(57)【要約】【課題】試験試料中の欠陥を位置特定するシステムを提供する。【解決手段】試料は粒子ビームを用いて走査される。いくつかの粒子は導電要素と相互作用し、Ｘ線の放射を起こす。他の粒子は試料全体を通過し、測定されえる電流が発生する。発生する電流より多いということは、走査ターゲットに導電材料がより少ないことを表し、これはボイド、ディッシング、またはエロージョンが存在することを意味する。欠陥の位置特定は、Ｘ線放射検出器を用いて確認されえる。
2005505917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に関連付けられた第１走査ターゲット中の欠陥を位置特定する装置であって、前記試料は第１表面および２表面を有し、前記装置は、
第１走査ターゲットを走査するよう構成された粒子ビーム発生器であって、前記粒子は前記走査ターゲット中の第１材料と相互作用する、粒子ビーム発生器、
前記第１走査ターゲットの前記走査から生じる発生された電流の測定値を得るよう構成された発生電流検出システムであって、前記発生された電流の測定値は、制御測定値と比較されることによって、前記第１走査ターゲット中の欠陥の位置特定についての情報を提供する、発生電流検出システム、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１表面からのＸ線放射を測定するよう構成されたＸ線検出器をさらに備える装置。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載の装置であって、前記試料を固定するよう構成されたステージであって、前記ステージは前記試料を前記電子ビームに対して位置付けるよう構成されたステージをさらに備える装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の装置であって、前記試料を位置付けることは前記試料を回転させることを含む装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の装置であって、前記ステージは電気的に絶縁される装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置であって、前記試料は、複数の集積回路を備えるウェーハである装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の装置であって、前記第１走査ターゲットはバイアを備える装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置であって、前記第１材料はＣｕを含む装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の装置であって、前記制御測定値は、近接する走査ターゲットを走査することによって得られる装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の装置であって、前記制御測定値は、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、および−ｙ位置にある近接する走査ターゲットを走査することによって得られる装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の装置であって、前記制御測定値は、＋２ｘ、−２ｘ、＋２ｙ、および−２ｙ位置にある近接する走査ターゲットを走査することによって得られる装置。
【請求項１２】
試料中の欠陥を位置特定するシステムであって、前記試料は第１表面および２表面を有し、前記システムは、
メモリ、
メモリに結合されたプロセッサであって、前記プロセッサは、第１走査ターゲットの粒子ビーム走査から生じる発生された電流の第１測定値および前記第１表面からのＸ線放射の第２測定値を特定し、制御測定値を特定し、かつ前記第１測定値および前記制御測定値を比較し、それによって前記試料中の前記第１走査ターゲットに関連付けられた欠陥を位置特定する情報を提供する、プロセッサ
を備えるシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記第１材料は低抵抗を持つシステム。
【請求項１４】
請求項１２〜１３のいずれかに記載のシステムであって、前記第１材料は銅であるシステム。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のシステムであって、前記試料は、複数の集積回路を備えるウェーハであるシステム。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかに記載のシステムであって、前記試料は電気的に絶縁されたステージに固定されるシステム。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれかに記載のシステムであって、前記制御測定値は、近接する走査ターゲットを走査することによって得られるシステム。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれかに記載のシステムであって、前記近接する走査ターゲットは近接するバイアであるシステム。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれかに記載のシステムであって、前記制御測定値は、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、および−ｙ位置にある近接する走査ターゲットを走査することによって得られるシステム。
【請求項２０】
請求項１２〜１９のいずれかに記載のシステムであって、前記制御測定値は、＋２ｘ、−２ｘ、＋２ｙ、および−２ｙ位置にある近接する走査ターゲットを走査することによって得られるシステム。
【請求項２１】
請求項１２〜２０のいずれかに記載のシステムであって、前記第１表面に関連付けられた第１材料の特徴を表すＸ線放射の第１測定値を特定することをさらに備え、前記Ｘ線放射は前記第１走査ターゲットの前記走査から生じるシステム。
【請求項２２】
試料中の欠陥を位置特定する方法であって、
第１走査ターゲットの粒子ビーム走査から生じる発生された電流の第１測定値を提供すること、
制御測定値を提供すること、
前記第１測定値および前記制御測定値を比較し、それによって前記試料中の前記第１走査ターゲットに関連付けられた欠陥の特徴を得ること
を含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記第１材料は低抵抗を持つ方法。
【請求項２４】
請求項２２〜２３のいずれかに記載の方法であって、前記第１材料は銅である方法。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれかに記載の方法であって、前記試料は、複数の集積回路を備えるウェーハである方法。
【請求項２６】
請求項２２〜２５のいずれかに記載の方法であって、前記試料は電気的に絶縁されたステージに固定される方法。
【請求項２７】
請求項２２〜２６のいずれかに記載の方法であって、前記制御測定値は、近接する走査ターゲットを走査することによって得られる方法。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれかに記載の方法であって、前記走査ターゲットはバイアである方法。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれかに記載の方法であって、前記近接する走査ターゲットは近接するバイアである方法。
【請求項３０】
請求項２２〜２９のいずれかに記載の方法であって、前記第１表面に関連付けられた第１材料の特徴を表すＸ線放射の第１測定値を特定することをさらに備え、前記Ｘ線放射は前記第１走査ターゲットの前記走査から生じる方法。
【請求項３１】
試料中の欠陥を位置特定する装置であって、
第１走査ターゲットの粒子ビーム走査から生じる発生された電流の第１測定値を提供する手段、
制御測定値を提供する手段、
前記第１測定値および前記制御測定値を比較し、それによって前記試料中の前記第１走査ターゲットに関連付けられた欠陥の特徴を得る手段
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Mehran Nasser-GhodsiおよびJeffrey Reichertによる「Methods and Apparatus For Defect Localization」と題された米国仮特許出願第６０／３２６，５８０号（弁護士整理番号ＫＬＡ１Ｐ０３９Ｐ）の優先権を主張する。本発明は、Mehran Nasser-GhodsiおよびAnne Testoniによる「Methods and Apparatus for Void Characterization」と題された同時に出願される米国特許出願第０９／９９０，１７１号（弁護士整理番号ＫＬＡ１Ｐ０４１）に関する。また本発明は、Shing Leeによる「Film Thickness Measurement Using E-Beam Induced X-Ray Microanalysis」と題された２０００年１０月２３日に出願された米国特許出願第０９／６９５，７２６号に関する。上記出願群のそれぞれは全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【０００２】
本発明は、大きくは試料の検査および分析の分野に関し、より具体的には半導体集積回路における欠陥の位置特定に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の集積回路のメタライゼーションおよび薄膜層は、バイア、コンタクト、およびウィンドウのようなインターコネクトを含む。インターコネクトは、集積回路中においてトランジスタおよび他の回路の間の電気的な接触を可能にするよう配置される。しかし多くのファクタによって、インターコネクト中には欠陥が生じえる。欠陥のあるインターコネクトは、開放回路を生じさせて最終的には集積回路の故障につながりえる。
【０００４】
欠陥のうちの１つのタイプは、バイア中に形成されるボイドである。ボイドは、ストレス、エレクトロマイグレーション、および不純物のようなさまざまなファクタによって生じえる。線幅のサイズが縮小し続けるにつれ、小さい欠陥でも集積回路が正常に動作することを妨げえる。他のタイプの欠陥は、ダマシンおよびデュアルダマシンプロセス中の化学機械研磨（ＣＭＰ）のようなプロセスから生じえるディッシングおよびエロージョンである。ディッシングおよびエロージョンは、回路要素を接続するのに不十分な導電材料しか存在しないくらいに導電層が研磨されることからしばしば生じる。
【０００５】
製造のさまざまな段階における集積回路の検査は、製造歩留まりおよび製品の信頼性を大きく改善しえる。もし欠陥が製造の初期に検出されえるなら、欠陥の原因が決定され、大量の欠陥ＩＣが製造される前に修正されえる。
【０００６】
従来の欠陥検出システムは、「電圧コントラスト」技術をしばしば用いる。電圧コントラスト技術は、試料が電子ビームのターゲットであるときに、検査中の試料のさまざまな位置における電位差が、２次電子放出強度の差を生じえることを基礎にして動作する。よって走査された領域の電位状態は、例えばワイヤリングパターンのうちの低電位部分は明るく表示され（２次電子放出が高い）、高い電位部分は暗く表示され（２次電子放出が低い）えるような電圧コントラストとして得られる。あるいはシステムは、低い電位部分が暗く表示され、高い電位部分が明るく表示されるように構成されえる。
【０００７】
２次電子検出器は、走査電子ビームによって走査されるパスにおいてだけ発生する２次電子放出の強度を測定するのに用いられる。欠陥のある部分は、検査中の部分の電位状態から特定されえる。検査のある形態においては、欠陥電位コントラスト画像および無欠陥の画像の間の一致しない部分が大まかな欠陥位置を表す。
【０００８】
他の技術は、ウェーハを断面にスライスし、電子顕微鏡で欠陥を検出することを伴う。しかし破壊的方法は時間がかかり無駄が多い。音響的および光学的方法も利用可能であるが、特定の条件でしか用いられない。例えば光学的方法はしばしば非常に特定の状況下でしか有効ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のシステムでは、欠陥を効率的に位置特定することができない。したがってより効率的な欠陥の位置特定を可能にするさらに改良された検出システムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、試験試料中の欠陥を位置特定するシステムを含む。試料は粒子ビームを用いて走査される。いくつかの粒子は導電要素と相互作用し、Ｘ線の放射を起こす。他の粒子は試料全体を通過し、測定されえる電流が発生する。発生する電流より多いということは、走査ターゲットに導電材料がより少ないことを表し、これはボイド、ディッシング、またはエロージョンが存在することを意味する。欠陥の位置特定は、Ｘ線放射検出器を用いて確認されえる。
【００１１】
試料に関連付けられた第１走査ターゲット中の欠陥を位置特定する装置であって、前記試料は第１表面および２表面を有する装置が提供される。粒子ビーム発生器は、第１走査ターゲットを走査するよう構成される。前記粒子は前記走査ターゲット中の第１材料と相互作用する。発生電流検出システムは、前記第１走査ターゲットの前記走査から生じる発生された電流の測定値を得るよう構成される。前記発生された電流の測定値は、制御測定値と比較されることによって、前記第１走査ターゲット中の欠陥の位置特定についての情報を提供する。
【００１２】
試料中の欠陥を位置特定するシステムであって、前記試料は第１表面および２表面を有するシステムが提供される。システムは、メモリおよびメモリに結合されたプロセッサを含む。前記プロセッサは、第１走査ターゲットの粒子ビーム走査から生じる発生された電流の第１測定値および前記第１表面からのＸ線放射の第２測定値を特定するよう構成される。前記プロセッサはさらに、制御測定値を特定し、かつ前記第１測定値および前記制御測定値を比較し、それによって前記試料中の前記第１走査ターゲットに関連付けられた欠陥を位置特定する情報を提供するよう構成される。
【００１３】
さらに他の実施形態によれば、試料中の欠陥を位置特定する方法が提供される。第１走査ターゲットの粒子ビーム走査から生じる発生された電流の第１測定値が提供される。制御測定値が提供される。前記第１測定値および前記制御測定値を比較し、それによって前記試料中の前記第１走査ターゲットに関連付けられた欠陥の特徴を得る。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、本発明の以下の明細書および添付図面により詳細に提示され、これらは本発明のさまざまな原理を例示により示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、以下の説明を添付図面と併せて参照して最もよく理解されよう。図面は本発明の具体的な実施形態を示すことに注意されたい。
【００１６】
以下に説明されるように、本発明の好ましい実施形態は、試験試料における欠陥の位置特定を行う（localize）するために効率的なウェーハ試験能力を提供する。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態は、ボイド（void）の位置特定のコンテキストで説明される。本発明の技術は、試験試料中のボイドを正確に位置特定するが、ディッシング（dishing）およびエロージョン（erosion）のような他のタイプの欠陥も検出されえる。本発明の技術は、特定の材料の欠如を引き起こす任意の欠陥を検出するのに利用されえる。当業者には理解されるように、欠陥位置特定の技術は広いものであり、メタライゼーションおよび薄膜層についてのボイド、エロージョン、およびディッシング検出のようなさまざまなコンテキストにおいて応用されえる。
【００１８】
本発明の技術は、試験試料中の欠陥の非破壊的位置特定を可能にする。ある実施形態において、試験試料は、複数の集積回路を備えるウェーハである。従来の集積回路の製造中には、低い抵抗を持つ導電材料のために誘電体層に開口が設けられる。この開口は、アルミニウムまたは銅のような導電材料によって埋められ、回路要素間の電気的接触を可能にする。開口にはバイア、ウィンドウ、またはコンタクトが含まれる。
【００１９】
開口が導電材料で埋められるとき、集積回路要素は正常に動作する。しかしさまざまなファクタが導電材料中に欠陥を形成させる。ボイド、ディッシング、およびエロージョンが製造プロセス中に起こりえる。
【００２０】
電子ビームのような粒子ビームが試験試料上のターゲットを走査するのに利用されえる。走査ターゲットは、単一のバイア、ウィンドウ、またはコンタクトでありえる。試料を保持する電気的に絶縁されたステージのような電流検出器が走査の結果、発生する電流を測定するのに用いられる。さまざまな実施形態によれば、電子ビームに曝される導電材料は電子と相互作用する。例えば電子が衝突した銅は、電子と相互作用し、銅の特徴を表すＸ線を放出する。導電材料がそれほどない走査ターゲットは、より少ししか電子ビームからの電子と相互作用しない。したがって電子ビームからより多くの電子が導電材料および試験試料を通して通過する。言い換えれば、ボイド、ディッシング、またはエロージョンを持つ走査ターゲットは、電子ビームからの電子と相互作用する導電材料をより少ししか持たず、より多くの電子がサンプルを通して通過することを可能にする。電子つまり発生した電流は、走査ターゲットにおいて欠陥が存在するかどうかを決定するために、電圧計または電流計のようなデバイスに接続された電気的に絶縁されたステージのような検出器によって測定されえる。
【００２１】
ボイドについての情報を持つことで、システム操作者は、欠陥の数を減らし、歩留まりを増すよう集積回路製造プロセスを改善できる。
【００２２】
図１は、本発明の技術を用いるシステムの概略図である。図１の詳細は、例示目的で提供される。当業者には図１に示されるシステムの変化形も本発明の範囲に入ることが理解できるだろう。例えば図１は、連続的に移動するステージを持つ粒子ビームの動作を示す。しかしここで説明される試験構成および方法は、ステップアンドリピートモードで動作される粒子ビームを含む他の試験装置のコンテキストでも有用である。ビームに対してステージを移動させる代わりに、電磁レンズで視野を屈折させることによってビームが移動されてもよい。あるいはビームカラムがステージに対して移動されてもよい。
【００２３】
試料１５７は、粒子ビーム１２０の下に自動的に固定される。粒子ビーム１２０は、電子ビームのような粒子ビームでありえる。試料ハンドラ１３４は、自動的に試料をステージ１２４上で方向付けるよう構成されえる。ステージ１２４は、ｘｙ平面上で移動および回転するよう構成されえる。好ましい実施形態において、ステージ１２４は、ｘ方向のステージの動きがバイアの長さによって決定される軸と対応するように粒子ビーム１２０に対してアラインされる。例えば試料１５７は、ステージのｘ方向の動きが、試料の上から見たバイアの長さに対応するようにアラインされえる。同様に試料１５７は、ステージのｘ方向の動きがバイアの幅に対応するようにアラインされる。試料のアライメントの微調整は、自動的にまたはシステム操作者の補助を用いて行われえる。試料１５７の分析中のステージ１２４の位置および動きは、ステージサーボ１２６および干渉計１２８によって制御されえる。
【００２４】
ステージ１２４がｘ方向に移動するとき、インデューサ１２０は繰り返しｙ方向に行ったり来たり偏向されえる。さまざまな実施形態によれば、インデューサ１２０はほぼ１００ｋＨｚで前後に移動する。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、ステージ１２４は、走査ターゲットの走査の結果、生じた電流量を決定できるように電気的に絶縁されている。ある実施形態においては、電気的に絶縁されたステージ１２４は電圧計に接続されえる。当業者にはわかるように、電子検出器のような他のシステムも、試料を通って通過する電子を測定する候補として考えられる。
【００２６】
検出器１３２はまた、さらなる欠陥検出能力を可能にするために粒子ビーム１２０に並ぶようにアラインされえる。インデューサ１２０およびステージ１２４は検出器１３２のような他の要素と共にさまざまなプロセッサ、記憶要素、および入力および出力装置を用いて制御されえる。
【００２７】
図２は、試験対象の試料となりえるウェーハの概略図である。ウェーハ２０１は、複数のダイ２０５、２０７、および２１１を備える。ダイ２０５はボイドを含まないが、ダイ２０７および２１１はボイドを含む。他のダイは、ディッシングまたはエロージョンのような他の欠陥を表しえる。さまざまな実施形態によれば、欠陥の位置特定をする本発明の技術は、それぞれのメタライゼーションまたは薄膜層がウェーハ上に堆積された後に実行される。メタライゼーションプロセスが行われるウェーハの側はここではウェーハの上面と呼ばれる。ウェーハは、銅のような材料を含む薄膜層またはメタライゼーション層がウェーハ第１表面上に堆積された後に、欠陥を検出および特徴決定するために走査されえる。製造プロセス中に欠陥を検出する能力は、製造プロセスの即時の変更を可能にする。対照的に従来の技術は、欠陥を認識および修正することがしばしば不可能であり、欠陥のあるプロセスはデバイスの処理が完了する後まで続いた。
【００２８】
本発明の試験方法は、発展型プロセス制御システムの一部として用いられえ、このシステムにおいては試験プロセスからのデータがプロセス歩留まりを改善する自動化された制御システムに与えられる。例としてボイド検出の技術は、動的にメタライゼーションプロセスを改善する自動化制御システムにデータを提供しえる。
【００２９】
図３は、ダイ上のメタライゼーション層の一部として形成された複数のバイアの概略図である。上述のように、バイアは粒子ビームの走査ターゲットになりえる１つの候補である。他の走査ターゲットには、コンタクトおよびウィンドウのような導電要素がある。当業者にはわかるように、バイアはさまざまな異なる構成を持ちえる。ダイの単一のメタライゼーション層に形成された６００万個のバイアが存在しえる。さまざまな実施形態によれば、それぞれのバイアが走査ターゲットである。ある例では、走査ターゲットは１．２９μｍである。粒子ビームはそれぞれの個々のバイアにターゲットが合わせられ、電流検出器が用いられて走査によって発生された電流が測定される。バイア３０９は走査ターゲット３０５内に存在しえる。試料３０１は、バイア３０９の長手方向軸が実質的にステージのｘ方向の動きに平行になるような位置に回転されえる。特定のバイアの走査から生じるｘ線放出を測定するためには、その粒子ビームについて試料の再アライメントが必要になりえることに注意されたい。
【００３０】
バイア３１９、３２１、３１１、および３１５は、バイア３０９に近接する。バイア３２１は、バイア３０９の＋ｘ位置にあるバイアとここでは呼ばれる。バイア３１５は、バイア３０９の−ｘ位置にあるバイアとここでは呼ばれる。同様にバイア３１９および３１１は、バイア３０９の＋ｙおよび−ｙ位置にあるバイアとここでは呼ばれる。
【００３１】
ある実施形態によれば、走査ターゲット３０５中のバイア３０９には電子ビームからの電子が衝突される。電子ビームからの電子はバイア３０９の導電材料と相互作用する。電流検出器は、試料全体を通して通過する電子の個数を測定する。バイア３０９内に欠陥が存在するかを決定するために電流が測定される。しかし電子が走査ターゲット３０５に向けられるとき、いくつかの電子は近接バイア３２１、３１１、３１５、および３１９に到達する。近接バイアに到達する電子は、近接バイアの材料と相互作用する。多くの電子が近接バイア中の導電材料と相互作用するので、試験試料全体を通って通過する電子はそれほど多くない。少しの電子が電流検出器によって測定され、バイア３０９についての電流測定にずれを生じる。ある実施形態によれば、走査ターゲット３０５の走査から生じる電流測定値は、制御測定値（control measurement）と比較され誤差の考慮を可能にする。この制御測定値は、特定の材料のバイアについての値を持つデータベースから獲得されえる。あるいは制御測定値は、近接バイアを走査することによって決定されえる。近接バイアは、制御測定を提供する効果的な技術を提供するが、これは近接バイアは試験中のバイアの特性と似た特性をしばしば持つからである。ある実施形態においては、もし試験中のバイアの電流測定値が制御測定値以上であるなら、そのバイアにはボイドが存在しない。もしそのバイアについての電流測定値が制御測定値未満であるなら、そのバイアにはボイドが存在する。ボイドは欠陥の便宜上の一例として利用されるが、特定の材料の欠如に関連付けられる任意の欠陥が本発明の技術を用いて位置特定されえる。
【００３２】
例えば銅メタライゼーション層中のボイドのないバイア３０９は、ボイドのない近接バイア３１１と同等の電流測定値を持つ。しかしボイドのあるバイア３０９は、ボイドのない近接バイア３１１と同じ電流測定値は持たない。
【００３３】
ある実施形態によれば、バイア３４１、３２１、３１１、３２５、３１５、３２９、３３１、および３１９を走査することから生じる電流測定値群が用いられて、制御測定値が得られる。もし上記近接バイアを走査することから生じるこれら電流測定値群の平均が、バイア３０９を走査することから生じる電流測定値より大きいなら、バイア３０９はボイドを持つと特徴付けられる。この制御測定値は、任意の時刻において決定されえることに注意されたい。例えばバイア３０９は、制御測定値が決定される充分に前に走査されえるが、これは近接するバイアがまだ走査されていないからである。全てのバイアはラスタモードで走査されえ、結果として生じる電流測定値群はデータベースに記憶されえる。走査が完了した後で、特定のバイアの電流測定値および近接バイアの電流測定値から決定される制御測定値に基づいて欠陥の決定が成されえる。他の実施形態によれば、バイア３０９が走査された後に、近接バイア群が即時に走査されてバイア３０９がボイドを含むかが決定される。
【００３４】
ボイドは、走査ターゲットを変えることによってさらに特徴付けられる。ボイドが検出された後に、電子ビームは検出されたボイドに直接隣接する近傍領域上にフォーカスが集められえる。電流測定値群の変化は、ボイドの位置および寸法を決定する情報を提供しえる。
【００３５】
図４は、試料サンプルの断面の概略図である。メタライゼーションまたは薄膜層４０９は、バリア層４０５の上面に堆積される。さまざまな実施形態によれば、薄膜層４０９は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）のような材料を含み、バリア層はタンタル（Ｔａ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のような材料を含む。典型的にはメタライゼーションまたは薄膜層４０９は、バリア層４０５よりずっと厚い。タンタルバリア層４０５は典型的には、薄膜層４０９からの銅が誘電体４０１に浸透することを防ぐために用いられる。ある実施形態において薄膜層は１０００ｎｍであり、バリア層は１５ｎｍである。しかし本発明の技術は、さまざまな厚さのメタライゼーション層４０９およびバリア層４０５に関連付けられたボイド４１１、ディッシング４１９、およびエロージョン４１５に用いられえる。
【００３６】
ある実施形態によれば、バイア４２７は、ディッシングの特徴を示す。電子ビーム４２３がバイア４２７を走査するのに用いられる。発生する電流は、試料全体を通して通過する電子の強度に基づいて変化する。試料はまた、バイア４２７の走査を可能にするためにｚ軸に沿うように回転されえる。ある例では試料は、バイア４２７の中心に位置付けられるｚ軸について回転される。他の例によれば試料は、試料の中心によって決定されるｚ軸について回転される。
【００３７】
さまざまな実施形態によれば、欠陥は、メタライゼーション層４０９がバリア層４０５上に堆積された後に位置特定される。電子ビームのような粒子ビームによる走査のエネルギーは、薄膜層の公称の厚さに基づいて変えられる。電子ビームエネルギーは、導電材料４０９との最大の相互作用を可能にするために変えられる。もし電子ビームエネルギーが不十分であるなら、少しの電子しか試料の表面を透過せず、銅のような導電材料と相互作用しない。もし電子ビームエネルギーが高すぎるなら、メタライゼーション層４０９と相互作用することなく、多くの電子が導電材料を透過してしまう。
【００３８】
図５は、さまざまな厚さの銅層のための好ましい電子ビームエネルギーを示す概略図である。電子ビームからの電子は銅と相互作用し、Ｘ線を放射する。さまざまな実施形態によれば、より少ないＸ線が放射されるとき、生成される電流はより多くなる。言い換えれば、より少ない電子が銅と相互作用するとき、生成される電流はより多くなる。１０００ｎｍの銅について、入射ビームエネルギーがおよそ４０ｋｅＶであるとき、生成される電流測定値は２．００ｅ＋０６  ｃｐｓ／ｎＡである。２０００ｎｍの銅について、入射ビームエネルギーがおよそ６０ｋｅＶであるとき、生成される電流測定値は、３．５０ｅ＋０６  ｃｐｓ／ｎＡである。もし電子ビームエネルギーが高すぎると、全ての電子が試料を透過し、結果として高い電流値が生成される。もし電子ビームエネルギーが低すぎると、少しの電子しか試料を透過せず、結果として低い電流値が生成される。電子ビームエネルギーは、メタライゼーション中にボイドがあるときに高い電流値が生成され、メタライゼーション中にボイドがないときに低い電流値が生成されるように選択されえる。
【００３９】
本発明の技術は、ボイド、エロージョン、およびディッシングのような欠陥の位置特定を可能にする。この技術は、欠陥の存在を確認するために他の技術と共に使用されえる。例えばこの技術は、Mehran Nasser-GhodsiおよびAnne Testoniによる「Methods and Apparatus for Void Characterization」と題された同時に出願される米国特許出願第  号（弁護士整理番号ＫＬＡ１Ｐ０４１）に記載されるボイド特徴付けシステムと共に使用されえ、この出願はその全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。ボイド特徴付けシステムと共にこの技術を用いれば、ボイドの効率的なインライン検出、確認、および特徴付けが、非破壊的な技術および冗長性なしに可能になる。
【００４０】
図６は、具体的な実施形態によるボイドの検出および特徴付けを示すプロセスフローチャートである。６０１において粒子ビームが初期化される。粒子ビームを初期化することは、試験中の薄膜層の厚さに基づいて電子ビームエネルギーを設定することを伴いえる。ビームエネルギーは、図５を参照して上述のように設定されえる。
【００４１】
発生された電流の検出器は６０５において初期化される。ある例において、試験試料の底面は電流検出器の一方のリード線に結合され、試験試料の上面は電流検出器の他方のリードに結合される。試験試料の予期された抵抗が提供されえる。６０５における初期化プロセスの一部として粒子ビームを用いて標準試料が走査されえる。ある実施形態においては、所定の厚さを有する銅層が走査され、発生された電流値が検出器によって６０５において測定される。標準測定値は、電流検出器をチューニングして、検出器の感度を設定するのに用いられる。さまざまな較正および初期化技術が用いられえる。さまざまな実施形態によれば、インデューサの初期化が６０１において、また検出器の初期化が６０５において、それぞれのウェーハが試験される前に実行される。他の実施形態によれば、初期化は、ウェーハが何枚か走査された後に再び行われる。
【００４２】
６０７において、粒子ビームは走査ターゲットに向けられる。走査ターゲットは、電圧コントラスト技術によって決定されるような対象領域でありえる。走査ターゲットはまた、ボイドを含みえる任意の領域でありえる。ステージを移動させることによって、またはインデューサを移動させることによって、インデューサは走査ターゲットに向けられる。６１３において、疑わしいバイアは粒子ビームの視野の中心に位置付けられる。
【００４３】
電子ビームのような粒子ビームによってバイアは走査され、発生された電流が６１９において測定される。さまざまな実施形態によれば、電流検出器は、電気的に絶縁されたステージの一部である。
【００４４】
ボイドがバイア中に存在するかを決定するために、発生された電流測定値は制御測定値と比較される。ある実施形態によれば、もし発生された電流測定値が１０％から２５％だけ制御測定値より少ないなら、ボイドが存在すると決定される。ある例では、もし発生された電流測定値が２０ｎＡであり、制御測定値２５ｎＡであるなら、ボイドが存在すると決定される。制御測定値は、多くのさまざまな異なる方法で決定されえる。ある実施形態によれば、発生された電流が測定された後、近接バイアが走査され、発生された電流が決定される。例えば、第１バイアが走査され、発生された電流が決定された後に、近接する＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、および−ｙバイアが走査され、対応する発生された電流が測定される。その後、近接する＋２ｘ、−２ｘ、＋２ｙ、および−２ｙバイアも走査される。上述のように、近接バイアの走査で生成される電流は、制御測定値を決定するのに用いられえる。あるいは制御測定値は、他のプロセスから、または＋ｘ、＋ｙ、−ｘ、−ｙなどのようなある近接バイアの走査から決定されたデータベースに記憶される値でありえる。ある実施形態において、あるバイアの走査から発生された電流および近接バイアの走査から発生された電流が図式的に比較されえる。
【００４５】
図７Ａおよび７Ｂは、バイアおよび近接バイアの走査から生じる発生された電流の図式的表現である。図７Ａは、ボイドを有するバイアの走査で発生された電流の図式的表現である。バイアの走査は、発生された電流測定値７０１を生じる。発生された電流測定値７０１は、＋ｙ、−ｘ、および−ｙに対応する発生された電流測定値７０７、７０５、および７０９よりも大幅に小さい。対照的に図７Ｂは、ボイドがないバイアの走査で発生された電流の図式的表現である。発生された電流測定値７５１は、近接バイアの発生された電流測定値７５３および７５５と似ていることに注意されたい。
【００４６】
粒子ビームは、走査ターゲット内に微量の導電材料が与えられるときに電気的に絶縁されたステージに電流を生成させるものならなんでもよい。ある実施形態において粒子ビームは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）でありえる。図８は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）８００の概略図である。示されるようにＳＥＭシステム８００は、電子ビーム８０１を発生し、実質的に試料８２４上の対象領域に導く電子ビーム発生器（８０２から８１６）を含む。
【００４７】
ある実施形態において電子ビーム発生器は、電子源ユニット８０２、アライメントオクタポール（octupole）８０６、静電前段偏向器８０８、可変開口８１０、ウィーンフィルタ８１４、および磁気対物レンズ８１６を含みえる。ソースユニット８０２は、電子を発生し放出する任意の形態で実現されえる。例えばソースユニット８０２は、フィラメント内の電子が励起されフィラメントから放出されるように加熱されるフィラメントの形態を取りえる。オクタポール８０６は、特定のガンレンズ電圧が選択された後にビームをアラインさせるよう構成される。言い換えれば、ビームは、開口８１０に対して再アラインされるように移動されなければならないこともありえる。
【００４８】
開口８１０は、それを通してビームが導かれる穴を形成する。下部クワドラポール８０８は、機械的アライメントの不一致を補償するために含まれえる。すなわち下部クワドラポール８０８は、ビームがそれを通して到達しなければならないＳＥＭの任意のミスアラインされたスルーホールに対してビームのアライメントを調節するのに用いられる。磁気対物レンズ８１６は、ビームを試料に向けて加速する機構を提供する。
【００４９】
発生された電流を測定する任意の適切な検出器が用いられて、本発明の技術を実現しえる。図９は、本発明の技術を実現するのに用いられえる電気的に絶縁されたステージの概略図である。ウェーハのような試験試料９０５は、ステージ９０１に固定される。ある実施形態によれば、試料９０５の底面はステージ９０１に電気的に接続される。ステージ９０１は電気的に絶縁され、電圧計９０９の一方のリード線に結合される。当業者にはわかるように、発生された電流を測定する電圧計の代わりに電流計または同様の装置が用いられえる。電圧計９０９の他方のリード線は、試料９０５の上面に電気的に接続される。ある例では電子ビームが試料９０５の走査ターゲットを走査するとき、試料９０５の上面は底面に対して負に帯電するが、これは試験試料９０５のいくつかの層が抵抗の特性を典型的には持つからである。電子はメタライゼーション層と相互作用し、特徴を表すＸ線を放射させ、上面を底面に対してわずかに負の電位に維持する。しかしボイドが特定の走査ターゲット中に存在するとき、電子ビームからの多くの電子はメタライゼーション層と相互作用せず、試料全体を通過する。
【００５０】
上述の本発明は理解をはっきりさせる目的で詳細に記載されてきたが、ある種の変更および改変が添付の特許請求の範囲内で実施されえることは明らかであろう。例えば、本発明の技術は、欠陥の位置特定に応用されえるが、Shing Leeによる「Film Thickness Measurement Using E-Beam Induced X-Ray Microanalysis」と題された２０００年１０月２３日に出願された米国特許出願第０９／６９５，７２６号と共に使用されてもよく、この出願はその全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００５１】
本発明の技術を実現する多くの代替手法が存在することに注意されたい。例えば発生された電流測定値および制御測定値の間で比較を実行する前に、ウェーハ全体が走査され、対応する測定値が記憶されてもよい。ウェーハ全体が走査され、ウェーハ全体からの放射測定値を用いて制御測定値が決定された後に、それから比較が実行されえる。したがって本発明の実施形態は、例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明はここに述べられた詳細には限定されず、むしろ添付の特許請求の範囲およびその等価物の中で改変されえる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の技術を使用できるシステムの概略図である。
【図２】試験中の試料でありえるウェーハの概略図である。
【図３】集積回路上の複数のバイアの概略図である。
【図４】複数のバイアの断面概略図である。
【図５】入射エネルギーおよび発生された電流の図式的表現である。
【図６】試料の走査を示すプロセスフローチャートである。
【図７Ａ】走査ターゲットおよび近接走査ターゲットに対応する発生された電流の図式的表現である。
【図７Ｂ】走査ターゲットおよび近接走査ターゲットに対応する発生された電流の図式的表現である。
【図８】試料の走査を実現するのに使用されえる電子ビームの概略図である。
【図９】発生された電流を測定するのに使用されえるステージの概略図である。
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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