(57)【要約】【課題】    ＳＥＭによる簡便化されたホールパターン開孔検査方法を提供する。また、この検査方法を用いることにより、自動化をされた検査装置を提供する。【解決手段】    ＳＥＭ装置の２次電子のコントラスト情報よりホールパターンの寸法曲線を得、あるしきい値でのホールパターン寸法の変化の割合（接線の傾き）を算出することで、ホールパターンの開孔状態の良否を定量的に評価する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホールパターンに電子ビームを照射して２次電子信号を得る手順と、
前記２次電子信号の強度が指定強度となる範囲をホールパターンの開孔寸法とし、第１の指定強度から前記第１の指定強度よりも大なる第２の指定強度に至る範囲における前記ホールパターンの前記開孔寸法の寸法曲線を算出する手順と、
前記第１の値と前記第２の値との間の第３の指定強度における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手順と、
前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手順と、
を備えたことを特徴とするホールパターン検査方法。
【請求項２】
前記第１の指定強度は、前記２次電子信号の最小値であり、
前記第２の指定強度は、前記２次電子信号の最大値であり、
前記第３の指定強度は、前記第１及び第２の指定強度の略平均値であることを特徴とする請求項１記載のホールパターン検査方法。
【請求項３】
前記変化の割合が所定値よりも小なるときに前記ホールパターンの形成状態を良と判定することを特徴とする請求項２記載のホールパターン検査方法。
【請求項４】
前記第１の指定強度の近傍における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手順と、
前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手順と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のホールパターン検査方法。
【請求項５】
前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合が所定値よりも大なるときに前記ホールパターンの形成状態を良と判定することを特徴とする請求項４記載のホールパターン検査方法。
【請求項６】
ホールパターンに電子ビームを照射して２次電子信号を得る手段と、
前記２次電子信号の強度が指定強度となる範囲をホールパターンの開孔寸法とし、第１の指定強度から前記第１の指定強度よりも大なる第２の指定強度に至る範囲における前記ホールパターンの前記開孔寸法の寸法曲線を算出する手段と、
前記第１の値と前記第２の値との間の第３の指定強度における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手段と、
前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手段と、
を備えたことを特徴とするホールパターン検査装置。
【請求項７】
前記第１の指定強度の近傍における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手段と、
前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のホールパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホールパターン検査方法及びホールパターン検査装置に関し、より詳細には、半導体デバイスなどの製造に際して２次電子などを用いて微細なホール（穴）パターンの開孔状態を確実且つ容易に識別できるホールパターン検査方法及びホールパターン検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置などの半導体デバイスは、幾重にも重なった層状の配線層を有し、各々の配線層間には絶縁層が設けられている。この半導体デバイスを電気回路として成り立たせるためには、絶縁層の所望箇所に「コンタクトホール（contact hole）」あるいは「ビアホール（via hole）」などと呼ばれる孔を形成し、導電性材料を充填して各配線層間を電気的に接続する必要がある。
【０００３】
図６は、コンタクトホールの形成工程を表す工程断面図である。  
半導体基板や下層配線層からなる下地５００の上には、ＳｉＯ２等の被エッチング膜５０１が設けられている。まず、この被エッチング膜５０１の上に、リソグラフィ工程によってマスク５０２を形成する。具体的には、「フォトレジスト」などと呼ばれる感光性の高分子膜を形成し、アルカリ現像を施して微細なホールパターンを形成する（図６（ａ））。  
次に、エッチング工程によって、マスク５０２をエッチング阻止部として機能させ、被エッチング膜５０１にマスクパターンの転写像であるホールパターンを形成する（図６（ｂ））。  
続いて、このホールパターンに導電性の材料５０３を埋め込んで、接続部を形成する（図６（ｃ））。
【０００４】
以上説明した工程からも分かるように、マスク５０２や被エッチング膜５０１に形成するホールパターンは、厳密に開孔していることが必要である。このようなホールパターンの開孔状態の検査は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）で行うことができる。すなわち、ホールパターンが所望の開孔状態を有するか否かは、ＳＥＭによる寸法の測定値が特異的でないこと、および２次電子のコントラスト像におけるホール底部の見え方が異常でないこと等から判断していた。このうち、寸法の測定値が特異的でないかの判断は、基準値との比較によって一意的に決めることができるため、自動化は容易である。しかし、ホール底部の見え方が異常でないかの判断は、人手による作業が必要となり、ＳＥＭ検査の自動化に対する大きな障害となっていた。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の検査方法においては、ホールパターンが開孔しているかどうかの判断に人手による作業が必要となり、大きな労力を要していた。さらに、近年ではホールパターンの微細化に伴って、ホール底部から得られる２次電子の情報量が大幅に低減し、ホール底部のＳＥＭ像の見え方が不鮮明となり、人手による判断作業も困難になってきた。
【０００６】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ＳＥＭなどによる簡便化されたホールパターン検査方法を提供することにある。また、この検査方法を用いることにより、自動化をされたホールパターン検査装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図７は、ＳＥＭにおけるパターン寸法の決定方法を示した模式図である。
【０００８】
ＳＥＭを用いた場合、パターンの形状に依存して２次電子の強度が変動する現象を利用し、２次電子のコントラスト情報を用いることによってパターン寸法を決定できる。図７（ａ）はホールパターン６０１の断面形状、図７（ｂ）はホールパターン６０１の２次電子のコントラスト波形６０２をそれぞれ表す。
【０００９】
ホールパターン寸法は、ある特定の２次電子強度（以下、「しきい値」と称する）におけるエッジ間の距離、すなわち、コントラスト波形６０２と、しきい値に対応する直線６０３と、が交差する線分６０４の長さによって求められる。２次電子強度のしきい値としては、２次電子強度の最大値と最小値の５０パーセント程度の値を用いることができる。これは、ホールパターン側壁部の側壁の状態をよく表現できることと、安定した測定が行えるからである。
【００１０】
コントラスト波形６０２は、ホールパターン上部の開孔端の角部では２次電子が放出されやすく、強度は強くなる。ホールパターン側壁部では、その傾きと深さに応じた強度となり、底部では、その材質と深さに応じた強度を有する。このように、ＳＥＭ観察で得られる２次電子のコントラスト波形の形状は、ホールパターンの断面形状を強く反映した形となる。従って、このコントラスト波形を用いて、あらゆるしきい値におけるパターン寸法を詳細に調べれば、パターン形状を詳細に把握することが可能となる。
【００１１】
本発明では、あらゆるしきい値におけるパターン寸法を詳細に調べ、所定のしきい値でのホールパターン寸法の変化の割合を知ることで、パターンの断面形状を定量的に評価する検査方法を提供するものである。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、
ホールパターンに電子ビームを照射して２次電子信号を得る手順と、
前記２次電子信号の強度が指定強度となる範囲をホールパターンの開孔寸法とし、第１の指定強度から前記第１の指定強度よりも大なる第２の指定強度に至る範囲における前記ホールパターンの前記開孔寸法の寸法曲線を算出する手順と、
前記第１の値と前記第２の値との間の第３の指定強度における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手順と、
前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手順と、
を備えたことを特徴とするホールパターン検査方法が提供される。
【００１３】
ここで、前記第１の指定強度は、前記２次電子信号の最小値であり、前記第２の指定強度は、前記２次電子信号の最大値であり、前記第３の指定強度は、前記第１及び第２の指定強度の略平均値であるものとすることができる。
【００１４】
また、前記変化の割合が所定値よりも小なるときに前記ホールパターンの形成状態を良と判定することができる。
【００１５】
また、前記第１の指定強度の近傍における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手順と、前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手順と、をさらに備えたものとすることができる。
【００１６】
またこの場合、前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合が所定値よりも大なるときに前記ホールパターンの形成状態を良と判定することができる。
【００１７】
または、本発明によれば、
ホールパターンに電子ビームを照射して２次電子信号を得る手段と、
前記２次電子信号の強度が指定強度となる範囲をホールパターンの開孔寸法とし、第１の指定強度から前記第１の指定強度よりも大なる第２の指定強度に至る範囲における前記ホールパターンの前記開孔寸法の寸法曲線を算出する手段と、
前記第１の値と前記第２の値との間の第３の指定強度における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手段と、
前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手段と、
を備えたことを特徴とするホールパターン検査装置が提供される。
【００１８】
ここで、前記第１の指定強度の近傍における前記開孔寸法の寸法曲線の変化の割合を算出する手段と、前記第１の指定強度の近傍における前記変化の割合から、前記ホールパターンの形成状態の良否を判定する手段と、をさらに備えたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、あらゆるしきい値におけるホールパターン寸法を詳細に調べることでホールパターンの断面形状を定量的に評価することが可能となる。また、このとき、あるしきい値でのホールパターン寸法の変化の割合を用いて、ホールパターン形状の良否を判定できるので、ホールパターンの開孔状態を自動的に識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態にかかるホールパターン検査方法を表すフローチャートである。  
すなわち、本実施形態においては、まず、ステップＳ１０２において、被測定体の２次電子信号波形を取得する。具体的には、例えば、ホールパターンを形成したウェーハをＳＥＭに設置して電子線を照射し、ホールパターンの形状に対応した２次電子の信号波形を取得する。
【００２２】
図２は、ホールパターンの断面形状を例示する模式図である。図２（ａ）はパターン底部の開孔状態が良好なパターン１０１を、図２（ｂ）はパターン底部の開孔状態が良くないパターン１０２をそれぞれ表す。ホールパターン１０１は、側壁が直線状で、側壁と底部との境界形状もシャープである。一方、ホールパターン１０２は、側壁の直線区間が短く、側壁と底部との境界形状も丸みを帯びている。
【００２３】
図３は、図２に表したホールパターンの２次電子コントラスト波形を表す模式図である。すなわち、図３（ａ）は図２（ａ）のパターン１０１のコントラスト波形２０１を、図３（ｂ）は図２（ｂ）のパターン１０２のコントラスト波形２０２をそれぞれ表す。コントラスト波形２０１と２０２とを比較すると、コントラスト波形２０２では側壁部の傾きがなだらかであり、側壁部と底部との境界領域の曲半径も大きくなっていることが分かる。
【００２４】
再び図１に戻って説明を続けると、次に、ステップＳ１０４において、パターン寸法曲線を演算する。すなわち、ステップＳ１０２において取得した２次電子信号波形から、それぞれのしきい値におけるホールパターンの開孔寸法を算出する。
【００２５】
図４は、しきい値を０から１００パーセントまで変化させた場合の、コントラスト波形から求めたパターン寸法を示したグラフである。すなわち、同図の横軸はしきい値を表し、縦軸はしきい値５０パーセントにおけるパターン寸法を１．０としたときのパターン寸法を表す。ここで、しきい値５０パーセントを基準としたのは、この付近において安定したパターン寸法が得られるからである。
【００２６】
図４（ａ）は図３（ａ）より求めた寸法曲線３０１を表し、図４（ｂ）は図３（ｂ）より求めた寸法曲線３０２を表す。寸法曲線３０１、および３０２は、しきい値が５０パーセント付近から小さくなるに従い、寸法が直線的に減少し、ある値を境に急激に減少する傾向にある。この急激に寸法が小さくなる点がホールパターンの側壁部と底部との境界領域付近であり、寸法曲線のカーブが底部のパターン形状を反映していることが分かる。
【００２７】
再び図１に戻って説明を続けると、次に、ステップＳ１０６において、所定のしきい値における傾きを算出する。すなわち、図４に例示したような寸法曲線において、所定のしきい値における曲線の傾きを算出する。
【００２８】
例えば、図４（ａ）、（ｂ）において、寸法が直線的に減少する区間のあるしきい値、例えばしきい値５０パーセントのときの接線を、それぞれ接線３０３、３０４とすると、
（接線３０３の傾き）  ＜  （接線３０４の傾き）
となる。
【００２９】
つまり、しきい値５０パーセントの時の傾きは、ホールパターン１０１のほうがホールパターン１０２よりも小さい。これは、図２及び図３からも分かるように、ホールパターンの側壁がより急峻に形成されている場合には、寸法曲線における直線部の傾斜が小さくなるからである。
【００３０】
従って、この場合には、図１に表したステップＳ１０８において、しきい値５０パーセントにおける傾きが所定値以下の場合に、ホールパターンの開孔状態は良好であると判定できる。
【００３１】
一方、寸法が急激に減少する区間のあるしきい値、例えばしきい値５パーセントのときの接線を、それぞれ接線３０５、３０６とすると、
（接線３０５の傾き）  ＞  （接線３０６の傾き）
となる。
【００３２】
つまり、しきい値５パーセントの時の傾きは、ホールパターン１０１のほうがホールパターン１０２よりも大きい。これは、図２及び図３からも分かるように、ホールパターンの側壁がより急峻に形成されている場合には、開孔の底部付近における寸法曲線の傾斜が大きくなるからである。
【００３３】
従って、この場合には、図１に表したステップＳ１０８において、しきい値５パーセントにおける傾きが所定値以上の場合に、ホールパターンの開孔状態は良好であると判定できる。
【００３４】
すなわち、図２〜３から分かるように、しきい値５０パーセント時の接線の傾きが小さく、しきい値５パーセント時の接線の傾きが大きいホールパターン１０１の方が開孔状態が良いと判断できる。ここでは、ホールパターンの側壁部と底部の境界領域としてしきい値５パーセントを例に示したが、しきい値の最小値に近い値であればよい。
【００３５】
本発明者が、多くの開孔状態のパターンにおいて、コントラスト波形より求めた寸法曲線の接線の傾きを調べたところ、開孔状態が良好なパターンにおいては
（接線３０３の傾き）  ＜  ０．２
（接線３０５の傾き）  ＞  ２０
という結果が得られた。
【００３６】
つまり、ホールパターンの検査時に、しきい値を最小値から最大値まで変化させて寸法曲線を得、しきい値５０パーセント時の接線の傾きを算出し、この値が０．２以上である場合に、開孔状態を「ＮＧ」と判定することができる。
【００３７】
同様に、しきい値を最小値から最大値まで変化させて寸法曲線を得、しきい値５パーセント時の接線の傾きを算出し、この値が２０以下である場合に、開孔状態を「ＮＧ」と判定することができる。
【００３８】
このように、ホールパターンの開孔状態の良し悪しは、寸法曲線の接線の傾きの大小によって判定できる。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態にかかるホールパターン検査装置の要部構成を例示するブロック図である。  
ホールパターン検査装置４０は、ＳＥＭ装置４０１と、コンピュータ４０２と、入力部４０３と、を備える。ＳＥＭ装置４０１は、電子光学系４０４と、被測定体Ｓを載置するステージ４０５と、電子光学系処理部４０６と、２次電子検出器４０７と、信号処理部４０８と、より構成される。電子光学系４０４は、電子ビームを生成して検査対象であるホールパターンが形成された被測定体Ｓに電子ビームを照射する。２次電子検出器４０７は、電子ビームの照射により被測定体Ｓの表面から放出された２次電子を検出する。信号処理部４０８は、２次電子検出器４０７により検出された２次電子を変換して２次電子信号としてコンピュータ４０２に供給する。コンピュータ４０２は、装置全体を制御する。コンピュータ４０２は、ＳＥＭ装置４０１から供給される、２次電子信号を処理し、上記ホールパターン検査方法で説明した手順により、ホールパターンの形状の良否を判定する。入力部４０３は、コンピュータ４０２に接続されており、しきい値データ、接線の傾きのデータを入力が可能である。
【００４０】
入力部４０３によって、ホールパターン検査装置に、例えばしきい値５０パーセント時の寸法曲線の接線の傾きが０．２以上である場合に、開孔状態を「ＮＧ」と判定する旨を設定することで、これ以降のパターン検査を自動で行うことができる。
【００４１】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、本発明は、コンタクトホールやビアホールの開孔状態を測定するためのみに用いられるものではなく、例えば、キャパシタやゲート構造を得るためのトレンチや、素子間絶縁層を形成するためのトレンチなど、各種の孔の開孔状態の測定に適用して同様の作用効果が得られる。また、その測定装置は、ＳＥＭを用いたものには限定されず、被測定体に電子線を照射して２次電子を検出可能としたものであればよい。
半導体集積回路のウェーハ上にレジストを形成した被処理体に電子線描画を行うための電子線描画データの検証にも適用できる。
【００４３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのホールパターン検査方法及びホールパターン検査装置は本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるホールパターン検査方法を表すフローチャートである。
【図２】ホールパターンの断面形状を示す模式図である。
【図３】図２に表したホールパターンのコントラスト波形を示す模式図である。
【図４】図３に表したコントラスト波形から求めたパターン寸法寸法曲線を示したグラフである。
【図５】本発明のホールパターン検査方法を用いた検査装置のブロック図である。
【図６】コンタクトホール形成の工程を示す模式図である。
【図７】ＳＥＭにおけるパターン寸法の決定方法を表す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１ 、１０２、６０１   ホールパターン
４０    ホールパターン検査装置
４０１   ＳＥＭ装置
４０２   コンピュータ
４０３   入力部
４０４   電子光学系
４０５   ステージ
４０６   電子光学系処理部
４０７   ２次電子検出器
４０８   信号処理部
５０１   被エッチング膜
５０２   フォトレジスト
５０３   導電性材料
【図１】
2005233757.tif 000003
【図２】
2005233757.tif 000004
【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７】
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