TW201415013A - 荷電粒子線裝置 - Google Patents
荷電粒子線裝置 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201415013A TW201415013A TW102122951A TW102122951A TW201415013A TW 201415013 A TW201415013 A TW 201415013A TW 102122951 A TW102122951 A TW 102122951A TW 102122951 A TW102122951 A TW 102122951A TW 201415013 A TW201415013 A TW 201415013A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- image
- pores
- voltage
- difference
- acceleration voltage
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 15
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 111
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 65
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 60
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 45
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 36
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 20
- 238000010998 test method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 abstract description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 21
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 16
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/22—Optical, image processing or photographic arrangements associated with the tube
- H01J37/222—Image processing arrangements associated with the tube
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/261—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/04—Means for controlling the discharge
- H01J2237/049—Focusing means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/063—Electron sources
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/22—Treatment of data
- H01J2237/221—Image processing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
- H01J2237/2448—Secondary particle detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
- H01J2237/24571—Measurements of non-electric or non-magnetic variables
- H01J2237/24585—Other variables, e.g. energy, mass, velocity, time, temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
- H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/2602—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2803—Scanning microscopes characterised by the imaging method
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
- H01J2237/2817—Pattern inspection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
用以特定晶粒缺陷之以往技術的CMP法是在晶圓全體的檢查需要時間且完全的破壞。並且，探針測試法是無法由電阻值來推測孔隙(void)的有無，有關配線中的孔隙發生處或其大小是無法得知，最終微細的孔隙或配線內部的孔隙的檢測是必須加工成可在FIB觀察配線剖面，於SEM或TEM觀察。其解決手段是對於試料的同處以複數的加速電壓來照射電子線，根據分別對應於複數的加速電壓而取得的複數個畫像之同處的對比變化量來區別晶粒及孔隙。
Description
本發明是有關用以檢查在半導體裝置製造過程所產生的缺陷之荷電粒子線裝置。
近年來，基於使裝置的動作頻率高速化之目的，使用電阻率低的銅(Cu)作為半導體裝置的配線材料，作為減少配線延遲的手段之一。Cu配線製程是在形成於絕緣膜的溝(trench)(配線溝)以濺射法來依序形成擴散防止膜(勢壘金屬)及電場電鍍的底層導電膜(Cu種)之後，以電場電鍍法來一邊埋入Cu配線一邊形成。Cu配線的埋入特性是取決於種層的被覆形狀或電解電鍍的埋入能力等，但朝微細形狀的埋入能力是有限，在微細寬的溝是難以無缺陷的完全埋入，會有發生孔隙缺陷的情況。尤其是在配線內部發生孔隙缺陷時，會招致斷線或配線電阻的增加、電遷移耐性的降低，因此Cu配線的埋入不良是關係配線的可靠度進而半導體裝置性能的重大問題，所以被要求在內部檢測出Cu配線中的孔隙之技術。而且，為了在內部檢測出起因於製程所產生的孔隙，將其
結果反饋給製程條件，而必須非破壞短時間檢測出。
由於孔隙是存在於配線內部，因此在通常的半導體裝置檢查所使用的暗視野及明視野的光學式檢查裝置是無法檢測出。通常是在平坦化工程(CMP)後利用SEM來檢測出孔隙。為了利用SEM來檢測出存在於配線內部的孔隙，高能量的電子線是必須照射可侵入至試料的內部之5kV以上的高加速電壓的電子線。但，在高加速電壓下，與孔隙同時出現結晶粒(晶粒)的對比，因此只靠SEM畫像，有時難以區別晶粒與孔隙。為了檢測出孔隙，必須適用組合FIB(集束離子射束裝置)之配線部分的剖面加工與TEM或SEM的孔隙檢測之FIB+SEM/TEM法。FIB+SEM/TEM法是以SEM或TEM來觀測在FIB所作成的配線剖面，藉此可確實地特定孔隙，但本方法是需要部分或完全的破壞檢查，且在試料的準備及觀察需要很多的時間為其課題。基於以上的情形，最好是可適用於內部檢查的非破壞且可高速簡便地檢測出的孔隙檢測方法。
檢測出孔隙的以往技術，有組合化學機械研磨(CMP)的晶圓平面拋光及光學式的外觀檢查裝置的孔隙檢測之CMP法。又，可舉測定配線部的電阻，若孔隙存在，則電阻變大，因此可檢測出Cu孔隙的探針測試法等。
在專利文獻1中，作為利用TEM來檢測出相當於晶粒的結晶缺陷或柱塞(plug)及通孔配線的缺陷之技術，是揭示在TEM中使電子線射入方向複數變化來觀
察同一處，藉此觀察結晶缺陷之技術。
[專利文獻1]日本特開2000-243338號公報(US6548811)
用以特定晶粒缺陷的以往技術之CMP法是在晶圓全體的檢查需要時間，且為完全的破壞。並且，探針測試法是無法由電阻值來推測孔隙的有無，
有關配線中的孔隙發生處或其大小是無法得知，最終微細的孔隙或配線內部的孔隙的檢測是必須加工成可在FIB觀察配線剖面，於SEM或TEM觀察。
為了解決上述課題，例如採用申請專利範圍所記載的構成。
本案是包含複數個解決上述課題的手段，若舉其一例，則是具有：電子光學系，其係將電子線集束而照射至試料；檢測器，其係藉由前述電子線的照射來檢測出從前述試料產生的二次電子或反射電子；及畫像處理部，其係比較複數的畫像來檢測出缺陷，
前述電子光學系係對於前述試料的同處以複數的加速電壓來照射前述電子線，前述畫像處理部係根據分別對應於前述複數的加速電壓而取得的複數個畫像之前述同處的對比變化量來區別晶粒與孔隙。
若根據本發明，則可藉非破壞檢查來特定微小的孔隙的發生區域。
上述以外的課題、構成及效果是可藉以下的實施形態的說明得知。
68‧‧‧孔隙區域
69‧‧‧孔隙區域
圖1是本實施形態的概略構成圖。
圖2是表示攝像流程的圖。
圖3是表示攝像流程的圖。
圖4是表示孔隙與晶粒的對比和加速電壓的關係圖。
圖5是分別存在孔隙及晶粒的Cu配線的縱剖面圖。
圖6是區別孔隙及晶粒來說明孔隙檢測處理的方法的圖。
首先，更詳細說明有關本發明的課題。
以下說明以往利用SEM的孔隙檢測是在觀察時無法區別Cu的晶粒及孔隙的理由。
孔隙的SEM像的視認性是取決於孔隙的對比。所謂孔隙對比是依孔隙的有無，往試料內之電子線的侵入深度會改變，結果在孔隙有無部分，因反射電子的放出量改變而產生的對比。在試料內有孔隙的部位，因為侵入長變長，所以反射電子放出量減少。另一方面，無孔隙的部位，侵入深度淺，自周邊不存在孔隙之處，反射電子放出量變多，在SEM像是自周邊部位相對性對比降低，孔隙是可觀察成低亮度的黑點。
但，在Cu配線的埋入過程中，因Cu的電場電鍍液的不均一的流動或被覆形狀的偏差，晶粒的大小不會形成不均一，在配線內產生結晶方位不同的晶粒。具有與周圍的結晶之方位差大的特定的方位之晶粒會產生電子溝道現象，在SEM畫像中是與孔隙同樣亮度降低，當具有特定的方位之晶粒與孔隙存在於同一SEM觀察區域時，無法明確地區別晶粒與孔隙。
針對此更詳細說明。一旦產生電子溝道現象，則自試料放出的BSE的量會變化。例如若Cu結晶方位對於電子線射入方向接近並行，則射入電子與Cu原子的衝突之機率會減少，射入電子的侵入長變長，結果來自試料表面的反射電子放出量減少，在SEM像中訊號量會減少，因此亮度值變低，看起來暗。另一方面，對於射入電子方向，結晶方位具有傾斜度時，射入電子與Cu原子
的衝突之機率會增加，射入電子的侵入長變短，結果反射電子放出量增加。在SEM像中訊號量會增加，因此亮度值變高，看起來亮。如此具有特定的結晶方位之晶粒是在BSE像中，與孔隙同樣當作暗的對比被觀測，因此妨礙孔隙的觀察。
以往技術的CMP法是重複進行晶圓的研磨及外觀檢查，而可利用SEM或光學式檢查裝置來檢測出孔隙的手法，但晶圓全體的檢查是需要時間且為完全的破壞檢查。並且，探針測試法只不過是從電阻值推測孔隙的有無，無法得知有關配線中的孔隙發生處或其大小，最終微細的孔隙或配線內部的孔隙的檢測需要FIB+SEM/TEM法之部分或完全的破壞檢查。
以往區別檢測孔隙與晶粒的技術，例如在專利文獻1是揭示有雷射誘發法，其係利用雷射照射時的發熱所產生的電阻的變化會依故障處而不同的情形來檢測出Cu孔隙。
此手法是捕捉雷射照射時的溫度上昇所產生的電阻的增大作為觀測電流的變化，使與射束掃描同步來亮度變換，藉此捕捉孔隙發生處及晶粒作為畫像。但，就雷射誘發法之類的光學式的檢查裝置而言，起因於誘發雷射波長之空間分解能有限，對微細配線(100nm以下)難以適用。而且，隨配線的微細化，配線電阻值的增大，難以觀測因孔隙或晶粒所產生的微弱的電阻值變化。
如以上所述般，是無以高速高感度且非破壞
來檢測出孔隙，可檢查晶圓全體的孔隙檢查方法。本發明的目的之一是在於提供一種著眼於相當於Cu配線的晶粒與孔隙的SEM像的亮度之對比會依電子線照射加速電壓而變化，不用破壞試料，可自動高速地區別檢測晶粒與孔隙之觀察方法。
以下，參照附圖來說明有關本發明的實施形態。另外，說明使用掃描型電子顯微鏡的例子作為荷電粒子線裝置的一例，但此為本發明的一例，本發明並非限於以下說明的實施形態。在本發明中所謂荷電粒子線裝置是廣泛包含利用荷電粒子線來攝取試料的畫像之裝置。可舉利用掃描型電子顯微鏡的檢查裝置、查核裝置、圖案計測裝置，作為荷電粒子線裝置的一例。
圖1是表示電子顯微鏡的概略構成的縱剖面圖。將掃描型電子顯微鏡(SEM)改良成可使用在形成於半導體晶圓的電路圖案的缺陷查核或依序檢查晶片內的預先指定之處的缺陷檢查或電路圖案的完成情況檢查之攝像裝置8是從電子射束EB的發生至半導體晶圓WF之間被保持於真空，設有電子源9、聚焦透鏡10、11、偏向掃描用線圈12、對物透鏡13、像散現象補正線圈14、XY平台15、二次電子檢測器25及取入角度不同的二個反射電子檢測器27、28。並且，在真空裝置的外部設置有：記憶各種資料的記憶裝置16、顯示畫像或檢查結果的顯示器17、輸入裝置的動作指示的輸入裝置18、生成試料的畫像或進行運算的畫像運算部20、將來自檢測器的訊號
予以A/D變換的A/D變換部21、控制電子光學系所含的各零件的電子光學系控制部22、控制平台的平台控制部23、及被連接至電子源9的高電壓安定化電源24。在全體控制部19是設有進行缺陷檢測處理或圖案完成情況評價的畫像處理伺服器26。並且，因應所需，經由網路來連接外部畫像處理伺服器33。
系統的構成並非限於此，構成系統的裝置的一部分或全部亦可為共通的裝置。並且，荷電粒子線裝置除此以外也有包含控制各部分的動作的控制部或根據自檢測器輸出的訊號來生成畫像的畫像生成部的情形(圖示省略)。控制部或畫像處理部是亦可藉由專用的電路基板來作為硬體構成，或藉由在被連接至荷電粒子線裝置的電腦所實行的軟體來構成。藉由硬體來構成時，是可藉由將實行處理的複數個運算器集聚於配線基板上或半導體晶片或封裝內來實現。藉由軟體來構成時，是可藉由在電腦搭載高速泛用的CPU，而執行進行所望的運算處理的程式來實現。亦可藉由記錄有此程式的記錄媒體來升級既存的裝置。並且，該等的裝置或電路、電腦間是以有線或無線的網路來連接，傳送接收適當資料。
成為檢查對象的半導體晶圓WF是被搭載於XY平台15。來自全體控制部19的控制訊號會被送至平台控制部23，從平台控制部23送至XY平台15，XY平台15會被移動控制於X、Y方向。自電子源9發射的電子射束EB是藉由聚焦透鏡10、11、對物透鏡13來收
斂，藉由偏向掃描用線圈12來掃描於半導體晶圓WF上，藉此照射至檢查對象的半導體晶圓WF，藉由此照射，從半導體晶圓WF取得的二次電子會在二次電子檢測器25被檢測出，反射電子會在反射檢測器27及反射電子檢測器28被檢測出，在A/D變換部21從類比訊號變換處理成數位訊號，而生成半導體晶圓WF的數位畫像資料(SEM畫像)，顯示於顯示器17。以下，將在二次電子檢測器25所生成的SEM畫像稱為SE像，將在反射電子檢測器27及反射電子檢測器28所生成的SEM畫像稱為BSE像。進行缺陷的查核或圖案檢查的電子顯微鏡是以自反射電子訊號取得的陰影資訊來進行凹凸判定，因此至少具備一個以上的反射電子檢測器。在本發明的實施形態所使用的攝像裝置8是具備反射電子取入方位不同的二個的反射電子檢測器27及反射電子檢測器28。缺陷檢測處理等的畫像處理是在畫像處理伺服器26進行。就缺陷檢查而言，操作員是在輸入裝置18中輸入加速電壓或射束電流等的光學條件、用以檢測出缺陷的感度或臨界值等的缺陷檢測條件、半導體晶圓WF的檢查對象晶片及晶片內的檢查座標的輸入項目，該等是作為處方來登錄保持於記憶裝置16。
全體控制部19是根據被登錄於處方的檢查座標位置來對平台控制部23傳送平台移動命令，而使檢查位置能夠進入攝像裝置8的視野，XY平台15會移動，以指定的倍率設定來攝像。將此畫像稱為觀察畫像。並且因
應所需以指定和半導體晶圓WF內的觀察部位所存在的晶片鄰接的晶片的同部位之倍率設定來攝像。此部位是形成有和觀察部位同圖案的部位，將此畫像稱為參照畫像。參照畫像是觀察對象圖案為以重複圖案來形成的單元時，也會有時由觀察畫像來生成。並且，在複數的晶片中檢查晶片內的同一處的定點檢查中，基於提高檢查感度的目的或縮短檢查時間的目的，而藉由合成在檢查所取得的複數個畫像來生成參照畫像。而且，參照畫像亦可不是使用實際的SEM畫像，而是利用CAD資料等來人為地作出的參照畫像。取得的觀察畫像與參照畫像的畫像比較之缺陷檢測處理是在畫像處理伺服器26進行。並且因應所需來取得的畫像資料是經由網路來轉送至外部畫像處理伺服器33，在外部的畫像處理伺服器33進行缺陷檢測處理或使半導體圖案的完成情況等定量化的畫像評價。
自電子源9發射的電子射束EB的加速電壓是藉由抽出電極40的施加電壓來控制。在本實施形態中，加速電壓的控制是舉控制抽出電極40的施加電壓之方式為例進行說明，但加速電壓的控制方法是不拘可舉各種的形態，只要在電子線照射的過程控制最終照射至半導體晶圓WF的加速電壓即可。例如，藉由對半導體晶圓WF施加負的電壓，在即將把電子射束EB射入至半導體晶圓WF之前使減速的減速(retarding)方式也可控制被照射於半導體晶圓WF的加速電壓。又，藉由在電子線照射路徑設置使電子射束加速及減速的電極也可控制加速電壓。
其次，舉在前述的裝置的實施為例，利用圖2來說明本實施例的自動缺陷觀察時的畫像取得流程。載入晶圓後(201)，設定第一加速電壓(202)。進行晶圓對準(203)後，根據預先作為檢查條件來登錄於處方的檢查位置資訊，藉由XY平台的移動(204)來將攝像裝置8的視野移動至檢查位置，攝取觀察畫像(205)。
之後，若有其次的檢查位置，則藉由XY平台的移動，朝各檢查位置依序移動，取得所有的檢查位置的觀察畫像，完成在第一加速電壓的觀察畫像取得流程(206)。其次設定成第二加速電壓，與在第一加速電壓的觀察畫像取得流程同樣地，針對在第一加速電壓觀察的所有檢查位置來攝取觀察畫像，完成在第二加速電壓的觀察畫像取得流程(207)。然後，卸下晶圓(208)。依序攝像之複數的加速電壓是使用者可作為檢查資訊來設定於處方，當第三加速電壓、第四加速電壓及複數的加速電壓作為檢查條件來登錄於處方時，在第三加速電壓、第四加速電壓及設定的複數個加速電壓，前述流程會重複被實行。
前述的觀察畫像取得流程是一例，只要可取得在複數的加速電壓攝取同一處的觀察畫像，則其順序不拘。例如圖3所示般，亦可為：移動至檢查位置後(303)，設定加速電壓(304)，取得觀察畫像(305)之後，設定成其次的加速電壓(306)，重複在複數的加速電壓攝取同一處之後，若有其次的檢查位置(307)，
則XY平台移動至其次的檢查位置(303)之流程。又，通常一旦變更光學條件，則光軸會偏移，結果在SEM觀察的視野會有移動的情況，因此加速電壓變更時亦可預先補正既知的加速電壓間的視野偏移量，或實行加速電壓變更後的晶圓對準。
在此，說明有關本發明的特徴之複數的加速電壓的決定方法及在複數的加速電壓攝取同一處的理由。加速電壓影響孔隙與晶粒的對比之情形在先前已述。在SEM畫像的孔隙的對比是從孔隙存在的部位及其周邊的孔隙不存在的部位放出的反射電子量的差所產生的亮度的差，晶粒的對比是每個部位的結晶方位的不同所產生的亮度值的差。
詳細說明有關產生亮度差的原因。在孔隙存在於配線內部的部位，因為妨礙電子的試料內的侵入之物質不存在，所以一次電子的侵入長會變長，比不存在孔隙的部位更侵入深，從試料表面亦即配線的表面放出的反射電子的訊號量會減少，結果在SEM畫像中畫素的亮度會下降，該部位變黑。另一方面，在具有與射入試料的一次電子線平行的結晶方位的晶粒中，不易產生電子溝道現象，侵入長會變長，因此從試料表面放出的反射電子量會減少。具有前述的結晶方位的晶粒是在SEM畫像中亮度會降低該部位變暗。存在孔隙或晶粒的部位之亮度的降低是意思與周邊部位的亮度差在SEM畫像中對比的上昇。以上，孔隙的對比是取決於加速電壓及存在深度，晶粒的
對比的大小是取決於加速電壓及晶粒的結晶方位，因此孔隙與晶粒的對比是依其大小或存在的深度或結晶方位的不同而有對比的大小，但基本上是取決加速電壓而分別顯示不同的變化。
以線寬30nm，深度60nm的微細Cu配線為例，利用圖4來詳細說明有關孔隙與晶粒的對比和加速電壓的關係。圖4是將加速電壓E0從300V變更至20kV時之以絕緣膜包圍的Cu配線中所存在的深度位置的不同的孔隙A(22)、孔隙B(23)、孔隙C(24)及結晶方位不同的晶粒A(25)與晶粒B(26)的對比的變化例。橫軸是加速電壓，縱軸是對比值。意思對比值越大，該部位與其周邊部位的亮度值的差越大，容易孔隙觀察或檢測出。另外，不存在孔隙時是不為加速電壓所左右，對比值成為1。
將分別存在圖4所示的孔隙A(22)、孔隙B(23)、孔隙C(24)、晶粒A(25)及晶粒B(26)之Cu配線的縱剖面圖顯示於圖5。孔隙A(22)是位於配線的上部，孔隙B(23)是位於配線中部，孔隙C(24)是位於配線下部。晶粒A(25)與晶粒B(26)是結晶方位分別不同。由圖4可知孔隙A(22)、孔隙B(23)及孔隙C(24)是隨加速電壓的上昇而對比上昇。由於孔隙A(22)是存在於比孔隙B(23)更接近配線表面的位置，因此一次電子的侵入長為短，在5kV~7kV的範圍顯示對比上昇的傾向，在10kV可取得其最大值。另一方面，孔
隙C(24)是存在於配線下部的較深位置，因此一次電子的侵入長必須較長，在5kV~7kV的範圍無法取得對比，自7kV上昇，在10kV取得最高的對比值。在10kV以上的加速電壓是一次電子的侵入長要比Cu配線的深度還長，因此孔隙A、B及C的對比會降低。晶粒A(25)及晶粒B(26)是依結晶方位的差異而對比值有所不同，但兩者皆顯示在加速電壓為5kV時對比成為最大的傾向，在5kV以上是與孔隙作比較，對比的變化小。
如以上所述般，可知晶粒與孔隙的對比值是取決於加速電壓，分別具有特徴性的傾向。並且，可知依孔隙所存在的深度，對比值的加速電壓依存性不同。
對於在圖4所示之孔隙C(24)及晶粒A(25)在攝像視野內雙方皆存在的Cu配線而言，至5kV為止的加速電壓是可觀察到晶粒A，但孔隙C(24)是未能取得對比而無法觀察。並且，從加速電壓10kV到20kV的範圍是孔隙C(24)及晶粒A(25)可觀察到，但孔隙C(24)與晶粒A(25)的對比是大概同等，以往使用在同一加速電壓攝取的觀察畫像及參照畫像的比較檢查之缺陷檢測處理中，由於是在觀察畫像與參照畫像的差畫像的對比的變化量設置臨界值進行檢測，因此孔隙C(24)及晶粒A(25)是當作同一缺陷檢測出。為此，可知在檢測時可取得充分的對比的差之複數的加速電壓下重複攝取同一處來比較畫像是件重要的事。
選擇複數的加速電壓時，最適的加速電壓是
晶粒的對比變化量小，相對的，孔隙的對比變化量大的加速電壓。就圖4所示之存在各孔隙及各晶粒的例子而言，最好從3~7kV及10~20kV之中選擇。例如，在5kV及10kV所被觀察的變化量小的對比是可容易推測起因於晶粒者。相反的，對比變化量大時，可特定孔隙。
複數的加速電壓是至少需要二個以上，但為了高精度地區別孔隙與晶粒，最好在3個以上的加速電壓攝取同一處。例如，對於無法觀測孔隙的3kV或10kV追加孔隙的對比會降低的20kV，藉此可提高區別孔隙與晶粒的判定精度。而且，若藉由更多的加速電壓來攝像，則亦可從加速電壓與對比變化的特性來特定深度位置。
如以上所述般，可知為了區別孔隙與晶粒，必須根據晶粒與孔隙對於加速電壓特徴性的對比變化來檢測出孔隙與晶粒。
其次敘述有關利用在複數的加速電壓下攝取的觀察畫像之孔隙及晶粒檢測處理。攝取的觀察畫像是一旦保存於記憶裝置16之後，轉送至畫像處理伺服器26，在不同的加速電壓下攝取的觀察畫像彼此間進行差分處理。由差分處理的結果取得的差畫像來進行區別晶粒與孔隙而檢測出的檢測處理。差分處理及檢測處理是亦可與觀察畫像的攝像平行即時處理，或檢查後轉送至外部畫像處理伺服器33，離線處理。當然此等的處理是可在外部畫像處理伺服器33畫像攝像流程實行中即時處理。
在此利用圖6來詳細說明有關區別孔隙及晶
粒而進行孔隙檢測處理的方法，作為本實施形態之使用在第一加速電壓5kV及第二加速電壓10kV攝取同一處的畫像之例。利用在第一加速電壓5kV攝取的觀察畫像61及在第二加速電壓10kV攝取的觀察畫像62之孔隙區域的抽出是藉由差分處理來進行。在觀察畫像61是存在晶粒65，在觀察畫像62是存在晶粒66及孔隙67。使該等的畫像藉由差分處理來生成中間差畫像67。然後，生成使中間差畫像63以適當的臨界值來二值化的差畫像64，取得孔隙區域69。但，一般在SEM畫像中，依觀察的光學條件或表面構造或材質及材料，孔隙及晶粒是有時無法取得檢測時所必要的充分對比。
在生成中間差畫像63時因應所需，在中間差畫像63的生成前，對於觀察畫像61及觀察畫像62，提高檢測感度或精度的目的，進行各種的畫像處理。例如，具有複數的檢測器時，將在複數的檢測器所形成的複數個畫像予以合成，或觀察畫像61與觀察畫像62的亮度或對比不同時，對於各個的畫像進行對比或亮度的調整。因試料的帶電所產生SEM畫像全體的對比或亮度的不均是因應所需加以補正。觀察畫像61及觀察畫像62的攝像位置偏移時是在作成差畫像時進行對位處理。
並且，在以觀察畫像61與觀察畫像62的差分的對比值(亮度值)所構成的中間差畫像63出現以畫素單位所構成的孔隙區域68。在觀察畫像61及觀察畫像62的中間差畫像63中可檢測出亮度值的變化量大的部位
當作孔隙。在中間差畫像63的孔隙區域68的亮度值是根據預先登錄於處方的感度的設定來放大。在差畫像64的孔隙區域的大小是根據預先登錄於處方的感度及臨界值參數來決定。通常是設定檢測對象的孔隙所能檢測出的值。並且，因應所需，基於使檢查感度提升的目的，只將觀察畫像內所欲檢測出的區域設為差分處理的對象。例如，在本實施例是僅Cu配線中的孔隙為檢測對象，因此檢測對象區域是若只限定於Cu配線601，則可有效地檢測出。
在圖6是以孔隙與晶粒的判別作為主要的具體例來進行說明，但當然亦可藉由同様的方法來判別位於所欲檢測對象的深度的孔隙及位於以外的深度的孔隙。例如，可藉由比較參照可自中間差畫像取得的孔隙的對比值及預先保存有孔隙的深度與對比值的關係之表格來判別孔隙的深度。
若根據以上所述的方法，則因為在複數的加速電壓攝取同一處，進行攝像後的複數個畫像的差分處理，所以可與晶粒區別來檢測出Cu配線中所存在的孔隙。藉此，可在內部非破壞且晶圓全體短時間檢查在半導體裝置的金屬配線工程所產生的孔隙，縮短半導體裝置的配線工程的製程條件的最適化所要的時間。
另外，本發明並非限於上述的實施例，亦包含各種的變形例。例如，上述實施例是為了容易理解本發明而詳細說明者，並非是限於一定要具備說明的所有構成者。
並且，上述的各構成、機能、處理部、處理手段等是亦可例如藉由集積電路設計等以硬體來實現該等的一部分或全部。又，上述的各構成、機能等是亦可藉由實行處理器所實現各個的機能的程式來以軟體實現。實現各機能的程式、表格、檔案等的資訊是可放置於記憶體、硬碟、SSD(Solid State Drive)等的記錄裝置、或IC卡、SD卡、DVD等的記錄媒體。
並且，控制線或資訊線是基於說明上所須者，製品上並非一定要所有的控制線或資訊線。實際上幾乎所有的構成是彼此連接。
61‧‧‧觀察畫像
62‧‧‧觀察畫像
63‧‧‧中間差畫像
64‧‧‧差畫像
65‧‧‧晶粒
66‧‧‧晶粒
67‧‧‧孔隙
68‧‧‧孔隙區域
69‧‧‧孔隙區域
601‧‧‧Cu配線
Claims (6)
- 一種荷電粒子線裝置，係具有：電子光學系，其係將電子線集束而照射至試料；檢測器，其係藉由前述電子線的照射來檢測出從前述試料產生的二次電子或反射電子；及畫像處理部，其係比較複數的畫像來檢測出缺陷，前述電子光學系係對於前述試料的同處以複數的加速電壓來照射前述電子線，前述畫像處理部係根據分別對應於前述複數的加速電壓而取得的複數個畫像之前述同處的對比變化量來區別晶粒與孔隙。
- 如申請專利範圍第1項之荷電粒子線裝置，其中，前述複數的加速電壓係根據晶粒對於前述電子線的加速電壓變化之對比依存性與孔隙對於前述電子線的加速電壓變化之對比依存性的差來決定。
- 如申請專利範圍第1項之荷電粒子線裝置，其中，前述複數的畫像係至少包含：在第一加速電壓所被攝取的第一畫像，及在和前述第一加速電壓相異的第二加速電壓所被攝取的第二畫像，在前述第一加速電壓的孔隙與晶粒之對比的差係大於在前述第二加速電壓的孔隙與晶粒的對比的差，前述畫像處理部係藉由比較前述第一畫像與前述第二畫像來求取前述第一畫像與前述第二畫像的差，將前述差的區域判定為孔隙。
- 一種荷電粒子線裝置，係具有：電子光學系，其係將電子線集束而照射至試料；檢測器，其係藉由前述電子線的照射來檢測出從前述試料產生的二次電子或反射電子；及畫像處理部，其係比較複數的畫像來檢測出缺陷，前述電子光學系係對於前述試料的同處以複數的加速電壓來照射前述電子線，前述畫像處理部係根據分別對應於前述複數的加速電壓而取得的複數個畫像之前述同處的對比變化量來判別位於離前述試料的表面預先被指定的深度之孔隙。
- 如申請專利範圍第4項之荷電粒子線裝置，其中，前述複數的加速電壓係根據位於第一深度的孔隙對於前述電子線的加速電壓變化之對比依存性與位於和前述第一深度相異的第二深度的孔隙對於前述電子線的加速電壓變化之對比依存性的差來決定。
- 如申請專利範圍第4項之荷電粒子線裝置，其中，前述複數的畫像係至少包含：在第一加速電壓所被攝取的第一畫像及在和前述第一加速電壓相異的第二加速電壓所被攝取的第二畫像，前述第一畫像及前述第二畫像係至少包含：第一孔隙的像、及位於和前述第一孔隙相異的深度的第二孔隙的像，在前述第一加速電壓之第一孔隙與第二孔隙的對比的差係大於在前述第二加速電壓的前述第一孔隙與前述第二 孔隙的對比的差，前述畫像處理部係藉由比較前述第一畫像與前述第二畫像來求取前述第一畫像與前述第二畫像的差，將前述差的區域判定為第一孔隙或第二孔隙。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012172473A JP5836221B2 (ja) | 2012-08-03 | 2012-08-03 | 荷電粒子線装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201415013A true TW201415013A (zh) | 2014-04-16 |
| TWI484169B TWI484169B (zh) | 2015-05-11 |
Family
ID=50027709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW102122951A TWI484169B (zh) | 2012-08-03 | 2013-06-27 | Charged particle line device |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9177757B2 (zh) |
| JP (1) | JP5836221B2 (zh) |
| KR (1) | KR101730919B1 (zh) |
| TW (1) | TWI484169B (zh) |
| WO (1) | WO2014021019A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9564291B1 (en) * | 2014-01-27 | 2017-02-07 | Mochii, Inc. | Hybrid charged-particle beam and light beam microscopy |
| CN109844920B (zh) * | 2017-08-01 | 2023-06-20 | 应用材料以色列公司 | 用于检测孔隙的方法以及检查系统 |
| CN111247618B (zh) * | 2017-09-26 | 2023-02-17 | Asml荷兰有限公司 | 通过反向散射粒子对掩埋特征的检测 |
| JP7395466B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2023-12-11 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | サンプル検査における画像コントラスト強調 |
| JP6896667B2 (ja) * | 2018-03-14 | 2021-06-30 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置、断面形状推定プログラム |
| WO2020095531A1 (ja) * | 2018-11-08 | 2020-05-14 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子線装置の調整方法及び荷電粒子線装置システム |
| KR102591605B1 (ko) * | 2019-03-27 | 2023-10-20 | 주식회사 히타치하이테크 | 하전 입자선 장치 |
| CN112201586A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-08 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 晶圆缺陷源在线定位方法及其定位系统 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243338A (ja) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Hitachi Ltd | 透過電子顕微鏡装置および透過電子検査装置並びに検査方法 |
| US6538249B1 (en) * | 1999-07-09 | 2003-03-25 | Hitachi, Ltd. | Image-formation apparatus using charged particle beams under various focus conditions |
| JP2002313862A (ja) * | 2001-04-13 | 2002-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の検査方法および検査装置 |
| JP4014917B2 (ja) * | 2002-04-11 | 2007-11-28 | 株式会社キーエンス | 電子顕微鏡及び電子顕微鏡の操作方法 |
| JP2004212355A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-07-29 | Hitachi Ltd | バイオ電子顕微鏡及び試料の観察方法 |
| JP2004239877A (ja) * | 2003-02-10 | 2004-08-26 | Renesas Technology Corp | 回路パターンの検査方法および半導体装置の製造方法 |
| JP5016993B2 (ja) | 2007-06-27 | 2012-09-05 | タテホ化学工業株式会社 | 酸化マグネシウム粒子凝集体及びその製造方法 |
| JP4451475B2 (ja) | 2007-10-03 | 2010-04-14 | 株式会社荏原製作所 | 試料面観察方法 |
| JP2009117541A (ja) | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Tokyo Electron Ltd | 基板検査方法、基板検査装置及び記憶媒体 |
| US8586920B2 (en) | 2008-11-05 | 2013-11-19 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam apparatus |
-
2012
- 2012-08-03 JP JP2012172473A patent/JP5836221B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-06-21 KR KR1020147036134A patent/KR101730919B1/ko active IP Right Grant
- 2013-06-21 US US14/417,647 patent/US9177757B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2013-06-21 WO PCT/JP2013/067022 patent/WO2014021019A1/ja active Application Filing
- 2013-06-27 TW TW102122951A patent/TWI484169B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5836221B2 (ja) | 2015-12-24 |
| TWI484169B (zh) | 2015-05-11 |
| KR20150014994A (ko) | 2015-02-09 |
| US9177757B2 (en) | 2015-11-03 |
| US20150170875A1 (en) | 2015-06-18 |
| JP2014032833A (ja) | 2014-02-20 |
| KR101730919B1 (ko) | 2017-04-27 |
| WO2014021019A1 (ja) | 2014-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI484169B (zh) | Charged particle line device | |
| JP3973372B2 (ja) | 荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法 | |
| JP3698075B2 (ja) | 半導体基板の検査方法およびその装置 | |
| JP4528014B2 (ja) | 試料検査方法 | |
| JP5164317B2 (ja) | 電子線による検査・計測方法および検査・計測装置 | |
| JP4812484B2 (ja) | ボルテージコントラストを伴った欠陥をレビューする方法およびその装置 | |
| TWI582416B (zh) | 用於偵測埋藏缺陷之方法及裝置 | |
| US9659744B2 (en) | Charged particle beam apparatus and inspection method using the same | |
| JP2001313322A (ja) | 荷電粒子ビームによる検査方法および検査装置 | |
| WO2016002003A1 (ja) | 基板検査装置及び方法 | |
| JP2007281136A (ja) | 半導体基板および基板検査方法 | |
| KR101709433B1 (ko) | 시료 관찰 장치 | |
| JPWO2014104191A1 (ja) | 荷電粒子線装置及びその欠陥分析方法 | |
| JP4728361B2 (ja) | 荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法 | |
| JP2000299361A (ja) | 荷電ビーム処理装置およびその方法、半導体の不良解析方法並びに試料の真空内評価装置 | |
| JP5016799B2 (ja) | 荷電粒子ビームを用いた検査装置 | |
| JP6033325B2 (ja) | 半導体検査装置、及び荷電粒子線を用いた検査方法 | |
| JP4147233B2 (ja) | 電子線装置 | |
| JP2006024921A (ja) | 荷電粒子ビームによる検査方法および検査装置 | |
| JP2003133379A (ja) | 半導体装置の検査装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JP5733011B2 (ja) | 欠陥検査方法、半導体装置の製造方法及び欠陥検査装置 | |
| WO2018167965A1 (ja) | 欠陥観察装置及び欠陥観察方法 | |
| JP2003303867A (ja) | コンタクトホールの検査方法およびその結果に基づいた不良コンタクトホールの補修加工方法 | |
| JP2004157135A (ja) | 回路パターンの検査方法及び検査装置 | |
| US11921063B2 (en) | Lateral recess measurement in a semiconductor specimen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |