(57)【要約】【課題】  基盤電流値を用いてコンタクトホール底、ビアホール底のプロセス状態の定量評価を実施する際に、ホール底以外の影響を最小限に抑制し、ホール底のプロセス状態を評価できるコンタクトホール界面評価方法を提供する。【解決手段】  本発明のコンタクトホール界面評価方法は、電子ビームＥＢをウェハ基板ＷＥＨのコンタクトホールＣＯＮＨに照射して、ウェハ基板ＷＥＨに吸収される吸収電流値をウェハ基板電流値ＩＡＣとして測定することによってコンタクトホール界面ＣＯＮＨＤを評価するものであり、電子ビームＥＢの照射により測定されるウェハ基板電流値ＩＡＣがウェハ基板ＷＥＨの帯電状態や微妙な表面状態の影響を受けることを避けるために、任意のコンタクトホールＣＯＮＨのウェハ基板電流値ＩＡＣを基準にして、それ以外の複数のコンタクトホールＣＯＮＨのウェハ基板電流値ＩＡＣとの差分を求め、コンタクトホール界面を評価する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを被測定物としてのウェハ基板のコンタクトホールに照射して、該ウェハ基板に吸収される吸収電流値をウェハ基板電流値として測定することによってコンタクトホール界面を評価するコンタクトホール界面評価方法であって、
前記電子ビームの照射により測定されるウェハ基板電流値がウェハ基板の帯電状態や微妙な環境成分の変動の影響を受ける事を避けるために、任意のコンタクトホールの基板電流値を基準にして、それ以外の複数のコンタクトホールの基板電流値との差分を求め、コンタクトホール界面を評価することを特徴とするコンタクトホール界面評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを利用した半導体検査装置及び半導体検査方法に関し、特に電子ビームを用いた吸収電流測定装置のデータ処理方法、すなわち、複数点の測定を実施することにより得られた基板電流を相対比較してコンタクトホール界面を評価するコンタクトホール界面評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板電流（微小電流）を測定する際に、コンタクトホール底のプロセス状態以外の影響を受けて基板電流値がばらつくことが知られている（特許文献１）。また、このばらつきは、(１) 時間差の少ない測定間、（２）測定点間が近傍であるという２つの条件を満たせば、最小限に抑制可能であることも知られている。
【特許文献１】国際公開２００８−５３５２４Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の吸収電流を用いたプロセス状態評価では、プロセス不良に直接は関係の無いプロセス的変動、構造的変動等に敏感なので、得られた吸収電流値により不良かどうかの正確な判断を行うことが難しかった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、基盤電流値を用いてコンタクトホール底、ビアホール底のプロセス状態の定量評価を実施する際に、ホール界面状態変動以外による基板電流値に対する影響を最小限に抑制し、ホール界面状態起因の基板電流値変動の評価に特化したコンタクトホール界面評価方法を提供することにある。
【０００５】
更に、本発明の目的は、近傍の測定対象ホールを連続的に測定し、その差分値、および複数点測定の分散を示す出力値を算出することによって、測定時の環境成分、帯電成分、ウェハ振動成分などをオフセット処理し、ばらつきを最小限に抑えたホール底のプロセス状態の評価を実現することができるコンタクトホール界面評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のコンタクトホール界面評価方法は、電子ビームを被測定物としてのウェハ基板のコンタクトホールに照射して、該ウェハ基板に吸収される吸収電流値をウェハ基板電流値として測定することによってコンタクトホール界面を評価するコンタクトホール界面評価方法であって、前記電子ビームの照射により測定されるウェハ基板電流値がウェハ基板の帯電状態や微妙な環境成分の変動の影響を受ける事を避けるために、任意のコンタクトホールの基板電流値を基準にして、それ以外の複数のコンタクトホールの基板電流値との差分を求め、コンタクトホール界面を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板電流値を用いてコンタクトホール底、ビアホール底のプロセス状態の定量評価を実施する際に、ホール界面状態変動以外の影響を最小限に抑制し、プロセス状態を評価できる。
【０００８】
また、本発明によれば、近傍の測定対象のコンタクトホールを連続的に測定し、その差分値を算出することによって、測定時の環境成分、帯電成分、ウェハ振動成分などをオフセット処理し、ばらつきを最小限に抑えたホール底のプロセス状態の状態評価を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（発明の概要）
以下、図面を参照しつつ本発明の原理を説明する。
（１）ＥＢ−Ｓｃｏｐｅの測定原理
図１はこの発明に係わるＥＢ‐Ｓｃｏｐｅの測定原理を示している。このＥＢ−ＳｃｏｐｅはＳＥＭと同じ構成であるが、ウェハ裏面から吸収電流（ＥＢＳ値）を高感度・精度で計測することができる。
【００１０】
この図１において、ＷＥＨはウェハ、ＣＯＮＨはコンタクトホール、ＣＯＮＨＤはコンタクトホール底（コンタクトホール界面）を示している。電子ビームＥＢをスキャンすることによってコンタクトホールＣＯＮＨの直径を計測する測定モード、コンタクトホールＣＯＮＨの直径よりも若干大きなビーム径をコンタクトホールＣＯＮＨの部分に照射してＥＢＳ値を測定するモードがある。
【００１１】
電子銃Ｅ−Ｂｅａｍ  Ｇｕｎから電子ビームＥＢがウェハＷＥＨに照射されると、二次電子ＳＥが電子検出器ＰＭＴによって検出され、電子検出器ＰＭＴの出力はプリアンプＰｒｅ−ＡＭＰによって増幅されて表示装置に入力され、表示装置の画面Ｇｒに電子顕微鏡画像（ＳＥＭ像）が表示される。また、吸収電流（基板電流）ＩＡＣが検出され、この基板電流ＩＡＣは基板電流増幅システムＳＣＡＳに入力され、この基板電流ＩＡＣも表示装置に入力され、表示装置の画面Ｇｒに基板電流に基づく画像が所定の処理によって表示される。
なお、表１にはＥＢＳ３０００の基本仕様が示されている。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
図２ａ、図２ｂはＥＢ-Ｓｃｏｐｅの測定モードを示す概念図である。図２ａはコンタクトホールＣＯＮＨのサイズを測定するＬＳＭ(Ｌｉｎｅ ｓｃａｎ ｍｏｄｅ；フォーカスビームをスキャンするモード）を示している。図２ｂはコンタクトホール界面の評価を行うＢＬＭ(Ｂｌａｎｋｅｔ Ｍｏｄｅ；ビーム径を大きくして静止状態で測定を行うモード）を示している。測定モードは主としてこの二つであるが、これらの両方を兼ね備えた（ビーム径を大きくした状態でスキャン）測定を行うこともできる。
【００１４】
図２ａに示すように、電子ビームＥＢによってスキャンすると、基板電流ＩＡＣが得られる。この基板電流ＩＡＣのプロファイルを微分すると、微分波形ＢＷが得られ、この微分波形ＢＷからコンタクトホールＣＯＮＨの直径φ、エッジの形状決定ができる。コンタクトホールＣＯＮＨがシングルホールの場合には、基板電流ＩＡＣのプロファイルは単一であるが、コンタクトホールＣＯＮＨがマルチホールの場合には、基板電流ＩＡＣのプロファイルは交流形状となる。
【００１５】
図２ｂに示すように、電子ビームＥＢのビーム径を大きくして静止状態でウェハＷＥＨのコンタクトホールＣＯＮＨに照射すると、基板電流ＩＡＣが得られる。この基板電流ＩＡＣは、若干変動しているが、直流成分電流である。コンタクトホールＣＯＮＨがシングルホールの場合、電子ビームＥＢの直径は、コンタクトホールＣＯＮＨの直径φよりも若干大きいのが望ましい。コンタクトホールＣＯＮＨがマルチホールの場合、電子ビームＥＢの直径は、数個のコンタクトホールＣＯＮＨを含む直径とするのが望ましい。
【００１６】
これらの測定モードを駆使しながら、薄膜や図３に示すコンタクトホールＣＯＮＨの状態等を測定する。
【００１７】
その図３において、（ａ）はＣＯＮＨ絶縁層残渣、（ｂ）はＣＯＮＨポリマー残渣、（ｃ）はＣＯＮＨエッチストッパー加工状態、（ｄ）はＣＯＮＨストッパー貫通状態、（ｅ）は小さくて奇妙な形状のＣＯＮＨ、（ｆ）は薄膜層厚状態をそれぞれ示している。
【００１８】
一般的に、ウェハ基板ＷＥＨに吸収される電流ＩＡＣは、図４に示すように、
ＩＡＣ ＝Ip−ISE−IBS      ・・・・(1)
の式を用いて表わすことができる（文献S. Ota, et al； Technology of Measuring Contact Holes Using Electric charge in a Specimen, JEOL news, Vol.37E, 2002.参照）。ここで、IpはウェハＷＥＨに入射する初期電流、 ISはウェハ基板ＷＥＨ外に放出される２次電子による電流、IBSは反射電子による電流である。ＥＢ−Ｓｃｏｐｅは加速電圧を数ｋＶ程度としているので、IBSは無視できると考えている。また、IS を“ウェハ基板ＷＥＨ外に放出される２次電子”と定義したのは、ウェハ基板表面ＷＥＨＳの帯電によって２次電子の引き戻しよる影響を考える必要があることを意味している。
【００１９】
既に、薄膜測定（ＳｉＯ２膜）に関しは、シミュレーション結果との比較が行われており（文献Yeong-UK Ko, et al; Modeling of Sucstrate Current Measurement and Charge Transfer in Insulators, SPIE, Vol.6152, 2006.参照）、ＥＢ照射による電子―正孔対の発生とそれらの発生キャリアによるＳｉ基板に流れる電子を考え、定性的に膜厚数１０ｎｍ程度までは、測定結果を良く説明できている。
【００２０】
また、ＥＢ進入深さより十分に厚い絶縁膜に関する帯電シミュレーションにおいても、ウェハ基板（ＷＥＨ）に流れ込む電流を計算した結果が示されている（文献H. Von Seggern; Charging dynamics of dielectrics irradiated by low energy electron, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, No.4, August 1985, pp1503-1511.参照）。絶縁膜ＩＮＳが存在してもウェハ基板ＷＥＨへの電子の流れが生じることから、ＥＢ−Ｓｃｏｐｅは様々な現象を測定できる可能性があると期待できる。
（２）ＬＳＭ、ＢＬＭの測定例
（２−１）ＬＳＭの測定例
図５にはＬＳＭによるコンタクトホールＣＯＮＨの直径の測定例が示されている。図５に示すように、ＥＢスキャンを行うと、基板電流ＩＡＣが得られ、この基板電流ＩＡＣによるＬＳＭプロファイルに特殊データ処理を行い、コンタクトホールＣＯＮＨの直径φが算出される。
（３）本発明に係わるデータ処理方法
このＥＢ−ＳＣＯＰＥに、以下に説明するデータ処理方法を適用することによりにコンタクトホールＣＯＮＨの界面状況をより正確に評価できる。
【００２１】
コンタクトホールＣＯＮＨに電子ビームＥＢを照射して、ウェハ基板ＷＥＨに吸収されるＥＢ吸収電流値（基板電流値）を測定することによりコンタクトホールＣＯＮＨの界面状況を評価する場合、例えば、図６に示すように、シリコンウェハ基板ＷＥＨの領域（ショットＡ）にＢＬＭモードで電子ビームＥＢを複数回照射する。
【００２２】
ここでは、ショットＡの中の３箇所ａ１、ａ２、ａ３でＢＬＭモード測定を行うこととする。この３箇所は互いに近傍領域にあり、いずれか一箇所を基準にして残りの二箇所は数μｍ〜数ｍｍの距離の範囲内にある。なお、３箇所に限定されず、数μｍ〜数ｍｍの距離の範囲内にあれば、３箇所以上選択してもよい。各箇所に電子ビームＥＢを照射して、基板電流値ＩＡＣを測定する。この電子ビームＥＢの照射条件（ビーム径φ’、照射時間、照射条件等）は同一とする。
コンタクトホールＣＯＮＨの界面状況として、図７（ａ）に示すように、箇所ａ１に欠陥がほとんどない、すなわち、残膜、残渣がほとんどないとき、箇所ａ１に電子ビームＥＢを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣは導通抵抗が小さくなるので大きくなると考えられる。また、図７（ｂ）に示すように、箇所ａ２のコンタクトホール底ＣＯＮＨＤに大きな残膜、残渣が存在するとき、箇所ａ２に電子ビームを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣは導通抵抗が大きくなるので小さくなると考えられる。更に、図７（ｃ）に示すように、箇所ａ３のコンタクトホール底ＣＯＮＨＤに小さな残膜、残渣が存在すると考えられるとき、箇所ａ３に電子ビームを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣは箇所ａ１に電子ビームＥＢを照射してときに測定される基板電流値ＩＡＣと箇所ａ２に電子ビームを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣとの略中間の値と考えられる。
各基板電流値ＩＡＣの値を１．０５ｐＡ、０．７５ｐＡ、０．９０ｐＡとして、これらの差を求める。箇所ａ１の基板電流値ＩＡＣをＩＡＣ１、箇所ａ２の基板電流値ＩＡＣをＩＡＣ２、箇所ａ３の基板電流値ＩＡＣをＩＡＣ３として、基板電流値ＩＡＣ１を基準として残りの２箇所ａ２、ａ３との差の絶対値を求める。
【００２３】
残りの２箇所ａ２、ａ３にも箇所ａ１と同様に残膜、残渣等の欠陥がほとんどない場合には、ＩＡＣ１−ＩＡＣ２の絶対値、ＩＡＣ１−ＩＡＣ３の絶対値は０である。残りの２箇所ａ２、ａ３のうち、箇所ａ２に大きな残膜、残渣等の欠陥が存在する場合には、ＩＡＣ１−ＩＡＣ２の絶対値は大きくなる。この例では、ＩＡＣ１−ＩＡＣ２の絶対値は０．３ｐＡである。また、この例では、ＩＡＣ１−ＩＡＣ３の絶対値は０．１５ｐＡである。
【００２４】
このように、ある箇所のコンタクトホールに電子ビームを照射したときに測定されるウェハ基板電流とその箇所のコンタクトホールとは異なる箇所のコンタクトホールに電子ビームを照射したときに測定されるウェハ基板電流との差を求めると、コンタクトホール界面状況を評価できる。
【００２５】
従って、図８に示すように、ウェハ基板ＷＥＨに複数のコンタクト／ビアホールを作成し、このウェハのＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）の２箇所以上を測定点１、測定点２、・・・に設定し、この測定点１、測定点２、・・・に電子ビームＥＢを照射して、基板電流値ＩＡＣを測定して、この測定点１、測定点２、・・・における基板電流値ＩＡＣの差の絶対値を求める。ここでは、３１個のＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）を設定している。
【００２６】
図９は測定点１の基板電流値ＩＡＣと測定点２の基板電流値ＩＡＣとの差の絶対値を各ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）毎にプロットした折れ線グラフを示している。この図９には、３１個のＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域における基板電流値ＩＡＣの差分がプロットされている。この図９に示すように、プロセス（工程）のばらつきが小さいＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域では、差分の絶対値は０ｐＡに近づくが、仮に規格値を０．１ｐＡとすると、図９の○印で示すように、ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域９、１４、１９では、差分の絶対値が１ｐＡを超えており、このＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域９、１４、１９では、コンタクトホールＣＯＮＨに界面異常があると判定される。
【００２７】
これに対して、測定点１の基板電流値ＩＡＣと測定点２の基板電流値ＩＡＣとの差の絶対値を求めない場合には、図１０に示すように、各ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域毎の各測定点１、２における基板電流値ＩＡＣのほとんどは規格値１ｐＡ近傍かそれ以上の値を示しており、コンタクトホールＣＯＮＨに界面異常があるか否かを判定できない。
【００２８】
その図１８において、◇印は測定点１の基板電流値ＩＡＣに対応しており、□印は測定点２の基板電流値ＩＡＣに対応しており、○印で囲ったＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域８、１１、３０の測定点２の基板電流値ＩＡＣが異常値を示しているが、これらのＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域８、１１、３０の測定点２のみが不良であると断定し難い結果を招く。
なお、同一箇所を複数回測定した場合、ウェハ基板ＷＥＨの帯電による基板電流値ＩＡＣの変化はあるが、実質的に同じ基板電流値となるので、同一箇所への照射により得られる基板電流値ＩＡＣは相対比較には用いない。
【００２９】
すなわち、このコンタクトホール界面評価方法は、電子ビームを被測定物としてのウェハ基板のコンタクトホールに照射して、ウェハ基板に吸収される吸収電流値をウェハ基板電流値として測定することによってコンタクトホール界面を評価するコンタクトホール界面評価方法であって、電子ビームの照射により測定されるウェハ基板電流値がウェハ基板の帯電状態や微妙な環境成分の変動の影響を受けることを避けるために、任意のコンタクトホールの基板電流値を基準にして、それ以外の複数のコンタクトホールの基板電流値との差分を求め、コンタクトホール界面を評価する。
【００３０】
このコンタクトホール界面評価方法には、任意のコンタクトホールの基板電流値を測定した後に、その基板電流値の最大値又は最小値を求め、その最大値又は最小値をその評価方法に用いることができる。なお、複数点測定の差分値のみではなく、複数点測定の分散も出力値とすることもできる。
【００３１】
また、電子ビームを複数個のコンタクトホールを含むウェハ基板の箇所に照射してウェハ基板電流値を測定しても良い。
【００３２】
このコンタクトホール界面評価方法では、電子ビームを異なる二箇所以上に同一照射条件で照射して、各ウェハ基板電流値を測定することが望ましい。
【００３３】
この発明によれば、基板電流値を用いてコンタクトホール底、ビアホール底のプロセス状態の定量評価を実施する際に、ホール界面状態変動以外による基板電流値に対する影響を最小限に抑制し、ホール底のプロセス状態を評価できる。
【００３４】
また、本発明によれば、近傍の測定対象のコンタクトホールを連続的に測定し、その差分値、および複数点測定の分散を示す出力値を算出することによって、測定時の環境成分、帯電成分、ウェハ振動成分などをオフセット処理し、ばらつきを最小限に抑えたホール底のプロセス状態の変動評価を実現することができる。
【００３５】
この発明による評価方法は、以下に説明する半導体検査装置にソフトウェアとして組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明が適用される吸収電流測定装置の概要を示す説明図である。
【図２ａ】本発明が適用される吸収電流測定装置のモード説明図であって、ラインスキャンモードの説明図である。
【図２ｂ】本発明が適用される吸収電流測定装置のモード説明図であって、ブランケットモードの説明図である。
【図３】コンタクトホール界面状況の説明図である。
【図４】電子ビームと吸収電流との関係の原理を説明するための図である。
【図５】ラインスキャンモードの測定例を説明するための概要図である。
【図６】本発明のコンタクトホールの界面状況評価方法の説明図であって、シリコンウェハ基板ＷＥＨの領域（ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）Ａ）にＢＬＭモードで電子ビームを複数回照射した状態を示す図である。
【図７】コンタクトホールの界面状況の説明図であり、（ａ）は箇所ａ１に欠陥がほとんどない、すなわち、残膜、残渣がほとんどないとき、箇所ａ１に電子ビームＥＢを照射して測定される基板電流値ＩＡＣの説明図、（ｂ）は箇所ａ２にコンタクトホール底に大きな残膜、残渣が存在するとき、箇所ａ２に電子ビームを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣの説明図、（ｃ）は箇所ａ３にコンタクトホール底に欠陥があるともないともいえない小さな残膜、残渣が存在すると考えられるとき、箇所ａ３に電子ビームを照射したときに測定される基板電流値ＩＡＣの説明図である。
【図８】ウェハ基板に複数の矩形状のＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域を適宜設定し、このＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域の２箇所を測定点に設定し、この測定点に電子ビームを照射する状態を示す説明図である。
【図９】ある測定点の基板電流値と別の測定点の基板電流値との差の絶対値を各ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域毎にプロットした折れ線グラフの図である。
【図１０】ある測定点の基板電流値と別の測定点の基板電流値とを各ＳＨＯＴ（Ｄｉｅ）領域毎にプロットした折れ線グラフの図である。
【符号の説明】
【００３７】
ＥＢ…電子ビーム
ＷＥＨ…ウェハ基板
ＣＯＮＨ…コンタクトホール
ＩＡＣ…基板電流値
ＣＯＮＨＤ…コンタクトホール底（コンタクトホール界面）
【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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