(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する配線間の欠陥検出方法において、
前記隣接する配線の一方に周期的に変化する電位を与えつつ、前記隣接する配線に対して電子ビームを照射し、前記隣接する配線から二次的に発生する粒子像を検出し、電位印加配線と他方配線との電位伝播遅延に基づく電位差から得られる電位コントラスト像を取得するステップと、
前記電位コントラスト像の輝度を観察するステップと、
を含むことを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項２】
隣接する配線間の欠陥検出方法において、
前記隣接する配線の一方に周期的に変化する電位を与えつつ、前記隣接する配線に対して電子ビームを照射し、前記周期的に変化する電位の値が変化してから所定時間内に所定パルス幅で、前記隣接する配線から二次的に発生する粒子像を前記電位の変化周期と同一周期毎に任意の時間複数取得し、電位印加配線と他方配線との電位伝播遅延に基づく電位差から得られる複数の電位コントラスト像を加算したストロボ画像を得るステップと、
前記ストロボ画像の輝度を観察するステップと、
を含むことを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項３】
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線は、電気的にフローティングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出方法。
【請求項４】
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線は、接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出方法。
【請求項５】
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線には、前記電位と周期及び振幅を同じくし、異なる位相を持つ電位を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線の検査に用いられる欠陥検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造プロセスの評価は、一般的にはプロセス評価用のテスト配線を用いて行われている。
【０００３】
評価配線では、評価対象となるプロセスを経てパターン形成を行った場合に、欠陥がどの程度の確率で生じて配線短絡が起こり得るかを測定し、プロセスレベルを評価する。例えば、配線短絡が生じるような欠陥部が生じた場合、電気的導通検査を行った際に不良と判断される。
【０００４】
不良が生じた配線に対しては欠陥検出検査を行い、欠陥箇所、欠陥の種類等を解析、不良原因を特定してプロセスへのフィードバックを行うという手法がプロセスのクオリティコントロールである。
【０００５】
この欠陥検出検査に従来用いられてきたのが、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の製品に代表される光学式の欠陥検出装置である。ＣＣＤカメラで配線の画像を取得し、隣り合う同一パターンの画像と比較することで不良箇所を特定する。
【０００６】
しかしながらこの方式では画像認識に光を用いているため、光の波長以下のパターン幅を持つ配線を認識することは極めて困難である。また、画像のみによる比較検査であるため、配線短絡の要因とはならない不良や、もしくは単なる画像上の誤認式、いわゆる疑似欠陥をも検出してしまうため、検査の効率が落ちてしまう。
【０００７】
画像の解像性を上げるために光源を電子顕微鏡に変えた装置もあるが、従来ＣＣＤで取り込んでいた範囲を電子顕微鏡で走査し画像を取り込んでいるため、スループットが非常に遅く、高レスポンスを要求されるプロセス評価に適用するには難がある。また、前記光学式装置と同様、疑似欠陥を検出する確率も大きい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の光学式の欠陥検出方法においては、解像度が低く、疑似欠陥をも検出してしまうという問題があった。
【０００９】
また、光源を電子顕微鏡に変えた装置においては、スループットが非常に遅く、前記光学式装置と同様、疑似欠陥を検出する確率も大きい。
【００１０】
本発明の目的は、高解像度且つ高スループットであると共に、疑似欠陥を検出し難い欠陥検出方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
［構成］
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【００１２】
（１）本発明（請求項１）は、隣接する配線間の欠陥検出方法において、前記隣接する配線一方に周期的に変化する電位を与えつつ、前記隣接する配線に対して電子ビームを照射し、前記隣接する配線から二次的に発生する粒子像を検出し、電位印加配線と他方配線との電位伝播遅延に基づく電位差から得られる電位コントラスト像を取得するステップと、前記二次的に発生する粒子像の輝度を観察するステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
（２）本発明（請求項２）は、隣接する配線間の欠陥検出方法において、前記隣接する配線一方に周期的に変化する電位を与えつつ、前記隣接する配線に対して電子ビームを照射し、前記電位の値が変化してから所定時間内に、所定パルス幅で、前記隣接する配線から二次的に発生する粒子像を前記電位の変化周期と同一周期毎に任意の時間複数取得し、電位印加配線と他方配線との電位伝播遅延に基づく電位差から得られる複数の電位コントラスト像を加算したストロボ画像を得るステップと、前記ストロボ画像の輝度を観察するステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
上記二つの発明の好ましい実施態様を以下に記す。
【００１５】
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線は、電気的にフローティングであること。
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線は、接地電位に接続されていること。
前記周期的に変化する電位を与える配線以外の配線は、前記電位と周期及び振幅を同じくし、異なる位相を持つ電位が与えられること。
【００１９】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００２０】
本発明では、電子ビームテスタを用い、配線に電位を与えつつ電位コントラスト像を観察する欠陥検査方法を提案する。この手法は電位を与えながらの測定であり、パターンを観察するのではなく輝度を観察するため致命欠陥のみを確実に抽出することが可能であり、また電子顕微鏡像での測定であるため解像性も高く、現在最先端開発で評価されている配線幅０．１５μｍ、さらにそれ以下の世代のパターンに対しても充分適用することができる。また、一度に広範囲を観察できるため測定スループットも高い。
【００２１】
さらに配線に周期的に変化する電位を与えつつ測定を行う手法を用いる場合では、電位が周期的に変化するために絶縁膜のチャージがディスチャージされ、絶縁膜がチャージアップすることなく膜下の配線による電位コントラスト像を観察することができる。
【００２２】
また、印加電位の周期的な変化に同期させて各周期毎に複数取得した画像を加算するストロボ電位コントラスト像を観察することにより、通常のリアルタイム電位コントラスト像では平均化されてしまう瞬間的な情報を高いＳＮ比で得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係わる検査装置である電子ビームテスタの概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、電子ビームテスタは、鏡筒６と試料ステージ７、電圧入力プローブ８を有する。鏡筒６下部には電子銃用高圧電源に接続された電子銃９が設けられている。また、鏡筒内６には電子銃９から出射された電子ビームを偏向させ、試料ステージ７に固定されたウエハ１２表面を走査するための偏向コイル１３が設けられている。
【００２６】
試料ステージ７及び鏡筒６は、水平方向の任意の方向に移動させることが可能であり、試料ステージ７もしくは鏡筒６のいずれかを移動させることにより、電子ビーム１０の照射領域を変更することが出来るようになっている。
【００２７】
また、鏡筒６にはウエハ１２表面から発生する二次電子１４を検出するための二次電子信号検出器１５が設けられている。この二次電子信号検出器１５には、信号処理器１６、制御用計算機１７、ディスプレイ１８が接続されている。
【００２８】
二次電子信号検出器１５により検出された二次電子１４の情報は、信号処理器１６により画像信号に変換される。変換された画像信号に対しては制御用計算機１７により所定の処理が行われ、処理された信号に基づいてディスプレイ１８が電位コントラスト画像を表示する。
【００２９】
また、電圧入力プローブ８は外部入力端子１９，２０に接続されており、ウエハ１２上の検査パターンに対し、所定の電位を与えることができる。外部入力端子１９，２０には任意のパルス電位を生成可能なファンクションジェネレータ２１を接続した。
【００３０】
試料ステージ７に測定対象である図２の評価用配線パターンを有するウエハ１２をセットした。図２（ａ）は評価用配線パターンの構成を示す平面図、図２（ｂ）は評価用配線パターンの構成を示す断面図である。図２に示すように、Ｐｏｌｙ−Ｓｉから構成される評価用配線１は、半導体基板２の絶縁膜３上に形成されている。評価用配線１は、測定パッド２２に接続された配線と、測定パッド２３に接続された配線とが交互に配列されている。
【００３１】
プローブ８の一本を測定パッド２２に接触させ、ファンクションジェネレータ２１より周期１００ｋＨｚ、振幅８Ｖの矩形パルス電位を与えた。他端のパッド２３にはプローブ８を接触させず、電気的にフローティングの状態となっている。
【００３２】
配線に電位を与えつつ、パターンに対して電子ビームを照射し、パターンからの二次電子を検出し、得られた二次電子の情報に対して処理を行うと、配線の電位が画像の輝度として観測される（以下、電位コントラスト像）。従って、このとき評価用配線パターンを観察すると、図３に示すように電位が与えられている印加配線２５は暗輝度、電位が印加されていないフローティング配線２６は明輝度で現れる。
【００３３】
図２に示した評価用配線パターンは、図４のような伝播回路として現すことができる。このとき抵抗ＲはＰｏｌｙ−Ｓｉ配線抵抗、容量Ｃは配線間容量と配線−基板間容量の合計となる。本実施例で用いた図２の評価用配線パターンでは、Ｒ＝１．６×１０8 Ω、Ｃ＝４．７×１０-8Ｆである。
【００３４】
例えば、図５に示すように評価用配線パターンに欠陥部５が存在し、印加配線２５とフローティング配線２６の間に短絡が生じた場合、欠陥部５では他部と比較してＲ，Ｃが増加する。
【００３５】
この場合、パターン上の位置ａ，ｂ，ｃ，ｄにおける出力波形の計算結果を図６に示す。図６に示すように印加配線上の点ｄに対し、欠陥位置ｂ，ｃおよびフローティング配線上の点ａでの出力信号は電位の立ち上がり下がりに遅延が生じる。この遅延により、立ち上がり立ち下がりの直後、位置ｂ，ｃ，ｄと位置ａとの間に電位差が生じることが分かる。
【００３６】
このとき、図６の位相Ａにおける配線各位置の電位は図７に示すようになる。すなわち、短絡を生じている配線については、欠陥部までの電位勾配を生じている部分と、欠陥部と同電位となっている部分とに分けられる。配線上の電位勾配は電位コントラスト像のグラデーションとして現れる。図７の電位分布による電位コントラスト像を模式的に現したものが図８である。欠陥部を含む配線３本がほぼ同輝度となり、欠陥の存在しない部分とはっきりと区別することができる。
【００３７】
図６の位相Ａは位置ｂ，ｃ，ｄと位置Ａとの間の電位差が大きくとれる位相の一つである。位置ａ，ｂ，ｃ，ｄが同電位となっている位相では、配線全体が同じ電位コントラストとなってしまい、欠陥配線を検出することはできない。この位相での画像のみを観察することにより、コントラストが大きな、ＳＮ比が高い画像を得ることができる。パルス各周期において、毎回位相Ａで５ｎｓずつＳＥＭ画像を取得、それらを加算しストロボ画像を得た。
【００３８】
ストロボ電位コントラスト像を図９に示す。図９はリアルタイムＳＥＭ画像の一部にウィンドウを開き、その部分のみストロボ電位コントラスト像を取得したものである。図８の模式図とよい一致を示し、欠陥の生じている配線を検出することができた。同手法による欠陥検出結果例を図１０、図１１に示す。図１０は０．１５μｍ、図１１は０．１μｍルールの配線幅を持つパターンである。いずれも他とは異なる輝度で現れている部分が欠陥の存在する配線である。配線中の欠陥の存在する位置に応じて、欠陥記録の輝度が異なるため、画像から欠陥の存在する位置を特定することもできた。
【００３９】
なお、位相Ａ以外でも、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄの間で電位差が大きくとれる位相でストロボ画像の取り込みを行えば、上記実施形態と同様な効果が得られる。
【００４０】
従って、本発明によれば、配線中の短絡を引き起こす致命欠陥を、電位コントラスト像から確実に検出することが可能である。さらにこの手法は配線幅０．１５μｍ以下の微細パターンに対しても検出感度を低下させることなく適用可能である。
【００４１】
［第２実施形態］
図１２は、本発明の第２実施形態に係わる検査装置である電子ビームテスタの概略構成を示す図である。
【００４２】
本実施形態では、印加電源として直流電源２７を使用する。またプローブ８の一本を接地する。図１２の装置構成のうち、その他は第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００４３】
また、図１３に本実施例で測定対象となる評価用配線パターンの模式図を示す。また、本発明で測定対象となる評価用配線パターンの断面は、図２（ｂ）から層間絶縁膜４を除いたものである。
【００４４】
図１３に示すパターンのパッド２８，２９にプローブ８を接触させた。パッド２９に接触させたプローブ８は接地してground電位にし、他方のパッド２８に接触させたプローブ８には直流電源２７から８Ｖの直流電位を印与えた。なお、パッド２９にはパッド２８に印加する電位と異なる直流電位を与えることも可能である。
【００４５】
このとき、図１４に示す評価用配線パターンでは、欠陥部５で短絡したｅ−ｆ−ｇ−ｈのラインに電位勾配が生じ、配線端部ｉ、ｊは欠陥部と同電位となる。パターンの電位分布を電位コントラスト像として模式的に示したものが図１５である。欠陥部を含む配線が同輝度となっているのがわかる。実際にパターン１５上に上記手法を適用し、ＳＥＭ像を観察したものが図１６である。欠陥の存在する配線が他とは異なる輝度として観察され、欠陥位置を正確に検出することができた。
【００４６】
以上のように本発明によれば、配線中の短絡を引き起こす致命欠陥を、電位コントラスト像から確実に検出することができた。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態において、矩形パルス電位に限らず、正弦波電位等の周期的に変化する電位を用いることが可能である。また、画像を取得するタイミングとしては、周期的に変化する電位と同一周期でなくても良い。
【００４８】
第１実施形態において、周期的に変化する電位を与える配線以外の配線には、前記電位と周期及び振幅を同じくし、異なる位相を持つ電位を与えても良い。
【００４９】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、０．１５μｍ以下の微細配線及び絶縁膜下の配線に存在する致命欠陥を高解像、高感度で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係わる検査装置である電子ビームテスタの概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態に係わる評価用配線パターンの構成を示す図。
【図３】電位が与えられた後の電位コントラストを示す模式図。
【図４】図２に示す評価用配線パターンの等価回路を示す回路図。
【図５】図２に示す評価用配線パターンの電位の計算を行った位置を示す図。
【図６】計算された電位波形を示す図。
【図７】計算された電位分布を示す図。
【図８】測定される電位コントラストを示す模式図。
【図９】観察された電位コントラストを示す写真。
【図１０】０．１５μｍパターンでの電位コントラストを示す写真。
【図１１】０．１μｍパターンでの電位コントラストを示す写真。
【図１２】第２実施形態に係わる検査装置である電子ビームテスタの概略構成を示す図。
【図１３】第１実施形態に係わる評価用配線パターンの構成を示す図。
【図１４】図１３に示す評価用配線パターンの電位の計算を行った位置を示す図。
【図１５】測定される電位コントラストを示す模式図。
【図１６】観察された電位コントラストを示す写真。
【符号の説明】
１…評価配線
２…半導体基板
３…絶縁膜
４…層間絶縁膜
５…欠陥部
６…鏡筒
７…試料ステージ
８…電圧入力プローブ
９…電子銃
１０…電子ビーム
１２…ウエハ
１３…偏向コイル
１４…二次電子
１５…二次電子信号検出器
１５…パターン
１６…信号処理器
１７…制御用計算機
１８…ディスプレイ
１９．２０…外部入力端子
２１…ファンクションジェネレータ
２２，２３…測定パッド
２４…パターン
２５…印加配線
２６…フローティング配線
２７…直流電源
２８．２９…パッド
【図１】
0003708763.tif 000002
【図２】
0003708763.tif 000003
【図３】
0003708763.tif 000004
【図４】
0003708763.tif 000005
【図５】
0003708763.tif 000006
【図６】
0003708763.tif 000007
【図７】
0003708763.tif 000008
【図８】
0003708763.tif 000009
【図９】
0003708763.tif 000010
【図１０】
0003708763.tif 000011
【図１１】
0003708763.tif 000012
【図１２】
0003708763.tif 000013
【図１３】
0003708763.tif 000014
【図１４】
0003708763.tif 000015
【図１５】
0003708763.tif 000016
【図１６】
0003708763.tif 000017