(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージをレーザ照射型膜厚測定器を用いて検査する方法であって、
前記コンタクトホールが複数形成された所定領域にレーザ光を照射する工程と、
前記所定領域で反射されたレーザ光の強度を測定して、前記金属膜のカバレージを検査する工程と、
を含むことを特徴とするカバレージ検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法において、
前記所定領域は、前記コンタクトホールの開口率が２５％以上の領域であることを特徴とするカバレージ検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検査方法において、
前記コンタクトホールの直径が０．２３μｍ以上であることを特徴とするカバレージ検査方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の検査方法において、
前記所定領域が、直径１．５μｍ〜２．５μｍのレーザスポットであることを特徴とするカバレージ検査方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の検査方法において、
前記金属膜が、ＰＶＤ−Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜の少なくとも１つを含むことを特徴とするカバレージ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の検査方法に係り、特にコンタクトホール内に形成された金属膜のカバレージ検査に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１３０ｎｍ世代以降の半導体装置において、配線材料としてＡｌよりも抵抗が小さいＣｕが用いられている。そして、Ｃｕ配線の形成方法として電界メッキ法が用いられている。
この電界メッキ法を用いてＣｕからなるコンタクト部を形成する際には、パターン形状や、下地として形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージの影響を強く受ける。特に、ＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージが悪い場合には、電界メッキを行ってもＣｕが成長せず、Ｃｕ膜中に欠陥（空孔）が発生してしまう。
従来、ＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージは、人手による作業でパターン断面を切り出し、そのパターン断面をＳＥＭによって観察することによって検査していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の検査では、検査する全てのパターンについてパターン断面の切り出しを手作業で行う必要があるため、断面検査するパターン数が限定されるという問題があった。また、ＳＥＭによる検査結果が出るまでの工数（時間）もかかってしまうという問題があった。
また、ＳＥＭを用いた従来のカバレージ検査は破壊検査であるため、製品ウェハで行うことができず、テスト用ウェハを別途作成する必要があった。このため、製造コストが増加してしまう問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージを非破壊で検査する検査方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係るカバレージ検査方法は、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージをレーザ照射型膜厚測定器を用いて検査する方法であって、
前記コンタクトホールが複数形成された所定領域にレーザ光を照射する工程と、
前記所定領域で反射されたレーザ光の強度を測定して、前記金属膜のカバレージを検査する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記所定領域は、前記コンタクトホールの開口率が２５％以上の領域であることが好適である。
【０００７】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記コンタクトホールの直径が０．２３μｍ以上であることが好適である。
【０００８】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記所定領域が、直径１．５μｍ〜２．５μｍのレーザスポットであることが好適である。
【００１０】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記金属膜が、ＰＶＤ−Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜の少なくとも１つを含むことが好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１において、カバレージ測定に用いるレーザ照射型膜厚測定器を説明するための概念図である。
図１において、参照符号１は第１のレーザ光源、２ａ〜２ｃはビームスプリッター、３は第２のレーザ光源、４は検出部、５は表示部、６は対物レンズ、７は基板としてのウェハを示している。ウェハ７には、コンタクトホールが複数形成され、各コンタクトホールの内壁に金属膜としてのＰＶＤ−Ｃｕ膜が形成されている。
【００１３】
ここで、第１のレーザ光源１は、基板７上に形成された金属膜を加熱するためにレーザ光を照射するものである。また、第２のレーザ光源２は、加熱された金属膜に測定用のレーザ光を照射するものである。また、測定部４は、金属膜で反射されたレーザ光の強度を測定するものである。
本実施の形態１は、上記レーザ照射型膜厚測定器を、コンタクトホール内壁に形成された金属膜（ＰＶＤ−Ｃｕ膜）のカバレージ検査に用いることを特徴とする。
【００１４】
図２は、本実施の形態１において、レーザスポットとコンタクトホールとの関係を示す図である。
図２において、参照符号３０は第２のレーザ光源３（図１参照）からレーザ光が照射されるレーザスポット（レーザ照射領域）、７０はウェハ７上に形成されたコンタクトホール、Ａはレーザスポット３０の直径、Ｂはコンタクトホール７０の直径を示している。
ここで、レーザスポット３０の直径Ａは、例えば１．５μｍ〜２．５μｍである。
本実施の形態１において、直径Ｂが０．２３μｍ以上のコンタクトホール７０に対して、本発明のカバレージ測定方法を適用した。
詳細は後述するが、レーザ光が照射されるレーザスポット３０の面積に対する全コンタクトホール７０の面積の割合（以下、「ホール開口率」という。）が、２５％以上の場合に本発明は有効である。
【００１５】
図３は、本実施の形態１において、ＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージがそれぞれ異なるサンプルの断面を示す顕微鏡写真である。
図３を参照して、上記レーザ照射型膜厚測定器を用いてカバレージ検査を行う３つのサンプルについて説明する。この３つのサンプルとは、コンタクトホール内壁に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージが悪いサンプルと、カバレージが普通であるサンプルと、カバレージが良いサンプルである。
【００１６】
カバレージが悪いサンプルは、Ａｒスパッタ前処理を行わずに、高温でコンタクトホール内にＣｕ膜をスパッタにより形成したものである（図中「Ｓｌｏｔ  １３」参照）。
また、カバレージが普通であるサンプルは、Ａｒスパッタ前処理を行わずに、低温でコンタクトホール内にＣｕ膜をスパッタにより形成したものである（図中「Ｓｌｏｔ  １２」参照）。
また、カバレージが良いサンプルは、Ａｒスパッタ前処理を行って、コンタクトホール内に低温でスパッタによりＣｕ膜を形成したものである（図中「Ｓｌｏｔ  １４」参照）。
ここで、Ａｒスパッタ前処理とは、Ａｒプラズマを用いてコンタクトホールの間口を広げることによって、スパッタ粒子がコンタクトホール内に入りやすくする処理である。また、スパッタ時の低温および高温とは、ウェハを保持するステージの温度をいい、低温は例えば−４０℃〜−２０℃であり、高温は例えば室温である。一般に、ステージの温度が高いと、Ｃｕ膜の凝集が発生しやすく、カバレージが悪くなる。
また、図３は、直径Ｂが０．２３μｍで深さが１．０μｍであるコンタクトホールを示している。各サンプルは、この直径Ｂが０．２３μｍのコンタクトホールの他に、直径が０．３０μｍ，０．３５μｍのコンタクトホールがそれぞれ形成されている（図示省略）。さらに、それらのコンタクトホールの内壁には、金属膜が形成されている。
【００１７】
上記レーザ照射型膜厚測定器において、上記サンプルのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行った。具体的には、第１のレーザ光源１からコンタクトホールが複数形成されたウェハ７の所定位置にレーザ光を照射し、このレーザ光により加熱した所定位置に第２のレーザ光源３からレーザ光を照射し、その反射したレーザ光の強度を検出部４で測定した（図示省略）。
【００１８】
以下、上記レーザ照射型膜厚測定器によるカバレージ検査結果について説明する。
図４は、直径が０．２３μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。図５は、直径が０．３μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。図６は、直径が０．３５μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。なお、図４〜６においては、カバレージが悪いサンプル（Ｓｌｏｔ１３）と、良いサンプル（Ｓｌｏｔ  １４）のみを図示した。
【００１９】
図４に示すように、ホール開口率が低いと、カバレージの優劣の差が測定信号の強度（レーザ強度）にあらわれないが、ホール開口率が２５％以上ではカバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。従って、レーザ照射型膜厚測定器を用いて、ホール開口率が２５％以上で直径が０．２３μｍのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。
【００２０】
図５に示すように、直径が０．３０μｍのコンタクトホールについても同様に、ホール開口率が２５％以上で、カバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。また、図６に示すように、直径が０．３５μｍのコンタクトホールについても同様に、ホール開口率が２５％以上で、カバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。従って、レーザ照射型膜厚測定器を用いて、ホール開口率が２５％以上で、直径が０．３０μｍ又は０．３５μｍのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。さらに、発明者は、直径が０．３５μｍを超えるコンタクトホール内壁に形成された金属膜に対しても同様にカバレージを測定可能であることを確認した。
従って、ホール開口率が２５％以上で直径が０．２３μｍ以上であるコンタクトホールの内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態１では、レーザ照射型膜厚測定器を、コンタクトホール内壁に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査に用いた。詳細には、コンタクトホールが複数形成された所定の領域にレーザ光を照射して、反射したレーザ光の強度を測定して、ＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージを検査した。
本実施の形態１によれば、従来破壊検査によって行われていたコンタクトホール内のＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査を非破壊検査により行うことができる。従って、テスト用ウェハの作成を必要とせず、製造コストを低減することができる。また、検査結果がでるまでの時間を従来よりも大幅に短縮することができるため、ロットを次工程へ早く送ることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、コンタクトホール内壁に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージをレーザ照射型膜厚測定器により測定したが、コンタクトホール内に電界メッキ法により埋め込まれたＣｕコンタクトにおけるボイドの有無検査にもレーザ照射型膜厚測定器を応用することができる。この場合にも、ボイドの有無を非破壊で検査することができるため、テスト用ウェハの作成を必要とせず、製造コストを低減することができる。
【００２３】
また、コンタクトホール内壁に形成されたＴａＮ膜やＴｉＮ膜のようなバリアメタル膜、又はＴａ膜やＴｉ膜のような密着膜のカバレージ検査にもレーザ照射型膜厚測定器を応用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージを非破壊で検査する検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１において、カバレージ測定に用いるレーザ照射型膜厚測定器を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、レーザ照射面積とコンタクトの口径との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、ＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージが異なるサンプルの断面を示す顕微鏡写真である。
【図４】直径が０．２３μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【図５】直径が０．３μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【図６】直径が０．３５μｍのコンタクトホール内に形成されたＰＶＤ−Ｃｕ膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  第１のレーザ光源
２ａ，２ｂ，２ｃ  ビームスプリッター
３  第２のレーザ光源
４  検出部
５  表示部
６  対物レンズ
７  基板（ウェハ）
３０  レーザ照射領域（レーザスポット）
７０  コンタクトホール
Ａ  レーザスポットの直径
Ｂ  コンタクトホールの直径
【図１】
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【図２】
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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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