TWI433197B - 試料面觀察方法 - Google Patents

試料面觀察方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI433197B
TWI433197B TW097134995A TW97134995A TWI433197B TW I433197 B TWI433197 B TW I433197B TW 097134995 A TW097134995 A TW 097134995A TW 97134995 A TW97134995 A TW 97134995A TW I433197 B TWI433197 B TW I433197B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sample surface
electron beam
defect
image
sample
Prior art date
Application number
TW097134995A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200924011A (en
Inventor
Kenji Watanabe
Masahiro Hatakeyama
Yoshihiko Naito
Kenji Terao
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Publication of TW200924011A publication Critical patent/TW200924011A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI433197B publication Critical patent/TWI433197B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • 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
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking

Description

試料面觀察方法
本發明係關於試料面觀察方法，尤其關於對形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面進行觀察之試料面觀察方法。
以往，為人所之者有將電子束照射至半導體晶圓等的試料面，檢測出從試料面所放出之電子以取得晶圓表面影像，並根據此影像來檢測出半導體晶圓的斷路缺陷或脫落缺陷等缺陷之試料面觀察方法(例如參考專利文獻1)。
第10圖係顯示半導體晶圓所形成之接觸栓的剖面例之圖。第10圖(a)係顯示正常之接地的接觸栓30的剖面之圖。於第10圖(a)中，於絕緣層40內形成3個接觸栓30，皆貫穿絕緣層40而將絕緣層40之上下的層予以電性連接。一般而言，接觸栓30係藉由在絕緣層40內形接觸孔，並於接觸孔填入鎢或銅栓等導電性材料而形成。
第10圖(b)係顯示包含脫落缺陷的接觸栓31之接觸栓30的剖面之圖。於第10圖(b)中，於第10圖(a)所示之原先應形成的3個接觸栓30中，未形成正中央的接觸栓31，而成為接觸栓31脫落的狀態。如此，所謂的脫落缺陷係指，例如於曝光步驟或蝕刻步驟等時，接觸孔未形成於原先應形成之部位之缺陷。脫落缺陷係成為無法導通接觸栓31的上層與下層之原因。
第10圖(c)係顯示包含斷路缺陷的接觸栓32之接觸栓30的剖面之圖。於第10圖(c)中，於3個接觸栓30中，正中央的接觸栓31係以不充分的狀態所形成，而並未以貫穿絕緣層40之方式填入有金屬，而處於未進行絕緣層40的上下層之間的電性連接之狀態。如此，所謂的斷路缺陷係指於將屬於接觸栓的鎢或銅栓等導電性材料形成於接觸孔時，導電性材料未適當地填入於接觸孔之缺陷。斷路缺陷係成為無法導通接觸栓31的上層與下層，或是導致電阻值顯著地上升之原因。
於習知的試料面觀察方法中，係從半導體晶圓的表面取得晶圓表面影像，將第10圖(b)、(c)所示之斷路缺陷或脫落缺陷、與表示斷路/脫落部位為正常之接觸栓30的部位進行比較，並利用於晶圓表面影像所產生之濃淡差異的現象，來檢測出脫落缺陷或斷路缺陷。
第11圖係顯示藉由習知的試料面觀察方法所取得之晶圓表面影像。第11圖(a)係顯示，形成有如第10圖(a)所示之正常接地的接觸栓30之晶圓表面影像。於第11圖(a)中，正常接地的接觸栓30皆係以同樣的濃度(亮度)來表示。
第11圖(b)係顯示，形成有如第10圖(b)所示之包含脫落缺陷的接觸栓31之接觸栓30之晶圓表面影像。於第11圖(b)中，中央之脫落缺陷的接觸栓31係表示與周圍的絕緣層40相同之濃度。
第11圖(c)係顯示，形成有如第10圖(c)所示之包含斷路缺陷的接觸栓32之接觸栓30之晶圓表面影像。於第11圖(c)中，中央之斷路缺陷的接觸栓32的部位，係與正常的接觸栓30的部位相比較具有濃淡之差異，且濃度比正常的接觸栓30的部位更濃。
如此，於習知的試料面觀察方法中，係以晶圓表面影像之黑白的濃淡等之色階差為基準，來進行脫落缺陷及斷路缺陷的檢測或分類。
其他關於檢測出半導體裝置晶圓所形成之配線的導通不良之方法，係於半導體裝置的TEG(Test Element Group：測試元件群)區域，設置行方向與列方向的配線以及與此配線連接之具有預定的導電部之檢查用配線圖案，並以電子束掃描導電部，檢測出起因於導電部的電位差之二次電子放出量的變化，而能夠迅速地檢測出電性異常之半導體裝置的檢查方法(例如參考專利文獻2)。
[專利文獻1]日本特開2005-235777號公報
[專利文獻2]日本特開2007-80987號公報
然而，於上述專利文獻1所記載的構成中，會因接觸栓30的材料或絕緣層40的種類之不同，而有各部位的色階差變小而可能難以檢測出脫落缺陷或斷路缺陷之問題。此外，尤其關於斷路缺陷，具有斷路缺陷之接觸栓32的部位之濃度比正常的接觸栓30的部位更濃(更黑)之情況以及更薄(更白)之情況，因而有極難以分類出缺陷檢測或缺陷種類之問題。
亦即，於習知的試料面觀察方法中，由於脫落缺陷及斷路缺陷皆以相同條件來同時進行缺陷檢測，所以不論何種缺陷，皆難以與試料面影像中之正常的接觸栓30進行辨識，而導致難以進行缺陷檢測之事態。
此外，於上述專利文獻2所記載的構成中，雖然可藉由TEG來進行半導體裝置的製造狀況之一般性檢查，但是實際形成於半導體裝置之配線圖案的個別具體檢查，必須依賴其他手法，因而有無法適用於半導體裝置的全面性檢查時之問題。
因此，本發明之目的在於提供一種試料面觀察方法，於配線構造的缺陷檢測中，可取得缺陷部位與正常部位之色階差較大且黑白的濃淡差較為明顯之試料面影像，而容易進行缺陷的檢測。
為了達成上述目的，第1發明之試料面觀察方法，係將電子束照射至形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面，並檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子，藉此取得試料面影像而觀察該試料面之試料面觀察方法，其特徵為：係在使前述試料面影像中之前述絕緣材料與前述導電性材料的亮度成為相等之狀態下，將前述電子束照射至前述試料面。
藉此，可容易且確實地檢測出絕緣材料與導電性材料以外的部分。
第2發明的特徵為，於第1發明之試料面觀察方法中，係將前述試料面影像中之與前述絕緣材料及前述導電性材料的亮度為不同之亮度的點，予以檢測為前述試料面的斷路缺陷。
藉此，可使因絕緣材料與導電性材料的混合存在導致電阻值產生變化之斷路缺陷從周圍浮現出，而容易且確實地檢測出斷路缺陷。
第3發明之試料面觀察方法，係將電子束照射至形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面，並檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子，藉此取得試料面影像而觀察該試料面之試料面觀察方法，其特徵為：係在使前述試料面影像中之前述絕緣材料與前述導電性材料之間的亮度差成為最大之狀態下，將前述電子束照射至前述試料面。
藉此，可取得容易進行與脫落缺陷之周圍之辨識的試料面影像，而可容易且確實地檢測出脫落缺陷。
第4發明的特徵為，於第3發明之試料面觀察方法中，前述亮度差成為最大之狀態，係於已獲得前述試料面的構造資訊之電子成為鏡像電子之鏡像電子區域中所決定。
藉此，可利用容易辨識出絕緣性材料之鏡像電子，而有效地檢測出脫落缺陷。
第5發明的特徵為，於第1至4項中任一項所記載的發明之試料面觀察方法中，根據前述試料面影像之前述絕緣材料與前述導電性材料的亮度之狀態設定，係藉由調整將前述電子束照射至前述試料面時之著陸能量(landing energy)而進行。
藉此，可藉由著陸能量的調整，容易地設定適合於斷路缺陷的檢測之狀態、適合於脫落缺陷的檢測之狀態，而能夠容易地進行斷路缺陷的檢測模式與脫落缺陷的檢測模式之間的切換。
第6發明的特徵為，於第1至5項中任一項所記載的發明之試料面觀察方法中，前述電子束為照射預定的二維區域之面電子束。
藉此，可同地進行廣泛區域的試料面觀察，而迅速地進行試料面觀察。
第7發明的特徵為，於第1至6項中任一項所記載的發明之試料面觀察方法中，前述電子束對前述試料面之照射，係逐漸提高著陸能量而進行複數次。
藉此，可使試料面影像的對比變得更明顯，而更容易且確實地進行缺陷檢測。
根據本發明，可容易進行試料面觀察並確實地進行目的缺陷的檢測。
以下係參考圖式來說明用以實施本發明之最佳型態。
第1圖係顯示用以執行適用本發明之實施例的試料面觀察方法之電子束裝置100的一例之整體構成圖。於第1圖中，電子束裝置100係具備電子束射出部60、一次電子光學系統70、二次電子光學系統80、及電子檢測部90。
電子束射出部60為產生電子束並予以射出之手段。電子束射出部60係具備電子槍1、韋乃耳特電極(Wehnelt Electrode)2、及陽極3。從電子槍1的陰極電極(圖中未顯示)所放出之電子束，係藉由韋乃耳特電極2來控制放出電子的量，並藉由陽極3加速而射入至一次電子光學系統70。
一次電子光學系統70係以使從電子束射出部60所射出之電子束照射至試料W的表面之方式進行引導之手段。一次電子光學系統70係具備靜電透鏡4、開口5、複數段之四極透鏡6、E×B分離器7、及物鏡8。一次電子光學系統70係藉由靜電透鏡4、開口5及四極透鏡6，對從電子束射出部60所射出之電子束進行調整及整形，並藉由E×B分離器7改變電子束的行進方向，使一次電子束垂直入射於承載台S上之試料W的表面，並藉由物鏡8將電子束成形為所希望的剖面形狀並照射至試料面。
試料W係只要為於試料面包含絕緣材料及導電性材料之試料W，即可以種種試料W作為對象，但本實施例之試料面觀察方法較理想為用來觀察半導體晶圓等之半導體裝置。
承載台S亦可構成為可在水平面上正交之2個方向X、Y移動，並且因應需要可在XY平面內旋轉。藉由這些移動功能，可藉由電子束來掃描試料W的表面。
此外，雖然圖中未顯示，但用以調整試料面的電位之試料面電位調整手段可設置於承載台S附近。藉由調整上述電子槍1的陰極電壓及試料面電位，即可調整電子束照射至試料W的表面時之著陸能量並予以控制。詳細內容將於之後詳述，於本實施例之試料面觀察方法中，藉由調整電子束照射至試料W的表面時之著陸能量，即可調整試料W的材料對比。因此，電子束裝置100亦可具備例如試料電位調整手段，以作為用以調整該著陸能量的一個手段。
藉由電子束射出部60及一次電子光學系統70的動作，使電子束照射至試料面，而執行電子束照射步驟。
二次電子光學系統80係將藉由電子束照射步驟而獲得試料面的構造資訊之電子，引導至電子檢測部90之手段。二次電子光學系統80係具備物鏡8、E×B分離器7、第1段電容器透鏡9、及第2段電容器透鏡10。藉由電子束的照射而獲得試料面的構造資訊之鏡像電子、以及包含反射電子或後方散射電子之二次電子，係通過二次電子光學系統80被引導至電子檢測部90。
鏡像電子(mirror electron)係於電子束照射步驟中朝向試料W照射之電子束未與試料面碰撞而反射之電子。此外，包含反射電子或後方散射電子之二次電子，係於電子束照射步驟中電子束照射至試料W並從試料面所放出之電子。由於任一種電子皆可獲得試料面的平面性及/或立體性的構造資訊，因此可利用於試料面的構造資訊之取得。
電子檢測部90係用以檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子而取得試料面影像之手段。電子檢測部90係具備MCP(Micro-Channel Plate：微通道面板)11、螢光板12、TDI-CCD(Time Delay Integration-Charge Coupled Device：時間延遲整合電荷耦合元件)檢測器13、及影像處理裝置14。MCP 11為使入射的電子倍增之電子倍增手段。螢光板12係將從MCP 11所入射之電子轉換為光訊號。TDI-CCD檢測器13係對來自螢光板12的光訊號進行受光，並因應光訊號的大小轉換為電性訊號，並將此電性訊號輸出至影像處理裝置14。在此，由於TDI-CCD檢測器13從螢光板12所受光的光為依據已獲得試料面的構造資訊之電子的光，所以光量會因應試料面的構造而有所不同。因此，TDI-CCD檢測器13所輸出之電性訊號，為其電壓因應試料面的構造而不同之電性訊號。影像處理裝置14係對所接收之電性訊號進行A/D轉換，而形成數位影像。該動作可於試料面的掃描期間中進行，所以影像處理裝置14可輸出試料面的試料影像。
藉由該二次電子光學系統80及電子檢測部90的動作，可檢測出獲得試料面的構造資訊之電子，而執行取得試料面影像之試料面影像取得步驟。
例如可使用此電子束裝置100，來執行本實施例之試料面觀察方法，但第1圖所示之電子束裝置100僅為一例，亦可適用各種型態。只要可執行將電子束照射至試料面之電子束照射步驟，以及根據獲得試料面的構造資訊之電子而取得試料影像之試料影像取得步驟，即可對各種型態的電子束裝置100適用本實施例之試料面觀察方法。
接著利用第2圖至第6圖，說明本實施例之試料面觀察方法。
第2圖係顯示因應電子束的著陸能量之導電性材料與絕緣性材料之色階差的不同之圖。第2圖的曲線圖，為於將電子束照射至試料面以取得試料面影像時，藉由改變電子束入射至試料面之著陸能量，並測定出此時所取得之試料面影像之絕緣材料與導電性材料的亮度而獲得之曲線圖。於第2圖中，橫軸為電子束照射至試料面時之著陸能量LE[eV]，縱軸為亮度[DN]。
著陸能量係指電子束入射至試料面時之著地加速電壓，可由電子槍1的陰極電位與試料面的電位(阻滯電壓)之間的電位差來表示。因此，例如於第1圖所示之電子束裝置100時，可藉由控制電子槍1的陰極電位及/或圖中未顯示的試料電位調整手段，來調整著陸能量。
於第2圖中，係顯示出導體與絕緣物之亮度相對於著陸能量的變化，於著陸能量為100[eV]以上的區域，絕緣物的亮度為比導體更大之值。
第3圖係顯示以第2圖的圓所包括之部分的放大圖，與第2圖相同，為顯示出因應電子束的著陸能量之導電性材料與絕緣性材料之色階差的不同之圖。於第3圖中，係顯示出對應於著陸能量為100[eV]以下的區域之著陸能量的變化之亮度變化。
於第3圖中，於著陸能量為100[eV]以下的區域中，針對同一著陸能量，係包含導體顯示出比絕緣物更高的亮度之區域1、導體與絕緣物的亮度大致相等之區域2、以及絕緣物顯示出比導體更高的亮度之區域3。
如第3圖的曲線圖上方所示，例如著陸能量為10[eV]之點乃相當於區域1，於該區域中，由於導體顯示出比絕緣物更高的亮度，因此取得導體的濃度較白且絕緣物的濃度較黑之試料影像。
同樣地，例如著陸能量為33[eV]之點乃相當於區域2，於該區域中，由於導體與絕緣物的亮度大致相等，因此取得導體與絕緣物兩者的濃度相等之灰色的試料影像。
此外，例如著陸能量為100[eV]之點乃相當於區域3，於該區域中，由於絕緣物的亮度比導體之亮度更高，因此取得絕緣物的濃度較白且導體的濃度較黑之試料影像。
如此，藉由改變電子束的著陸能量，可改變所取得之試料影像之導電性材料與絕緣材料的色階。亦即，例如當欲使試料影像之導電性材料與絕緣材料的色階成為相同，且使材料對比成為零時，只須選擇並設定區域2中所包含之著陸能量值，則可取得導電性材料與絕緣材料以外之配線材料的色階為不同之試料影像。
此外，相反地，當欲增大試料影像之導電性材料與絕緣材料的色階差，且增大材料對比時，可於區域1或區域3中選擇導電性材料與絕緣材料的亮度差較大之點。再者，當欲使導電性材料的濃度成為比絕緣材料的濃度更小時，只須選擇並設定區域1中所包含之著陸能量值即可，相反地，當欲使導電性材料的濃度比絕緣材料的濃度更大時，只須選擇並設定區域3中所包含之著陸能量值即可。
如此，若利用因應著陸能量之導電性材料與絕緣性材料之亮度的關係，則可進行所取得的試料影像之因應材料的色階調整，而取得對應於目的缺陷之試料影像。
接著，利用第3圖所示之著陸能量與因應材料之亮度差的圖曲線，來說明檢測出斷路缺陷及脫落缺陷之試料面觀察方法。
第4圖係顯示，當以第3圖之區域2的著陸能量來觀察試料面時所取得之試料影像的例子之圖。第4圖(a)係顯示形成有正常的接觸栓30之試料面的試料影像的例子之圖。於第4圖(a)中，由於在絕緣材料與導電性材料的亮度差為零之著陸能量的區域中觀察試料面，因此，形成有正常的接觸栓30之試料W的試料表面層係成為僅由絕緣材料與導電性材料所構成之狀態，所以如第4圖(a)所示，取得亮度為一定之單色的試料影像。
於第3圖的區域2之導電性材料與絕緣性材料的亮度相等之狀態下的著陸能量，係於33[eV]前後的低能量區域。本發明人等係確認出：於該低著陸能量區域中，當將電子束照射至試料面時，鏡像電子從試料面反射之機率較高。因此，於本實施例之試料面觀察方法中，雖然主要可有效地使用鏡像電子來進行試料面觀察，但亦有從試料面放出二次電子或反射電子的情形，於電子檢測器40中，該二次電子或反射電子亦能夠無區分地檢測出，並與這些電子一同利用於試料面影像的取得。
第4圖(b)係顯示形成有斷路缺陷的接觸栓32之試料面的試料影像的例子之圖。於第4圖(b)中，僅試料面影像的中央部之亮度較高，而成為濃度較小並從周圍明顯地浮現(可加以區分)之試料面影像。此白色浮現之部分，為具有斷路缺陷之接觸栓32的部分，藉由使絕緣材料與導電性材料的亮度成為相等，可明確地檢測出斷路缺陷的接觸栓32。
斷路缺陷的接觸栓32就材料而言亦由絕緣材料與導電性材料所構成，但於區域2中係設定成，以絕緣層40於厚度方向填充有各種材料之情況為基準時，絕緣材料與導電性材料之亮度差成為零。因此，如同斷路缺陷之接觸栓32，於絕緣材料與導電性材料為混合存在之狀態下，該電阻值亦產生變化而使兩者變得不同，所以如第4圖(b)所示，可取得使斷路缺陷的接觸栓32浮現出之試料面影像。此外，使用電子束進行試料面觀察之部分係接近於試料W的表面之表面層的區域，由於以該試料表面層為對象來進行絕緣材料與導電性材料的亮度之狀態調整，因此，屬於該試料面厚度方向的缺陷之斷路缺陷亦可明確地檢測出。再者，藉由使上述鏡像電子以及反射電子或二次電子重疊而檢測出，可使試料面影像相較於以往更為強調濃淡，因此可獲得對比更為明顯之影像。
如此，根據本實施例之試料面觀察方法，如第4圖所示，藉由將著陸能量設定為使試料面影像之絕緣材料與導電性材料的亮度相同之狀態，且於該狀態下將電子束照射至試料面來取得試料面影像，即可容易且確實地檢測出試料W的表面層所形成之斷路缺陷的接觸栓32。
第5圖係顯示，當以第3圖之區域1的著陸能量來觀察試料面時所取得之試料影像的例子之圖。第5圖(a)係顯示形成有正常的接觸栓30之試料面的試料影像的例子之圖。於第3圖之區域1中，由於導體具有比絕緣體更高的亮度，因此於第5圖(a)中，填入鎢或銅等導電性材料之正常的接觸栓30之亮度較高，周圍的絕緣層40部分之亮度較低。亦即，接觸栓30的部位之濃度較小(較白)，絕緣層40的部分之濃度較大(較黑)。於區域1的著陸能量之狀態下，由於導體與絕緣層的亮度差較大，因此可獲得以較大的濃度差從周圍的絕緣層40明確地區分出正常的接觸栓30之試料面影像。
第5圖(b)係顯示包含脫落缺陷的接觸栓31之試料面的試料影像的例子之圖。於第5圖(b)中，原先應形成於中央之接觸栓31並未形成，而成為脫落缺陷。於脫落缺陷時，接觸栓31完全不會形成，脫落缺陷的部分係成為絕緣材料，因此係由與周圍的絕緣層40相同之色階(亮度)來表示。之後，將此試料面影像與正常的接觸栓30之影像重疊而進行比較，藉此可特定出脫落缺陷的位置。
關於脫落缺陷的接觸栓31之特定化，例如當正常的接觸栓30以一定的間隔規則地排列配置時，係分別算出鄰接之周圍正常的接觸栓30之間的距離，並以該距離值的異同為基準，而檢測出脫落缺陷的接觸栓31。
此外，當接觸栓30不規則地排列配置時，係取得形成有包含周圍的一定區域之正常的接觸栓30之參考用試料面影像，並取得同一區域的試料面影像，再與參考用試料面影像進行比較而進行圖案比對，藉此，可從影像的不一致，檢測出脫落缺陷的接觸栓31之存在。
如此，用以檢測出脫落缺陷的接觸栓31之試料面影像比較，可利用接觸栓30之排列配置的規則性，於應形成有接觸栓31之位置點狀地進行，或是以包含周圍之諸試料面影像來進行。不論為何種脫落缺陷檢測，皆於使正常的接觸栓30與脫落缺陷的接觸栓31之亮度差成為最大之狀態下，將電子束照射至試料面並取得試料面影像，因此，可取得兩者的濃度差較大之試料面影像，而容易且確實地進行脫落缺陷的檢測。
第6圖係顯示，以第3圖之區域3的著陸能量來觀察試料面時所取得之試料影像的例子之圖。於區域3的狀態下，於試料面影像中，絕緣物的亮度比導體的亮度更高，該亮度差成為最大的狀態。
第6圖(a)係顯示於試料面形成有正常的接觸栓30之試料W的試料面影像之圖。於第6圖(a)中，填入鎢或銅等導電性材料之正常的接觸栓30之位置，係形成亮度較小且濃度較大之影像。另一方面，以周圍的絕緣材料所形成之絕緣層40，係表示為亮度較大且濃度較白。此外，由於導電性材料與絕緣材料的亮度差為最大，因而取得從較白的絕緣層40中明顯地浮現出較黑之正常的接觸栓30之試料面影像。
另一方面，第6圖(b)係顯示於試料面形成有脫落缺陷的接觸栓31之試料W的試料面影像之圖。於第6圖(b)中，由於以絕緣材料所形成，因此中央之脫落缺陷的接觸栓31之位置係表示為與周圍的絕緣層40相同之色階。於第5圖(b)中，為了容易理解，係表示出虛擬的脫落缺陷的接觸栓31之位置，但實際上係表示為與周圍的絕緣層40無任何交界之影像。
於此取得的試料面影像中，亦可藉由與第5圖(b)中所說明者相同的手法，來檢測出脫落缺陷。亦即，當正常的接觸栓30以預定的間隔規則地排列配置時，可藉由比較脫落缺陷的位置之影像與周圍的正常的接觸栓30之影像，而檢測出脫落缺陷。此外，即使當正常的接觸栓30不規則地排列配置時，可比較試料面影像彼此而進行圖案比對，藉此可檢測出脫落缺陷。
即使在第6圖所示之區域3的狀態下檢測脫落缺陷時，由於以導電性材料所形成之正常的接觸栓30與以絕緣材料所形成之脫落缺陷的接觸栓31之亮度差成為最大的狀態，因此可使兩者的色階差變大，而明確且確實地檢測出脫落缺陷。
於脫落缺陷的檢測時，要於第3圖的區域1之導電性材料的亮度比絕緣材料的亮度更高之狀態下進行試料面觀察，或是於區域3之絕緣材料的亮度比導電性材料的亮度更高之狀態下進行試料面觀察，可因應用途而採用較適當者。不論於何種型態，試料面影像之導電性材料與絕緣材料的亮度差皆會成為最大的狀態，因此可容易並確實地進行目的之脫落缺陷的檢測。
接著，說明本實施例的試料面觀察方法之檢測結果例。
第7圖係顯示TDI-CCD檢測器13的攝像區域(視野區域)與電子束15之試料面上的位置關係之圖。如此，係使用具有2維區域之電子束15，於加速電壓-4033[eV]、試料面的電壓-4000[eV]、著陸能量33[eV]的條件下，進行試料面的觀察。在此，加速電壓係意指電子槍1的陰極電壓，藉由對陰極電壓或試料面的電壓(阻滯電壓)進行增減，來調整著陸能量。由於此條件與第3圖的區域2所示之條件相同，而能夠在試料面影像之導電性材料與絕緣材料之亮度相等之狀態下，將電子束15照射至試料面而取得試料面影像，因此，如第4圖中所說明，於存在有斷路缺陷的接觸栓32時，該接觸栓32係顯示為與周圍不同之色階，所以可取得浮現出的影像而檢測出斷路缺陷。
另一方面，於檢測脫落缺陷時，係使用第7圖所示之電子束15，將加速電壓設定為-40010[eV]，將試料面的電壓設為-4000[eV]，將著陸能量設為10[eV]，並於與第3圖的區域1相同之條件下，將電子束15照射至試料面。此時，如第5圖中所說明，正常的接觸栓30係從周圍的絕緣層40浮現為白色，脫落缺陷的接觸栓31的位置，可取得與周圍相同之顯示為黑色的試料影像。根據此試料影像，進行用以檢測出脫落缺陷之影像比較，而能夠檢測出脫落缺陷。
第8圖係顯示適用本實施例的試料面觀察方法之缺陷檢測結果之圖。於第8圖中，動作條件1係表示藉由習知的試料面觀察方法來檢測出脫落缺陷與斷路缺陷之結果的圖。動作條件2係表示藉由本實施例之區域2的條件，來檢測出斷路缺陷之結果的圖。動作條件3係表示出藉由本實施例之區域1的條件，來檢測出脫落缺陷之結果的圖。於第8圖中，MISSING為表示脫落缺陷，OPEN表示斷路缺陷。此外，括弧內的數字為表示疑似缺陷的數目。
第8圖中，於依據習知的試料面觀察方法進行之動作條件1中，脫落缺陷的檢出率為79.2%，斷路缺陷的檢出率為53.3%。另一方面，於依據本實施例的試料面觀察方法進行之動作條件2中，並未檢測出脫落缺陷，但斷路缺陷的檢出率為100%。同樣地，於依據本實施例的試料面觀察方法進行之動作條件3中，並未檢測出斷路缺陷，但脫落缺陷的檢出率為100%。因此可得知，可較以往更為提升檢出率，並且亦未檢測出疑似缺陷。
如此，係因應檢測目的缺陷的種類來改變電子束15的照射條件，在最適合於檢測出斷路缺陷或脫落缺陷之狀態下，將電子束15照射至試料面，藉此，可確實地檢測出目的缺陷。
於適合於檢測出斷路缺陷之試料影像中絕緣材料與導電性材料的亮度相等之狀態，以及於適合於檢測出脫落缺陷之試料影像中絕緣材料與導電性材料的亮度差成為最大之狀態，會因試料W的材料構成或配線圖案之不同有所改變，因此，當試料W的構成產生較大改變時，只要改變著陸能量，掌握試料W之試料影像的亮度對材料的相依性，並於最適狀態下進行試料觀察即可。
第9圖係用以說明本實施例的試料面觀察方法之關於變形例的型態之圖。第9圖中，橫軸為電子束15的照射次數[次]，縱軸為缺陷亮度[DN]，為表示出試料面影像的缺陷亮度因應電子束15的照射次數及著陸能量的變化所產生之變化之圖。
於本實施例之試料面觀察方法中，係以電子束間歇地照射試料複數次，再逐漸提高著陸能量，藉此使缺陷部位的對比(色階差、亮度差)上升。第9圖係顯示該狀態變化。亦即，若設定著陸能量於第1次的電子束15照射時為14[eV]，第2次的電子束15照射時為16[eV]，第3次的電子束15照射時為18[eV]，第4次的電子束15照射時為20[eV]，而將電子束15照射於試料面為複數次，並於每次照射時逐漸提高著陸能量。如此，從第9圖可得知，藉由如此地進行電子束15的照射，使試料影像的缺陷亮度，從第1次至第4次隨著增加照射次數而上升。
利用此現象，於變形例之試料面觀察方法中，亦可在設定為至目前為止所說明之適合於依據亮度所進行之脫落缺陷與斷路缺陷的檢測之狀態後，以最適當的照射次數來照射電子束，之後再進行缺陷檢測。根據本變形例之試料面觀察方法，可進行精準度更高的缺陷檢測。另一方面，若過於增加照射次數，則1次的試料觀察需花費較長時間，可能產生處理量降低之疑慮，因此，就考量到生產性，較理想為以適當的均衡性來決定電子束15的照射次數。於本變形例中，當電子束15的照射次數為2至4次時，從所取得之試料影像之方面，或是從處理量之方面來看，皆可進行最適的缺陷檢查。
於本實施例及變形例中，係說明適用映射投影型的電子束裝置100來進行試料觀察之方法，此電子束裝置100係使用一種電子束15可照射複數個像素份之具有2維區域的電子束15，但並不限定於此，例如，亦可適用於將電子束15聚焦於較細微的1個像素份之電子束15之掃描式電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)。當利用SEM型電子束裝置時，由於電子束的能量較高，難以適用本實施例中所說明之低著陸能量區域的電子束，因而難以進行使用區域2之斷路缺陷的檢測，但可藉由使用第2圖所示之著陸能量為100[eV]以上之導體與絕緣物的亮度差較大之區域，而容易且確實地進行脫落缺陷的檢測。
以上係詳細說明本發明之較佳的實施例，但本發明並不限定於上述實施例，在不脫離本發明的範圍內，可對上述實施例進行各種變形及置換。
1．．．電子槍
2．．．韋乃耳特電極(Wehnelt Electrode)
3．．．陽極
4．．．靜電透鏡
5．．．開口
6．．．四極透鏡
7．．．E×B分離器
8．．．物鏡
9．．．第1段電容器透鏡
10．．．第2段電容器透鏡
11．．．MCP(微通道面板)
12．．．螢光板
13．．．TDI-CCD檢測器
14．．．影像處理裝置
15．．．電子束
30．．．正常的接觸栓
31．．．脫落缺陷的接觸栓
32．．．斷路缺陷的接觸栓
40．．．絕緣層
60．．．電子束射出部
70．．．一次電子光學系統
80．．．二次電子光學系統
90．．．電子檢測部
100．．．電子束裝置
W．．．試料
第1圖係顯示用以執行本實施例的試料面觀察方法之電子束裝置100的一例之整體構成圖。
第2圖係顯示因應著陸能量(Landing Energy)之導電性材料與絕緣性材料的色階差之圖。
第3圖係顯示著陸能量為100[eV]以下的區域之亮度變化之圖。
第4圖係顯示於區域2的狀態下所取得之試料影像的例子之圖。第4圖(a)係顯示形成有正常的接觸栓30之試料面影像之圖。第4圖(b)係顯示形成有斷路缺陷的接觸栓32之試料面影像之圖。
第5圖係顯示於區域1的狀態下觀察試料面時所取得之試料影像的例子之圖。第5圖(a)係顯示形成有正常的接觸栓30之試料面影像之圖。第5圖(b)係顯示包含有脫落缺陷的接觸栓31之試料面影像之圖。
第6圖係顯示於區域3的狀態下觀察試料面時所取得之試料影像的例子之圖。第6圖(a)係顯示形成有正常的接觸栓30之試料面影像之圖。第6圖(b)係顯示包含有脫落缺陷的接觸栓31之試料面影像之圖。
第7圖係顯示TDI-CCD檢測器13的攝像區域(視野區域)與電子束15之試料面上的位置關係之圖。
第8圖係顯示適用本實施例的試料面觀察方法之缺陷檢測結果之圖。
第9圖係用以說明本實施例的試料面觀察方法之關於變形例的樣態之圖。
第10圖係顯示半導體晶圓所形成之接觸栓的剖面例之圖。第10圖(a)係顯示正常接地的接觸栓30的剖面之圖。第10圖(b)係顯示包含脫落缺陷的接觸栓31之剖面之圖。第10圖(c)係顯示包含斷路缺陷的接觸栓32之剖面之圖。
第11圖係顯示藉由習知的試料面觀察方法所取得之晶圓表面影像之圖。第11圖(a)係顯示形成有正常接地的接觸栓30之晶圓表面影像之圖。第11圖(b)係顯示形成包含脫落缺陷的接觸栓31之晶圓表面影像之圖。第11圖(c)係顯示包含斷路缺陷的接觸栓32之晶圓表面影像之圖。
該代表圖無元件符號及其所代表之意義。

Claims (5)

  1. 一種試料面觀察方法，係將電子束照射至形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面，並檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子，藉此取得試料面影像而觀察該試料面之試料面觀察方法，其特徵為：以使於前述電子束之著陸能量為100eV以下的區域，前述試料面影像中之前述絕緣材料與前述導電性材料無亮度差的方式，調整前述著陸能量，且將具有經調整的前述著陸能量的前述電子束照射至前述試料面以取得試料面影像，並將與前述絕緣材料及前述導電性材料的亮度不同之亮度的點，予以檢測為前述試料面的斷路缺陷。
  2. 一種試料面觀察方法，係將電子束照射至形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面，並檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子，藉此取得試料面影像而觀察該試料面之試料面觀察方法，其特徵為：以使於前述電子束之著陸能量為100eV以下的區域，前述試料面影像中之前述絕緣材料與前述導電性材料之間的亮度差成為最大之方式，調整前述著陸能量，且將具有經調整的前述著陸能量的前述電子束照射至前述試料面以取得試料面影像，而檢測脫落缺陷。
  3. 如申請專利範圍第2項之試料面觀察方法，其中，前述脫落缺陷的檢測，係藉由將所取得的前述試料面影像與參考用的試料面影像比較而進行。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之試料面觀察方法，其中，前述電子束對前述試料面之照射，係逐漸提高著陸能量而進行複數次，以使前述絕緣材料及前述導電性材料與前述斷路缺陷的亮度差上升。
  5. 一種試料面觀察方法，係將電子束照射至形成有包含絕緣材料及導電性材料之配線的試料面，並檢測出已獲得該試料面的構造資訊之電子，藉此取得試料面影像而觀察該試料面之試料面觀察方法，其特徵為：於前述電子束之著陸能量為100eV以下的區域，使該著陸能量改變，藉此進行因應於作為檢測目的之缺陷的種類而取得的試料影像的色階調整，而取得與前述作為檢測目的之缺陷對應的試料影像。
TW097134995A 2007-10-03 2008-09-12 試料面觀察方法 TWI433197B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007259808A JP4451475B2 (ja) 2007-10-03 2007-10-03 試料面観察方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200924011A TW200924011A (en) 2009-06-01
TWI433197B true TWI433197B (zh) 2014-04-01

Family

ID=40522465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097134995A TWI433197B (zh) 2007-10-03 2008-09-12 試料面觀察方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7829853B2 (zh)
JP (1) JP4451475B2 (zh)
KR (1) KR101425541B1 (zh)
TW (1) TWI433197B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI793108B (zh) * 2017-03-27 2023-02-21 日商日立高新技術科學股份有限公司 剖面觀察裝置及控制方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI585806B (zh) * 2008-04-11 2017-06-01 荏原製作所股份有限公司 試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置
JP5465066B2 (ja) * 2010-04-12 2014-04-09 株式会社荏原製作所 試料観察方法、試料検査方法、及び試料検査装置
KR101842101B1 (ko) 2010-08-03 2018-03-26 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 이물질 부착 방지 기능을 구비한 전자선 검사 장치 및 방법
US8723115B2 (en) * 2012-03-27 2014-05-13 Kla-Tencor Corporation Method and apparatus for detecting buried defects
JP5836221B2 (ja) * 2012-08-03 2015-12-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
NL2009696C2 (en) * 2012-10-25 2014-04-29 Univ Delft Tech Apparatus and method for inspecting a surface of a sample.
US9251346B2 (en) * 2013-02-27 2016-02-02 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Preventing propagation of hardware viruses in a computing system
US9134261B2 (en) 2013-04-22 2015-09-15 Ebara Corporation Inspection apparatus
US20150028204A1 (en) * 2013-07-25 2015-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Inspection apparatus and inspection method
US9449788B2 (en) 2013-09-28 2016-09-20 Kla-Tencor Corporation Enhanced defect detection in electron beam inspection and review
KR20170066846A (ko) * 2015-12-07 2017-06-15 삼성전자주식회사 주사 전자 현미경을 이용한 구조 해석 방법
JP2022047193A (ja) * 2020-09-11 2022-03-24 キオクシア株式会社 電子ビーム装置および画像取得方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3534582B2 (ja) * 1997-10-02 2004-06-07 株式会社日立製作所 パターン欠陥検査方法および検査装置
WO2001075929A1 (fr) * 2000-03-31 2001-10-11 Hitachi, Ltd. Microscope electronique a balayage
JP2005235777A (ja) 2001-01-10 2005-09-02 Ebara Corp 電子線による検査装置、検査方法、及びその検査装置を用いたデバイス製造方法
JP2004193017A (ja) 2002-12-12 2004-07-08 Seiko Instruments Inc 走査型電子線装置
JP2005292157A (ja) 2005-06-03 2005-10-20 Hitachi High-Technologies Corp ウェハ欠陥検査方法及びウェハ欠陥検査装置
JP2007080987A (ja) 2005-09-13 2007-03-29 Ebara Corp 半導体装置及びその検査方法
JP5227512B2 (ja) * 2006-12-27 2013-07-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線応用装置
JP5615489B2 (ja) * 2008-08-08 2014-10-29 株式会社荏原製作所 基板表面の検査方法及び検査装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI793108B (zh) * 2017-03-27 2023-02-21 日商日立高新技術科學股份有限公司 剖面觀察裝置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US7829853B2 (en) 2010-11-09
JP4451475B2 (ja) 2010-04-14
JP2009087893A (ja) 2009-04-23
TW200924011A (en) 2009-06-01
KR20090034739A (ko) 2009-04-08
US20090090863A1 (en) 2009-04-09
KR101425541B1 (ko) 2014-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI433197B (zh) 試料面觀察方法
JP4248382B2 (ja) 荷電粒子ビームによる検査方法および検査装置
JP4795883B2 (ja) パターン検査・計測装置
US7696487B2 (en) Circuit pattern inspection apparatus
JP2007281136A (ja) 半導体基板および基板検査方法
JP2000323538A (ja) 基板検査方法および基板検査システム
JP2005292076A (ja) 荷電粒子ビームによる検査方法および検査装置
WO2011142196A1 (ja) 欠陥検査方法及びその装置
TWI484169B (zh) Charged particle line device
JP5105357B2 (ja) 欠陥認識方法、欠陥観察方法、及び荷電粒子ビーム装置
US20110293167A1 (en) Defect inspecting method, defect inspecting apparatus, and recording medium
WO2020095531A1 (ja) 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
JP4625375B2 (ja) 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
JP2002353279A (ja) 回路パターン検査方法とその装置
JP2009277648A (ja) 検査装置、および、検査方法
JP2004227879A (ja) パターン検査方法及びパターン検査装置
JP2009027190A (ja) 回路パターンの検査方法
JP2007128738A (ja) 帯電制御装置及び帯電制御装置を備えた荷電粒子線応用装置
WO2013011792A1 (ja) 試料の検査条件・測定条件の自動判定方法及び走査型顕微鏡
JP4178003B2 (ja) 半導体回路パターンの検査装置
JP2002251975A (ja) 電子線を用いた検査装置及び電子線を用いた検査方法
JP2004342470A (ja) 半導体検査装置および半導体査方法
JP4625376B2 (ja) 電子ビームによる検査方法
JP2005175333A (ja) 回路パターン検査方法とその装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees