔의 스폿 크기를 전체적으로 모든 측정영역을 커버하기에 충분히 큰 값으로 설정하는 수단을 포함할 수 있고, 데이터 처리수단은, 미지의 샘플의 측정영역이 상기의 큰 스폿 크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류값에 대한 기지의 측정영역면적을 갖는 표준샘플이 상기의 큰 스폿 크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류의 비를 계산하는 수단, 및 상기 비로부터 미지의 샘플의 측정영역의 면적을 계산하는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은 표준샘플이 기지의 스폿 크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류값을 표준샘플의 단위면적당 전류량으로서 결정하는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은, 전자빔이 조사되는 측정대상 웨이퍼의 위치좌표에 대응하여 측정된 전류값을, 이 웨이퍼가 양호하면 동일한 위치좌표에서 측정되는 전류와 비교하고, 이 비교결과에 기초하여 다음에 수행될 공정을 설정하는 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 SEM 과 조합하여 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 반도체장치 테스터는 테스트 샘플의 표면으로부터 방출된 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기를 더 포함하는데, 여기서 데이터 처리수단은 2차 전자 검출기에 의해 측정된 2차 전자량을 전류측정수단의 측정 결과에 대응하게 하는 대응수단을 포함할 수 있다. 구체적으로, 측정영역의 중심을 통과하는 라인 세그먼트를 따라 테스트샘플을 전자빔 조사수단에 의해 이 측정영역의 면적보다 작은 스폿 크기를 갖는 전자빔으로 수직으로 조사하는 것이 가능하여, 전류측정수단에 의해 라인 세그먼트를 따라 측정된 전류의 상승에지와 하강에지 사이의 거리로부터 이 측정영역의 바닥 거리를 얻고 2차 전자 검출기에 의해 검출된 2차 전자의 상승에지와 하강에지 사이의 거리로부터 이 측정영역의 상부 거리를 얻는다. 대응수단은 바닥 직경, 상부 직경, 및 높이로서 상기 측정된 측정영역의 바닥 거리, 상부 거리, 및 막두께를 갖는 원뿔대 (frustum of a cone) 또는 원기둥을 3차원으로 표시하는 수단을 포함할 수 있다.

반도체장치 테스터는 테스트 샘플이 장착되는 샘플 스테이지를 경사지게 하는 경사 수단을 더 포함하는데, 여기서, 데이터 처리수단은 전자빔에 대해 샘플의 경사각을 처리하는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은, 먼지가 없는 샘플의 위치에서 얻어지며 전자빔 조사부분에 대응하는 전류값을 저장하는 수단, 저장수단에 저장된 전류값을 샘플의 것과 동일한 미지의 샘플의 패턴부분에서 전자빔 조사위치에 대응하는 전류값과 비교하는 수단, 및 이 비교에 의해 얻어진 전류의 상승위치와 하강위치 사이의 차이로부터 먼지의 존재 및 크기를 결정하는 수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 전체적으로 전체 측정영역을 커버하도록 전자빔의 단면형상을 설정하는 수단을 포함할 수 있고 이 전자빔의 단면형상의 적어도 일단은 선형으로 되고 데이터 처리수단은 전류의 상승값과 최대값 사이의 거리로부터 측정영역의 거리를 얻는 수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 전체적으로 전체 측정영역을 커버하도록 전자빔의 단면형상을 설정하는 수단을 포함하고 이 전자빔의 단면형성의 적어도 일단이 선형으로 되고 데이터 처리수단은 거리에 대해 전류의 미분곡선을 계산하는 수단 및 이 미분곡선의 상승위치와 선단위치 사이의 거리로부터 측정영역의 반경을 얻는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은 이 측정위치에 대응한 지도상의 측정 전류값을 표시하는 수단을 포함할 수 있다.

데이터 처리수단은 샘플로서의 웨이퍼 상의 두 영역 중 하나에서 얻어진 측정값을 기준값으로서의 다른 영역에서 얻어진 측정값과 비교하는 비교수단, 및 소정의 일정값 이상의 차이가 있는 경우 위치좌표를 추출하는 수단을 포함할 수 있다.

이 경우, 전자빔 조사수단은 라인형상의 라인의 길이방향에 수직인 방향으로 배선의 폭과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 라인형상의 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인 주사가 완료된 후에 주사방향에 수직으로 상기 배선의 폭과 동일한 거리만큼 주사위치를 이동시키는 수단을 포함하고 비교수단은 두 영역에서의 전자빔 조사위치에 대해 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형을 비교하는 수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 제 1 방향으로샘플의 배선의 최소폭보다 작은 크기를 갖는 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인 주사가 완료될 때마다 이 배선의 폭에 대응하는 거리만큼 주사방향에 수직인 방향으로 주사위치를 이동시키는 수단을 포함하고 비교수단은 두 영역내의 전자빔 조사위치에 대응한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형으로부터 동일 패턴위치에 대응한 전류파형의 상승 및 하강에지의 중심에서의 순간전류값을 추출하여 이 순간전류값들을 서로 비교하는 수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 라인형상의 전자빔의 길이방향에 수직인 방향으로 전체로서 샘플의 복수의 배선라인을 조사할 수 있는 길이를 갖는 라인형상의 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인주사가 완료될 때마다 주사위치를 조사하는 전자빔의 폭만큼 주사방향에 수직인 방향으로 이 샘플을 이동시키는 수단을 포함하고 비교수단은 두 영역내의 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형을 비교하는 수단을 포함할 수 있다. 이 경우, 파형비교수단은 파형을 적분하여 적분값을 비교하는 수단을 포함할 수 있다.

비교수단은 전자빔 조사위치로부터의 전류의 변동으로서 측정된 전류파형의 하나의 펄스의 상승에지에서 하강에지까지의 전류를 적분하는 수단, 이 펄스의 상승에지와 하강에지 사이의 거리로 이 적분값을 나누는 디바이더 수단, 및 이 디바이더 수단에 의해 얻어진 두 영역의 단위면적당 전류값을 비교하는 수단을 포함할 수 있다.

비교수단은 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형의 펄스의 상승에지와 하강에지의 위치를 비교하는 수단을 포함할 수 있다. 대안으로, 비교수단은 이 펄스의 상승에지와 하강에지의 중심위치를 비교하는 수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 전자빔에 대해 테스트 샘플을 이동시키는 메인주사수단, 및 메인주사와 동시에 메인주사방향과 상이한 방향으로 전자빔을 반복적으로 편향시키는 서브주사수단을 포함할 수 있다.

전자빔 조사수단은 테스트 샘플의 개개의 배선라인이 전자빔으로 조사되는 제 1 모드와 이 샘플의 모든 배선라인이 전체적으로 전자빔으로 조사되는 제 2 모드 사이에서 동작모드를 전환시킬 수 있고 데이터 처리수단은, 일정한 위치 구간마다, 제 1 모드에서 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형의 공간주파수를 분석하고 동일한 공간주파수를 갖는 구간들이 일정한 주기동안 계속되는 위치를 검출하는 수단, 및 복수의 배선라인이 상기 검출된 위치의 어레이에 정렬된다는 가정하에, 전자빔 조사수단을 제 2 모드로 설정하고 전체적으로 결함 비를 얻는 수단을 포함할 수 있다.

깊이방향으로 상기 구조에 관련된 정보를 얻는 수단은, 스루홀을 둘러싸는 절연막의 일부를 통과하는 전자빔을 증가된 가속전압으로 조사함으로써 생성된 전류값을 측정함으로써 절연막에 제공된 스루홀의 3차원 구성을 얻는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

절연막 내에 제공된 스루홀의 3차원구성을 얻기 위하여, 절연막의 두께를 알 필요가 있다. 이를 위해, JP-A 62-19707, 2000-124276, 또는 2000-180143 에 개시된 기술이 이용될 수 있다.

반도체장치 테스터는 테스트 샘플이 장착된 샘플 스테이지를 경사지게 하는 수단을 더 포함할 수 있고, 3차원 구성을 얻는 수단은 전자빔 및 이 전자빔의 샘플로의 입사각이 변할 때 얻어진 측정값으로부터 스루홀의 직경이 깊이에 따라 증가하는지 감소하는지를 검출하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

깊이방향으로 구조에 관련된 정보를 얻는 수단은 절연막을 통과하는 전자빔에 의해 생성된 전류의 측정값으로부터 절연막 내의 회로패턴의 편차를 검출하는 수단을 포함할 수 있다.

마스크 위치의 편차를 측정하는 기술이 JP-A 11-026343 에 개시되어 있어도, 마스크 위치 편차의 측정은 마스크 위치가 등록될 때 스루홀에 제공된 측정 패턴을 사용한다. 이것은 절연막을 통과하는 전자빔을 사용하지 않는다.

회로패턴의 편차를 검출하는 수단은 전자빔의 투과깊이가 가속전압을 변경시킴으로써 변경될 때 측정 값으로부터 각 층에서의 회로패턴의 편차를 평가하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 회로패턴이 중첩되는 절연층의 위치를 얻기 위하여, CAD 데이터로부터의 회로패턴에 관련된 정보를 취하는 수단이 제공되는 것이 바람직하다.

상기 구조에서, 전류파형의 획득은 전자빔 주사에 의해 수행되고 측정된 전류는 조사 주파수 또는 주사 주파수에 따라 샘플의 용량을 통과하는 전류를 포함한다. 따라서, 실질적으로 이 샘플을 통과할 수 없는 DC 전류가 샘플을 통과하는 것처럼 측정되는 경우가 있을 수 있다. 이런 현상을 피하기 위해, 데이터 처리수단은 전자빔의 조사 주파수 또는 주사 주파수에 의해 야기된 테스트 샘플의 용량을 통과하는 전류성분을 보정하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 전자빔 조사수단이 진동하는 전자빔이 반복적으로 발생되는 구조를 갖는 경우, 전자빔 펄스의 반복주기를 변경시키는 수단을 포함하고, 보정수단은 샘플이 상이한 반복주기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 전류측정수단에 의해 측정된 전류값으로부터의 전자빔으로 샘플이 연속적으로 조사될 때 전류값을 외삽(extrapolating) 함으로써 DC 성분을 얻는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 반도체장치 테스터는 전자빔 조사수단으로부터의 전자빔의 주사속도를 전환하는 수단을 포함할 수 있고, 보정수단은 샘플이 상이한 주사속도로 전자빔에 의해 주사될 때 전류측정수단에 의해 측정된 전류값으로부터 0 인 주사속도가 외삽될 때 전류값을 얻는 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의해 더 명확해 질 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치 테스터의 블록도.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치 테스터의 블록도.

도 3(a) 및 3(b) 는 애퍼처 구조를 도시하는데, 도 3(a) 는 전자빔을 원형단면을 갖는 빔으로 평행하게 하는 애퍼처를 도시하고 도 3(b) 는 전자빔을 정방형 단면을 갖는 빔으로 평행하게 하는 애퍼처를 도시하는 도면.

도 4(a) 및 4(b) 는 SEM 을 이용하여 원형단면을 갖는 콘택트홀의 테스트를 도시하는데, 도 4(a) 는 테스트방법을 도시하고 도 4(b) 는 테스트결과의 일례를 도시하는 도면.

도 5(a) 및 5(b) 는 SEM 을 이용하여 원형단면을 갖는 테이퍼형상의 콘택트홀의 테스트를 도시하는데, 도 5(a) 는 테스트방법을 도시하고 도 5(b) 는 테스트결과의 일례를 도시하는 도면.

도 6(a) 및 6(b) 는 원형 콘택트홀의 측정방법을 도시하는데, 도 6(a) 는 측정될 원형 콘택트홀의 구조를 도시하고 도 6(b) 는 그 측정시스템을 도시하는 도면.

도 7(a) 및 7(b) 는 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정방법을 도시하는데, 도 7(a) 는 측정될 원형 콘택트홀의 구조를 도시하고 도 7(b) 는 그 측정시스템을 도시하는 도면.

도 8 은 콘택트홀의 바닥면적에 대한 보상전류의 변동을 도시한 도면.

도 9 는 콘택트홀의 직경에 대한 보상전류의 변동을 도시한 도면.

도 10(a) 및 10(b) 는 단면적이 홀의 애퍼처보다 큰 전자빔을 이용한 측정을 도시하는데, 도 10(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 10(b) 는 측정결과의 일례를 도시한 도면.

도 11(a) 및 11(b) 는 단면적이 홀의 애퍼처보다 큰 전자빔을 이용한 측정을 도시하는데, 도 11(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 11(b) 는 측정결과의 일례를 도시하는 도면.

도 12(a) 및 12(b) 는 콘택트홀의 직경보다 작은 단면적을 갖는 전자빔을 이용한 측정을 도시하는데, 도 12(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 12(b) 는 측정결과의 일례를 도시하는 도면.

도 13 은 대량생산공장에서의 콘택트홀의 바닥직경의 측정에 대한 흐름도 및 품질결정의 일례를 도시한 도면.

도 14(a), 14(b), 및 14(c) 는 SEM 과 함께 수직 전자빔을 이용하여 원형 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 14(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 14(b) 는 전자빔의 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하고, 도 14(c) 는 콘택트홀의 복원된 3차원 표시를 도시하는 도면.

도 15(a), 15(b), 및 15(c) 는 SEM 과 함께 수직 전자빔을 이용하여 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 15(a) 는 측정될 테이퍼형상의 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 15(b) 는 테이퍼형상의 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하고, 도 15(c) 는 테이퍼형상의 콘택트홀의 복원된 3차원 표시를 도시하는 도면.

도 16(a) 및 16(b) 는 SEM 과 함께 경사진 전자빔을 사용하여 원형 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 16(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 16(b) 는 전자빔의 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하는 도면.

도 17(a) 및 17(b) 는 SEM 과 함께 경사진 전자빔을 사용하여 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 17(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 17(b) 는 전자빔의 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하는 도면.

도 18(a), 18(b), 및 18(c) 는 SEM 과 함께 수직 전자빔을 이용하여 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 18(a) 는 측정될 테이퍼형상의 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 18(b) 는 전자빔의 조사위치에 대해 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하고, 도 18(c) 는 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 복원된 3차원 표시를 도시하는 도면.

도 19(a) 및 19(b) 는 콘택트홀 내의 이물질을 검출하여 특정하는 방법을 도시하는데, 도 19(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 19(b) 는 전자빔의 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하는 도면.

도 20(a) 및 20(b) 는 테이퍼형상의 콘택트홀 내의 이물질을 검출하여 특정하는 방법을 도시하는데, 도 20(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 20(b) 는 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하는 도면.

도 21(a) 및 21(b) 는 테이퍼형상의 콘택트홀 내의 이물질을 검출하여 특정하는 방법을 도시하는데, 도 21(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 21(b) 는 조사위치에 대해 콘택트홀의 중심라인을 따라 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 도시하는 도면.

도 22(a), 22(b), 및 22(c) 는 큰 단면적을 갖는 전자빔을 사용하여 콘택트홀의 측정예를 도시하는데, 도 22(a) 는 콘택트홀과 전자빔 사이의 위치관계를 평면도이고, 도 22(b) 는 그 단면도이고, 도 22(c) 는 전자빔의 주사위치에 대해 얻어진 보상전류 및 그 미분값을 도시하는 도면.

도 23 은 길이 측정모드 및 전체 측정모드의 조합을 이용한 측정방법의 흐름도.

도 24 는 길이 측정모드가 적용된 웨이퍼상의 영역과 전체 측정모드가 적용된 동일 웨이퍼상의 영역 사이의 위치관계의 일례를 도시한 도면.

도 25 는 2개의 테스트 샘플을 사용하여 비교 테스트를 수행하는 장치의 구조를 도시한 도면.

도 26 은 비교 테스트의 흐름도.

도 27 은 비교 테스트의 원리를 설명하는 도면.

도 28 은 도 27 의 일부를 확대한 도면.

도 29(a) 및 29(b) 는 테스트 결과예를 도시하는데, 도 29(a) 는 정상적인 칩의 예를 도시하고, 도 29(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 30(a) 및 30(b) 는 얇은 전자빔을 사용하여 수행된 테스트결과의 일례를 도시하는데, 도 30(a) 는 정상적인 칩의 일례를 도시하고, 도 30(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 31(a) 및 31(b) 는 무작위로 정렬된 복수의 배선라인이 선형단면을 갖는 전자빔으로 조사될 때의 테스트 결과의 일례를 도시하는데, 도 31(a) 는 정상적인 칩의 예를 도시하고, 도 31(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 32(a) 및 32(b) 는 배선라인이 길이방향으로 동일한 구성을 가질 때의 테스트 결과의 일례를 도시하는데, 도 32(a) 는 정상적인 칩의 일례를 도시하고 도 32(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 33(a) 및 33(b) 는 상이한 폭을 갖는 배선라인이 축 대칭으로 존재할 때의 테스트 결과의 일례를 도시하는데, 도 33(a) 는 정상적인 칩의 일례를 도시하고, 도 33(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 34(a) 및 34(b) 는 상이한 폭을 갖는 배선라인이 무작위로 존재할 때의 테스트 결과의 일례를 도시하는데, 도 34(a) 는 정상적인 칩의 일례를 도시하고 도 34(b) 는 결함있는 칩을 도시한 도면.

도 35 는 전류파형의 적분값을 비교함으로써 비교 테스트를 수행하는 장치의 구조를 도시한 도면.

도 36 은 도 35 에 도시된 장치의 흐름도.

도 37 은 단위면적당 전류에 기초하여 비교 테스트를 수행하는 장치의 구조를 도시한 도면.

도 38 은 도 37 에 도시된 장치의 흐름도.

도 39(a) 및 39(b) 는 전자빔의 배선 커버리지와 전류파형 사이의 관계를 도시하는데, 도 39(a) 는 커버리지가 100% 인 때의 예를 도시하고, 도 39(b) 는 커버리지가 50% 인 때의 예를 도시한 도면.

도 40 은 공통기판 상의 복수의 칩을 사용하여 비교 테스트를 수행하는 장치의 구조를 도시한 도면.

도 41 은 도 40 에 도시된 장치의 흐름도.

도 42 는 배선품질이 전류파형의 상승 및 하강에지에 의해 결정되는 테스트의 흐름도.

도 43(a) 및 43(b) 는 테스트결과를 도시하는데, 도 43(a) 는 정상적인 배선을 도시하고, 도 43(b) 는 결함있는 배선을 도시한 도면.

도 44 는 배선품질이 전류파형의 상승 및 하강에지의 중심위치에 의해 결정되는 테스트의 흐름도.

도 45 는 전자빔 서브주사(sub scan)를 수행하는 장치의 구조를 도시한 도면.

도 46 은 주사궤적의 일례를 도시한 도면.

도 47 은 어레이 영역의 테스트 속도가 증가하는 테스트 흐름도.

도 48 은 주파수분석에 의해 얻어진 전력 스펙트럼의 일례를 도시한 도면.

도 49 는 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 50 은 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 51 은 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 52 는 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 53 은 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 54 는 콘택트홀의 3차원 구성의 측정을 도시한 도면.

도 55 는 점근법에 의해 콘택트홀의 3차원 구성을 얻는 공정흐름도.

도 56 은 상기 공정의 일부를 도시한 도면.

도 57 은 상기 공정의 다른 일부를 도시한 도면.

도 58 은 상기 공정의 또다른 일부를 도시한 도면.

도 59(a) 및 59(b) 는 층간 편차의 평가예를 도시한 도면.

도 60(a) 및 60(b) 는 층간 편차의 다른 평가예를 도시하는데, 도 60(a) 는 편차가 없는 장치의 단면이고, 도 60(b) 는 측정결과를 도시한 도면.

도 61(a) 및 61(b) 는 도 60(a) 및 60(b) 의 장치와 유사한 장치에 대한 다른 평가예를 도시하는데, 도 61(a) 는 이 장치의 단면이고, 도 61(b) 는 측정결과를 도시한 도면.

도 62(a) 및 62(b) 는 층간편차의 또다른 평가예를 도시하는데, 도 62(a) 는 장치의 단면이고, 도 62(b) 는 측정결과를 도시한 도면.

도 63 은 주 절연막이 한 종류의 재료로 형성된 때의 측정의 흐름도.

도 64 는 막두께에 대한 보상전류의 일례를 도시한 도면.

도 65 는 가속전압에 대해 보상전류의 일례를 도시한 도면.

도 66 은 복수의 절연막이 있을 때의 측정의 흐름도.

도 67 은 각 층의 이미지가 얻어진 후의 편차결정의 흐름도.

도 68 은 복수의 층의 정보를 함께 취득하는 측정의 흐름도.

도 69 는 백그라운드 보정에 대한 공정흐름도의 일례를 도시한 도면.

도 70 은 백그라운드 보정에 대한 공정흐름도의 다른 일례를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1 : 전자총 2, 12 : 전자빔

3, 13, 15 : 콘덴서 렌즈 4, 14 : 애퍼처

5 : 샘플 6 : 이동가능 스테이지

7 : 전극 8 : 이동거리 측정장치

9 : 전류계 10 : 데이터 프로세서

11 : 빔 제어부 16 : 대물렌즈

본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 동일하거나 유사한 요소는 각각 동일한 부재번호로 표시되고, 그 상세한 설명은 생략된다.

평행 전자빔의 생성

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치 테스터의 구조를 도시한 블록도이다. 반도체장치 테스터는, 전자빔 (2) 을 생성하는 전자총 (1), 콘덴서 렌즈 (3), 전자빔 (2) 을 평행하게 하는 애퍼처 플레이트 (4), 샘플 (5) 을 이동시켜 샘플 (5) 의 조사위치를 전자빔으로 주사하는 이동가능 스테이지 (6), 전극 (7), 전자빔의 조사에 의해 샘플 (5) 에 생성된 전류를 측정하는 전류계 (9), 이동가능 스테이지 (6) 의 이동거리를 측정하는 이동거리 측정장치 (8), 전류계 (9) 로부터 생긴 데이터를 처리하는 컴퓨터와 같은 데이터 프로세서 (10), 및 전자빔의 가속전압의 변화 및/또는 조사기간의 변화와 같은 제어를 수행하는 빔제어부 (11) 를 포함한다.

전자총 (1) 으로부터 방출된 전자빔 (2) 은 일단 콘덴서 렌즈 (3) 에 의해 평행 빔으로 평행하게 되어 매우 작은 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트 (4) 로 향한다. 애퍼처 플레이트 (4) 는 금속과 같은 것으로 만들어지고 애퍼처 플레이트 (4) 를 조사하는 전자가 내부에 축적되지 않도록 접지된다. 애퍼처 플레이트 (4) 의 작은 애퍼처를 통과한 전자빔 (2) 은 애퍼터의 면적과 실질적으로 동일한 단면적을 갖는 매우 가는 빔으로 되어 샘플 (5) 로 향한다. 애퍼처의 직경이 애퍼처 플레이트 (4) 의 열팽창에 의해 변경되지 않게 하기 위하여, 애퍼처 플레이트 (4) 는 적절히 냉각될 수 있다.

도 3(a) 및 3(b) 는 애퍼처 및 차폐부를 포함하는 애퍼처 플레이트의 구조의 일례를 도시하는데, 도 3(a) 는 전자빔의 단면을 원형으로 평행하게 하기 위해 전자빔 차폐재료로 형성된 애퍼처 플레이트의 중심부에 제공된 애퍼처 (21) 를 도시하고, 도 3(b) 는 전자빔의 단면을 정방형으로 평행하게 하는 애퍼처 (21) 를 도시한다. 각 애퍼처 (21) 는 차폐부 (22) 로 둘러싸인다. 애퍼처 플레이트 (4) 의 차폐부 (22) 는 텅스텐, 몰리브덴, 실리콘, 폴리실리콘, 금, 팔라듐, 또는 티탄 등으로 형성되는데, 전자빔으로 조사될 때, 거의 가스를 발생시키지 않는다. 애퍼처 (21) 의 직경은 거리가 콘택트홀의 내부를 주사함으로써 얻어질 때는 수백 Å 내지 1000 Å 의 범위이고 전체 단일 콘택트홀이 한번에 전자빔으로 조사될 때는 수 미크론이다. 애퍼처 (21) 의 형상은 정방형 또는 원형으로 제한되지 않는다. 장방형, 타원형, 또는 다른 다각형 애퍼처를 사용할 수 있다.

전자빔의 단면적은 애퍼처 (21) 의 면적보다 크거나 작을 수 있다. 전자빔의 단면적이 애퍼처 (21) 의 면적보다 작은 경우, 전자빔이 애퍼처 (21) 의 면적보다 큰 단면적을 가진 경우에 이 전자빔으로 애퍼처 (21) 를 주사함으로써 얻을 수 있는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.

샘플 (5) 은 이동가능 스테이지 (6) 에 장착된 전극 (7) 에 장착된다. 이동가능 스테이지 (6) 의 이동거리를 간섭계의 원리에 따라 옹스트롬 단위로 정확하게 측정하는 이도거리 측정장치 (8) 가 이동가능 스테이지 (6) 의 근방에 제공된다. 광학시스템이 이동거리 측정장치 (8) 로서 흔히 사용된다 하더라도, 시스템 활용 전자파, 전기저항 또는 용량, 또는 시스템 활용 양자역학효과와 같은, 거리에 따라 변하는 물리량을 검출하는 다른 시스템을 사용하는 것이 가능하다.

샘플 (5) 은 전극과 DC 로 접촉하도록 전극 (7) 과 접촉할 수 있고, 또는 샘플 (5) 을 조사하는 전자빔이 고주파 변조될 때, 전류는 용량성 결합에 의해 측정될 수 있으므로 샘플 (5) 은 전극 (7) 에 인접하여 정렬될 수 있다. 일반적으로, 반도체장치의 제조방법에서, 소자분리를 위한 국부 산화막이 기판 후면에 형성된다. 따라서, 절연막은 일반적으로 기판 후면에 형성된다. 샘플 (5) 이 이러한 웨이퍼인 경우, 샘플 (5) 과 스테이지 (6) 사이의 전기적 접촉을 실현하기 위하여 용량성 결합 스테이지를 사용하는 것이 효과적일 수 있다. 대안으로, 웨이퍼의 측면을 활용함으로써 전기적 접속을 제공하는 것이 가능할 수 있다.

측정될 콘택트홀의 크기가 매우 작으므로, 샘플 (5) 은 평평하게 스테이지 (6) 상에 놓여야 한다. 스테이지 (6) 상의 샘플 (5) 의 이러한 정렬을 구현하기 위하여, 링형상의 지그(jig) 와 같은 것을 사용하여 스테이지 (6) 상에 샘플 (5) 의 외주를 압착하는 것이 효과적일 수 있다.

전극에 의해 모인 전류는 전류계 (9) 에 의해 측정된다. 측정된 전류는 디지털신호로 변환되어 데이터 프로세서 (10) 로 출력된다. 테스터의 소음방지특성을 향상시키기 위하여, 전류계 (9) 를 차동증폭기로 구성하는 것이 효과적일 수 있다.

데이터 프로세서 (10) 는 다양한 데이터를 처리하고, 특히, 상이한 가속전압에서 전자빔으로 주사될 때 샘플의 전자빔의 투과율의 차이로부터 그 깊이방향으로 테스트 샘플의 구조에 관련된 정보를 얻을 수 있다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치 테스터의 블록도로서, 전자빔의 단면적이 미크로 정도일 때 적절하다. 이 테스터에서, 전자빔 발생시스템은 제 2 콘덴서 렌즈 (15) 및 대물렌즈 (16) 로 구성된 어포컬 (afocal) 시스템을 포함하고 입사 평행빔을 애퍼처 플레이트 (14) 의 애퍼처 면적보다 작은 단면적을 갖는 평행빔으로 변환하는 전자 광학 시스템을 구성한다.

즉, 전자총 (1) 으로부터 방출된 전자빔 (12) 는 제 1 콘덴서 렌즈 (13) 에 의해 평행빔으로 변환된 후, 애퍼처 플레이트 (14) 에 의해 가는 평행빔으로 변환된다. 그후, 가는 평행빔은 제 2 콘덴서 렌즈 (15) 에 의해 수렴되고 대물렌즈 (16) 로 향한다. 이 전자빔 발생시스템에서, 샘플 (5) 을 조사하도록 사용된 최종 빔은 애퍼처 플레이트의 애퍼처를 사용하지 않고 형성된다. 따라서, 애퍼처 플레이트를 직접 미세가공함으로써 애퍼처로 실현하기는 어려운 100 Å 정도로 단면적을 갖는 매우 가는 전자빔을 용이하게 형성할 수 있다. 이런 가는 전자빔에 의해 넓은 면적을 주사함으로써, 샘플이 두꺼운 전자빔으로 완전히 조사될 때 얻을 수 있는 것과 유사한 효과를 제공할 수 있다.

2차 전자 검출기가 도 1 또는 도 2 에 도시된 반도체장치 테스터에 부가될 때, 도 4(a) 또는 도 5(a) 에 도시된 SEM 에서 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에서 테스트될 콘택트홀을 설명하기로 한다. 콘택트홀은 산화막 또는 실리콘기판과 같은 하부기판에 형성된 절연막에 형성되어 산화막 또는 절연막의 표면으로부터 기판의 표면까지 연장한다. 통상적인 콘택트홀에서, 기판표면 또는 이 위에 형성된 배선층 표면은 노출된 상태에 있다.

콘택트홀은 개구를 갖는 레지스트가 제공된 산화막에 대한 에천트로서 불소함유가스를 사용하여 반응성 이온에칭을 적용함으로써 형성된다. 현재 주로 사용되는 콘택트홀은 애스펙트비가 10 이상인 매우 얇은 구조를 갖는데, 즉, 보통 두께가 수 미크론인 산화막 두께에 대한 콘택트홀의 직경이 0.15 미크론이다. 반응성 이온에칭은 물리화학적인 에칭이다. 실제적인 에칭속도는 고속으로 기판표면에 수직으로 공급된 불소함유가스의 이온에 의한 산화막의 에칭속도 및 이 에칭에 의해 생성된 고분자 불화탄소막의 형성속도에 의존한다. 일반적으로, 불소함유가스의 이온이 부딪히는, 콘택트홀 내부의 산화막의 에칭반응은 증대되고 고분자 불화탄소막은 동일한 에칭반응에 의해 형성된 콘택트홀의 측벽에 증착된다. 콘택트홀의 측벽은 이 메커니즘에 의해 보호되므로, 매우 깊은 수직 홀을 형성하는 것이 가능해진다. 한편, 에칭이 진행하고 콘택트홀이 하부기판을 투과할 때, 기판에 산소가 없으므로, 산화막 에칭반응은 고분자막을 에칭하는 반응으로 변경된다. 따라서, 하부기판으로의 에칭의 진행은 자동적으로 종료된다.

그러나, 이들 반응의 균형이 정교하게 되므로, 제조장치의 정교한 조건의 변동에 의해, 콘택트홀이 하부기판을 투과하기 전에 산화막의 에칭이 갑자기 중단하거나 하부기판이 에칭되는 경우가 있을 수 있다. 이런 현상은 결함있는 콘택트홀 또는 스루홀이 형성되게 하므로, 이러한 결함은 검출되어야 한다.

콘택트홀의 바닥직경의 측정

이런 콘택트홀의 바닥직경을 측정하는 기술을 설명하기로 한다.

도 6(a) 및 6(b) 는 측정방법을 도시하는데, 도 6(a) 는 측정될 콘택트홀 (43) 의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 6(b) 는 측정결과의 일례를 도시한다. 콘택트홀 (43) 은 하부기판 (42) 에 형성된 절연막 (41) 을 투과하도록 형성된다. 절연막 (41) 은 산화막 또는 질화막 등일 수 있다. 즉, 통상의 콘택트홀에서, 하부기판 (42) 의 표면 또는 절연막 아래에 형성된 배선층의 표면이 노출된다. 100 Å 정도의 직경을 갖고 도 1 또는 도 2 에 도시된 테스터에 의해 생성된 전자빔 (31) 은 내부에 형성된 콘택트홀 (43) 을 갖는 샘플에 수직으로 향하는 한편 수평으로 주사한다. 전자빔 (31) 의 가속전압 및 전류는 0.5 kV 에서 수 kV 정도의 범위 및 수 nA 로 각각 설정된다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (43) 을 통과하여 하부기판 (42) 으로 향할 때, 전류는 하부기판 (42) 을 통해 흐른다. 이 전류를 "보상전류"라 한다. 도 6(b) 는 샘플이 콘택트홀 (43) 의 중심라인을 따라 수평방향으로 전자빔에 의해 주사될 때 생성된 보상전류를 도시한다.

전자빔은 유한한 단면적을 가지므로, 도 6(b) 에 도시된 바와 같이, 보상전류는 전자빔이 절연막의 에지부를 횡단할 때 상승하기 시작하고 전자빔이 완전히 콘택홀의 바닥에 도달할 때 포화한다. 전자빔이 콘택트홀의 바닥부분으로부터 존재할 때, 보상전류는 포화값으로부터 감소하기 시작하고 전자빔이 완전히 콘택트홀을 떠날 때 0 이 된다.

콘택트홀의 단면은 보통 원형이므로, 콘택트홀을 특징짓는 거리는 콘택트홀의 바닥부분을 한정하는 원의 직경 또는 반경이다. 콘택트홀의 직경 또는 반경을 얻기 위하여, 콘택트홀의 중심을 통과하는 라인을 따른 측정을 수행할 필요가 있다. 이는, 설계정보인, 2차 전자 이미지 또는 CAD 데이터로부터 전자빔으로 조사될 위치를 정확히 얻고, 전자빔 조사위치가 콘택트홀의 중심라인을 따라 이동하도록 편향기(deflector)에 의해 전자빔을 제어함으로써 수행될 수 있다.

도 6(b) 의 세로좌표에 도시된 보상전류는 콘택트홀의 바닥부의 산화막의 두께에 의존한다. 즉, 콘택트홀의 측벽과 같은 두꺼운 산화막의 영역에서의 보상전류는 실질적으로 0 이 되는 한편, 큰 보상전류는 하부 실리콘 또는 하부 배선라인이 노출되는 영역에서 관측된다. 따라서, 콘택트홀의 중심라인을 따라 관측된 보상전류는 콘택트홀의 영역 외부에서 0 이고 실리콘이 노출된 영역에서 0 보다 큰 값으로 된다. 보상전류가 0 이 아닌 영역은 콘택트홀의 바닥부분이 노출된 영역에 상응하므로, 실리콘이 노출된 폭은 거리를 측정함으로써 얻어진다. 따라서, 측정된 거리는 콘택트홀의 바닥부분의 직경에 상응한다.

도 7(a) 및 7(b) 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정을 도시하는데, 도 7(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 7(b) 는 측정결과의 일례를 도시한다. 측정될 테이퍼형상의 콘택트홀 (44) 의 직경은 그 깊이에 따라 그 개구부의 직경으로부터 줄어든다. 테이퍼 각은 비교적 크고 절연막 (41) 의 두께는 전자빔으로 조사된 위치가 콘택트홀의 바닥으로부터 약간만 이동될 때 즉시 1000 Å을 초과한다. 절연막 (41) 의 외관상의 두께가 큰 영역에서는, 생성된 보상전류가 실질적으로 없다. 보상전류는 콘택트홀의 바닥이 노출되고 전류가 실질적으로 달리 생성되지 않은 영역에서 생성되므로, 보상전류가 관측되는 거리는 콘택트홀의 바닥의 직경에 상응한다. 콘택트홀이 테이퍼형상인 경우에도 그러하므로, 콘택트홀이 테이퍼형상인 때에도 콘택트홀의 바닥의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 전자빔의 단면 직경은 유한하므로, 보상전류의 파형은 상승부 및 하강부를 갖는다. 따라서, 콘택트홀의 직경은 상승부, 하강부, 또는 전류가 완전히 포화되는 위치로부터 0 으로 되돌아 오는 위치 등과 같은 보상전류의 파형에 포함된 다양한 위치정보로부터 얻어질 수 있다.

전자빔의 가속전압에 따라, 테이퍼 각이 크지 않으면 콘택트홀의 바닥부가 전자빔으로 조사되지 않는다 하더라도 보상전류가 흐르는 경우가 있을 수 있다. 이 현상을 활용하고 가속전압을 변경하면서 측정을 반복함으로써, 콘택트홀의 3차원 구조를 얻는 것이 가능하며, 이에 대해서는 이하에서 상술하기로 한다.

도 8 은 콘택트홀의 전체 바닥부가 균일한 전자빔으로 조사되는 조건하에서 콘택트홀의 바닥면적이 변경될 때 관측되는 보상전류의 변동을 도시한다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 보상전류는 콘택트홀의 바닥면적에 비례함이 명백하다.

도 9 는 콘택트홀의 원형 바닥면적의 직경 (콘택트홀의 변형된 바닥 직경) 에 대응하는 보상전류의 변동을 도시한다. 이 면적은 콘택트홀의 바닥의 직경의 제곱에 비례하므로, 보상전류는 바닥직경의 제곱에 비례하게 된다.

도 10(a) 및 10(b) 는 단면적이 홀의 애퍼처보다 큰 전자빔을 사용하여 콘택트홀을 측정하는 도면으로, 도 10(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 10(b) 는 측정결과의 일례를 도시한다. 도 11(a) 및 11(b) 는 단면적이 홀의 애퍼처보다 큰 전자빔을 사용하여 테이퍼형상의 콘택트홀을 측정하는 도면으로, 도 11(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 11(b) 는 측정결과의 일례를 도시한다. 각 측정에서, 도 1 또는 도 2 에 도시된 전자빔 발생기가 사용되고, 전자빔의 단면적은 콘택트홀의 면적보다 충분히 큰 값 (예컨대, 수 제곱미크론) 으로 설정된다. 보상전류는 샘플이 전자빔으로 수직으로 조사되어 그 콘택트홀의 전체 바닥이 전자빔과 동시에 조사되는 조건하에서 측정된다. 전자빔원은 단면 빔 내의 강도분배가 1% 이하인 전자빔을 방출할 수 있는 것이 바람직하다.

전체 콘택트홀 (43 또는 44) 이 한번에 전자빔 (51) 으로 조사될 때, 하부기판 (42) 의 노출부에 생성된 보상전류는 한번에 전류계 (9) 로 측정된다. 2차 전자 방출효율은 전자빔으로 조사될 기판에 대해 특정적이므로, 하부층이 노출된 영역의 단면적 내의 보상전류량은 전자빔 조사조건이 동일하다면 이 영역 전체에 걸쳐 일정하다. 따라서, 콘택트홀 (43 또는 44) 의 전체 바닥이 전자빔 (51) 으로 조사될 때, 콘택트홀 (43 또는 44) 의 바닥면적에 비례하는 보상전류는 도 10(b) 또는 11(b) 에 도시된 바와 같이 관측된다.

표준샘플의 활용

이렇게 얻어진 보상전류는 측정조건에 따라 민감하게 변경될 수 있다. 따라서, 보상전류는 샘플의 상태를 알 때 얻을 수 있는 보상전류의 표준값을 사용하여 콘택트홀의 면적으로 변환된다. 즉, 바닥면적이 알려진 콘택트홀을 갖는 표준샘플의 단위면적당 보상전류는 소정의 전자빔 조사조건하에서 사전에 측정된 후, 바닥면적이 알려진 콘택트홀을 갖는 샘플에 대한 보상전류량은 유사한 전자빔으로 조사함으로써 얻어진다. 미지의 샘플에 대해 얻어진 보상전류량은 표준샘플의 콘택트홀의 바닥면적에 대한 테스트 샘플의 콘택트홀의 바닥면적의 비를 얻기 위하여 표준샘플의 보상전류로 나누어진다. 이 절차는 표준샘플의 콘택트홀의 단위 바닥면적당 보상전류량이 테스트 샘플의 콘택트홀의 단위 바닥면적당 보상전류량과 동일하다는 가정에 기초한다.

도 12(a) 및 12(b) 는 콘택트홀의 직경보다 작은 단면 직경을 갖는 전자빔을 이용하여 콘택트홀의 바닥의 유사한 측정법을 도시하는데, 도 12(a) 는 측정될 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고 도 12(b) 는 측정결과의 일례를 도시한다. 전자빔의 단면적이 콘택트홀의 단면적보다 작을 때, 보상전류는 전자빔으로 조사된 위치에서만 얻어진다. 그러나, 테스트될 콘택트홀의 전체면적을 주사함으로써 생성된 전류값을 적분함으로써, 전체 보상전류를 얻기 위해 사용된 것과 유사한 절차에 따라 콘택트홀의 직경을 얻을 수 있다. 전류계의 시상수가 큰 경우, 전류의 적분값은 평균 전류값에 실질적으로 비례하게 된다. 따라서, 전류계에 지시된 평균전류값을 사용하여 콘택트홀의 직경을 평가할 수 있다.

테이퍼형상의 콘택트홀의 측벽의 경사각이 작은 경우, 절연막의 두께가 작아지므로 보상전류는 콘택트홀의 바닥이 전자빔으로 조사되지 않은 때에도 자연적으로 흐른다. 상기 방법이 간단히 적용될 수 있는 조건은 절연막의 두께, 전자빔의 파워, 및 콘택트홀의 테이퍼 각 등에 의해 결정될 수 있다.

단위면적당 보상전류는 콘택트홀의 바닥에 노출된 재료, 전자빔의 가속전압, 및/또는 주입된 전류에 의존하므로, 필요한 사전 실험을 수행함으로써 면적과 보상전류 사이의 관계를 얻을 필요가 있고 다른 재료 또는 다른 조건을 사용하여 측정이 수행될 때 이 관계를 테이블 또는 함수로 변환할 필요가 있다.

콘택트홀의 바닥직경의 측정예

본 발명자는 실험적 토대에서 만들어진 샘플을 이용하여 콘택트홀의 바닥직경을 계산하였고 이 계산을 입증하였다. 이 실험에서, 도 10(a) 에 도시된 바와 같은 원형 단면을 갖는 콘택트홀은 표준샘플로서 사전에 제조되었다. 콘택트홀의 개구부의 직경 및 콘택트홀의 바닥부의 직경은 각각 0.1 미크론이었고, 콘택트홀의 바닥에 노출된 재료는 실리콘이었고, 콘택트홀의 측벽으로 된 절연막은 실리콘 산화막이었다. 전자빔이 1 kV 의 가속전압으로 향해질 때, 100 pA 의 보상전류가 관측되었다. 그후, 표준 콘택트홀의 것과 동일한 개구직경 및 미지의 바닥직경을 갖는 도 11(a) 에 도시된 바와 같은 콘택트홀에 대한 보상전류는 유사한 조건하에서 측정되었다. 약 50 pA 의 보상전류가 미지의 샘플에 대해 관측되었고, 이로부터 미지의 콘택트홀의 바닥면적은 표준 콘택트홀의 바닥면적의 50% 임이 확인되었다.

한편, 실제적인 콘택트홀의 구성은 SEM 의 단면 구성 테스트 (파괴적 테스트) 에 의해 조사될 수 있다. 단면적으로부터 얻어진 표준샘플의 콘택트홀의 직경과 그 보상전류 사이의 상관관계를 얻음으로써, 미지의 샘플의 측정된 보상전류로부터 콘택트홀의 바닥면적을 얻을 수 있다. 또한, 미지의 샘플의 콘택트홀의 바닥 형상은 그 직경에 상관없이 표준샘플의 것과 유사하다고 가정하면, 측정될 콘택트홀의 직경은 이 면적의 제곱근에 의해 얻어질 수 있다.

상기 실험에서, 미지의 샘플의 콘택트홀의 직경은 0.07 미크론이었다.

빔의 주사는 측정하는 콘택트홀에 대해 1회만이어도 된다. 그러나, 측정의 정확성을 향상시키기 위하여, 동일한 위치를 여러번 주사하는 것이 가능하다. 이런 경우, 소정의 테스트 영역이 여러번 주사될 때 어더어진 보상전류의 평균값으로부터 콘택트홀의 직경을 계산하는 것이 가능하다.

바닥면적이 미지일 때 단위면적당 보상전류의 결정

바닥면적이 알려진 콘택트홀을 갖는 표준샘플이 준비될 수 없을 때 단위면적당 보상전류를 결정하는 방법은 도 12(a) 및 12(b) 를 참조하여 설명될 것이다. 이 방법에서, 샘플의 콘택트홀의 개구면적보다 충분히 좁고 알려진 스폿 크기를 갖는 전자빔 (52) 은 콘택트홀로 수직으로 향해진다. 도 1 또는 도 2 에 도시된 테스터에 의해 생성된 전자빔의 스폿 크기는 애퍼처 플레이트에 형성하는 애퍼처의 크기에 의해 제한되므로, 계산에 의해 전자빔의 크기를 얻는 것이 가능하다. 측정의 정확성을 더 향상시키기 위하여, 전자빔의 직경은 나이프 에지 (knife edge) 방법 등에 의해 직접 얻어진다. 이런 전자빔이 표준 콘택트홀로 향해질 때, 도 12(b) 에 도시된 것과 같은 보상전류가 측정된다. 표준 콘택트홀의 단위면적당 보상전류는 이렇게 얻어진 보상전류를 전자빔의 스폿 크기로 나눔으로써 얻어진다.

대량생산 공장에서의 활용

도 13 은 콘택트홀의 상기 바닥 직경측정이 대량생산 공장에서 활용되는 경우의 흐름도 및 양호 또는 불량 결정의 예를 도시한 테이블을 도시한다.

콘택트홀의 크기는 콘택틀홀을 통과하는 전류량을 결정하는 인자 중의 하나이다. 고속 메모리 또는 논리장치에서, 매우 빠른 펄스신호는 정교한 타이밍으로 동작한다. 콘택트홀의 크기변동은 그 접촉저항을 통해 회로의 시상수를 변화시키므로, 펄스전송시간은 설계값과 달라져서, 회로동작의 결함을 야기한다. 따라서, 소정 범위를 벗어나는, 콘택트홀의 크기변동이 있을 때, 전기적 접속이 이루어져도 관련된 회로에 악영향을 준다. 이러한 결함의 발생을 방지하기 위하여, 대량생산공장에서 제조될 콘택트홀의 바닥직경의 변동을 엄격히 관리할 필요가 있다.

예를 들면, 0.1 미크론의 바닥직경을 갖는 콘택트홀은 ±0.01 미크론 (±10%) 의 제조 허용오차로 형성된다고 가정한다. 10% 의 바닥직경 허용오차는 ±20% 의 변환된 면적 허용오차와 등가이다. 콘택트홀의 바닥크기는 도 13 에 도시된 흐름도에 따라 이 기준에 기초하여 관리된다.

우선, 웨이퍼에 존재하는 각 콘택트홀의 보상전류는 전자빔을 사용하여 측정된다 (S1). 측정결과는 메모리나 자기 디스크에 저장된다. 기록매체는 여기에만 한정되는 것이 아니고 측정결과를 기록할 수 있는 임의의 다른 매체도 가능하다. 그후, 정상적인 콘택트홀에 의해 얻어진 표준 보상전류는 측정되고 기록된 보상전류와 비교된다 (S2). 표준 보상전류와 기록된 보상전류의 차이가 ±20% 이내이면, 측정된 콘택트홀은 정상적인 콘택트홀로 판정되고, 측정된 콘택트홀이 정상적임을 나타내는 정보가 메모리에 기록된다. 도 13 의 테이블은 측정된 바닥직경 및 그 품질판정 (S3) 과 함께 X-Y 좌표 (1,1),...(1,5) 에 위치된 콘택트홀에 대해 얻어진 판정결과의 일례를 도시한다. 결함있는 콘택트홀의 수가 소정의 기준값보다 작을 때 (S4), 웨이퍼는 다음 단계 (S5) 로 운송하기 위해 웨이퍼 캐리어 상에 놓인다. 한편, 결함있는 콘택트홀의 수가 기준값을 초과하면, 웨이퍼 자체는 결함있는 것으로 기록된다. 이런 경우, 웨이퍼에 대한 차후의 공정이 정지되고 문제가 있는 웨이퍼는 캐리어에 실어 폐기한다 (S6). 이 경우, 에칭장치 등의 조절에 대한 명령이 공장쪽으로 보내진다.

각 콘택트홀의 바닥직경의 측정값에 대해, 측정값의 분산 또는 평균 등과 같은 통계값이 계산되고 정상적인 콘택트홀의 통계값과 비교된다. 이런 비교결과는 콘택트홀의 결함있는 전기적 접속이 실제로 발생하기 전에 분석될 수 있으므로, 공정변화의 불안정 및/또는 경향을 정확히 알 수 있다. 또한, 결함있는 웨이퍼를 신속히 발견할 수 있으므로, 웨이퍼에 결함이 생기는 원인을 알 수 있어, 차후에 결함있는 제품의 발생을 방지할 수 있다.

최근의 반도체 집적회로장치에서, 회로규모는 매우 크고 콘택트홀의 수도 기하급수적으로 증가하고 있다. 이런 회로장치에서, 웨이퍼 내의 모든 콘택트홀을 측정하기가 어렵다. 한편, 복수의 동일한 칩이 웨이퍼상에 규칙적으로 정렬된다. 각 칩의 동일 위치를 인터레이스 주사(interlace-scanning) 함으로써 칩의 품질을 결정할 수 있다. 이런 경우, 평균 바닥직경을 얻기 위해 주사될 각 칩의 위치 내의 복수의 콘택트홀의 바닥직경을 전체적으로 측정하는 것도 가능하다. 복수의 콘택트홀의 평균 바닥직경이 얻어지는 경우, 콘택트홀을 조사하기 위하여 애퍼처에 의해 평행하게 된 단일의 굵은 전자빔을 사용하거나 전체적으로 콘택트홀을 가는 전자빔으로 주사하는 것이 가능하다. 단일의 굵은 전자빔이 전체적으로 콘택트홀을 조사하기 위해 사용될 때, 콘택트홀을 여러번 전자빔으로 조사함으로써 평균값을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 전자빔 주사 수는 한번 또는 여러번일 수 있다.

맵 디스플레이

또한, 측정이 수행되는 위치에 대응하여, 웨이퍼의 보상전류 또는 콘택트홀의 직경 등의 측정결과를 매핑할 수 있다. 예를 들면, 보상전류값 또는 윤곽선으로서의 콘택트홀의 직경을 매핑(mapping) 함으로써 웨이퍼 내의 콘택트홀의 직경의 분포를 알 수 있다. 윤곽 맵 디스플레이는 보상전류정보 및 이렇게 얻어진 위치정보를 저장하고 이들을 이미지 디스플레이 장치나 기록시트 등에 표시함으로써 수행될 수 있다.

기준으로서 콘택트홀의 개구부의 직경이나 보상전류값을 사용하여 이미지 디스플레이 장치에 정보를 표시할 때, 휘도가 너무 높거나 너무 낮아 화면상의 이미지가 거의 보이지 않는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 이미지 디스플레이를 보정하여 표시된 이미지가 용이하게 보이게 할 필요가 있다. 이미지 디스플레이의 보정방법으로서, 예컨대, 중심값에 기초한 휘도조절이 고려될 수 있다. 또한, 결함있는 제품이 제조공정에서의 양호한 제품보다 더 중요하므로, 결함있는 제품의 정보가 더 쉽게 보이게 하는 것이 바람직하다.

맵 디스플레이 및 공정평가에 의한 품질판정

콘택트홀의 품질은 보상전류, 콘택트홀의 직경, 또는 콘택트홀의 구성에 기초하여 분류될 수 있다. 동일한 에칭조건, 동일한 처리장치 또는 이전 단계에서 사용된 동일한 처리장치에 기초하여 모든 웨이퍼 또는 모든 복수의 웨이퍼를 분류함으로써, 다양한 정보가 얻어질 수 있다. 이들 분류데이터는 윤곽 디스플레이와 유사한 방법에 의해 표시되는 것이 바람직하다. 이런 경우에, 웨이퍼의품질을 결정할 뿐 아니라 에칭분배 또는 에칭장치의 다른 공정상태를 알 수 있어서, 처리기기의 잘못을 일찍 검출하고 에칭기기의 에칭속도를 평균화함으로써 처리조건을 최적화하기가 쉬워진다.

예를 들면, 콘택트홀은 보통 드라이 에칭에 의해 형성되고 이를 위한 에칭기기는 에칭속도가 기기의 전체 면적에 대해 동일해지도록 조절된다. 그럼에도 불구하고, 전체 표면은 에칭속도가 높은 위치와 에칭속도가 낮은 위치를 필연적으로 포함한다. 복수의 웨이퍼의 콘택트홀의 측정결과의 윤곽선 디스플레이를 비교하면, 에칭기기의 전체 에칭속도 분배의 경향을 안다. 따라서, 에칭기기의 조절, 예컨대, 그 전극의 경사각의 변경에 의해 에칭기기의 에칭속도의 균등성을 향상시킬 수 있어, 전체 에칭속도 배분이 보정된다.

복수의 웨이퍼의 에칭속도 분배를 얻는 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들면, 분배는 동일한 작업조건하에서 에칭된 웨이퍼만을 모으거나 상이한 조건하에서 에칭된 웨이퍼를 표준화함으로써 얻어질 수 있다.

에칭속도 분배의 존재의 한가지 이유는 에칭단계에 앞서 형성된 절연막의 두께분배이다. 절연막의 두께분배는 CVD 상태에 기인할 수 있다. 이런 경우, 웨이퍼의 데이터를 모음으로써 결함있는 제품의 원인을 조사할 수 있고, 그 에칭단계는 선행하는 제조에서 사용된 것과 동일한 기기를 사용하여 수행된다. 이런 데이터를 사용함으로써, 콘택트홀의 직경의 측정으로부터 선행단계의 문제를 명확히 할 수 있게 되고, 에칭품질이 결정된다.

에칭기기의 경향이 알려진 경우, 웨이퍼의 전체표면 뿐만 아니라 결함이 발생하는 경향이 있는 표면의 위치도 테스트함으로써, 측정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들면, 에칭속도가 높거나 (큰 보상전류 및 큰 개구직경) 또는 낮은 (작은 보상전류 및 작은 개구직경) 웨이퍼의 부분만을 측정할 수도 있다.

콘택트홀의 직경분배로부터, 정비 후의 에칭기기의 조절 및/또는 에칭기기에 대해 수행된 수리를 확인하는, 에칭기기를 새롭게 시동할 때 가치있는 상기와는 다른 정보가 얻어지고, 이 정보로부터 이들 작업에 필요한 데이터를 공급함으로써 짧은 시간내에 에칭기기의 시동 및 조절과 같은 작업을 완료하는 것이 가능해진다. 또한, 콘택트홀의 직경분배는 에칭기기의 유지보수 정보로서 사용된다. 예를 들면, 양호한 콘택트홀 분배 및 결함있는 콘택트홀의 증가 등으로부터 결함있는 콘택트홀 분배의 변동을 통계적으로 모니터하거나 나중에 설명될 이물질 테스트에서 이를 사용함으로써 정비 타이밍의 정확한 평가를 수행할 수 있다. 또한, 비정상이 발생하기 전에 에칭기기의 비정상이 검출될 수 있는 또다른 효과가 있다.

반도체 웨이퍼의 통상적인 제조에서, 일괄(batch) 시스템이 채용된다. 즉, 복수의 웨이퍼가 각 제조단계에서 일괄로서 제조된다. 따라서, 웨이퍼의 품질결정이 첫 웨이퍼 및 마지막 웨이퍼만에 대해 일괄적으로 수행될 수 있다. 첫 웨이퍼가 소정의 제조단계에서 결함있는 것이 확인될 때, 첫 웨이퍼 이후의 모든 웨이퍼가 테스트될 수 있고, 결함이 검출될 때, 이 단계에서 사용된 제조기기가 조절되거나 첫 웨이퍼의 측정결과에 기초하여 조절될 수 있다.

SEM 과의 연계

콘택트홀은 3차원 구조를 가지므로, 3차원 콘택트홀의 특징을 명확히 보여줄 수 있는 테스트결과를 얻는 것이 매우 바람직하다. 콘택트홀의 정확한 3차원 구조를 얻는 방법이 이하 상술되겠지만, 여기서 그 방법을 약술하기로 한다.

약술되는 방법에서는, 콘택트홀의 개구부의 직경 α, 콘택트홀의 바닥부의 직경 β, 및 그 깊이 d 는 특정되고 콘택트홀의 구성이 대략 표현된다. 즉, 측정된 보상전류로부터 얻어진 콘택트홀의 바닥의 형상 또는 재료에 대한 정보와 통상의 주사 전자 이미지로부터 얻어진 콘택트홀의 개구부의 형상에 대한 정보가 종합된다. 재료정보는 보상전류가 하부재료에 의존한다는 성질에 따라 어떤 가속전압에 의해 측정된 보상전류량으로부터 평가된다. 콘택트홀의 깊이는 후술될 전자빔 측정에 의해 얻어진다. 그러나, 콘택트홀이 형성되는 절연막의 두께를 이용하여 얻어질 수도 있는데, 형성될 때 실제로 측정된다.

도 14(a), 14(b), 14(c), 15(a), 15(b) 는 원형단면을 갖는 콘택트홀 및 테이퍼형상의 콘택트홀을 갖는 콘택트홀을 각각 측정하는 방법을 도시하는데, 도 14(a) 및 15(a) 는 원형 및 테이퍼형상의 콘택트홀의 구조를 각각 도시하고, 도 14(b) 및 15(b) 는 콘택트홀의 중심선을 따라 측정된 보상전류 및 2차 전자의 전자빔 조사위치에 대한 관계를 도시하고, 도 14(c) 및 15(c) 는 복원된 콘택트홀의 3차원 디스플레이를 각각 도시한다. 설명을 간단히 하기 위해, 콘택트홀은 그 중심선을 따라 한번에 주사된다고 가정한다.

콘택트홀의 주변 및 그 내부를 주사하는 전자빔으로서, 도 1 또는 도 2 에 도시된 테스터에 의해 얻어진 평행 전자빔이 사용된다. 수렴하는 전자빔이 사용될 때, 콘택트홀의 주변이 주사되는 경우와 콘택트홀의 바닥이 주사되는 경우 사이가 상이한 수직위치에 대해 빔의 초점을 조절할 필요가 있다. 그러나, 평행 전자빔이 사용될 때, 초점길이는 무한으로 되고, 따라서, 초점조절이 불필요하다.

도 14(a) 에 도시된 콘택트홀 (43) 의 개구부의 직경 α은 그 바닥의 직경 β과 실질적으로 동일하다. 이 경우, 2차 전자량 및 보상전류의 상승 및 하강위치는 도 14(b) 에 도시된 바와 같이 일치한다. 도 14(c) 에 도시된 원형단면을 갖는 콘택트홀의 3차원 구성은 측정결과 및 콘택트홀의 깊이 d 로부터 얻어지고, 이는 프로세스 데이터로부터 얻어진다. 또한, 콘택트홀의 중심을 통과하도록 주사방향을 변경시키면서 복수의 단면 구성을 측정함으로써 더 정확한 3차원 디스플레이를 얻는 것이 가능하다. 3차원 이미지에 대한 단면 구성의 감소는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있고, 이는 3차원 컴퓨터 그래픽 분야에서 사용된다.

도 15(a) 에 도시된 콘택트홀 (44) 의 개구부의 직경 α은 그 바닥의 직경 β보다 더 크다. 이 경우, 도 15(b) 에 도시된 바와 같이, 상부의 선으로 도시된 2차 전자의 상승 및 하강위치는 각각 하부의 선으로 도시된 보상전류의 상승 및 하강위치와 다르다. 개구 직경 α에 대응하는 2차 전자량이 감소된 영역의 폭은 바닥 직경 β에 대응하는 보상전류가 증가하는 직사각형 영역의 폭보다 크다. 프로세스 데이터로부터 얻어진 콘택트홀의 깊이 d 와 함께 이를 3차원으로 표시함으로써, 콘택트홀의 3차원 구성은 도 15(c) 에 도시된 바와 같은 역 원추형으로 된다.

도 15(a) 에 도시된 테이퍼형상의 콘택트홀의 경우, 그 테이퍼형상부로부터 방출된 2차 전자가 2차전자 검출기에 대한 테이퍼형상부의 구성의 위치관계에 따라 검출되는 경우가 있을 수 있다. 그러나, 실제의 콘택트홀의 애스펙트비는 크므로, 콘택트홀의 내벽으로부터 방출된 2차 전자가 검출되지 않는 것이 일반적이다. 도 15(b) 및 다른 도면에서, 달리 언급되지 않으면 이러한 2차 전자는 무시된다.

SEM 과의 연계 및 경사진 입사빔

바닥부 직경보다 더 작은 개구부 직경을 갖는 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 경우, 이 콘택트홀을 수직의 전자빔이 수직방향일 때 바닥직경과 등가인 개구직경을 갖는 콘택트홀과 구별하기가 불가능하다. 본 발명에 따르면, 콘택트홀의 바닥직경은 전자빔이 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 바닥영역의 주변위치까지 투과하도록 테스트 샘플에 대해 입사 전자빔을 경사지게 함으로써 측정된다. 전자빔을 작은 각도로 경사지게 하기 위해, 전자빔 주사를 위한 편향기 또는 전자렌즈가 사용된다. 전자빔이 큰 각도로 경사질 때, 웨이퍼 지지 스테이지는 웨이퍼의 중심축에 대해 이를 회전시킴으로써 경사진다. 이 스테이지를 ±수십도의 범위에서 경사지게 하는 것이 용이하므로, 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 테이퍼 각도와 실질적으로 동일한 각도로 전자빔을 역 테이퍼형상의 콘택트홀로 방향지우는 것이 가능하다.

도 16(a), 16(b), 17(a), 17(b), 18(a), 18(b), 18(c) 는 원통형 콘택트홀, 테이퍼형상의 콘택트홀, 및 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 측정예를 각각 도시하고, 도 16(a), 17(a), 18(a) 는 각 콘택트홀의 구조 및 그 측정시스템을 도시하고, 도 16(b), 17(b), 18(b) 는 전자빔으로 조사된 위치에 대하여 2차 전자량 (상부 선) 및 측정된 보상전류 (하부 선) 을 도시한다. 2차 전자의 측정위치와 경사진 입사빔에 의해 야기된 보상전류 사이의 편차는 콘택트홀의 위치로 보정된다. 도 18(c) 는 복원된 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 3차원 구성을 도시한다.

원통형 콘택트홀 (43) (도 16(a)) 이 경사진 전자빔 (61) 으로 조사되는 한편 콘택트홀의 중심축을 따라 전자빔을 이동시킬 때, 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (43) 의 에지영역의 절연막 (41) 의 영역을 조사하는 시간동안 강한 2 차 전자 (32) 가 관측되고, 2차 전자는 급격히 감소된다. 2차 전자는 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (43) 의 바닥을 조사하는 시간동안 관측되지 않는다. 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (43) 의 반대측의 절연막 (41) 에 다시 도달할 때, 2차 전자는 다시 검출된다. 한편, 보상전류는 전자빔 (61) 절연막 (41) 을 조사하느 시간동안 관측되지 않고 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (43) 의 에지에 도달할 때 검출된다. 보상전류의 양은 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (43) 의 바닥을 조사할 때 급격히 증가하고 전자빔 (61) 이 절연막 (41) 에 다시 도달할 때 급격히 감소한다.

테이퍼형상의 콘택트홀 (44) 에 대해 (도 17(a)), 전자빔 (61) 이 절연막 (41) 을 조사하는 시간동안 상당한 2차 전자가 검출되고 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (44) 의 에지에 도달할 때 급격히 감소된다. 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (44) 의 바닥을 조사하는 시간동안 실질적으로 2차 전자는 검출되지 않는다. 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (44) 의 반대측의 절연막 (41) 에 다시 도달할 때, 2차 전자가 관측된다. 한편, 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (44) 을 둘러싸는 절연막 (41) 의 일부를 조사하는 시간동안 보상전류는 검출되지 않고 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (44) 의 바닥을 조사하는 시간동안 상당한 2차 전자가 검출된다. 전자빔 (61) 이 테이퍼부를 다시 조사할 때, 보상전류는 급격히 감소된다.

도 18(a) 에 도시된 역 테이퍼형상의 콘택트홀 (45) 의 경우, 상당한 양의 2차 전자는 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (45) 을 둘러싸는 절연막 (42) 을 조사하는 시간동안 검출되고 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (45) 의 에지에 도달할 때 2차전자량은 급격히 감소된다. 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (45) 의 바닥을 조사하는 동안 실질적으로 2차전자는 검출되지 않고 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (45) 의 반대측의 절연막을 조사하기 시작할 때 2차 전자가 검출된다. 한편, 전자빔 (61) 이 절연막 (42) 의 표면을 조사할 때 보상전류는 검출되지 않는다. 전자빔 (61) 이 콘택트홀 (45) 의 바닥을 조사하는 시간동안만 보상전류가 검출된다. 전자빔 (61) 이 절연막 (42) 또는 콘택트홀의 역 테이퍼형상부를 다시 조사할 때, 보상전류는 검출되지 않는다.

콘택트홀의 테이퍼 각도가 입사 전자빔의 경사각과 일치할 때, 2차 전자량의 증가 또는 감소와 보상전류의 감소 또는 증가는 동일한 빔 조사위치에서 일어난다. 따라서, 역 테이퍼형상의 콘택트홀의 바닥직경을 얻기 위하여, 다양한 전자빔 입사각을 사용하여 실험을 수행함으로써 보상전류가 최외곽 위치에서 검출되는 입사 전자빔 각도를 찾을 필요가 있다. 콘택트홀의 깊이 d 는 알려져 있으므로, 전자빔의 입사각과 콘택트홀의 깊이 d 로부터, 콘택트홀의 개구부의 에치에서 개구부의 외부에 있는 콘택트홀의 바닥의 최외곽까지의 거리를 얻을 수 있고, 콘택트홀의 바닥직경은 거리값을 개구부의 직경에 가산함으로써 계산된다. 이 값을 추가적으로 사용함으로써, 도 18(c) 에 도시된 콘택트홀의 3차원 디스플레이가 얻어진다.

이물질의 검출

도 19(a) 내지 21(b) 는 콘택트홀 내의 이물질을 검출하고 특정하는 방법을 도시하고, 도 19(a), 20(a), 21(a) 는 테스트될 구조 및 그 측정시스템을 각각 도시하고 도 19(b), 20(b), 21(b) 는 전자빔 조사위치에 대해 측정된 2차 전자량 및 보상전류를 각각 도시한다.

콘택트홀을 에칭할 때 사용된 레지스트의 찌꺼기, 콘택트홀의 바닥에 남은 타공정에서 생긴 입자 또는 먼지와 같은 다양한 이물질이 있을 수 있다. 이런 이물질이 콘택트홀에 존재할 때, 소자들을 전기적으로 상호 접속하는 플러그로서 콘택트홀을 충전하는 텅스텐, 알루미늄 또는 폴리실리콘과 같은 충전재의 양은 불충분해져서 결함있는 콘택트가 생긴다. 따라서, 반도체공정에서 플러그형성전에 이런 이물질을 검출할 필요가 있다.

문제가 되는 먼지 두께는 재료에 따라 보통 500 Å 이상이므로, 입사 전자빔이 콘택트홀의 바닥에 도달하지 못하게 한다. 따라서, 콘택트홀의 바닥에 이물질이 존재하면, 관측된 보상전류는 정상적인 콘택트홀에서 생성된 것보다 더 적어진다.

도 19(a) 및 19(b) 에 도시된 예에서, 작은 먼지 (71) 는 일정한 단면적을 갖는 콘택트홀 (43) 외부에 존재한다. 도 19(a) 에서 콘택트홀 (43) 을 따라 좌측으로부터 도 1 또는 도 2 에 도시된 방법에 의해 발생된 수직의 가는 전자빔 (31) 으로 샘플이 주사될 때, 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (43) 을 둘러싸는 절연막 (41) 을 조사하는 시간 동안 보상전류는 관측되지 않는다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (43) 의 에지에 도달할 때, 보상전류의 검출이 개시된다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (43) 의 바닥을 조사하는 시간동안, 보상전류가 관측된다. 전자빔 (31) 이 먼지 (71) 를 조사할 때, 보상전류는 검출되지 않는다. 도 19(a) 에 도시된 예에서, 먼지 (71) 는 콘택트홀 (43) 의 바닥의 일단에 집중된다. 그러나, 먼지가 콘택트홀의 바닥의 중심부에 존재하고 전자빔 (31) 이 먼지가 존재하는 영역을 통과하는 경우, 보상전류가 다시 관측된다. 도 19(b) 는 전자빔 (31) 의 조사위치를 변경함으로써 얻어진 보상전류의 측정결과를 도시한다. 먼지 (71) 의 크기는 이 측정결과를 먼지가 없는 콘택트홀에 대해 수행된 측정결과와 비교함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 콘택트홀의 먼지의 존재여부 또는 먼지의 크기는 보상전류를 측정함으로써 검출될 수 있다.

도 20(a) 및 20(b) 는 먼지 (72) 가 테이퍼형상의 콘택트홀 (44) 의 바닥에 퇴적될 때의 예를 도시한다. 수직의 가는 전자빔 (31) 으로 샘플을 주사하는 것이 도 20(a) 의 좌측에서 개시될 때, 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (44) 을 둘러싸는 절연막 (41) 을 조사하는 시간동안 보상전류는 관측되지 않는다. 전자빔 (31) 이 테이퍼형상부를 조사할 때, 절연막의 두께가 크므로 보상전류가 검출되지 않는다. 한편, 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (44) 의 에지에 도달할 때, 보상전류가 검출된다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (44) 의 바닥을 조사하는 시간 동안 일정한 보상전류가 검출되더라도, 전자빔 (31) 이 먼지 (72) 를 조사할 때 보상전류는 관측되지 않는다. 먼지의 존재여부 또는 먼지의 크기는 이 측정결과를 먼지가 없는 콘택트홀에 대해 수행된 측정결과와 비교함으로써 얻어질 수 있다.

도 21(a) 및 21(b) 는 먼지 (73) 가 역 테이퍼형상의 콘택트홀 (45) 의 바닥의 중심부에 존재할 때의 예를 도시한다. 전자빔 (31) 으로 샘플을 조사하는 것이 개시될 때, 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (45) 을 둘러싸는 절연막 (41) 을 조사하는 시간 동안 보상전류는 관측되지 않는다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (45) 의 바닥에 도달할 때, 큰 보상전류가 검출된다. 전자빔 (31) 이 먼지 (73) 에 도달할 때, 보상전류는 검출되지 않는다. 전자빔 (31) 이 먼지 (73) 위를 통과하고 콘택트홀 (45) 의 바닥을 조사할 때, 보상전류가 다시 검출된다. 전자빔 (31) 이 콘택트홀 (45) 의 에지에 도달할 때, 보상전류는 검출되지 않는다. 보상전류가 검출되지 않는 샘플의 위치는 먼지 (73) 가 존재하는 영역에 상응하고 먼지 (73) 의 크기는 이 영역의 폭으로부터 추정될 수 있다.

상기 먼지 검출방법에서, 조사 전자빔 (1차전자) 에 대한 2차전자의 비는, 그 원자수에 따라 다른, 조사 전자빔 의존성을 갖고 샘플 재료에 의존한다. 따라서, 콘택트홀의 바닥 내에 먼지의 존재여부가 특정된 후, 보상전류의 변동은 다양한 가속 에너지에 의해 가속된 전자빔으로 샘플을 조사함으로써 검출된다. 예상되는 이물질에 대한 유사한 실험을 수행하여 보상전류의 가속에너지 의존성을 사전에 결정하고 뉴트럴 (neutral) 네트워크와 같은 기술을 사용하여 가속에너지 의존성의 대략적인 정도를 얻음으로써 측정될 대상을 특정할 수 있다.

큰 단면적을 갖는 전자빔을 이용한 측정

도 22(a), 22(b), 22(c) 는 큰 단면적을 갖는 전자빔을 이용한 측정예를 도시하고, 도 22(a) 는 콘택트홀 (81) 과 전자빔 (82) 사이의 관계를 도시한 평면도이고, 도 22(b) 는 그 단면이며 도 22(c) 는 전자빔의 주사위치 및 그 미분에 대해 얻어진 보상전류를 도시한다.

이 예에서, 콘택트홀의 면적보다 큰 직사각형 단면적을 갖고 샘플에 수직으로 입사하는 전자빔 (82) 이 사용된다. 도 22(a) 및 22(b) 에 도시된 바와 같이, 샘플에 대해 조사축을 수직으로 유지하고 빔축을 고정시킨 상태에서 샘플은 단일의 콘택트홀 (81) 을 포함하는 샘플영역의 한쪽에서 다른 쪽으로 전자빔 (82) 에 의해 주사된다. 대안으로, 전자빔 (82) 의 조사축을 샘플 웨이퍼에 대해 일정한 각도로 유지하면서 전자빔 (82) 을 주사하거나 샘플 웨이퍼를 수평으로 이동시키는 것이 가능하다. 이 경우에 사용된 전자빔 (82) 이 평행빔이라 하더라도, 한 쌍의 편향기를 이용하여 빔을 수평으로 이동시킴으로써 평행빔을 주사하는 것이 가능하다. 이 경우에 검출된 보상전류의 크기는 콘택트홀 (81) 의 바닥을 조사하는 전자빔의 면적에 비례한다. 따라서, 보상전류를 미분하여 얻어진 값은 직사각형의 전자빔 (82) 이 주사되기 시작하는 빔 에지 (83) 근방의 위치에서 보상전류의 양을 나타낸다.

이 예에서, 이 주사는, 도 22(a) 및 22(b) 에 도시된 바와 같이 콘택트홀 (81) 을 둘러싸는 영역으로부터 콘택트홀 (81) 의 바닥까지 샘플 웨이퍼를 조사하도록 전자빔 (82) 을 점차 이동시킴으로써 수행된다. 전자빔 (82) 이 콘택트홀 (81) 을 둘러싸는 영역을 조사할 때 검출되는 보상전류는 없다. 전자빔 (82) 이 콘택트홀 (81) 의 바닥의 에지에 도달할 때, 보상전류는 급격히 증가한다. 전자빔 (82) 이 콘택트홀 (81) 의 바닥을 통과하는 시간동안 보상전류의 양은 점차 증가하고 전자빔 (82) 이 전체 콘택트홀 (81) 을 커버할 때 최대가 된다. 전자빔 (82) 이 바닥을 통과하고 다른 쪽 빔 에지가 콘택트홀 (81) 에 도달할 때, 보상전류는 감소하기 시작하고, 전자빔 (82) 이 콘택트홀 (81) 의 영역을 벗어날 때, 보상전류는 소멸된다.

측정된 보상전류의 상승위치와 보상전류의 최대값을 나타내는 피크 사이의 거리는 콘택트홀 (81) 의 바닥의 일단과 그 타단 사이의 거리에 상응한다. 이 방법에 의해 측정된 거리는 원이 2개의 평행선에 의해 핀치(pinch) 될 때 얻어진 거리에 상응한다. 따라서, 전자빔 (82) 이 콘택트홀 (81) 과 정확히 일직선으로 정렬하지 않을 때에도 원의 정확한 직경을 측정할 수 있다.

또한, 콘택트홀 (81) 이 원형이라 가정할 때, 원의 면적의 증가율은 원의 중심선의 위치에서 최대가 된다. 따라서, 보상전류의 증가율이 최대가 되는 위치는 원의 중심선의 위치에 대응한다. 결과적으로, 전체 콘택트홀 (81) 을 주사할 필요없이, 보상전류의 증가율이 최대가 되는 위치까지 측정을 수행함으로써 콘택트홀 (81) 의 바닥의 직경을 얻는 것이 가능하다. 즉, 실질적으로 전체 콘택트홀을 주사하는 데 필요한 시간의 절반인 시간동안 콘택트홀의 바닥직경을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 미분된 값의 피크지점이 명확히 알려지므로, 그 거리는 정확히 얻어진다.

테스터의 전자빔 시스템의 구조가 가는 전자빔이 사용된 경우의 구조보다 더 간단하다는 점에서, 굵은 전자빔을 사용하는 것이 유리하다.

가는 전자빔 및 굵은 전자빔을 사용한 측정

도 23 및 도 24 는 가는 전자빔을 사용하여 길이를 정확히 측정하는 길이 측정모드 및 굵은 전자빔을 사용하여 짧은 시간 내에 바닥직경을 얻는 전체 측정모드를 조합한 것을 채용하는 측정방법을 도시하고, 도 23 은 그 흐름도이고, 도 24 는 길이 측정모드로 측정될 웨이퍼 (91) 상의 영역 (92) 과 전체 측정모드에 의해 측정될 영역 (93) 사이의 위치관계의 일례를 도시한다.

반도체장치의 제조에서, 콘택트홀의 바닥직경을 고속으로 정확하게 측정할 필요가 있다. 일반적으로, 하나의 콘택트홀이 정확한 가는 전자빔으로 주사되고 콘택트홀의 바닥직경이 보상전류량이 변경되는 위치 사이의 거리로부터 측정되는 길이 측정모드에서, 보상전류의 상대 변화가 사용된다. 따라서, 하부의 물질의 정교한 변동의 영향은 작고 콘택트홀의 직경의 측정의 정확성은 높다. 그러나, 각 콘택트홀에 대해 미세한 전자빔 주사를 수행함으로써 다양한 정보가 얻어지므로, 많은 콘택트홀의 테스트를 수행하기 위해 상당히 긴 시간 및 상당한 양의 데이터처리가 요구된다.

이 문제를 해결하기 위해, 가는 전자빔을 사용하여 길이를 정확히 측정하는 길이 측정모드와 굵은 전자빔을 사용하여 짧은 시간내에 바닥직경을 얻는 전체 측정모드가 조합된다. 이 조합을 이용하여, 테스트의 정확성을 높게 유지하고 테스트속도를 증가시키는 것이 가능하다.

도 23 및 도 24 를 참조하여 길이 측정모드와 전체 측정모드의 조합에 대해 상세히 설명하면, 바닥직경의 정확한 측정은 길이 측정모드로 테스트 콘택트홀 중의 하나 또는 비교적 적은 수의 콘택트홀 (길이 측정모드가 적용되는 영역 (92) 내)에 대해 수행된다 (S11). 그후, 콘택트홀을 통과하는 보상전류와 그 바닥직경 사이의 관계를 얻기 위하여 전체 측정모드가 동일한 콘택트홀에 적용되어 (S12) 전체 측정모드 내의 면적을 표준화한다 (S13). 콘택트홀의 직경과 측정될 대상내의 보상전류 사이의 관계는 이 측정에 의해 결정된다. 그후, 전체 측정모드가 다른 콘택트홀 (전체 측정모드가 적용되는 영역 (93) 내) 에 순차적으로 적용되어 각 콘택트홀에 대한 보상전류를 측정하고 (S14) 측정된 보상전류는 보상전류와 콘택트홀의 바닥직경 사이의 사전에 얻어진 관계에 기초하여 콘택트홀의 직경 또는 바닥면적으로 변환된다 (S15). 따라서, 콘택트홀의 바닥직경을 고속으로 정확히 측정하는 것이 가능하다.

2개의 영역의 비교테스트

도 25 는 2개의 테스트 샘플을 사용하여 비교테스트를 수행하는 장치의 구조를 도시하고, 도 26 은 그 테스트 흐름도이고, 도 27 은 비교테스트의 원리를 설명하는 도면이며 도 28 은 도 27 의 일부를 확대한 도면이다.

반도체 LSI 의 회로패턴은 "스테퍼"라고 하는 노출장치를 사용하여 제조된다. 그러므로, 인접 칩간의 간격 또는 칩 내의 레이아웃은 회로패턴을 통해 정확하게 동일하게 된다. 이것을 도 27 및 도 28 을 참조하여 설명하면, 웨이퍼상의 제 1 샘플 (101) 의 모서리 중의 하나를 원점 (0,0) 으로 갖는 상대 좌표로 표현된 칩 내의 레이아웃은 동일 웨이퍼상의 제 2 샘플 (102) 의 모서리 중의 하나를 원점 (0,0) 으로 갖는 상대좌표로 표현된 칩 내의 레이아웃과 정확히 일치하여야 한다. 이들 레이아웃이 비교되고, 그들 사이에 소정의 일정 기준을 초과하는 차이가 있을 때, 이 영역은 비정상을 포함하는 것으로 간주된다. CAD 데이터로부터 샘플의 레이아웃 정보를 알 필요없이, 배선의 정렬에 무관하게 이런 테스트를 이용함으로써 결함있는 배선 위치를 특정하는 것이 가능하다. 또한, 제 1 샘플 (101) 및 제 2 샘플 (102) 은 하나의 동일기판상에 형성되고 최종적으로 칩으로 절단된다.

도 25 에서, 비교테스트를 수행하는 장치는 웨이퍼 (111) 상의 테스트샘플을 수직으로 조사하는 전자빔을 생성하는 전자총 (112), 웨이퍼 (111) 가 전극의 상면과 접촉하여 그 바닥면에 장착된 보상전류 측정전극 (113), 전극상의 웨이퍼 (111) 와 웨이퍼를 조사하는 전자빔 사이의 위치관계를 결정하기 위한 전극 (113) 을 장착하는 XY 스테이지 (114), 전자빔으로 조사된 샘플의 위치를 정확하게 측정하는 위치 검출기 (115), 위치 검출기 (115) 로부터의 검출결과에 기초하여 전자빔의 조사위치를 제어하는 제어신호를 생성하는 조사위치 제어장치 (116), 조사위치 제어장치 (116) 로부터의 제어신호에 기초하여 전자총 (112) 을 제어하는 전자총 제어장치 (117), 조사위치 제어장치 (116) 로부터의 제어신호에 기초하여 XY 스테이지 (114) 를 제어하는 스테이지 제어기 (118), 전극 (113) 의 보상전류를 증폭하는 전류증폭기 (119), 전류증폭기 (119) 의 출력을 디지털 신호로 변환하는 D/A 컨버터 (120), 위치좌표에 대응하여 전류파형으로서 디지털신호를 저장하는 제 1 및 제 2 메모리 (121, 122), 저장된 파형을 비교하는 파형비교기 (123), 비교결과에 기초하여 배선의 품질을 결정하는 결함 검출기 (124), 품질을 결정하는 정보를 저장하는 데이터베이스 (125), 결함있는 것으로 판정된 위치를 저장하는 결함위치 메모리 (126), 및 결함위치를 표시 및/또는 프린트하거나 결함위치를 네트워크상의 다른 프로세서로 출력하는 결함위치 출력장치 (127) 를 포함한다. 조사위치 검출기 (125) 는, 예컨대, 광학 정밀 거리측정장치일 수도 있다.

각 칩에 대응하는 파형을 저장하는 메모리 (121, 122) 가 도 25 에 별개의 메모리로서 도시되어 있다 하더라도, 이들은 공통의 메모리로서 구현될 수도 있다. 또한, 결함위치 메모리 (126) 가 도 25 에 독립적인 메모리로서 도시되어 있다 하더라도, 메모리 (121, 122) 로서 기능하는 공통의 메모리의 다른 메모리영역을 사용하여 제공하는 것이 가능할 수 있다.

요구시, 결함위치 메모리 (126) 는 결함을 분류하고 분류에 따라 그 위치정보를 저장할 수 있다.

전자총 (112) 은 특정 위치에 고정되고 전자빔 주사는 전자총 (112) 의 위치에 대해 XY 스테이지 (114) 를 이동시켜 수행된다 (도 26 의 S21). 전자빔 조사위치 검출기 (115) 에 의해 XY 스테이지 (114) 의 위치를 측정함으로써, 전자빔으로 조사될 위치는 100 Å의 정확도로 측정될 수 있다. 전자빔이 직선을 따라 웨이퍼 (111) 상의 제 1 테스트샘플 (101) 을 주사하는 시간동안, 샘플에 생성된 전류는 전류증폭기 (119) 및 D/A 컨버터 (120) 에 의해 제 1 전류파형으로서 측정되고 (S22), 제 1 전류파형은 XY 스테이지 (114) 의 위치로부터 계산된 제 1 전자빔 조사위치의 좌표와 함께 제 1 메모리 (121) 에 저장된다 (S23). 다른 칩의 제 1 테스트샘플의 패턴과 동일한 패턴의 위치에 있는 제 2 테스트샘플 (102) 에 대해 동일한 측정이 수행되어 제 2 전류파형을 얻고, 제 2 전류파형은 제 2 전자빔 조사위치의 좌표와 함께 제 2 메모리 (122) 에 저장된다 (S24 내지 S26). 패턴의 품질은 각각 제 1 메모리 (121) 에 저장된 전류파형과 제 2 메모리 (122) 에 저장된 전류파형 사이의 차이에 기초하여 품질결정장치 (124) 에 의해 판정되고, 결함위치 메모리 (125) 에 결과가 저장된다 (S27, S28). 요구시, 이 결과는, 데이터가 다른 분석을 위해 사용되도록, 결함위치 출력장치 (127) 에서 디스플레이 또는 프린터 또는 네트워크상의 다른 장치로 출력된다.

보상전류를 이용한 측정의 경우, 배선이 아닌 다른 부분을 조사하는 전자빔은 제 2 전자를 사용한 측정의 경우와 달리 효과적인 전류를 야기하지 않는다. 따라서, 검출신호에 포함된 노이즈는 2차 전자의 경우에 비해 작다.

정상적인 칩과 결함있는 칩 사이의 비교 타이밍은 파형 메모리 (121, 122) 의 메모리용량에 달려 있다. 비교가 라인마다 수행되는 경우, 파형 메모리 (122) 뿐만 아니라 파형 메모리 (121) 는 한 라인의 파형을 저장할 수 있는 메모리용량을 갖기에 충분하다. 정상적인 칩이 완전히 측정된 후, 결함있는 칩이 측정되는 경우, 파형 메모리 (122) 뿐만 아니라 파형 메모리 (121) 의 메모리 용량은 하나의 칩에 대응하는 전체 정보를 저장할 수 있는 메모리용량을 가져야 한다. 칩간 전자빔 조사위치를 소정의 물리적 거리만큼 서로 떨어지도록 이동시키는 데 오랜시간이 걸리므로, 테스트속도를 향상시키기 위하여 선행하는 칩의 측정이 완료된 후에 하나의 칩을 측정하는 것이 바람직하므로, 가능한 한 큰 메모리용량을 갖는 파형 메모리를 사용하는 것이 바람직하다.

도 29(a) 및 29(b) 는 테스트 예를 도시하고, 도 29(a) 는 정상적인 칩의 측정예를 도시하고, 도 29(b) 는 결함있는 칩의 측정예를 도시한다. 도 29(a) 및 29(b) 에서, 좌측 숫자는 폭을 갖는 전자빔의 라인 수를 나타내고 각각의 우측 문자 W 는 1회의 전자빔 주사의 폭을 나타낸다. 또한, 도 29(a) 및 29(b) 의 가장 아래의 라인에서, 결함 패턴에 관련된 제 4 전자빔 주사에서 관측된 보상전류가 도시된다. 이 예에서, 테스트 배선의 크기는 통상의 반도체장치에서와 같이 일정 (예컨대, 0.15 미크론) 하다고 가정된다. 일반적으로, 반도체장치의 배선라인간 간격은 노출기술 및 에칭기술에 의해 야기된 제한에 기인하여 배선라인의 직경보다 더 크다. 이 예에서, 배선라인은 무작위로 정렬되고 일정한 주기를 갖지 않는다.

도 29(a) 및 29(b) 에서 사용된 칩은 도 27 및 도 28 을 참조하여 그 성질을 설명하고 반도체 웨이퍼 상에 동시에 형성된 복수의 칩으로부터 임의적으로 선택된다. 서로 비교될 칩들은 경우에 따라 다르다. 그러나, 칩들이 인접하거나 또는 다른 칩을 제 2 샘플로서 순차적으로 변경하면서, 정상적인 칩일 수도 있는 특정 칩을 제 1 샘플로서 선택함으로써 테스트가 수행되는 것이 일반적이다. 3개 이상의 칩의 테스트결과를 비교하고 테스트결과가 특정 칩의 것과 많은 일치를 나타내는 칩을 정상적인 칩으로 판정하는 것이 가능할 수 있다.

전자빔을 사용한 배선의 품질결정은 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류의 크기 및/또는 극성의 변화를 이용한다. 설명을 간단히 하기 위해, 결함있는 배선에서 패턴결함이 있으므로, 결함있는 배선에 대해 관측된 전류는 정상적인 배선에 대해 관측된 것보다 실질적으로 작다고 가정한다.

이하, 이 테스트방법에 대해 설명한다. 먼저, 테스트 샘플로 되는 칩의 위치좌표는 전자빔으로 조사되는 위치의 좌표와 일치되게 한다. 테스트샘플로서 최근의 장치의 배선 크기는 0.2 미크론 이하이므로, 정렬은 위치좌표가 재생성될 수 있는 1000 Å 이상의 위치 정확도로 수행된다. 이것은 웨이퍼상에 형성된 정렬마크를 사용하여 수행된다.

정렬마크를 사용하는 방법이 몇가지 있다. 그중 하나가 마스크 정렬을 위한 정렬마크인데, 이는 반도체 제조공정에서 흔히 사용된다. 정렬마크는 산화막 또는 금속막으로서 기판표면에 형성되고 테스터에 제공된 주사 현미경을 사용하여 2차 전자 이미지로 변형된다. 이미지에서 보이는 위치는 전자빔으로 조사된 위치이므로, 전자빔 주사시스템의 위치좌표는 정렬마크의 위치가 원점이 되도록 일치되게 한다.

주사현미경을 사용하지 않는 다른 방법에서, 정렬마크를 통과하는 전류가 측정된다. 이 방법에서, 테스트 샘플의 배선과 유사한 도체가 정렬마크로서 별도로 형성된다. 도체 크기는 측정 정확도를 향상시키기 위하여 배선 크기와 유사하거나, 배선 크기보다 작을 수 있다. 배선측정의 원리와 유사하게, 전자빔이 배선 이외의 부분을 조사하는 시간 동안 관측된 전류는 작고 배선이 전자빔으로 조사될 때 증가한다. 전자빔 조사위치가 마크와 일치할 때, 관측된 전류는 최대로 된다. 이 위치는 정렬과 일치한 위치로서 사용된다.

정렬이 완료되고 라인이 형성된 후, 배선의 폭에 상응하는 길이를 갖는 수직 전자빔 (131) 은 배선 (132) 이 형성된 제 1 테스트샘플의 영역을 좌측에서 우측으로 라인 "1"을 따라 주사한다. 전자빔 (131) 이 테스트 영역의 끝에 도달할 때, 전자빔 (131) 의 조사위치는 주사방향에 수직 방향으로 폭 (W) 에 대응하는 거리만큼 이동되고 테스트샘플은 라인 "2"를 따라 주사된다. 주사방향은 S 형상이거나 미앤더(meander) 형상일 수 있다. 대안으로, 전자빔은 초기위치로 되돌아올 수 있고 그후 샘플을 좌에서 우로 주사한다. 수직방향으로 전자빔의 이동량 (W) 은 배선폭과 실질적으로 동일한 값으로 설정된다. 전체 테스트샘플을 주사하도록 라인 "3", "4", "5", "6", "7" 을 따라 유사한 주사가 수행된다.

도 29(a) 및 29(b) 에 도시된 바와 같이, 전자빔이 정상인 배선 (132) 에 대응하는 위치에 도달할 때, 전류는 라인 "4"를 따른 주사에서 관측된다. 그러나, 결함있는 배선 (133) 에 대해서는 전류가 관측되지 않는다. 즉, 결함있는 배선을 갖는 샘플에 대해 얻어진 전류파형은 부재번호 (134) 로 표시된 영역내에 정상인 배선을 갖는 샘플에 대해 얻어진 것과 달라지므로 결함있는 배선의 존재를 알 수 있다.

상기 테스트방법에서, 테스트샘플 내의 배선위치를 모를 때에도 결함있는 배선의 위치를 특정할 수 있다.

가는 전자빔을 사용한 비교테스트

도 30(a) 및 30(b) 는 다른 테스트예를 도시하는데, 도 30(a) 는 정상인 칩의 측정예를 도시하고 도 30(b) 는 결함있는 칩의 측정예를 도시한다. 도 30(a) 및 30(b) 에서, 좌측숫자는 전자빔의 라인 번호를 나타내고 결함있는 패턴과 관련된 제 4 전자빔 주사에서 관측된 보상전류는 각 도면의 하부에 도시된다.

배선을 통과하는 보상전류가 측정될 때, 단위면적당 보상전류는, 배선재료가 균일하다면, 전자빔으로 조사된 배선 부분에 상관없이 동일하다. 그러므로, 배선의 품질을 테스트하기 위하여, 항상 전체 배선을 전자빔으로 동시에 조사할 필요는 없다. 또한, 패턴결함이 배선의 주변부에서 발생하므로, 전자빔으로 조사될 위치가 주변부 내에 설정될 때 결함 검출 민감도는 높아진다. 한편, 전자빔으로 조사될 위치가 배선의 중심으로 설정되면, 민감도는 낮아진다. 도 30(a) 및 30(b) 에 도시된 예에서, 배선은, 배선의 폭과 실질적으로 동일한, 주사간격 (L) 을 갖는 배선폭보다 충분히 작은 스폿크기를 갖는 평행 전자빔 (141) 으로 주사된다.

도 29(a) 및 29(b) 에 도시된 테스트와 유사하게, 이 테스트는 도 25 에 도시된 장치를 이용하여 도 26 에 도시된 테스트 흐름도에 따라 수행될 수 있다. 전자총 (112) 은 배선폭보다 실질적으로 작은 스폿크기를 갖는 평행 전자빔을 발생시킬 수 있다.

이 테스트에서, 도 29(a) 및 29(b) 를 참조하여 설명된 테스트에서와 유사하게 정렬이 수행되고, 배선폭보다 실질적으로 작은 스폿크기를 갖는 수직 전자빔 (141) 은 배선 (142) 이 형성된 제 1 테스트샘플의 영역을 라인 "1" 을 따라 주사한다. 상기한 바와 같이, 전자빔 조사위치는 결함검출의 민감도에 영향을 미치므로, 전자빔으로 조사될 위치는 고감도가 필요할 때 주변부에 설정되고, 민감도가 낮을 수 있다면, 배선의 중심부에 설정된다. 전자빔 (141) 이 테스트 영역의 끝에 도달할 때, 전자빔 (141) 의 조사위치는 주사방향에 수직방향으로 주사간격 (L) 에 대응하는 길이만큼 이동되고 테스트샘플은 라인 "2"를 따라 주사된다. 주사방향은 S 형상일 수 있고 또는 전자빔은 초기위치로 되돌아 온 후 동일방향으로 샘플을 주사할 수도 있다. 주사간격 L 은 배선폭과 실질적으로 동일한 값으로 설정된다. 전체 테스트샘플을 주사히기 위해 라인 "3", "4", "5", "6", "7"을 따라 유사한 주사가 수행된다. 상기의 측정은 다른 칩의 동일 패턴 형성위치인 제 2 테스트샘플에 대해 수행되고 각 전류파형은 각각 전자빔 조사위치의 좌표에 대응하여 저장된다.

도 30(a) 및 30(b) 에 도시된 바와 같이, 전자빔이 정상인 배선 (142) 에 대응하는 위치에 도달할 때, 라인 "4"를 따른 주사에서 전류가 관측된다. 그러나, 결함있는 배선 (143) 에 대해 관측된 전류는 없다. 보상전류의 이런 차이를 검출함으로써, 배선의 패턴결함 (143) 을 검출할 수 있다.

라인형상의 전자빔을 사용한 비교테스트

도 31(a) 및 31(b) 는 무작위로 정렬된 복수의 배선라인이 라인형상의 단면을 갖는 전자빔으로 동시에 조사되는 예를 도시하는데, 도 31(a) 는 정상인 칩에 대한 측정예를 도시하고 도 31(b) 는 결함있는 칩에 대한 측정예를 도시한다. 사용된 전자빔은 주사방향쪽의 길이가 예컨대 100 Å이고 주사방향에 수직인 쪽의 길이가 수 미크론인 직사각형 단면을 가져서, 복수의 배선라인을 커버한다. 전자빔 (165) 의 조사전류량은 수 pA 내지 수 nA 범위이고 그 가속전압은 수백 kV 내지 수천 kV 범위이다.

도 31(a) 에 도시된 정상 샘플에서, 전자빔 (151) 이 위치 a 에서 배선 (153) 에 도달할 때, 전류가 흐르기 시작한다. 또한, 전자빔이 위치 b 에 도달할 때, 조사된 배선 (152) 의 영역이 증가하므로 전류는 증가한다. 전자빔이 위치 c 에 도달할 때, 조사된 영역이 감소하므로 전류는 감소한다. 전자빔 (151) 이 위치 d 에 도달할 때, 전자빔 (151) 은 샘플을 조사할 수 없어, 전류가 흐르지 않는다. 한편, 도 31(b) 에 도시된 결함있는 샘플에서, 배선 (154) 에서 얻어진 전류는 작다. 결함있는 샘플의 위치에서 얻어진 전류파형은 결함있는 샘플의 패턴 결함 (156) 에 기인하여 정상 샘플의 동일위치에서 얻어진 것과는 상이하다. 한편, 정상인 배선라인 (153, 155) 이 형성된 위치 e, f, g, h 에서 얻어진 정상 및 결함있는 샘플의 전류파형은 동일하다.

이와 같이, 복수의 배선라인이 전자빔으로 조사될 때, 각 배선라인에서 생성된 전류는 독립적으로 측정되고 정상인 배선라인에 관련된 전류파형은 결함있는 배선라인에 관련된 것과 실질적으로 달라진다. 따라서, 그 전류파형을 정상인 배선라인의 것과 비교함으로써 결함있는 배선라인을 검출할 수 있다.

이 테스트는 도 29(a) 및 29(b) 와 도 30(a) 및 30(b) 에 도시된 경우와 같이 도 25 에 도시된 장치를 사용하여 도 26 에 도시된 테스트 흐름도에 따라 수행될 수 있다. 그러나, 이 테스트에서, 전자총 (112) 은 라인형상의 전자빔을 발생한다.

도 32(a) 및 32(b) 는 동일한 형상을 갖는 수직의 배선라인을 포함한 샘플에 대한 테스트 예를 도시하는데, 도 32(a) 는 정상 칩에 대한 측정예를 도시하고 도 32(b) 는 결함있는 칩에 대한 측정예를 도시한다. 사용된 전자빔은 주사방향쪽의 길이가 예컨대 100 Å이고 주사방향에 수직인 쪽의 길이가 수 미크론인 직사각형 단면을 가져서 복수의 배선라인을 커버한다.

본 발명의 측정원리인 전류측정방법에 의해 얻어질 수 있는 전류는 전자빔으로 동시에 조사된 배선라인에서 생성된 전류의 전체 값으로서 측정된다. 즉, 가는 전자빔으로 조사될 때 각 배선라인에서 생성된 전류는 라인형상의 전자빔에 의해 전체적으로 측정된다.

도 32(a) 및 32(b) 에 도시된 예에서, 전자빔 (161) 이 위치 a 를 지나 위치 b 를 통과할 때 배선라인 (162, 164) 에서 생성된 전류는 샘플의 품질에 상관없이 유사한 파형을 갖는다. 한편, 전자빔 (161) 이 위치 c 에서 위치 d 로 통과할 때, 정상 샘플의 배선라인 (163) 에서 생성된 전류가 관측되고 결함있는 샘플의 배선 (165) 에서 생성된 전류는 작다. 따라서, 정상 샘플과 결함있는 샘플 사이의 전류파형에서 큰 차이가 있고, 이로부터 패턴 결함 (166) 의 존재가 검출될 수 있다. 즉, 도 25 에 도시된 장치를 사용하여 결함을 검출하고 이 결함의 위치를 특정할 수 있고 배선라인의 위치가 전자빔 주사에 대해 중첩되어도 도 26 에 도시된 절차를 특정할 수 있다.

도 33(a) 및 33(b) 는 축 대칭 폭 변동을 갖는 배선이 존재하는 경우의 테스트 예를 도시하는데, 도 33(a) 는 정상 샘플에 대한 측정예이고, 도 33(b) 는 결함있는 샘플에 대한 측정예를 도시한다. 이 테스트에서, 가는 전자빔으로 조사될 때 각 배선라인부에서 생성된 전류는 도 32(a) 및 32(b) 에 도시된 테스트에서 사용된 것과 유사한 라인형상의 전자빔을 사용하여 전체적으로 측정된다.

도 33(a) 에 도시된 정상 샘플에 대해, 전자빔 (171) 이 위치 a 에 도달할 때 배선 (172) 에서 전류가 얻어진다. 이와 대조적으로, 전자빔 (171) 이 도 33(b) 에 도시된 위치 a 에 도달할 때에도 패턴결함 (174) 을 갖는 결함있는 샘플 (173) 에 대해 전류가 관측되지 않는다. 결함있는 샘플 (173) 의 위치 b 에서 생성된 전류는 패턴결함 (174) 때문에 정상 샘플의 위치 b 에서 생성된 전류에 비해 작다. 상술한 바와 같이, 축 대칭 폭 변동을 갖는 배선의 경우, 두 칩이 동시에 측정될 때 정상 칩과 결함있는 칩 사이의 전류파형에서 차이가 있어, 결함을 검출할 수 있다.

도 34(a) 및 34(b) 는 상이한 폭을 갖는 배선라인이 무작위로 정렬되는 경우의 테스트 예를 도시하는데, 도 34(a) 는 정상 샘플에 대한 측정예를 도시하고 도 34(b) 는 결함있는 샘플에 대한 측정예를 도시한다. 이 샘플들이 라인형사의 전자빔 (181) 로 주사될 때, 정상 칩의 배선 (182) 및 패턴결함 (184) 이 있는 결함있는 칩의 배선 (183) 의 위치 b 에서 측정된 전류량은 상이하다. 이 차이를 검출함으로써, 결함을 검출할 수 있다.

적분에 의한 전류파형비교

전자빔으로 샘플을 조사하여 얻어진 전류파형이 직접 비교되는 경우가 설명되었다. 그러나, 두 전류파형을 비교하는 다른 방법이 있다.

도 35 는 이들을 적분하여 전류파형을 비교하는 테스트장치의 구조예를 도시하고 도 36 은 여기 사용된 흐름도를 도시한다. 도 35 에 도시된 테스트장치는 도 25 에 도시된 것과 유사하다. 도 25 에 도시된 테스트장치의 파형비교기 (123) 대신, 도 35 에 도시된 테스트장치는 펄스 적분기 (191, 192) 및 적분값 비교기 (193) 를 포함한다. 펄스적분기 (191, 192) 는 각각 배선 테스트에 의해 얻어진 파형의 한 펄스에 의해 생성된 전류를 적분하고 (S31, S32) 결과적인 적분값은 적분값 비교기 (193) 에 의해 비교된다 (S27).

단위면적당 전류값의 비교

CAD 등의 위치 좌표는 비교테스트에서 사용되지 않으므로, 이 테스트에서 사용된 전자빔은 배선을 항상 완전히 조사하지는 않는다. 그러므로, 배선의 단위면적당 전류값이 기준으로 사용될 수 있다.

도 37 은 도 25 에 도시된 테스트장치와 유사한 단위면적당 전류값을 비교하는 테스트장치의 구조예를 도시하고, 도 38 은 그 흐름도를 도시한다. 도 25 에 도시된 테스트장치의 메모리 (121,122) 및 파형비교기 (123) 대신, 도 37 에 도시된 테스트장치는 메모리 (201), 펄스적분기 (202), 펄스폭 검출기 (203), 디바이더 (204), 및 메모리 (205) 를 포함한다. 측정된 전류파형은 메모리 (201) 에 저장되고 (도 38 의 S23) 펄스적분기 (202) 는 한 펄스동안 흐르는 전체 전류량을 얻기 위하여 저장된 파형에 속하는 한 펄스의 상승에지에서 하강에지까지의 시간동안 흐르는 전류량을 적분한다 (S41). 펄스폭 검출기 (203) 는 메모리 (201) 에 저장된 전류파형의 펄스폭으로부터 배선폭을 얻는다 (S42). 디바이더 (204) 는 펄스적분기 (202) 에 의해 얻어진 전체 전류량을 펄스폭 검출기 (203) 에 의해 얻어진 배선폭으로 나누어, 배선폭과 관련없는, 단위면적당 전류값을 얻는다 (S43). 품질판정장치 (124) 는 디바이더 (204) 에 의해 얻어진 값을 기준값과 비교하는데, 이 기준값은 사전에 얻어지고 샘플의 품질이 차이에 따라 양호한지 불량인지를 판정하기 위해 품질판정 데이터베이스 (125) 에 저장된다 (S28).

도 39(a) 및 39(b) 는 배선에 대한 전자빔의 커버리지와 전류파형 사이의 관계를 도시하는데, 도 39(a) 는 전자빔이 배선을 완전히 커버하면서 한 배선을 통과하는 100% 커버리지이고 도 39(b) 는 전자빔이 배선의 절반을 커버하면서 한 배선을 통과하는 50% 커버리지이다. 배선 (212) 이 전자빔의 주사영역인 전자빔 주사대역 (211) 에 완전히 포함될 때, 동일한 전류파형이 주사마다 얻어진다. 이와는 반대로, 배선 (212) 이 전자빔 주사대역 (211) 에서 벗어날 때, 하나의 주사에서 배선 (212) 에서 얻어진 전류파형은 다른 주사에서의 것과 달라질 수 있다. 그러나, 정상인 콘택트 배선의 단위면적당 전류량은 일정하므로, 테스트샘플에 의해 얻어진 단위면적당 전류를 상기 일정 전류와 비교함으로써 테스트샘플의 품질을 판정할 수 있다.

테스트샘플의 품질을 판정하기 위한 이 경우에 사용된 기준값은 정상 배선의 단위면적당 전류량이다. 따라서, 기준값은 동일단계를 통해 처리된 다른 웨이퍼의 칩의 배선에 대응하는 값, 테스트패턴으로부터 얻어진 데이터, 또는 시뮬레이션 등에 의해 얻어진 값일 수 있다. 다른 웨이퍼의 칩의 배선에 대응하는 값을 기준값으로 사용하는 것은 시험시 제조된 웨이퍼에서의 배선수율이 매우 낮을 때 효과적이다.

대량생산 공장에서의 단위면적당 전류값에 의한 비교

도 40 은 하나의 동일기판상에 복수의 칩을 사용하여 비교테스트를 수행하는 반도체장치 테스터의 구조를 도시하고 도 41 은 여기에 사용된 테스트 흐름도를 도시한다. 반도체장치 테스터는 도 37 에 도시된 반도체장치 테스터와 유사하고 각각이 도 37 에 도시된 회로와 유사한 2개의 병렬의 측정회로를 포함하는데 여기에는 메모리 (201), 펄스적분기 (202), 펄스폭 검출기 (203), 디바이더 (204), 및 메모리 (205) 가 포함되어 있다. 즉, 도 40 에 도시된 반도체장치 테스터는 메모리 (221, 231), 펄스적분기 (222, 232), 펄스폭 검출기 (223, 233), 디바이더 (224, 234), 메모리 (225, 235), 및 메모리 (225, 235) 에 저장된 값을 나누는 디바이더 (236) 를 포함한다.

반도체장치 테스터는 공통기판상의 복수의 칩을 비교 테스트하기 위하여 생산량이 비교적 안정한 대량생산 공정에서 효과적으로 사용된다. 즉, 배선폭과 관련없는, 단위면적당 전류량은, 제 1 테스트샘플을 전자빔으로 조사하여 전류파형을 얻고, 메모리 (221) 에 전류파형을 저장하고, 펄스적분기 (222) 에 의해 전류를 적분하여 측정된 전류파형에 속하는 하나의 펄스의 상승에지에서 하강에지까지의 시간동안 전체 전류량을 얻고, 펄스폭 검출기 (223) 에 의해 배선폭과 동일한 펄스파형의 상승에지와 하강에지 사이의 펄스폭을 얻고, 펄스적분기 (222) 에 의해 얻어진 전체 전류량을 펄스폭 검출기 (223) 에 의해 얻어진 펄스폭으로 나눔으로써 얻어진다. 이렇게 얻어진 단위면적당 전류는 메모리 (225) 에 저장된다. 동일한 동작이 제 2 테스트샘플에 대해 수행되고 제 2 테스트샘플에 대한 단위면적당 전류는 메모리 (235) 에 저장된다. 메모리 (225, 235) 중의 하나의 내용은 디바이더 (236) 에 의해 다른 메모리의 내용으로 나뉘고 결과적인 몫은 품질판정장치 (124) 에 의해 품질판정 데이터베이스 (125) 에 사전에 저장된 기준값과 비교된다. 기준값은 칩 사이의 허용가능한 차이를 정의한다. 비교결과가 클 때, 그 위치에 결함이 있다고 간주된다.

전류파형의 위치의 비교

도 42 는 얻어진 전류파형의 상승 및 하강에지를 사용하여 배선품질을 판정하는 흐름도이다. 이 테스트에서, 배선품질은 전류파형의 상승 및 하강에지가 배선의 각 에지에 대응한다는 사실을 이용하여 판정된다. 즉, 전류파형은 제 1 테스트샘플을 전자빔으로 주사하여 획득되고 (S61, S62), 이에 의해 제 1 테스트샘플의 배선위치가 결정된다 (S63, S64). 그후, 전류파형은 제 2 테스트샘플을 주사하여 획득되고 (S65, S66), 이에 의해 제 2 테스트샘플의 배선위치가 결정된다 (S67, S68). 제 2 테스트샘플의 대응하는 배선위치로부터 제 1 테스트샘플의 각 배선위치의 편차는 파형의 상승 및 하강에지를 비교하여 측정된다 (S69). 이 편차가 일정값을 초과할 때, 제 1 또는 제 2 테스트샘플의 배선은 결함있는 것으로 판정되고 (S70) 결함있는 배선의 위치는 메모리에 저장된다 (S71).

도 43(a) 및 43(b) 는 테스트의 일례를 도시하는데, 도 43(a) 는 정상 샘플의 테스트결과를 도시하고 도 43(b) 는 결함있는 샘플의 결과를 도시한다. 정상 샘플에 대해, 배선 (241) 은 주기적으로 형성되고 전류파형의 상승 및 하강에지는 배선의 주기성에 대응하여 전자빔 조사위치 (T1 내지 T8) 에서 주기적으로 관측된다. 한편, 결함있는 샘플에 대해, 위치 T3 에서의 전류파형의 상승에지는 정상 샘플의 것으로부터 벗어난다.

도 44 는 획득된 전류파형의 상승 및 하강에지의 중심위치를 이용하여 배선품질을 판정하는 흐름도이다. 이 테스트에서, 제 1 테스트샘플을 전자빔으로 주사하여 얻어지고 (S61, S62), 이에 의해 배선의 중심위치는 얻어진 전류파형의 상승 및 하강좌표 사이의 중심좌표를 계산하여 결정된다 (S81, S82). 그후, 전류파형은 제 2 테스트샘플에 의해 얻어지고 (S65, S66), 이에 의해 배선의 중심위치는 얻어진 전류파형의 상승 및 하강좌표 사이의 중심좌표를 계산하여 결정된다 (S83, S84). 제 1 테스트샘플의 배선의 중심위치는 제 2 테스트샘플의 배선의 중심위치와 비교된다 (S85). 편차가 일정값을 초과할 때 (S86), 배선 중심위치 중 적어도 하나의 위치가 메모리에 저장된다 (S87).

전자빔 서브주사

도 45 는 가는 전자빔을 사용하여 테스트가 수행될 때 테스트 속도를 실질적으로 향상시키는 반도체장치 테스터의 구조를 도시한다. 이 구조에서, 서브주사를 위한 편향기 (251) 가 포함되어, 편향기 (251) 에 의한 서브주사가 XY 스테이지 (114) 에 의해 웨이퍼를 이동시켜 수행된 메인주사와 동시에 수행된다.

메인주사는 XY 스테이지 (114) 를 이동시켜 수행되므로, 현재의 사용가능한 기술을 이용하여 1 m/sec 를 초과하는 속도로 안정되게 이동시키기가 힘들다. 그러므로, 전류측정 시스템에서의 처리속도가 매우 높더라도, 테스트속도의 상한은 전자빔 주사속도에 의해 결정된다. 이 문제를 해결하기 위해, 서브주사는 메인주사와 동시에 메인주사 방향에 수직방향으로 고속으로 수행되어, 주사속도가 실질적으로 향상된다. 서브주사는 전자빔을 편향시켜 수행되므로, 서브주사속도는 XY 스테이지의 이동속도보다 실질적으로 더 높을 수 있다.

서브주사의 거리가 작을 때, 전자빔의 입사각은 실질적으로 90도이고 테스트에 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 통상의 전자빔 편향기가 이를 위해 사용된다. 서브주사의 거리가 클 때, 빔을 평행하게 이동시키기 위하여 빔 시프터가 사용된다.

도 46 은 주사궤적의 예를 도시한다. 고속으로 일정폭으로 왕복운동하는 서브주사 (253) 는 메인주사 (252) 가 저속으로 일정방향으로 배선라인 (251) 에 대해 진행하는 동안 수행된다. 서브주사 (253) 는 테스트 배선의 폭에 상응하는 간격으로 평행하게 수행된다. 이 경우, 주사는 서브주사속도로 증대된 메인주사속도인 명백한 속도로 수행되어, 테스트속도가 급속히 향상될 수 있다.

어레이 영역 테스트의 고속화

도 47 은 테스트속도를 증가시키는 테스트 흐름도이다. SOC 장치 등에서, 메모리 등의 긴 콘택트 배선라인이 무작위 논리와 실질적으로 등거리로 정렬되는 어레이 영역이 있을 수 있다. 이러한 어레이 영역은 CAD 등으로부터의 레이아웃 정보를 필요로 하지 않고 테스트샘플로부터 자동적으로 추출되고, 추출된 부분은 어레이에 특정적인 별개의 고속화 방법에 의해 테스트된다. 이를 수행하기 위해, 우선, 테스트될 모든 영역의 전류파형을 획득하기 위하여 초기 칩을 검사한다 (S91, S92). 그후, 주사방향을 따라 나타나는 배선라인의 위치가 전류파형의 상승 및 하강에지로부터 검출되어 저장된다 (S93, S94). 그후, 배선위치의 공간분배가 소정의 특정 구간마다 주파수분석된다 (예컨대, 수십에서 수백 미크론까지).

도 48 은 주파수분석에 의해 얻어진 파워 스펙트럼의 일례이다. 파워 스펙트럼은 위치의존성을 갖는다. 파워가 큰 영역은 전류파형과의 밀접한 상관관계에 대응하고 어레이의 존재는 이 영역에서 검출된다. 이와는 반대로, 파워가 작은 영역은 무작위 논리영역으로 간주될 수 있다.

이렇게 검출된 어레이 부분은 전체적으로 결함있는 배선의 율을 얻기 위해 전자빔으로 조사된다. 따라서, 테스트속도가 향상된다.

3차원 구성의 측정

본 발명에 따르면, 콘택트홀의 바닥직경 뿐만 아니라 그 3차원 구성도 측정할 수 있다. 즉, 본 발명은 전자빔의 가속전압 및 웨이퍼의 경사각을 변경하여 콘택트홀의 바닥을 조사하는 전자빔의 변동 및 분배를 이용한다. 이것은 도 49 및 50 을 참조하여 설명된다. 테이퍼형상의 콘택트홀 (510) 을 조사하는 전자빔의 가속전압이 낮을 때, 전자 (513) 는 절연막 (512) 에 거의 도달하지 못하여, 콘택트홀 (510) 의 바닥부 (514) 이외의 웨이퍼부는 도 49 에 도시된 바와 같이 측정된 전류에 거의 기여하지 않는다. 전자빔의 가속전압이 증가될 때, 전자 (513) 는 도 50 에 도시된 바와 같이 콘택트홀 (510) 의 바닥부를 둘러싸는 절연막 (512) 의 일부 (515) 에 도달하여, 측정된 전류값이 변경된다. 이 현상을 이용하여, 콘택트홀의 에지나 절연막의 두께를 측정할 수 있다.

도 49 및 50 에 도시된 것과 유사한 측정이 도 51 및 52 에 도시된 역 테이퍼형상의 콘택트홀에 대해 수행될 수 있다. 이런 경우, 가속전압에 따라 전자 (513) 가 상기 부분 (515, 516) 에 도달함에 따라, 이 측정만을 이용하여서는 테이퍼형상의 콘택트홀과 역 테이퍼형상의 콘택트홀 사이의 콘택트홀의 구성의 구별이 불가능하다. 콘택트홀 구성을 구별하기 위하여, 이 측정은 도 53 및 54 에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 경사각을 변경하면서 반복되고, 경사각의 변경에 기인한 웨이퍼 전류의 강도분배의 변경으로부터, 콘택트홀이 테이퍼형상인지 역 테이퍼형상인지를 결정할 수 있다.

콘택트홀의 3차원 구성을 얻기 위하여, 테스트 샘플을 구성하는 재료의 전자빔 흡수계수의 전자빔 가속전압에 대한 의존도는 사전에 얻어지고 라이브러리로서 보존된다.

측정된 전류값으로부터 3차원 이미지를 복원하는 방법으로서, 푸리에 변환, 점근법, 및 중첩 적분이 고려될 수 있다. 이 중에서 점근법이 도 55 내지 도 58 을 참조하여 설명되는데, 도 55 는 공정 흐름도이고, 도 56 내지 도 58 은 각 공정을 도시한다.

(1) 우선, 도 56 에 도시된 바와 같이, 테스트샘플의 2차원 이미지는 M×N 픽셀로 분해되고 흡수계수의 적절한 초기값이 각 픽셀에 주어진다 (S101).

(2) 그후, 전자빔 조사의 궤적상의 셀의 흡수계수 (c_mn) 이 부가된다 (S102). 여기서, 흡수계수의 전체값과 측정된 기판전류값 I 사이에 다음 관계가 성립한다고 가정한다.

상기 관계를 성립시키기 위해, 대응하는 셀의 흡수계수 (c_mn) 는 수정된다 (S103).

(3) 동작 (2) 는 전자빔의 조사각 (Θ) 을 순차적으로 변경하여 수행된다 (S104, S105). 즉, 각 셀의 흡수계수 (c_mn) 는 순차적으로 수정되어 수학식 1 은 임의의 측정조건하에서 항상 성립한다 (임의의 조사각 (Θ) 및 임의의 가속전압 (E)).

(4) 동작 (2) 및 (3) 은 도 57 에 도시된 바와 같이 전자빔의 가속전압 (E) 을 순차적으로 변경하여 가속전압마다 흡수계수의 맵을 근사값으로 얻으면서 반복된다 (S106).

(5) 흡수계수의 각 셀의 가속전압에 대한 의존도는 도 58 에 도시된 바와 같이 라이브러리 상의 데이터와 비교된다 (S107).

(6) 테스트 샘플의 양적인 3차원 이미지는 상기 동작을 통해 얻어진다 (S108).

상술한 이미지 복원방법에서, 해상도는 점근법에서의 셀의 크기, 전자빔의 프로브 직경, 전자빔의 스폿간격에 의존하고 양적인 분석의 정확도는 전자빔 가속전압의 진동 간격, 진폭, 및 기판 전류계의 민감도에 의존한다.

층간 편차

본 발명에서, 절연막을 통해 전자빔의 전송을 이용하여 층간편차를 비파괴적으로 검출하는 것이 가능하다. 즉, 하층의 구조는 가속전압을 증가하여 절연막을 통과한 전자빔으로 확산층 또는 배선을 조사함으로써 얻어지고, 동시에, 상층의 확산층 또는 배선에 대한 정보가 얻어진다. 동시에 얻어진, 상이한 층들에 대한 정보로부터 콘택트홀 위치와 하층구조 사이의 편차를 검출하고 평가하는 것이 가능하다. 또한, 가속전압을 변경하여 전자빔의 도달깊이를 변경함으로써, 제 2 층과 제 3 층 사이, 제 3 층과 제 4 층 사이, 또는 제 2 층과 제 4 층 사이의 층간편차를 웨이퍼표면으로부터 평가할 수 있다. 하층이 가속전압을 증가시켜 측정될 때, 상층의 정보가 하층의 정보에서 혼합되어도, 이 정보는 이미지 처리에 의해 서로 분리될 수 있다. 기판에 전기적으로 접속되지 않은, 배선과 같은 전기적 도전층이 상층에서 정렬되는 경우, 하층이 측정될 때 네거티브 이미지로서 검출될 수 있다.

도 59(a) 및 59(b) 는 층간편차의 평가예를 도시하는데, 도 59(a) 는 반도체장치의 단면을 도시하고, 도 59(b) 는 측정된 전류 이미지를 도시한다. 이 예에서, 절연막 (243) 은 확산층 (242) 이 형성된 웨이퍼 (241) 상에 제공되고 확산층의 일부는 절연막 (243) 에 제공된 콘택트홀 (244) 을 통해 노출된다. 가속전압이 낮고 전자빔이 절연막 (243) 을 통과할 수 없을 때, 콘택트홀 (244) 의 위치는 전자빔의 조사위치 및 측정된 기판전류로부터 알려질 수 있다. 전자빔이 절연막 (243) 을 통과할 수 있는 값으로 가속전압이 증가될 때, 전체 확산층 (242) 의 위치는 기판으로부터의 불순물 밀도의 차이로부터 알려질 수 있다. 층간편차는 콘택트홀 (244) 의 중심과 확산층 (242) 의 중심 사이의 편차 또는 콘택트홀 (244) 의 외주와 확산층 (242) 사이의 거리를 평가함으로써 평가될 수 있다.

도 60(a) 및 60(b) 내지 61(a) 및 61(b) 는 층간편차의 다른 평가예를 도시하는데, 도 60(a) 는 층간편차가 없는 반도체의 단면을 도시하고, 도 61(a) 는 층간편차가 있는 유사한 반도체장치의 단면을 도시하고 도 60(b) 및 도 61(b) 는 각각의 측정된 전류 이미지를 도시한다. 각 장치에서, 배선 (252) 은 웨이퍼 (251) 표면에 제공되고 절연층 (253) 은 배선 (252) 상에 형성된다. 콘택트홀 (254) 은 절연층 (253) 내에 형성된다. 배선 (252) 의 위치가 콘택트홀 (254) 의 위치로부터 명목상 d 만큼 벗어나 있더라도, 도 61(a) 에 도시된 장치의 편차 d' 는 명목값보다 더 크다. 도 59(a) 및 59(b) 에 도시된 예와 유사하게, 도 60(a), 60(b), 61(a), 61(b) 에 도시된 경우에서, 콘택트홀 (254) 의 위치는 낮은 가속전압을 갖는 전자빔을 이용하여 검출되고 배선 (252) 의 위치는 높은 가속전압을 갖는 전자빔에 의해 검출된다. 콘택트홀과 배선 사이의 거리를 측정함으로써, 이 편차가 평가될 수 있다.

도 62(a), 62(b) 에 도시된 예에서, 확산층 (262) 은 웨이퍼 (261) 표면에 제공된다. 하층 배선 (264) 은 웨이퍼 (261) 및 확산층 (262) 을 커버하는 제 1 절연막 (263) 상에 형성되고 상층배선 (266) 은 제 1 절연막 (263) 및 하층배선 (264) 을 커버하는 제 2 절연막 (265) 상에 형성된다. 상층배선 (266) 은 제 3 절연막 (267) 에 의해 커버된다. 각 층의 위치는 전자빔의 가속전압을 순차적으로 변경하면서 기판전류를 측정하여 검출될 수 있다.

층간편차를 검출하기 위하여, 전자빔이 층들 중의 원하는 하나에 도달하도록 전자빔의 가속전압을 조절할 필요가 있다. 도 63 은 주 절연층이 하나의 재료로 형성될 때 층간편차의 흐름도이다. 먼저, 각 층의 배선라인 또는 확산층이 중첩되지 않는 위치는 CAD 데이터에 기초하여 선택되고 요구되는 배율이 결정된다 (S111). 배율이 너무 높을 때, 중첩된 면적은 모니터될 수 없고, 배율이 너무 낮을 때, 구조가 관측될 수 없다. 배율이 너무 높을 때, 배선 또는 확산층이 없는 면적이 비경제적으로 테스트될 가능성이 있으므로, 설계 데이터로부터 최적의 면적을 사전에 선택하여 결정공정이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 그후, 각 층의 프로세스 데이터가 (S112) 에서 판독되고, 각 층의 절연층의 두께가 (S113) 에서 계산되고, 각 층의 두께에 대응하는 가속전압이 데이터베이스로부터 판독되고 (S114), 보상전류가 이들 가속전압에서 측정된다 (S115). 이 측정은 각각의 원하는 층에 대해 수행되어야 한다.

절연층이 하나의 재료로 형성되면, 전자빔에 대한 절연층의 반응은 동일하다. 절연층이 상이한 재료로 형성될 때에도, 전자빔에 대한 상이한 재료의 제 2 전자방출과 같은 물리적 반응이 동일하면 절연층의 상이한 재료를 하나의 재료로서 취급하는 것이 가능하다. 각 절연층 재료의 물리적 성질은 사전에 측정되어 데이터베이스에 저장된다. 층간편차의 결정은 프로세스 데이터가 판독될 때 자동적으로 결정된다.

가속전압의 조절에 앞서 준비되는 데이터로서, 절연층의 종류 및 두께에 대한 보상전류 또는 배선에서 검출된 전류값 및 절연층의 모든 종류 및 두께의 가속전압에 대한 배선에서 검출된 보상전류 또는 배선에서 검출된 전류가 있다. 이들 데이터는 사전에 측정되어 데이터베이스에 기록된다. 도 64 는 막두께에 대한 보상전류의 예를 도시하고 도 65 는 가속전압에 대한 보상전류의 예를 도시한다.

도 66 은 복수의 절연층이 있을 때의 측정 흐름도이다. 이 경우, 각 층의 배선라인 또는 확산층이 중첩되지 않는 위치는 CAD 데이터에 기초하여 선택되고 측정영역에 필요한 배율이 결정된다 (S121). 그후, 각 절연층의 두께는 프로세스 데이터에 기초하여 계산되고 (S122), 데이터베이스에서 임의의 그 조합과 일치하는 설정이 있는지의 여부에 대한 탐색이 수행된다 (S123). 데이터베이스에서 일치하는 설정이 있으면, 복수의 상이한 절연층의 전체 두께에 대응하는 가속전압이 데이터베이스로부터 판독되고 (S124) 보상전류가 이 가속전압을 이용하여 측정된다 (S125). 일치하는 설정이 없으면, 절연층의 전체 두께는 프로세스 데이터에 기초하여 계산되고 (S126), 전자빔 투과에 대해 가장 큰 저항을 제공하는 절연층의 재료 중 하나가 가정되고 전자빔이 그 재료로 형성된 절연층을 통해 웨이퍼의 최저 절연층까지 투과할 수 있는 가속전압이 얻어진다 (S127). 그후, 보상전류가 500V 인 가속전압에서 측정되고 이미지로서 표시된다 (S128). 이렇게 낮은 가속전압으로는, 표면층만이 보인다. 그후, 이렇게 얻어진 가장 높은 가속전압은 [(층수)×n] 으로 나뉘고 보상전류는 이 나눗셈으로 얻어진 각 가속전압에서 측정되어 이미지로서 표시된다 (S129). 이 경우, n 은 1 내지 9 의 번위에서 최적의 것이다. 이 경우에 얻어진 하층의 이미지는 상층의 정보를 포함한다. 이렇게 얻어진 이미지는 비교되고 (S129), 일치하는 이미지가 있을 때 (S130), 사용된 가속전압을 미세하게 변경하여 측정을 다시 수행한다. 제 2 이미지 및 제 3 이미지가 일치하는 경우, 대응하는 층들은 제 1 이미지와 제 2 이미지가 얻어진 가속전압들 사이의 중간전압 및 제 3 이미지와 제 4 이미지가 얻어진 가속전압들 사이의 중간전압인 가속전압을 사용하여 다시 측정된다 (S131). 이것은 일치하는 이미지가 상이한 이미지로 될 때까지 반복된다. 이 측정은 층들의 상이한 이미지가 프로세스 데이터로부터 얻어졌을 때 종료된다 (S132).

도 67 은 각 층의 이미지가 얻어진 후의 층간 편차를 결정하는 흐름도이다. 각 층의 이미지 (전류이미지의 패턴) 는 CAD 데이터의 레이아웃 정보와 비교되고, CAD 데이터, 특정 배선 또는 특정 확산층 중의 하나에 대한 각 이미지의 대응이 특정된다 (S141). 그후, 설계 스테이지에서 CAD 데이터에 의해 할당된, 이렇게 얻어진 패턴의 위치좌표가 조사되고 웨이퍼의 상면으로부터 투사 이미지까지의 거리가 계산된다 (S142). 이미지에 의해 얻어진 실제값은 이 계산에 의해 얻어진 이상값과 비교된다. 이 차이는 층간편차에 대응한다 (S143).

전자빔의 가속전압을 변경하여 각 층으로부터 정보를 얻는 대신, 전체적으로 필요한 정보를 얻을 수 있다. 전체적으로 모든 층의 필요한 정보를 획득하는 것은 도 68 에 도시된 측정 흐름도에 따라 수행된다. 이 흐름도에서, 각 층의 배선라인 또는 확산층이 중첩되지 않는 위치가 CAD 데이터에 기초하여 선택되고 측정영역에 필요한 배율은 도 63 및 도 65 에 도시된 흐름도에서 처럼 결정된다 (S151). 그후, 절연층의 총 두께가 프로세스 데이터에 기초하여 계산된다 (S152). 전자빔이 최저층까지 투과할 수 있는 가속전압은 전자빔 투과에 대해 가장 큰 저항을 제공하는 절연층의 재료 중의 하나를 가정하여 얻어지고 (S153), 전류 이미지는 가속전압과 함께 얻어진다 (S154). 전류 이미지에 기여할 수 있는 각 층의 패턴은 CAD 데이터로부터 얻어지고 측정된 전류 이미지와 비교된다 (S155). CAD 데이터로부터 얻어진 데이터에 따라, 전류이미지가 속하는 층들이 분류되고 층간편차는 이들을 CAD 데이터에 의해 얻어진 이상적인 이미지와 비교하여 얻어진다. CAD 데이터에 따라 전류이미지를 분류하는 분류단계가 이 절차에서 필요하더라도, 층간편차는 단일의 이미지에 의해 평가될 수 있으므로 측정의 정확성이 향상될 수 있다.

백그라운드 보정

상술된 테스트에서, 샘플표면을 전자빔으로 주사함으로써 기판에 생성된 전류는 전자빔 주사위치의 기능으로서 기록되고, 이 기능을 이미지 표시를 위한 휘도신호로 사용함으로써, 전류이미지는 기판표면에 형성된다. 또한, 이미지가 콘택트홀 테스트에서 사용될 때, D.C.로서 콘택트홀에 흐르는 전류의 크기는 콘택트홀의 품질을 판정하는 기초가 된다. 그러나, 펄스형상의 전자빔이 주기적으로 표면을 조사하거나 표면이 전자빔에 의해 주사되는 것이 실제적이므로 A.C. 성분이 생성된다. 그러므로, 측정된 전류는 D.C. 성분외에 용량성 A.C. 성분을 포함한다. 이러한 A.C. 성분으로, 이미지의 밝기와 물리적 대상 사이의 대응이 깨져, 콘택트홀의 품질판정은 부정확해지고 콘택트홀의 3차원 구성의 복원이 어려워진다.

이런 문제를 해결하기 위해, 전자빔의 조사주파수 또는 주사주파수를 변경함으로써 전류를 측정하여 테스트 샘플의 용량을 통과하는 전류성분을 보정하는 것이 바람직하다. 이런 보정을 수행하는 처리 흐름도는 각각 도 69 및 도 70 에 도시되어 있다.

도 69 에 도시된 흐름도에서, 샘플이 펄스형상의 전자빔으로 반복적으로 조사될 때, 반복주파수의 주기를 변경하면서 측정이 반복되어 (S161, S163) 전류파형을 얻는다 (S162, S164). D.C. 성분은 이렇게 얻어진 전류파형으로부터 샘플이 전자빔으로 연속적으로 조사될 때 측정된 값을 외삽하여 얻어진다 (S165). 도 1 에 도시된 반도체장치 테스터를 참조하여 이를 설명하면, 전자총 (1) 은 펄스형상의 전자빔을 반복적으로 생성하고 전자빔의 반복주파수는 빔제어부 (11) 에 의해 변경된다. 데이터 프로세서 (10) 에서, 샘플이 상이한 반복주파수에서 전자빔으로 조사될 때 측정된 전류로부터 샘플이 전자빔으로 연속적으로 조사될 때 측정된 전류값을 외삽함으로써 D.C. 성분이 얻어진다.

도 70 에 도시된 흐름도에서, 전자빔의 주사속도를 변경하면서 측정이 반복되고 (S171, S173), 이렇게 얻어진 파형에 기초하여 (S172, S174), 주사속도가 0 으로 외삽될 때 얻어진 값이 얻어진다 (S175). 도 44 에 도시된 반도체장치 테스터를 참조하여 이를 설명하면, 전자빔 조사 위치 제어장치 (116) 는 서브주사 편향기 (251) 를 통해 전자빔의 주사속도를 전환할 수 있고, D/A 컨버터 (120) 의 출력이 공급되는 데이터 프로세서 (예컨대, 도 1 의 블록 10) 에서는, 샘플이 상이한 주사속도로 전자빔으로 주사될 때 각각의 측정된 전류값으로부터 주사속도가 0 으로 외삽될 때의 값을 얻는다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 반도체장치 테스터는 그 깊이방향으로 테스트샘플의 구조에 관련된 정보를 비파괴적으로 얻을 수 있다. 그러므로, 본 발명은 제조된 반도체장치의 품질결정 및/또는 그 제조공정의 최적화 여부를 결정하는 테스트에서 효과적으로 사용된다.

그 콘택트홀의 중심축을 따라 샘플을 단지 절단하고 이것을 종래의 SEM 에 의해 봄으로써 얻을 수 있는, 콘택트홀의 단면에 대한 거리정보에 대하여, 본 발명에 따라, 콘택트홀의 바닥구성의 정보 및 2차 전자빔으로부터 얻어진, 콘택트홀의 개구부의 정보를 이용하여 콘택트홀의 상부 및 하부의 거리정보를 얻는 것이 가능하다. 상이한 가속전압을 이용하여 얻어진, 그 깊이방향으로 콘택트홀의 구조에 관련된 정보를 더 사용함으로써, 더 정확한 정보가 얻어질 수 있다.

직사각형 단면을 갖는 전자빔이 사용될 때, 그 에지 위치를 용이하게 특정할 수 있고 전자빔이 고정밀도로 통과하는 영역의 면적을 용이하게 측정할 수 있다. 상기 실시예에서, 본 발명은 콘택트홀에 적용되는 경우에 설명되었다. 그러나, 본 발명은 콘택트홀의 것과 유사한 구조를 갖는, 예컨대 스루홀, 레지스트, 배선, 및 그루브 등의 구성 결정에 적용될 수 있다. 또한, 에칭 또는 워싱된 후에 콘택트홀의 구성 및 바닥상태를 테스트할 수 있다.

본 발명은 비파괴적인 테스트방법에 관련되므로, 샘플의 단면 표면의 SEM 테스트의 요구없이 깊이방향으로 콘택트홀의 정보를 얻을 수 있다. 그러므로, 모니터 웨이퍼의 사용없이 직접 제품을 측정할 수 있어, 공정비용이 감소된다.

또한, 공정 동안에 고속으로 콘택트홀의 면적 및 직경이나 그 3차원 구성을 유사한 방식으로 측정할 수 있으므로, 그 상태에서 공정을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 에칭조건을 제공하기 위하여, 콘택트홀의 개구 구성 및 바닥 구성 모두를 제어할 필요가 있다. 본 발명이 사용될 때, 웨이퍼의 콘택트홀의 바닥면적의 분배를 그때 그자리에서 측정할 수 있다.

종래에는, 콘택트홀의 품질은 콘택트홀의 개구부의 존재 또는 부존재만으로 디지털적으로 수행되는 것이 보통이었다. 그러므로, 콘택트홀의 개구부가 막히면 비정상이 검출된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 형성된 콘택트홀의 직경을 깊이방향으로 항상 모니터할 수 있다. 그러므로, 콘택트홀 개구의 결함이 실제로 검출되기 전에, 콘택트홀의 바닥직경 및 깊이방향으로 구조의 정보에 관련된 아날로그값의 변화로서 콘택트홀의 비정상을 검출할 수 있다. 그러므로, 종래기술과 비교하여 비정상성에 대해 더 신속히 대처할 수 있다. 특히, 콘택트홀의 바닥직경을 측정하기 위하여 본 발명에서는 비정상성이 일괄전류법에 의해 검출되고, 고정밀도로 측정을 수행하는 것이 가능하다. 럼프 전류 방법에서, 샘플의 위치는 전자빔이 하나의 콘택트홀을 조사하도록 조절될 수 있으므로, 이 측정은 낮은 위치 정밀도를 사용하여 수행될 수 있다.

전류측정의 경우, 배선에 흐르는 전류만이 측정된 값에 기여하므로, 종래의 테스트방법에서 요구되는 테스트결과의 평균화는 불필요하게 되어, 테스트속도가 향상될 수 있다.

층간편차가 정렬마스크에서 흐르는 전류를 측정하여 보정되는 경우, 층간편차의 제거에 전용된 고가의 2차 전자 이미지 획득장치가 불필요해진다.

본 발명의 전류파형의 측정에서, 굵은 전자빔이 통과하는, 배선의 위치에 상관없이 테스트에서 유효한 정보를 얻는 것이 가능하고 배선의 특정위치를 항상 전자빔으로 조사할 필요는 없다. 이와는 반대로, 전자조사위치를 변경하여 결함패턴의 검출 민감도를 조절할 수 있다. 또한, 배선의 품질은 전자빔 조사에 의해 생성된 전류파형의 상승 및 하강에지로부터 얻어진, 배선의 에지위치 정보를 사용하여 검출되므로, 명확한 테스트결과가 획득된 전류파형의 크기변경만으로부터 얻어질 수 없을 때에도 테스트가 가능한 경우가 있을 수 있다.

일반적으로, 어레이에 정렬된 배선라인 테스트속도는 배선라인이 무작위로 정렬된 경우와 비교하여 향상될 수 있다. 그러나, 이러한 어레이된 배선라인과 배선라인의 무작위 정렬이 칩 내에 혼합되는 것이 실제적이다. 이 경우, 배선의 정렬은 초기 테스트에서 사전에 체크되고, 측정된 전류의 주파수 배분으로부터 어레이된 배선의 위치를 평가하고, 최적의 테스트방법은 위치정보에 기초하여 선택될 수 있다. 그러므로, 테스트의 고속화가 달성될 수 있다.

본 발명에서 측정된 전류파형은 전자빔으로 샘플을 연속적으로 또는 단속적으로 조사함으로써 수행될 수 있다. 또한, 전자빔의 이러한 주사를 수행함으로써, 효과적인 주사속도를 증대시킬 수 있다. 전자빔은 샘플의 상이한 위치를 주사하기 위해 항상 요구되는 것은 아니고 약간 중첩된 테스트 영역의 에지부를 주사하는 것이 가능하다. 가속전압 및 전류주입은 테스트될 샘플에 따라 최적으로 선택된다. 패턴검출이 부분적인 경우, 검출된 전류는 부분 결함의 면적에 비례한다. 그러므로, 부분결함은 부분 패턴결함에서 생성된 전류의 변동이 테스터의 SN 을 초과하면 검출될 수 있다.

본 발명의 전류파형의 측정은 테스트될 배선이 기판에 전기적으로 접속된 경우에도 효과적이다. 그러나, 본 발명은 배선이 큰 면적을 갖거나 누설전류가 크거나 배선이 큰 정전용량을 통해 기판에 전기적으로 접속될 때에도 효과적이다. 복수의 배선라인을 동시에 테스트하는 것이 가능하므로, 테스트속도는 종래방법에 비해 빠르다. 또한, 그 표면으로부터 콘택트홀의 단면 구조를 직접 모니터하는 것이 가능하다.

Claims (35)

1. 반도체장치를 주사하면서 테스트 샘플인 반도체장치를 전자빔으로 조사하는 전자빔 조사수단;

   전자빔의 조사와 함께 테스트 샘플에 생기는 전류를 측정하는 전류측정수단;

   상기 전류측정수단으로부터 측정된 데이터를 처리하는 데이터처리수단을 구비한 반도체장치 테스터로서,

   상기 전자빔 조사수단은 전자빔을 평행하게 하여 평행빔이 되게하는 콜리메이터 수단 및 전자빔의 가속전압을 변경하는 수단을 포함하고 상기 데이터처리수단은 상이한 가속전압으로 전자빔을 주사한 때의 샘플에 대한 전자빔의 투과율의 차이에 기초하여 샘플의 깊이방향의 구조에 관련된 정보를 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
2. 제 1 항에 있어서,

   전자빔에 대해 상기 샘플을 이동시키는 수단을 더 포함하고, 상기 전자빔 조사수단은 전자총을 포함하고 상기 콜리메이터 수단은 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔을 평행하게 하여 평행빔이 되게 하는 콘덴서 렌즈, 및 전자빔이 개구부에 닿도록 상기 샘플에 닿는 전자빔의 스폿크기를 제한하기 위해 상기 콘덴서 렌즈와 상기 샘플 사이에 삽입된 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트를 포함하고, 전자빔 조사수단은 이 샘플을 전자빔으로 주사하기 위하여 전자빔에 대해 테스트 샘플을 이동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 샘플을 전자빔으로 주사하기 위하여 상기 테스트 샘플을 전자빔에 대해 이동시키는 수단을 더 포함하고, 상기 전자빔 조사수단은 전자총을 포함하고 상기 콜리메이터 수단은 상기 전자총으로부터 방출된 전자빔을 평행하게 하여 평행빔이 되게 하는 제 1 콘덴서 렌즈, 상기 콘덴서 렌즈가 어포컬 시스템을 구성하도록 정렬된 제 2 콘덴서 렌즈, 대물렌즈, 및 전자빔의 스폿크기를 제한하기 위해 상기 제 1 콘덴서 렌즈와 상기 제 2 콘덴서 렌즈 사이에 삽입된 애퍼처를 갖는 애퍼처 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자빔 조사수단은 상기 샘플의 측정영역의 중심을 통과하는 라인 세그먼트를 따라 상기 샘플을 상기 측정영역의 면적보다 작은 스폿크기를 갖는 전자빔으로 수직 조사하는 수단을 포함하고, 상기 데이터처리수단은 상기 라인 세그먼트를 따라 측정된 전류의 상승 및 하강에지 사이의 공간으로부터 상기 측정영역의 바닥의 거리를 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터처리수단은, 일정한 조건하에서 전자빔으로 미지의 영역의 전자빔 조사에 의해 상기 미지의 측정영역에서 생성된 전류값을 상기 동일한 일정 조건하에서 전자빔으로 그 전자빔 조사에 의해 표준샘플의 측정영역의 알려진 면적에서 생성된 전류값으로 나누고 그 몫으로부터 상기 미지의 측정영역의 면적을 얻는, 면적계산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 데이터처리수단은, 상기 면적계산수단에 의해 얻어진 면적을 원의 직경에 대한 원주의 비로 나누고 이 몫의 제곱근을 상기 미지의 측정영역의 일단에서 타단까지의 측정 거리로서 얻는, 거리계산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자빔 조사수단은 전체 측정영역을 전체적으로 커버하기에 충분히 큰 값으로 전자빔의 스폿크기를 설정하는 수단을 포함하고, 상기 데이터처리수단은 미지의 샘플의 측정영역이 큰 스폿크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류값에 대하여 알려진 영역을 갖는 측정영역을 포함하는 표준샘플이 큰 스폿크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류값의 비를 계산하는 수단, 및 이 비로부터 미지의 샘플의 측정영역의 면적을 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터처리수단은 표준샘플이 알려진 스폿크기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 생성된 전류값을 상기 표준샘플의 단위면적당 전류량으로 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터처리수단은, 테스트 웨이퍼가 전자빔으로 조사될 때 위치좌표에 대응하여 측정된 전류값을, 웨이퍼가 양호하면 동일한 위치좌표에서 측정되는 전류값과 비교하고, 이 비교결과에 기초하여 다음에 수행될 공정의 종류를 설정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
10. 제 1 항에 있어서,

    테스트 샘플의 표면으로부터 방출된 2차 전자를 검출하는 2차 전자 검출기를 더 구비하고, 상기 데이터처리수단은 상기 전류측정수단의 측정결과에 대응하여 상기 2차 전자 검출기에 의해 측정된 2차 전자량을 처리하는 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 상기 측정영역의 중심을 통과하는 라인 세그먼트를 따라 상기 테스트 샘플을 상기 측정영역의 면적보다 작은 스폿크기를 갖는 전자빔으로 수직 조사하는 수단을 포함하고, 상기 대응하여 처리하는 수단은 상기 전류측정수단에 의해 상기 라인 세그먼트를 따라 측정된 전류의 상승 및 하강에지 사이의 거리로부터 상기 측정영역의 바닥거리를 얻는 수단, 및 상기 2차 전자 검출기에 의해 검출된 2차 전자의 상승 및 하강에지 사이의 거리로부터 상기 측정영역의 상부 거리를 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 대응하여 처리하는 수단은 측정영역의 바닥거리, 상부거리, 및 막두께에 대한 정보로부터 얻어진 바닥거리, 상부거리, 및 막두께를 바닥직경, 상부직경, 및 높이로 갖는 원기둥 또는 원뿔대를 3차원으로 표시하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
13. 제 1 항에 있어서,

    테스트 샘플이 장착된 샘플 스테이지를 경사시키는 수단을 더 포함하고, 상기 데이터처리수단은 상기 경사시키는 수단에 의해 생긴 전자빔에 대해 샘플의 경사각도를 처리하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 데이터처리수단은 먼지가 없는 테스트 샘플의 위치에서 얻어진 전자빔 조사위치에 대응한 전류값을 저장하는 기록수단, 상기 기록수단에 저장된 전류값을, 테스트 샘플의 패턴부와 동일한 미지의 샘플의 패턴부 내의 전자빔 조사위치에 대응하는 전류값과 비교하는 수단, 및 이 비교에 의해 얻어진 전류값의 상승 및 하강위치 사이의 차이로부터 먼지의 존재 및 크기를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 전체 측정영역을 전체적으로 커버하고 전자빔의 단면형상의 적어도 일단이 선형으로 되도록 전자빔의 단면형상을 설정하는 수단을 포함하고 상기 데이터처리수단은 전류의 상승값과 최대값 사이의 거리로부터 측정영역의 바닥거리를 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 전체 측정영역을 전체적으로 커버하고 전자빔의 단면형상의 적어도 일단이 선형으로 되도록 전자빔의 단면형상을 설정하는 수단을 포함하고, 상기 데이터처리수단은 거리에 대해 전류값의 미분곡선을 계산하는 수단, 및 이 미분곡선의 상승위치와 정점위치 사이의 거리로부터 측정영역의 바닥부의 반경을 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 데이터처리수단은 측정된 전류값을 측정된 위치에 대응하는 맵 상에 표시하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 데이터처리수단은 테스트 샘플인 웨이퍼 상의 두 영역 중 하나에서 얻어진 측정값을 기준값으로서 타 영역에서 얻어진 측정값과 비교하는 비교수단, 및 소정의 일정 값 이상의 차이가 있을 때 위치좌표를 추출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 직선의 길이방향에 수직방향으로 배선의 폭과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 선형 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인 주사가 완료된 후에 주사방향에 수직으로 배선의 폭과 동일한 거리만큼 주사위치를 이동시키는 수단을 포함하고, 상기 비교수단은 두 영역의 전자빔 조사위치에 대해 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 제 1 방향으로 샘플의 배선의 최소폭보다 작은 크기를 갖는 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인 주사가 완료될 때마다 배선의 폭에 대응하는 거리만큼 주사방향에 수직방향으로 주사위치를 이동시키는 수단을 포함하고, 상기 비교수단은 두 영역 내의 전자빔 조사위치에 대응하는 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형으로부터 동일한 패턴위치에 대응하는 상승 및 하강의 중심에서 순간전류값을 추출하고 이 순간전류값을 서로 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
21. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 선형 전자빔의 길이방향에 수직방향으로 샘플의 복수의 배선라인을 전체적으로 조사할 수 있는 길이를 갖는 선형 전자빔으로 테스트 샘플을 주사하고 하나의 라인주사가 완료될 때마다 주사위치를 조사하는 전자빔의 폭만큼 주사방향에 수직방향으로 샘플을 이동시키는 수단을 포함하고, 상기 비교수단은 두 영역내의 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
22. 제 21 항에 있어서,

    파형을 비교하는 상기 수단은 파형을 적분하고 이 적분값을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
23. 제 18 항에 있어서,

    상기 비교수단은 전자빔 조사위치로부터 전류값의 변동으로서 측정된 한 펄스의 전류파형의 상승에지에서 하강에지까지의 전류를 적분하는 수단, 이 적분값을 펄스의 상승 및 하강에지 사이의 거리로 나누는 디바이더 수단, 및 상기 디바이더 수단에 의해 얻어진 두 영역의 단위면적당 전류값을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
24. 제 18 항에 있어서,

    상기 비교수단은 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형의 펄스의 상승에지 및 하강에지의 위치를 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
25. 제 18 항에 있어서,

    상기 비교수단은 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형의 펄스의 상승에지 및 하강에지의 중심위치를 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
26. 제 1 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 전자빔에 대해 테스트 샘플을 이동하는 메인주사수단, 및 메인주사에 중첩하여 메인주사방향과는 상이한 방향으로 전자빔을 반복적으로 편향시키는 서브주사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
27. 제 1 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단은 테스트 샘플의 개개의 배선라인이 전자빔으로 조사되는 제 1 모드와 이 샘플의 모든 배선라인이 전체적으로 전자빔으로 조사되는 제 2 모드 사이에서 동작모드를 전환시킬 수 있고, 상기 데이터처리수단은 일정한 위치구간마다 제 1 모드에서 전자빔 조사위치에 대한 전류값의 변동으로서 측정된 전류파형의 공간주파수를 분석하여 동일한 공간주파수를 갖는 위치구간이 일정한 시간주기동안 계속되는 부분을 검출하는 수단, 및 복수의 배선라인이 검출된 위치내의 어레이에 정렬된다는 가정하에 전자빔 조사수단을 제 2 모드로 설정하여 전체적으로 결함비를 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
28. 제 1 항에 있어서,

    상기 깊이방향의 구조에 관련된 정보를 얻는 수단은 스루홀을 둘러싸는 절연막을 통과하는 전자빔을 증가된 가속전압으로 조사하여 생성된 전류량을 측정함으로써 절연막에 제공된 스루홀의 3차원 구성을 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
29. 제 28 항에 있어서,

    테스트 샘플이 장착된 샘플 스테이지를 경사시키는 수단을 더 포함하고, 상기 3차원 구성을 얻는 수단은 전자빔 및 샘플로의 전자빔의 입사각이 변경될 때 얻어진 측정값으로부터 스루홀의 직경이 깊이에 따라 증가하는지 감소하는지를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
30. 제 1 항에 있어서,

    상기 깊이방향의 구조에 관련된 정보를 얻는 수단은 절연막을 통과하는 전자빔에 의해 생성된 전류의 측정값으로부터 절연막 내의 회로패턴의 편차를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 회로패턴의 편차를 검출하는 수단은 전자빔의 투과깊이가 가속전압의 변경에 의해 변화될 때의 측정값으로부터 각 층에 회로패턴의 편차를 평가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
32. 제 30 항에 있어서,

    회로패턴이 절연층에서 중첩하는 위치를 얻기 위해 CAD 데이터로부터 회로패턴에 관련된 정보를 취하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
33. 제 1 항에 있어서,

    상기 데이터처리수단은 전자빔의 조사주파수 또는 주사주파수에 의해 야기된 테스트 샘플의 용량을 통해 흐르는 전류성분을 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
34. 제 33 항에 있어서,

    전자빔의 반복주기를 변경하는 수단을 더 포함하고, 상기 전자빔 주사수단은 펄스형상의 전자빔이 반복적으로 발생되는 구조를 갖고 상기 보정수단은 샘플이 상이한 반복주기를 갖는 전자빔으로 조사될 때 전류측정수단에 의해 측정된 전류값으로부터 샘플이 전자빔으로 계속적으로 조사될 때 전류값의 외삽에 의해 D.C. 성분을 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.
35. 제 33 항에 있어서,

    상기 전자빔 조사수단으로부터 전자빔의 주사속도를 전환하는 수단을 더 포함하고, 상기 보정수단은 샘플이 상이한 주사속도로 전자빔에 의해 주사될 때 상기 전류측정수단에 의해 측정된 전류값으로부터 주사속도를 0 으로 외삽할 때의 전류값을 얻는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 테스터.