(57)【要約】  ウェハ検査のための方法及び装置。この装置は、少なくとも部分的に導電性の第１層と、該第１層の上に形成された第２の誘電体層とを有するサンプルであって、第２層に接触開口を形成した後のものであるサンプルをテストすることができる。この装置は、（ｉ）荷電粒子の高電流ビームを指向して、サンプルのエリアにわたり分布した複数の場所における非常に多数の接触開口に同時に照射させるよう適応された電子ビーム源と、（ii）複数の場所における非常に多数の接触開口の照射に応答して第１層に流れる試料電流を測定するよう適応される電流測定装置と、（iii）測定に応答して少なくとも欠陥ホールの指示を与えるように適応されたコントローラと、を備えている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に導電性の第１層と、該第１層の上に形成された第２の誘電体層とを有するサンプルを、上記第２層に接触開口を形成した後に、受け取るステップと、
荷電粒子の高電流ビームを指向して、上記サンプルのエリアにわたって分布した複数の場所における非常に多数の接触開口に同時に照射させるステップと、
上記複数の場所における非常に多数の接触開口の上記照射に応答して上記第１層に流れる試料電流を測定するステップと、
上記測定に応答して少なくとも１つの欠陥ホールの指示を与えるステップと、
を備えたウェハ検査方法。
【請求項２】
上記非常に多数のホールは１００を越える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記指向及び測定ステップは、非常に高い繰り返し頻度で繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記高電流ビームは、大きな断面積を特徴とするもので、上記指向ステップは、収差を補償する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記高電流ビームは、その高電流ビームの光学軸に対して大きな角度的範囲にわたって放出される電子を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記補償段階は、長い磁気レンズを通して上記高電流ビームを伝播させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記高電流ビームに応答して上記サンプルから放出される二次電子電流を測定するステップを更に備え、上記指示は、更に、上記測定された二次電子電流にも応答する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記指示を与えるステップの後に、少なくとも１つの欠陥ホールを探索するステップが続く、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記探索ステップは、高解像度ビームを上記少なくとも１つの欠陥ホールに向けて指向することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記接触開口はホールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
上記接触開口はトレンチを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
異なる指向工程（directing sessions）のエリアが重畳する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
上記ウェハの複数のエリアを照射するために上記指向ステップ及び上記与えるステップを繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
上記高電流ビームに関連した信号対雑音比を推定し、それに応答して上記高電流ビームの少なくとも１つの特性を変更するステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
上記少なくとも１つの特性は、ビーム電流及びスポットサイズより成るグループから選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
荷電粒子の高電流ビームを指向して、サンプルのエリアにわたり分布した複数の場所における非常に多数の接触開口に同時に照射させるよう適応される電子ビーム源であって、上記サンプルは、少なくとも部分的に導電性の第１層と、該第１層の上に形成された第２の誘電体層とを有し、該第２層に接触開口を形成した後のものであるような電子ビーム源と、
上記複数の場所における非常に多数の接触開口の上記照射に応答して上記第１層に流れる試料電流を測定するよう適応される電流測定装置と、
上記測定に応答して少なくとも欠陥ホールの指示を与えるように適応されるコントローラと、
を備えたウェハ検査監視装置。
【請求項１７】
上記電子ビームに応答して上記サンプルから放出される二次電子電流を測定するように適応された二次電子検出器を更に備え、上記コントローラは、上記二次電子電流を上記試料電流と一緒に指示するためにマップを形成するように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
上記非常に多数のホールは１００を越える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
上記指向及び測定を非常に高い繰り返し頻度で繰り返すように更に適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
上記高電流ビームは、大きな断面を特徴とするもので、上記装置は、収差補償手段を備えた、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
上記高電流ビームは、その高電流ビームの光学軸に対して大きな角度的範囲にわたって放出された電子を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
上記収差補償手段は長い磁気レンズを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
上記装置は、少なくとも１つの欠陥ホールの指示に応答して少なくとも１つの欠陥ホールを探索するように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
上記装置は、高解像度ビームを上記少なくとも１つの欠陥ホールに向けて指向することにより探索を行うことができる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
上記接触開口はホールを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
上記接触開口はトレンチを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２７】
異なる指向工程のエリアが重畳する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２８】
上記装置は、ウェハの複数のエリアを照射するために上記指向ステップ及び上記与えるステップを繰り返すよう適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２９】
上記高電流ビームに関連した信号対雑音比を推定し、それに応答して高電流ビームの少なくとも１つの特性を変更するように更に適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項３０】
上記少なくとも１つの特性は、ビーム電流及びスポットサイズより成るグループから選択される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
上記指向及び測定ステップは、上記ウェハの少なくとも実質的サイズの部分が上記高電流ビームにより照射されるまで繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
上記指向及び測定ステップは、上記ウェハの少なくとも実質的サイズの部分が上記高電流ビームにより照射されるまで繰り返される、請求項１６に記載の装置。
【請求項３３】
上記指示を与えるステップは、以前に測定された電流に応答する、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
上記指示を与えるステップは、以前に推定された電流に応答する、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
上記指示を与えるステップは、ダイ対ダイ比較を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
上記指示を与えるステップは、ダイ対ゴールデンダイ比較を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
上記指示を与えるステップは、セル対セル比較を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
上記コントローラは、以前に測定された電流に応答して指示を与えるように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項３９】
上記コントローラは、以前に推定された電流に応答して指示を与えるように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項４０】
上記コントローラは、ダイ対ダイ比較を適用することにより指示を与えるように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項４１】
上記コントローラは、ダイ対ゴールデンダイ比較を適用することにより指示を与えるように適応される、請求項１６に記載の装置。
【請求項４２】
上記コントローラは、セル対セル比較を適用することにより指示を与えるように適応される、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般に、半導体デバイス製造及びプロセス制御に係り、より詳細には、プロセスの品質及び均一性の監視に関する。
【関連出願】
【０００２】
[0002]本出願は、２００３年６月１０日に出願された米国プロビジョナル特許出願第６０／４７７，６１１号に係り、その優先権の利益を請求し、且つそれを参考としてここに援用する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]ホールの形成は、半導体デバイス製造において共通のステップである。ホールは、通常、上に横たわる非導通（誘電体）層、例えば、酸化物層を通して半導体又は金属層へ電気的接続を行うのに使用される。ホールを形成するために、ホトレジスト層が最初にウェハ表面に堆積される。ホトレジストは、パターン化された可視又は紫外線放射に露出され、硬化され、更に、現像されて、ウェハ上に「マスク」を形成し、マスクのパターンはホールの位置に対応する。次いで、ウェハは、エッチングステーションへ移送され、そこで、誘電体層を通してその下に横たわる半導体又は金属層までホールが形成される。次いで、ホトレジストマスクが除去され、ホールに金属が充填される。ウェハ表面にトレンチ又はビアを形成する際にも、同様のマスキング及びエッチングプロセスが使用される。
【０００４】
[0004]一貫したデバイス性能を確保するために、ウェハ表面にわたる種々の場所で接触開口の深さ、巾及び底面を入念に制御しなければならない。（本特許出願及び特許請求の範囲の文脈において、「ホール」という語は、接触開口、ビア及びトレンチを含む上記形式の全ての構造を指すものとする。）ウェハ上のある場所における又はウェハ表面にわたる接触開口の寸法に偏差が生じると、接触抵抗の変動を招くことになる。これらの変動があまりに大きくなると、デバイスの性能に影響を及ぼすと共に、プロセス収率のロスを招くことになる。それ故、製造プロセスを入念に監視及び制御して、個々のデバイスに接触開口を形成する際に偏差を検出だけでなく、ウェハ表面にわたる非均一性の監視も行わねばならない。プロセスの非均一性を早期に検出すると、デバイスの製造者は修正処置をとって、均一な高い収率を確保すると共に、プロセス中にコストの高いウェハが失われるのを回避することができる。
【０００５】
[0005]この技術では、ウェハに形成されたホールを検査するために走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用することが知られている。ホールは、通常、その巾より著しく深度があるので、特殊な高アスペクト比（ＨＡＲ）像形成モードが使用される。通常、ＨＡＲ像形成は、頂部及び底部の巾や壁の厚みのようなホール寸法を測定又は検討するのに使用される。しかしながら、ＨＡＲ像形成には、幾つかの制約がある。１つの制約は、ホールの底部が接地されていないときにはホールの底部のＨＡＲ像形成クオリティが著しく制限されることである。更に、ＨＡＲ像形成は、誘電体材料、ホトレジスト材料等の異なる形式の残留物によるホール底部の閉塞の度合いに関する量的情報を生じない。その結果、ＨＡＲ像形成に基づいてエッチングプロセスを制御する能力は、かなり限定されると共に、量的なものではない。
【０００６】
[0006]ホール検査のための別の方法が、参考としてここに援用するMicroelectronics-Reliability41:3（２００１年３月）、第４５５−４５９ページに掲載されたヤマダ氏等の「An In-Line Process Monitoring MethodUsing Electron Beam Induced Substrate Current」に説明されている。又、試料電流としても知られた電子ビームシステムの補償電流が、一次電子ビームから試料を経て（即ちウェハを経て）接地点へ流れる吸収電流として定義される。換言すれば、試料電流は、二次及び後方散乱電子による一次ビーム電流と試料の全電子収率との間の差に等しい。試料電流は、一次電子ビームのエネルギーが試料の正荷電ドメインにあるか負荷電ドメインにあるかに基づいて、正又は負のいずれかになる。ヤマダ氏等は、シリコン基板の上に横たわる酸化シリコン表面層における単一ホール及びホールのグループに電子ビームを向け、それにより得られる補償電流を測定している。彼等は、補償電流が、ホール底部の酸化物厚み及びホール直径の良好な指示であることが分かった。
【０００７】
[0007]ヤマダ氏等は、参考としてここにその開示を援用する米国特許出願公告第ＵＳ２００２／００７０７３８Ａ１号にホール測定の更に別の特徴について述べている。半導体デバイスは、ホールをもたないサンプルのエリアにおいて試料電流を背景値として測定し、次いで、この値をホールのエリアで測定された電流と比較することにより検査される。電流波形を自動的に評価して、測定値がデバイスの欠陥を指示するか又はデバイスの製造に使用された製造装置の欠陥を指示するか決定する。
【０００８】
[0008]ホールを査定するための従来の幾つかの試料電流に基づく方法の欠点は、スループットが比較的控えめなことである。加えて、非常に小さなスポットの発生はコストがかかり、複雑なツールを必要とする。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]本発明は、次のステップ、即ち（ｉ）少なくとも部分的に導電性の第１層と、該第１層の上に形成された第２の誘電体層とを有するサンプルを、第２層に接触開口を形成した後、又は接触部を作成した後に、受け取るステップと、（ii）荷電粒子の高電流ビームを指向して、サンプルのエリアにわたり分布した複数の場所における非常に多数の接触開口に同時に照射させるステップと、（iii）複数の場所における非常に多数の接触開口の照射に応答して第１層に流れる試料電流を測定するステップと、（iv）測定に応答して少なくとも欠陥ホールの指示を与えるステップと、を備えたウェハ検査方法を提供する。
【００１０】
[00010]本発明は、ウェハ検査のための装置を提供する。この装置は、（ｉ）荷電粒子の高電流ビームを指向して、サンプルのエリアにわたり分布した複数の場所における非常に多数の接触開口に同時に照射させるように適応される電子ビーム源であって、サンプルは、少なくとも部分的に導電性の第１層と、該第１層の上に形成された第２の誘電体層とを有し、第２層に接触開口を形成した後のものであるような電子ビーム源と、（ii）複数の場所における非常に多数の接触開口の照射に応答して第１層に流れる試料電流を測定するよう適応される電流測定装置と、（iii）測定に応答して少なくとも欠陥ホールの指示を与えるように適応されるコントローラと、を備えている。
【００１１】
[00011]本発明の一実施形態によれば、方法及びシステムは、ダイ対ダイの比較、ダイ対ゴールデンダイの比較、及びセル対セルの比較を含む。これら全ての方法は、被検査ダイの測定電流を、以前に測定され及び／又は処理された基準電流測定値と比較することを含む。
【００１２】
[00012]本発明を理解すると共に、実際にそれをいかに実施できるか明らかにするために、添付図面を参照して好ましい実施形態を非限定例として以下に説明する。
【実施形態の詳細な説明】
【００１３】
[00021]本発明の種々の実施形態によれば、高電流荷電粒子ビームが、高スループット電流試料測定に使用される。説明を簡略化するために、この実施形態の詳細な説明は、電子ビームを参照するが、本発明は、イオンビームを含む他の荷電粒子ビームにも適用できる。
【００１４】
[00022]本発明者は、非常に短い巾の高電流電子ビームの比較的広いスポットで非常に多数のホールを照射することにより高スループット電流試料測定を達成できることが分かった。各スポットの短い巾は、高いスループットに貢献し、サンプルのダメージを防止する。高い電流は、希望の（多くのケースでは顕著な）信号対雑音比を維持しながら、巾の短いパルスを使用するのを許容する。
【００１５】
[00023]例えば、試料電流が高電流電子ビームの約２０%であり、スポットサイズが約５ｘ５μｍ２（従って、ピクセルサイズが２．５ｘ２．５μｍ２）であり、スポット当りに照射されるホールの数が約１００であり、サンプリングレートが約１６Ｍピクセル／ｓであり、ｆＢＷ＝８ＭＨｚであり、入力シャントキャパシタンスが５０ｐＦであり、且つＯＡ等価ノイズ電圧スペクトル密度が約２πＶ／√Ｈｚであると仮定すれば、約７の信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることができる。約３４μＡの電子ビームを使用することにより、この強力な電子ビームは、１ｃｍ２／ｓの走査レートを得るのを許容する。
【００１６】
[00024]満足な結果（著しいサンプルダメージが存在しないことを含む）は、スポット面積が２５μｍ２で、１４Ｍピクセル／ｓより高いサンプリングレートにおいて得ることができる。この高いサンプリングレートは、試料の加熱から生じるダメージを防止すると共に、ゲート酸化物のパンチスルーも防止する。
【００１７】
[00025]本発明者は、ＳＮＲが照射電流と検査レートとの間の比に応答することが分かった。例えば、検査レートが約１ｃｍ２／秒、０．５ｃｍ２／秒及び０．２５ｃｍ２／秒であり、且つ照射電流が約１０μＡの場合に、ＳＮＲは、約２、２．５及び９となる。
【００１８】
[00026]本発明の一実施形態に基づき、半導体ウェハ２０を概略的に示すと共に、そこに形成されたホール２６のパターン２２の細部を示す図１及び２について以下に説明する。図１は、ウェハの上面図で、パターンが嵌め込み式に拡大して示されている。図２は、図１の１Ｂ−１Ｂ線に沿って見たパターンの拡大断面図である。パターン２２は、以下に述べるように試料電流測定に使用される専用のテストパターンでもよいし、或いはウェハ２０の既知の場所に製造用ホールのグループを含むものでもよい。図１には、単一のパターン２２のみが一実施例として示されているが、この種の多数のパターンをウェハ２０の表面上に分布させたものを使用して、ウェハの種々の領域で試料電流測定を遂行することもできる。前記多数の測定は、ウェハにわたる電流のマップを与えることを含む種々の仕方で処理することができる。又、パターンは、トレンチ又はビアのような他の形式の接触開口（図示せず）を含んでもよい。
【００１９】
[00027]典型的な用途では、誘電体酸化物層３０が導電性又は半導体基底層２８の上に形成され、ホトレジスト層３２が誘電体層の上に堆積される。層２８は、ウェハのシリコン基板を含んでもよいし、或いは基板上に製造されるデバイスの一部分として使用される中間の半導体又は金属層を含んでもよい。ホール２６は、ホトリソグラフィーにより定義され、次いで、層３０を貫通して基底層２８までエッチングされる。パターン２２に高電流電子ビームを照射したときに発生する試料電流の測定値は、ホール内に層２８が露出される程度を表す。試料電流の測定を容易にするために、導電性接触パッド３３を、パターン２２の下でウェハ２０の下面に形成することができる。
【００２０】
[00028]図３Ａ−図３Ｅは、半導体ウェハのエリアの概略断面図で、異なるプロセス条件のもとでのホール２６の形成を示している。これら図面に示す例示的用途では、ホール２６は、導電率改善のためにＴｉＳｉ２を含む基板層２８の領域３４への接触を与えるものである。領域３４は、通常、この技術で知られた方法により層２８内に形成されたゲート構造体の一部分である。酸化物層３０は、通常、非ドープのシリコンガラス（ＵＳＧ）、又はホウ素燐シリコンガラス（ＢＰＳＧ）、或いは低ｋの誘電体のような材料を含み、シリコン基板とガラスとの間にはおそらく窒化物バリア層（例えば、Ｓｉ３Ｎ４、図示せず）が添加される。しかしながら、これらの図面に示す構造体は、一実施例として示すものに過ぎず、ホール２６は、他の構造体内及びその付近に同様に形成することもできる。
【００２１】
[00029]図３Ａは、理想的にエッチングされた開放ホール、即ち希望通りに領域３４をきれいに露出させるホールを示している。この図面セットの残りの図は、異なるプロセス異常の結果を示す。図３Ｂにおいて、ホール２６は、通常、例えば、エッチングプロセス又は層３０の均一性に問題があるために過少エッチングされている。従って、ホール２６の基部において露出される領域３４のエリアが希望より小さくなっている。その結果、ホール２６が電子ビームで照射されたときに発生する試料電流は、図３Ａに示す理想的にエッチングされたホールに対して発生する基準電流より小さい。この過少エッチングされたホールに金属を充填して領域３４に接触させるときには、接触抵抗が希望より高くなることがある。
【００２２】
[00030]図３Ｃでは、エッチングプロセスが強過ぎるか、又は継続時間が長過ぎて、ホール２６の過剰エッチングを招いている。このケースでは、試料電流は、通常、図３Ａのケースより大きくなる。過剰エッチングは、領域３４及び他の構造体に悪影響を及ぼすことがあり、ホール２６の基部に汚染物の堆積を招くこともある。このケースでは、試料電流が小さくなる。
【００２３】
[00031]図３Ｄは、通常、誤ったエッチングプロセス又は不充分なエッチング時間のために領域３４に到達する手前でホール２６が終了となる過少エッチングを示す。この図面におけるホール２６に対する測定試料電流は、低いものであり、従って、金属充填に続く接触抵抗は、希望より実質的に高いものとなる。
【００２４】
[00032]最後に、図３Ｅでは、ホール２６が適切にエッチングされる。しかしながら、ホトレジストポリマー残留物又は誘電体残留物のような汚染物３８がホールの基部に堆積される。この汚染物は、通常、理想的にエッチングされたホールの測定試料電流に比して、測定試料電流を減少させ、又、汚染物は、金属充填後に高い接触抵抗を生じさせることがある。
【００２５】
[00033]一般に、ウェハに高電流電子ビームを照射し、このプロセスが平衡状態に達すると、試料電流（Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎ）と、高電流（即ち高電流電子ビームの電流−Ｉｐｒｉｍａｒｙ）と、散乱電子を含む、ウェハから放射される二次電子の電流（Ｉｓｅｃｏｎｄａｒｙ）との間の関係は、この技術で知られたように、次の式で表される。Ｉｐｒｉｍａｒｙ＝Ｉｓｅｃｏｎｄａｒｙ＋Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎ。
【００２６】
[00034]試料電流が測定されると、ウェハの表面を負の予電荷でバイアスしてもよい。この予電荷の１つの作用は、接触開口内に発生した二次電子の大部分がウェハ表面を去って、Ｉｓｅｃｏｎｄａｒｙを減少し、且つＩｓｐｅｃｉｍｅｎを増加することがないように保つことである。
【００２７】
[00035]図３Ｄを参照すれば、ホール２６の基部と領域３４との間の層３０における残留誘電体材料の厚みに対する測定値Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎの敏感さは、層３０の材料と領域３４の材料との間の二次電子（ＳＥ）収率の差及び導電率の差に関係している。通常、誘電体材料のＳＥの収率は、通常＜１ＫＶである低電子ビームエネルギーの場合に、半導体又は導電性材料の収率の約２倍である。他方、層３０の誘電体材料は導電率が低いので、測定値Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎは、若干過剰エッチングされたホールでは残留誘電体厚みにほぼ比例し、又、実質的に過少エッチングのホールではゼロに近い。それ故、ウェハダイの既知の場所における所与のホール又はホールのグループに対して、測定値Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎは、０から１０ｍｍのおおよその範囲における誘電体残留厚みの敏感な指示となる。更に、異なるダイの同じ場所における測定値Ｉｓｐｅｃｉｍｅｎは、ウェハ全体にわたって一貫したものでなければならず、又、測定値の差は、プロセスの非均一性を表わすことができる。これらの非均一性及び他のプロセス欠陥は、以下に述べる試料電流マッピングの方法を使用して検出することができる。
【００２８】
[00036]本発明の実施形態に基づくホール検査及び試料電流測定のためのステーション４０を概略的に示すブロック図である図４について以下に説明する。ステーション４０は、検査中にウェハ２０が載せられる移動ステージ４４を収容するチャンバー４２を備えている。電子銃４６は、高電流電子ビームを発生してウェハ２０に指向し、その間に、電流計４８は、ウェハに発生するＩｓｐｅｃｉｍｅｎを測定する。高電流電子ビームは、比較的広く（大きなスポット）、非常に多数のホールを同時に照射し、従って、システムのスループットを高めることができる。ステーション４０の種々の電子銃及びそれに関連した部分が図７−図９に示されている。電流計は、任意であるが接触パッド３３により、当該ホールの底部で半導体層又は導電性層（例えば、図１Ｂに示す層２８）に電気的に結合される。
【００２９】
[00037]銃４６により発生された高電流電子ビームは、当該領域においてウェハにわたり走査される。高電流ビームの直径は、通常、数ミクロンを越える。
【００３０】
[00038]ステージ４４は、ウェハの多数のダイの各々における所与のホール又はホールのグループが銃４６の高電流電子ビームの下に適切に置かれるようにウェハ２０を位置させる。ステージ４４は、ｘ−ｙ−θ又はＲ−θ（並進移動／回転）ステージでよい。このように測定されるホールは、パターン２２（図１Ａ及び図１Ｂ）のような特殊なテストパターンを含んでもよいし、或いはそれとは別に又はそれに加えて、ウェハ上に製造されるマイクロエレクトロニックデバイスに使用されるべき機能的ホールを含んでもよい。ウェハの検査は、ウェハ上の全てのダイに行ってもよいし、或いはある選択されたダイのみに行ってもよい。このように評価されるホールは、エッチングクオリティを評価するように選択されてもよい。もし希望であれば、多数の異なる形式の接触開口を選択して評価してもよい。全ウェハ又はダイ或いはそのいずれかの実質的部分を走査して欠陥を探索するが、必ずしもそうではないことに注意されたい。
【００３１】
[00039]ステージ４４を位置決めし、銃４６を発射して、選択されたホール、及び任意であるが、基準エリアに高電流電子ビームを照射した後に、コントローラ５０は、電流計４８により測定されたＩｓｐｅｃｉｍｅｎ値を受け取る。コントローラは、これらの値を使用して、ホールの状態を評価し、これは、通常、ユーザワークステーション６８に表示される。本発明の実施形態によれば、ホールのグループが欠陥ホールを含むことが分かると、その欠陥ホールを決定するための高解像度測定を適用することができる。テスト結果が評価され、どんな修正動作が必要であるか決められる。評価は、通常、測定された試料電流値を、予想されるホールサイズ、材料、エッチング条件及び他の適用可能なプロセスパラメータに対して確立された基準値と比較すると共に、ウェハにわたる異なるダイで測定された試料電流値を比較するものである。又、試料電流マップのウェハ対ウェハ比較を行うこともできる。修正動作は、ホールが過少エッチングである場合には（図２Ｂ又は２Ｄに示すような）、更なるエッチングを実行するか、或いはホールの底部に堆積することのある（図２Ｅに示すように）残留ポリマーを除去することを含んでもよい。それに加えて又はそれとは別に、修正動作は、現在測定されているウェハを製造するのに使用されたホトリソグラフィーステーション及び／又はエッチング装置に対するプロセス及び整列の調整を含んでもよい。
【００３２】
[00040]ステーション４０は、高電流低解像度ビームから低電流高解像度ビームへスイッチすることにより再検討モード及び検査モードで動作することができる。
【００３３】
[00041]図５は、本発明の一実施形態に基づくプロセス監視方法２００を概略的に示すフローチャートである。
【００３４】
[00042]方法２００は、ウェハ２０が用意される初期化ステップ２１０で開始される。ウェハ２０は多数のホールを含む。ステップ２１０は、必要な走査軸に基づくウェハ２０の整列、位置合わせ、及びウェハにわたる高さ変化マップの作成を含んでもよい（このマップは、ウェハの各測定場所において電子銃４６の収束電流を制御及び予想するためにメインコントローラ５０及び銃制御ユニット５２により使用することができる）。或いは又、ステップ２１０は、収束マップを使用せずにビームの収束を制御するのに使用できる他の既知の方法を実行することを含んでもよい。前記マップは光学顕微鏡で通常得られるので、ステップ２１０は、更に、光学的及び電子ビームの焦点面の差（焦点オフセットとしても知られている）を決定することを含んでもよい。これは、光学顕微鏡により測定された焦点長さと、ＳＥＭにより測定された焦点長さとの比較を含んでもよい。焦点オフセットは、２つの測定間の差である。
【００３５】
[00043]ステップ２１０の後には、高電流電子ビームを指向して、サンプルのエリアにわたり分布された複数の場所における非常に多数の接触開口を同時に照射するステップ２２０が続く。このエリアは、通常、コントローラ又はツールユーザにより決定されると共に、通常、エリア探索プロセスにより探索され、このエリア探索プロセスは、推定される場所への機械的及び／又は電気的変位を伴うもので、その後に、像確認に基づく探索ステップが続く。
【００３６】
[00044]照射されるエリアのサイズは、高電流電子ビームのスポットサイズに応じたものである。このサイズは、一方では、スループット要求に基づいて、且つ他方では、信号対雑音比要求に基づいて、増加又は減少することができる。スポットサイズは、ホールアレイの密度、欠陥ホールがあることを指示できるに必要な電流変化強度、欠陥とみなされるホール断面偏差、等を含む種々のパラメータに応答して変更することができる。この方法は、高電流電子ビームの特性をある値にセットし、前記値を使用する間に得られる測定値を評価し、次いで、それらの値を変更すべきかどうか決定することを含んでもよい。例えば、大きなスポットサイズで希望のＳＮＲを得ることができる場合には、スポットサイズを増加してスループットを改善することができる。他方、ＳＮＲが充分に高くない場合には、スポットサイズを減少することができる。
【００３７】
[00045]ステップ２２０の後に、複数の場所における非常に多数の接触開口の照射に応答して第１層に流れる試料電流を測定するステップ２３０が続く。高いスループットを得るためには、広帯域電流測定装置が必要とされる。
【００３８】
[00046]ステップ２３０の後に、測定に応答して少なくとも欠陥ホールの指示を与えるステップ２４０が続く。この指示は、測定された試料電流値が、少なくとも１つのホールが少なくとも部分的に（又は実質的に）閉塞されたことを示すことに応答したものである。
【００３９】
[00047]本発明の態様によれば、方法２００は、更に、高電流電子ビームに応答してサンプルから放出された二次電子電流（Ｉｓｅｃｏｎｄａｒｙ）を測定するステップ２３５を備えている。ステップ２３５の後に、Ｉｓｅｃｏｎｄａｒｙ及びＩｓｐｅｃｉｍｅｎに応答して、或いは前記２つの値の間の差に応答して指示を発生できるステップ２４０が続く。
【００４０】
[00048]別の実施形態によれば、照射エリアに接近した場所にあって接触ホールを含まないエリアを照射することにより、基準電流Ｉｒｅｆｅｒｅｎｃｅを測定することができる。この電流をＩｓｐｅｃｉｍｅｎから差し引くことができる。
【００４１】
[00049]ステップ２４０の後に、付加的なエリアを照射すべきかどうか決定するステップ２５０が続く。それに加えて又はそれとは別に、ステップ２５０は、高電流ビーム特性の１つを変更する必要があるかどうか決定することを含んでもよい。前記決定の少なくとも１つが肯定である場合には、ステップ２５０の後に、照射されるべき次のエリアを決定し及び／又はビーム特性を変更するステップ２６０が続き、ステップ２２０へジャンプする。さもなければ、ステップ２５０の後に、「終了」ステップ２７０が続く。次のエリアは、所定の走査機構（ラスタ走査機構のような）に応答して決定することができる。異なる照射エリアが部分的に重畳してもよいが、必ずしもそうでなくてよい。
【００４２】
[00050]本発明の別の実施形態によれば、ステップ２４０は、測定された電流を、以前に測定された電流と比較し、及び／又はそれに加えて又はそれとは別に、別のダイからの以前に処理された測定電流と比較し（ダイ対ダイ比較）、統計学的表示或いは以前に測定された電流又は推定電流と比較し（ダイ対ゴールデンダイ）、或いは理想的に同一のセルの測定値と比較する（繰り返しパターンとも称される）ことを含む。
【００４３】
[00051]各測定には、場所を関連付けることができる。測定及びそれに関連した場所の両方が検索されると、電流試料マップを発生することができる。このマップは、ステップ２７０で発生されてもよいが、必ずしもそうでなくてよい。例示的なマップが図６に示されている。
【００４４】
[00052]図６は、本発明の実施形態に基づきウェハ２０にわたる複数の場所で測定された試料電流を示す試料電流マップ６００の概略表示である。キー６１０は、試料電流対陰影グラデーションの範囲を示す。（通常、キー６１０はカラー陰影を示す。）軸６２０は、ダイ又は他の便利な座標場所指示子を表している。対応する試料電流は、マップ上の各場所における適切な陰影で指示される。マップ６００において、ウェハダイごとに１つの試料電流値が示されている。或いは又、それより多数の又は少数の試料電流値がマップ６００に示されてもよい。マップ６００は、グラフ表示で示されているが、それとは別に又はそれに加えて、ベクトル形態のような数値表示として維持されてもよい。
【００４５】
[00053]マップ６００に示すように、ウェハのほとんどのダイにわたる試料電流の大きさは、高い（即ち強い負の）ものであった。しかしながら、ウェハの上縁及び下縁では、非常に低い試料電流の大きさが測定された。これらの低い値は、例えば、エッチングプロセスにおける非均一性又は接触の不整列を表わすことができる。マップ６００の形態は、通常、当該プロセス欠陥の形式の指示を与え、従って、適切な修正ステップをとることができる。
【００４６】
[00054]マップは、種々の比較方法の間に別のマップと比較することができる。比較は、差のマップを発生し、次いで、前記差を１つ以上のスレッシュホールドと比較することを含むことができる。差のマップ、１つ以上の比較されるマップ及びスレッシュホールド、或いはそのいずれかをユーザに表示することができる。
【００４７】
[00055]本発明の種々の実施形態が本発明者によりシミュレーションされた。第１の実施形態は、ＬａＢ６電子源１０２を含むものである。前記電子源１０２、及び電子銃の４６’の他の部分が図７に示されている。ＬａＢ６電子源は、本発明の範囲から逸脱せずに、同等の電子源（他の熱イオン源のような）と置き換えることができる。
【００４８】
[00056]しかしながら、本発明者は、ＬａＢ６電子源を使用すると、種々の効果が得られることが分かった。この電子源は、比較的高い全電流を合理的なソース輝度及び合理的な安定性と共に与える。熱イオンカソードは、大きなソースサイズを有し、これは、１０−２０μｍに制限される。従って、熱イオン源を使用すると、像平面における〜５μｍのスポットサイズに達するためにソースサイズの電子光学縮小を必要とする。この縮小は、球面及び軸ずれ収差最小化の問題を引き起こすことになる。
【００４９】
[00057]電子銃４６’は、ＬａＢ６電子源１０２を備え、その後に、銃アノード１０４、加速アノード１０６、長い磁気対物レンズ１０８、磁気偏向器１１２、及びリターディング浸漬レンズ１１６が続く。磁気偏向器１１２は、電子ビームシステムの光学軸に平行に位置され、これを通して、高電流電子ビーム（ビーム１１１と示された）が長い磁気対物レンズ１０８間及びリターディング浸漬レンズ１１６間を伝播する。
【００５０】
[00058]銃アノード１０４は、要素１０２、１０４及び１０６を含む電子レンズを調整するように動作できる。これは、電子源１０２の付近の電界を制御するのを許容する。加速アノード１０６は、静電レンズの高い加速比に到達して、アパーチャー角度及びそれに対応する収差を減少するのを許容する。長い磁気対物レンズ１０８は、球面及び軸ずれ収差を最小にするのに必要なソースサイズ縮小を与えると共に、全偏向フィールド及びビーム直交化により均質なスポット収束を与える。磁気偏向器１１２は、ビームを光学軸の外方に偏向させる。リターディング浸漬レンズ１１６は、電子ビームスポットの最終的な収束、低いエネルギーへの減速及び直交化を１０８と共に与える。
【００５１】
[00059]リターディング浸漬レンズ１１６の出口アパーチャーと電子源の先端との間の距離が７０ｍｍであり、電子源１０２が５０Ｖの電位にあり、銃アノードが３００Ｖの電位にあり、加速アノード１０６が高電流電子ビーム１１１を１０ｋｅＶまで加速する例示的構成では、種々の静電界及び磁界が得られている。それらは、図１０に示されている。これら静電界及び磁界は、１０ｋｅＶの電子を収束し、それらを非常に小さな着陸エネルギー（約１ｋｅＶの）に減速する。
【００５２】
[00060]この構成は、電子源１０２により与えられる１５μｍの仮想源を縮小して、サンプルに照射したときに像平面に５μｍの一次ぼけを形成する。収差のスポットぼけは約１．７μｍであり、一方、ビームの偏向は、約±０．２８ｍｍである。高電流電子ビームの電流が３４μＡであり、クロスオーバー直径が１５μｍであり、且つアパーチャーの半角度が１００ｍｒａｄであると仮定すれば、電子源の輝度は、約６・１０２Ａ／（ｃｍ２・ｓｔｒａｄ）である。これは、良く知られたＬａＢ６電子源により達成できる。
【００５３】
[00061]図１０は、図７の構成を使用して得ることのできる、高電流電子ビームの電流とぼけとの間の関係を示す。球面収差ぼけは、一次の幾何学的ぼけ（所与の縮小の場合に５μｍ）に比して若干小さい。
【００５４】
[00062]第２の実施形態は、ショットキー電子源１０２”を備えている。前記電子源１０２”、及び電子銃の４６”の他の部分は、図８に示されている。
【００５５】
[00063]電子銃４６”は、ショットキー電子源１０２”を備え、その後に、静電コンデンサー１２４、非常に長い磁気対物レンズ１２８、長い磁気偏向器１２２、直交化電極１２６、及び修正磁気レンズ１２８が続く。静電コンデンサー１２４は、電子銃４６”の第１レンズとして使用され、電子源１０２”から放出された高アパーチャー角度の電子を減少する。非常に長い磁気対物レンズ１２８は、電子ビームの軸ずれシフトを防止するのに使用される。電子源１０２”からの電子は、通常、約５ｋｅＶの若干高いエネルギーへ抽出される。これは、１０ｋｅＶを越えるエネルギーに加速できる第１実施形態の電子のエネルギーより低い。
【００５６】
[00064]静電（磁気）コンデンサー１２４は、アパーチャー角度を縮小して収差を最小にするように動作できる。非常に長い磁気対物レンズ１２８は、全偏向フィールドにより均質な収束を与え、球面及び軸ずれ収差を最小にする。磁気偏向器１２２は、ビームを光学軸から外方に偏向させる。直交化電極１２６及び修正磁気レンズ１２８は、ビームの均質直交化のために静電界及び磁界を結合し、減速を与えると共に、収差を最小にする。動的な直交化及びスポットサイズ調整が使用されてもよい。
【００５７】
[00065]高電流電子ビームのスポットサイズは、対物平面における高アパーチャー角度の高電流電子ビームから予想されるように、球面収差ぼけにより制限される。本発明者は、種々の理由（電流制限、球面収差、ぼけ等を含む）で、この構成では、ＬａＢ６電子源１０２より低いスループットしか与えられないことが分かった。対物平面における７５ｍｒａｄのアパーチャー半角度では、０．５−１ｍＡ／ｓＲａｄの角度的強度に対して、像平面におけるスポットサイズが約８μｍ（１６．３μｍのビームぼけ）となり且つ電流が約９−１８μＡとなる。電流が低いと、長い取得時間を必要とし、従って、スループットを低下させる。
【００５８】
[00066]図１１は、図８の構成を使用して得ることのできる、高電流電子ビームの電流とぼけとの間の関係を示す。全ぼけが球面収差ぼけより成る。対物平面においてビームアパーチャー角度を制限することによりサブミクロンスポットサイズを得ることができる。これは、ショットキーカソードに基づく概念の非常に重要な効果である。「低解像度−高電流」と「高解像度−低電流」との間の切り換えを容易にすることが、ウェハ電流検査システムにおける高精度位置合わせ及び再検討モードのための解決策である。
【００５９】
[00067]第３の実施形態によれば、電子銃４６”’は、低電流高解像度電子銃装置の変形例である。この実施形態が図９に示されている。ショットキー電子源１０２”’の後に、静電コンデンサー１２４と、第１磁気対物レンズ１３４と、静電及び磁気レンズ構成体１３６とが続き、この構成体は、磁気レンズ及びリターディング浸漬静電レンズを含むものである。この変形例は、（光学軸に対して）大きな角度範囲で放出される電子を使用するために種々のビーム制限アパーチャーを除去し、且つコンデンサー１２４のような種々の要素を導入することを含む。
【００６０】
[00068]スポットサイズは、前記実施形態で明らかなように、球面収差により制限される。対物平面におけるアパーチャー半角度が６５ｍｒａｄの場合にビームのぼけは約１４．１μｍとなった。電子源の角度的強度が０．５−１ｍＡ／ｓｔｒａｄの場合に、約６．６−１３．３μＡの電流が得られた。この電流レベルは、同等のスポットサイズを伴う上述した構成で得られるものより低い。
【００６１】
[00069]静電コンデンサー１２４は、大きな収差を回避するためにビームアパーチャー角度を縮小する。又、柔軟なビーム電流調整を与える。磁気対物レンズ１３４は、電子光学システムの球面収差係数を減少する。静電コンデンサー１２４及び磁気対物レンズ１３４は、球面収差を最小にするための複雑な投影システムを形成する。静電及び磁気レンズ構成体１３６は、全偏向フィールドによる均質なスポット収束、偏向、直交化、及び低ビームエネルギーへの減速を与える。
【００６２】
[00070]上述した実施形態は、特に、ホールの監視、より詳細には、ウェハの実質的部分の検査に向けられたが、本発明の原理は、他のクオリティ制御タスクにも適用できる。ウェハ電流に基づく検査値は、エッチング及びリソグラフィーステップ、堆積（超薄膜に対する材料厚み測定を含む）、並びにホトレジストの適用及び均一性を監視するのにも有用であろう。特に、ゲート酸化物の厚み測定、及びＤＲＡＭのキャパシタ厚み測定に有用であろう。本発明の方法は、このような特徴部の巾、及び特徴部を作り上げる層の厚みの両方の指示を与える。これらの方法は、上述した実施形態のように金属堆積の前に使用するだけでなく、金属堆積の後にも使用して、接触部、相互接続部及び金属ラインを、潜在的な切断、短絡及び他の欠陥について検査するように適応させることができる。テストステーション４０は、上述したパラメータのインライン監視のためにクラスターツールに一体化することができる。
【００６３】
[00071]従って、上述した実施形態は一例として取り上げたもので、本発明は、特に図示して説明したものに限定されないことが明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述した種々の特徴の組み合せ及び準組み合せと、前記説明を読んだときに当業者に明らかとなり且つ従来技術には開示されていないその修正及び変更の両方を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態により接触ホールのパターンが形成された半導体ウェハの概略上面図である。
【図２】図１の１Ｂ−１Ｂ線に沿ったパターンの概略断面図である。
【図３Ａ】異なるプロセス条件のもとでウェハへとエッチングされたホールを示す半導体ウェハのエリアの概略断面図である。
【図３Ｂ】異なるプロセス条件のもとでウェハへとエッチングされたホールを示す半導体ウェハのエリアの概略断面図である。
【図３Ｃ】異なるプロセス条件のもとでウェハへとエッチングされたホールを示す半導体ウェハのエリアの概略断面図である。
【図３Ｄ】異なるプロセス条件のもとでウェハへとエッチングされたホールを示す半導体ウェハのエリアの概略断面図である。
【図３Ｅ】異なるプロセス条件のもとでウェハへとエッチングされたホールを示す半導体ウェハのエリアの概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるホール検査及び試料電流マッピングのための装置を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態によるプロセス監視方法を概略的に示すフローチャートである。
【図６】電流試料マップを概略的に示す図である。
【図７】例示的電子銃構成を示す図である。
【図８】例示的電子銃構成を示す図である。
【図９】例示的電子銃構成を示す図である。
【図１０】例示的電子銃構成をシミュレーションするときに得られる磁界及び電界を示すと共に、ビームぼけ対ビーム電流特性を示す図である。
【図１１】例示的電子銃構成をシミュレーションするときに得られる磁界及び電界を示すと共に、ビームぼけ対ビーム電流特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０・・・半導体ウェハ、２２・・・パターン、２６・・・ホール、２８・・・基底層、３０・・・誘電体酸化物層、３２・・・ホトレジスト層、３３・・・接触パッド、３４・・・領域、４０・・・ホール検査及び試料電流測定ステーション、４２・・・チャンバー、４４・・・移動ステージ、４６、４６’、４６”、４６”’・・・電子銃、４８・・・電流計、６８・・・ユーザワークステーション、１０２，１０２”、１０２”’・・・電子源、１０４・・・銃アノード、１０６・・・加速アノード、１０８・・・長い磁気対物レンズ、１１２・・・磁気偏向器、１１６・・・リターディング浸漬レンズ、１２４・・・静電コンデンサー、１２６・・・直交化電極、１２８・・・非常に長い磁気対物レンズ、１２８・・・修正磁気レンズ、１３４・・・第１磁気対物レンズ、１３６・・・静電及び磁気レンズ構成体
【図１】
2007500954.tif 000003
【図２】
2007500954.tif 000004
【図３Ａ】
2007500954.tif 000005
【図３Ｂ】
2007500954.tif 000006
【図３Ｃ】
2007500954.tif 000007
【図３Ｄ】
2007500954.tif 000008
【図３Ｅ】
2007500954.tif 000009
【図４】
2007500954.tif 000010
【図５】
2007500954.tif 000011
【図６】
2007500954.tif 000012
【図７】
2007500954.tif 000013
【図８】
2007500954.tif 000014
【図９】
2007500954.tif 000015
【図１０】
2007500954.tif 000016
【図１１】
2007500954.tif 000017
【国際調査報告】
2007500954.tif 000018
2007500954.tif 000019
2007500954.tif 000020