(57)【要約】【課題】基板測定装置および基板測定方法を提供する。【解決手段】本発明は基板測定装置に関するものであり、前記装置は参照値格納部３００、電流測定部２００、および特性値算出部４００を有する。参照値格納部３００は基板上の誘電膜に形成されたコンタクトホールの特性値および基板１０に電子が照射されるときに基板に流れる電流値を相互に関係付けて格納し、電流測定部２００は検査基板１０に電子が照射されるとき、検査基板１０に流れる電流値を測定する。特性値算出部４００は検査基板１０で測定された電流値と参照値格納部３００に格納された特性値および電流値を利用して検査基板１０でコンタクトホールの特性値を算出する。コンタクトホールの特性値はコンタクトホールによって露出される基板の面積やコンタクトホール内に残留する膜の厚さでありうる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定する装置であって、
サンプル基板に電子ビームを照射するときに当該サンプル基板に流れる電流値および当該サンプル基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値が相互に関係付けられて格納された参照値格納部と、
前記検査基板上に電子ビームを照射する電子照射部と、
前記検査基板に流れる電流値を測定する電流測定部と、
前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて、前記電流測定部で測定された電流値から、前記検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を算出する特性値算出部と、を含むことを特徴とする基板測定装置。
【請求項２】
前記参照値格納部に格納された電流値は、時間の推移に応じて連続的に測定された値であることを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項３】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値のグラフ表示と対応付けられることを特徴とする請求項２に記載の基板測定装置。
【請求項４】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値の収斂値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられることを特徴とする請求項２に記載の基板測定装置。
【請求項５】
前記コンタクトホールの特性値は、当該コンタクトホールによって露出される前記検査基板またはサンプル基板の露出面積を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項６】
前記コンタクトホールの特性値は、前記検査基板またはサンプル基板のコンタクトホール内に残留する物質の厚さを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項７】
前記検査基板に照射された電子によって、当該検査基板上の物質膜または当該検査基板の表面から放出される二次電子から、当該検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定する走査電子顕微鏡と、
前記検査基板において、コンタクトホールの入口面積と当該検査基板の露出面積とを比べる比較部と、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の基板測定装置。
【請求項８】
前記コンタクトホールによって露出させようとする検査基板の露出面積の設定値が格納された設定値格納部と、
前記設定値格納部に格納された露出面積の設定値と前記特性値算出部で算出された前記検査基板の露出面積とを比べる比較部と、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の基板測定装置。
【請求項９】
前記装置は、
前記検査基板に照射された電子によって、当該検査基板上の物質膜または当該検査基板の表面から放出される二次電子から、当該検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定する走査電子顕微鏡をさらに含み、
前記電子照射部は、コンタクトホールが複数個形成された検査領域に電子ビームを照射し、
前記走査電子顕微鏡は、測定した前記複数のコンタクトホールの入口面積の総和を前記検査領域内に形成された前記複数のコンタクトホールの数で割って一つのコンタクトホールに対する平均入口面積を算出し、
前記参照値格納部に特性値として格納された前記サンプル基板の露出面積は、前記サンプル基板において一つのコンタクトホールによって露出される当該サンプル基板の露出面積の平均値であることを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項１０】
前記検査基板または前記サンプル基板においてコンタクトホールは円形に形成され、
前記コンタクトホールの特性値は、前記コンタクトホールによって露出される露出面の直径を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項１１】
前記物質膜は、誘電膜であることを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項１２】
前記物質膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、またはハフニウム酸化膜のうちのいずれか一つからなる膜、または、これらが積層された複合膜であることを特徴とする請求項１に記載の基板測定装置。
【請求項１３】
検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定する装置であって、
サンプル基板に電子ビームを照射するときに当該サンプル基板に流れる電流値および前記サンプル基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値が相互に関係付けられて格納された参照値格納部と、
前記検査基板上に電子ビームを照射する電子照射部と、
前記検査基板に流れる電流値を測定する電流測定部と、
前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて、前記電流測定部で測定された電流値から、コンタクトホールによって露出される前記検査基板の露出面積を算出する算出部と、
前記検査基板に照射された電子によって、当該検査基板上の物質膜の表面または当該検査基板から放出される二次電子から、当該検査基板に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定する走査電子顕微鏡と、
前記検査基板において、前記コンタクトホールの入口面積と当該検査基板の露出面積とを比べる比較部と、を含み、
前記参照値格納部に格納された電流値は、時間の推移に応じて連続的に測定された値であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１４】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値のグラフ表示と対応付けられることを特徴とする請求項１３に記載の基板測定装置。
【請求項１５】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値の収斂値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられることを特徴とする請求項１３に記載の基板測定装置。
【請求項１６】
前記物質膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、またはハフニウム酸化膜のうちのいずれか一つからなる膜、または、これらが積層された複合膜であることを特徴とする請求項１３に記載の基板測定装置。
【請求項１７】
検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定する装置であって、
サンプル基板に電子ビームを照射するときに当該サンプル基板に流れる電流値および当該サンプル基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値が相互に関係付けられて格納された参照値格納部と、
前記検査基板上に電子ビームを照射する電子照射部と、
前記検査基板に流れる電流値を測定する電流測定部と、
前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて、前記電流測定部で測定された電流値から、コンタクトホールによって露出される前記検査基板の露出面積を算出する算出部と、
前記検査基板において、前記コンタクトホールによって露出させようとする露出面積の設定値が格納された設定値格納部と、
前記設定値格納部に格納された露出面積の設定値と前記算出部で算出された前記検査基板の露出面積とを比べる比較部と、をさらに含み、
前記参照値格納部に格納された電流値は、時間の推移に応じて連続的に測定された値であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１８】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値のグラフ表示と対応付けられることを特徴とする請求項１７に記載の基板測定装置。
【請求項１９】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値で収斂される値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられることを特徴とする請求項１７に記載の基板測定装置。
【請求項２０】
前記物質膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、またはハフニウム酸化膜のうちのいずれか一つからなる膜、または、これらが積層された複合膜であることを特徴とする請求項１７に記載の基板測定装置。
【請求項２１】
検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定する方法であって、
サンプル基板に電子ビームを照射するときに当該サンプル基板に流れる電流値および当該サンプル基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を相互に関係付けて参照値格納部に格納する段階と、
前記検査基板がステージに置かれる段階と、
前記検査基板上に電子ビームが照射される段階と、
前記検査基板に流れる電流値を測定する段階と、
前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて、前記電流値を測定する段階で測定された電流値から、前記検査基板に形成されたコンタクトホールの特性値を算出する段階と、を含むことを特徴とする基板測定方法。
【請求項２２】
前記参照値格納部に格納された電流値は、時間の推移に応じて連続的に測定された値であることを特徴とする請求項２１に記載の基板測定方法。
【請求項２３】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値のグラフ表示と対応付けられることを特徴とする請求項２２に記載の基板測定方法。
【請求項２４】
前記参照値格納部に格納された特性値は、前記電流値の収斂値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられることを特徴とする請求項２２に記載の基板測定方法。
【請求項２５】
前記コンタクトホールの特性値は、当該コンタクトホールによって露出される前記検査基板またはサンプル基板の露出面積を含むことを特徴とする請求項２１に記載の基板測定方法。
【請求項２６】
走査電子顕微鏡において、前記検査基板に電子ビームを照射するときに、当該検査基板の表面から放出される二次電子から、当該検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定する段階と、
前記検査基板において、前記コンタクトホールの入口面積と露出面積とを比べる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の基板測定方法。
【請求項２７】
前記走査電子顕微鏡は、前記コンタクトホールが複数個形成された検査領域において測定した当該複数のコンタクトホールの入口面積の総和を当該検査領域内に形成された当該複数のコンタクトホールの数で割ってコンタクトホールの平均入口面積を算出し、
前記参照値格納部に特性値として格納された前記サンプル基板の露出面積は、当該サンプル基板において一つのコンタクトホールによって露出される当該サンプル基板の露出面積の平均値であることを特徴とする請求項２６に記載の基板測定方法。
【請求項２８】
前記検査基板において、前記コンタクトホールによって露出させようとする露出面積の設定値と前記検査基板において算出された露出面積とを比べる段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の基板測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板を測定する装置及び方法に関するものであり、さらに詳細には基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に半導体素子は蒸着、露光、およびエッチングなどの工程を繰り返すことによって、シリコンウェーハ(Ｓｉ  ｗａｆｅｒ)のような半導体基板上に半導体素子の特性によるパターン(ｐａｔｔｅｒｎ)を形成することによって製造される。このような半導体素子において、層間誘電膜を挟んでいた上下部導電体間の電気的接続が要求される。このような場合、上下部導電体は層間誘電膜を貫通して下部導電体の所定領域を露出させるコンタクトホールを通じて接続される。上部導電体の一部、または第３の導電体がコンタクトホールを満たすことによって上下部導電体は互いに電気的に接続されることができる。コンタクトホールはシリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の一定領域を、エッチングガスを使って除去することによって形成される。
【０００３】
コンタクトホールが決められた幅(または広さ)で形成されることは非常に重要である。エッチングの後、コンタクトホールによって露出される面積が設定された値より小さいか、エッチングが完全に行われなくて残留物質がコンタクトホール内に残れば、抵抗値が大きく増加し、これによって上下部導電体間の電気的接続に不良が発生する。
【０００４】
したがって、コンタクトホールの形成の以後、コンタクトホールが正確に形成されたか否かを検査する工程が実行される。一般的に、コンタクトホールの検査はウェーハを切断してこれの垂直面プロファイルを確認することによって行われるか、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)などを利用して作業者が肉眼で判断することによって行われている。これらの方法のうちでウェーハの垂直面プロファイルを確認する方法は比較的正確であるが、ウェーハの無駄使いが多くて、検査に多くの時間がかかる。また、作業者が肉眼で判断する方法は検査に多くの時間がかかるだけではなく、検査信頼度が大きく低下する。ウェーハが大口径化されて、パターンが徐々に微細化されることによって上述の問題はさらに大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は半導体基板上の誘電膜に形成されたコンタクトホールの特性値を効果的に測定することができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために本発明の基板測定装置は、参照値格納部、電子照射部、電流測定部、および特性値算出部を有する。前記参照値格納部はサンプル基板に電子ビームを照射するときに、当該サンプル基板に流れる電流値および当該サンプル基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を相互に関係付けて格納する。前記電子照射部は検査基板に電子ビームを照射し、前記電流測定部は前記検査基板に流れる電流値を測定する。前記特性値算出部は前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて前記電流測定部で測定された電流値から前記検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を算出する。
【０００７】
前記参照値格納部に格納された前記電流値は時間の推移に応じて連続的に測定される。前記参照値格納部に格納された特性値は前記電流値のグラフ表示と対応付けられるか、前記電流値の関数で収斂値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられる。前記コンタクトホールの特性値は前記コンタクトホールによって露出される前記検査基板の露出面積、および、前記検査基板のコンタクトホール内に残留する物質の厚さを含む。前記検査基板において前記コンタクトホールが円形に形成された場合、前記コンタクトホールの特性値は前記コンタクトホールによって露出される露出面の直径を含むことができる。
【０００８】
一例によれば、設定値格納部と比較部が前記装置にさらに提供されることができる。前記設定値格納部は前記検査基板で前記コンタクトホールによって露出させようとする露出面積の設定値を格納し、前記比較部は前記設定値格納部に格納された露出面積の設定値と前記特性値算出部から算出された前記検査基板の露出面積とを比べる。
【０００９】
一例によれば、走査電子顕微鏡と比較部が前記装置にさらに提供されることができる。前記走査電子顕微鏡は前記検査基板に照射された電子によって前記検査基板に形成された物質膜や前記検査基板の表面から放出される二次電子から前記検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定し、前記比較部は前記コンタクトホールの入口面積と前記検査基板の露出面積とを比べる。
【００１０】
前記電子照射部は前記コンタクトホールが複数個形成された検査領域に電子ビームを照射し、算出された前記複数のコンタクトホールの露出面積の総和を前記走査電子顕微鏡で検出された前記検査領域内に形成された前記複数のコンタクトホールの数で割って一つのコンタクトホールに対する平均面積を算出し、前記参照値格納部に特性値として格納された前記サンプル基板の露出面積は前記サンプル基板で一つのコンタクトホールによって露出される当該サンプル基板の露出面積の平均値であることが望ましい。
【００１１】
また、前記物質膜は誘電膜であり、前記物質膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、またはハフニウム酸化膜のうちのいずれか一つからなる膜、または、これらが積層された複合膜でありうる。
【００１２】
また、本発明の基板測定方法は、サンプル基板に電子ビームを照射して当該サンプル基板に流れる電流値および当該サンプル基板に形成されたコンタクトホールの特性値を相互に関係付けて参照値格納部に格納する段階と、検査基板がステージに置かれる段階と、前記検査基板上に電子が照射される段階と、前記基板に流れる電流値を測定する段階と、前記参照値格納部に格納された電流値および特性値に基づいて前記電流値を測定する段階で測定された電流値から前記検査基板に形成されたコンタクトホールの特性値を算出する段階と、を含む。
【００１３】
前記参照値格納部に格納された前記コンタクトホールの特性値は前記電流値のグラフ表示と対応付けられるか、前記電流値の関数で収斂値、極値、および収斂までのグラフ表示の組み合わせと対応付けられることができる。
【００１４】
前記コンタクトホールの特性値は前記コンタクトホールによって露出される前記検査基板の露出面積と前記コンタクトホール内に残留する物質の厚さを含む。前記検査基板において前記コンタクトホールが円形に形成された場合、前記コンタクトホールの特性値は当該コンタクトホールによって露出される露出面の直径を含むことができる。
【００１５】
一例によれば、前記方法は走査電子顕微鏡において前記検査基板に電子ビームを照射するときに、前記基板の表面から放出される二次電子から前記検査基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの入口面積を測定する段階と、前記検査基板で前記コンタクトホールの入口面積と前記検査基板の露出面積とを比べる段階と、を含むことができる。
【００１６】
前記走査電子顕微鏡は前記コンタクトホールが複数個形成された検査領域において測定した前記複数のコンタクトホールの面積の総和を前記検査領域内に形成された前記複数のコンタクトホールの数で割ってコンタクトホールの平均入口面積を算出する。前記参照値格納部に特性値として格納された前記サンプル基板の露出面積は前記サンプル基板で一つのコンタクトホールによって露出される当該サンプル基板の露出面積の平均値であることが望ましい。
【００１７】
他の例によれば、前記方法は前記検査基板で前記コンタクトホールによって露出させようとする露出面積の設定値と前記検査基板の露出面積とを比べる段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コンタクトホールによって露出される基板の露出面積およびコンタクトホール内に堆積された残留物質の厚さのようなコンタクトホールの特性値を容易に測定することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、コンタクトホールの形成のためのエッチング工程が正常に実行されたか否かを容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。前記図において、同一の機能を実行する構成要素に対しては同一の参照符号が併記されている。本発明の実施の形態は様々な形態で変形されることができ、本発明の範囲が下記の説明の実施の形態によって限定されることで解釈されてはいけない。本実施の形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形象はより明確な説明のため誇張されたものである。
【００２１】
また、本実施の形態で基板はシリコン基板であるか、上部に所定の膜が蒸着された状態の基板でありうる。また、本実施の形態で基板上に堆積された物質膜は、誘電膜であって、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、またはハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２）のうちのいずれか一つからなる膜であるか、これらが積層された複合膜でありうる。本実施の形態で基板測定装置は半導体基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値を測定し、これを利用してコンタクトホール形成のためのエッチング工程が正常に実行されたか否かを検査する装置である。コンタクトホールの特性値とは、コンタクトホール内に導電体が満たされてコンタクトホールが形成された物質膜の上下部導電体を電気的に連結するとき、抵抗値に影響を及ぼすことができる値である。
【００２２】
図１は本発明の望ましい一実施の形態による基板測定装置を概略的に示す図面である。図１を参照すれば、基板測定装置は、ステージ（ｓｔａｇｅ）１００、電子照射部（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｒａｄｉａｔｏｒ）１４０、電流測定部（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｐａｒｔ）２００、参照値格納部（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｖａｌｖｅ  ｓｔｏｒａｇｅ）３００、および特性値算出部（ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｖａｌｕｅ  ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）４００を有する。ステージ１００は、測定される基板１０が置かれる部分であり、ステージ１００と基板１０との間には電極１２０が置かれることができる。電子照射部１４０は基板１０上の一定領域に電子を照射する。電子照射部１４０は内部で電子ビームを生成し、生成された電子ビームを加速させて基板に照射する電子ビーム照射装置が使用される。本実施の形態ではパターンが形成されたセル領域で直接測定が行われるように電子はセル領域に照射される。以下、電子が照射される基板上の領域を検査領域という。電子ビーム制御部１６０は電子が基板上の検査領域に全体的に照射されるように電子照射部１４０を移動させる。電子ビームを生成して電子を照射する電子ビーム照射装置は広く使われているので、電子ビーム照射装置に対する詳細な説明は省略する。電子照射部１４０はＭＴＭ（多灯式）カソード、ナノチューブロープのような様々な方法を使用して電子を生成し、生成された電子を基板に照射することができる。
【００２３】
図２は基板１０に電子が照射されるとき、基板１０での電子の流れを示す図面である。基板１０に電子が照射されれば、基板１０上に堆積された誘電膜１２から二次電子２４が放出される。誘電膜１２から放出された２次電子２４を償うために基板１０から誘電膜１２に電子２６が流れる。また、電子照射部１４０から照射された電子の一部２８は基板１０に流れる。基板内の電子２６，２８の移動によって基板には電流が流れる。電流測定部２００は基板１０に流れる電流を測定する部分として、電子が照射される時点から連続的に基板１０に流れる電流を測定する。
【００２４】
基板１０に流れる電流は様々な要素によって影響を受ける。例えば、基板１０上に形成された誘電膜１２の種類、誘電膜１２の厚さ、誘電膜１２内に含有されたイオンの成分、誘電膜１２が複合膜からなる場合に複合膜を構成する各々の膜の厚さ、誘電膜１２に形成されたコンタクトホール(図１０Ａの１４)によって露出される基板の面積(図１０Ａの１４ａ、以下、露出面積という)、コンタクトホール１４内に物質が残留するか否か、および残留物質の厚さ、そして電子照射部１４０で電子を加速する加速電圧などによって基板１０に流れる電流値は異なっている。
【００２５】
図３乃至図５は様々な条件で基板に流れる電流を時間の経過によって示すグラフである。図３は加速電圧と誘電膜の厚さが変化するとき、基板に流れる電流値を示す図面である。基板はシリコン基板であり、誘電膜はシリコン酸化膜である。図３のグラフは誘電膜の厚さが３３Å(グラフ‘ａ’)及び７５Å(グラフ‘ｂ’)の場合と、加速電圧（Ｖacc）が４００Ｖ及び３ＫＶの場合に対して各々測定された基板１０の電流値である。図面に示したように、加速電圧の大きさに応じて基板１０に流れる電流の大きさ及び方向が異なっており、誘電膜１２の厚さに応じて電流の大きさが変わる。
【００２６】
図４Ａ乃至４Ｂは加速電圧と誘電膜１２の種類が変化するとき、基板１０に流れる電流値を示す図面である。グラフはシリコン基板上に堆積された誘電膜がアルミニウム酸化膜 (グラフ‘ａ’)、シリコン酸化膜 (グラフ‘ｂ’)、およびハフニウム酸化膜 (グラフ‘ｃ’)の場合に対して各々測定された基板１０の電流値である。図４Ａで加速電圧は６００Ｖであり、図４Ｂで加速電圧は３ＫＶである。図４Ａと４Ｂに示したように誘電膜の種類によって基板に流れる電流の大きさが異なっており、各々の誘電膜に対して加速電圧が変わることによって電流値が異なっている。
【００２７】
図５Ａと図５Ｂは加速電圧が変化するときと、誘電膜１２が上下に積層された複合膜の場合、複合膜をなす各々の膜の厚さが変化するとき、基板１０に流れる電流値を示す図面である。グラフはシリコン基板１０上に誘電膜１２が４０Åの厚さのアルミニウム酸化膜と２５Åの厚さのハフニウム酸化膜からなる場合(グラフ‘ａ’)と誘電膜１２が２８Åの厚さのアルミニウム酸化膜と２５Åの厚さのハフニウム酸化膜からなる場合(グラフ‘ｂ’)に対して各々測定された基板１０の電流値である。図５Ａで加速電圧は４００Ｖであり、図４Ｂで加速電圧は５ＫＶである。図５Ａと図５Ｂに示したように、たとえ誘電膜１２が同一種類の複合膜からなる場合にも複合膜を構成する膜の厚さによって基板１０を流れる電流値が異なっており、複合膜を構成する膜の厚さが同一の場合にも加速電圧によって基板１０を流れる電流値が異なっている。
【００２８】
図３乃至図５を参照すれば、基板１０を流れる電流値は時間が経過することによって特定値(以下、収斂値という)に近くなって、収斂の前に基板１０を流れる電流値は大きく変動される。電流値が収斂される前まで時間による電流値の曲線形象を変動曲線という。図面に示したように、加速電圧の大きさ、コンタクトホール１４の特性値、および誘電膜１２の種類に応じて変動率が異なっており、多い場合、電流値のグラフは収斂の前に極値(最低値)を有する。
【００２９】
再び、図１を参照すれば、電流測定部２００は電流測定器２１０、電流増幅器２２０、差動増幅器２３０、アナログ／デジタル変換器２４０、および測定電流格納部２５０を有する。電流測定器２１０は基板に流れる電流値を測定し、測定された電流値は電流増幅器２２０によって増幅する。電流増幅器２２０によって電流値が増幅する間に誘電膜から漏洩される電流によって生じたオフセットを除去するために差動増幅器２３０が使われることができる。増幅した電流はアナログ／デジタル変換器２４０でデジタル信号に変換された後、測定電流格納部２５０に格納される。
【００３０】
参照値格納部３００は、基板上の物質膜に形成されたコンタクトホールの特性値と、各々の場合に基板を流れる電流値とを、相互に関係付けたデータとして格納する。データを得るためにコンタクトホールが形成された誘電膜が堆積された基板をサンプルとして抽出する。サンプルとして抽出される基板と検査のための基板の区別のために、サンプルとして抽出される基板をサンプル基板と称し、検査のための基板を検査基板と称する。また、サンプル基板に堆積された誘電膜に形成されたコンタクトホールをサンプル基板のコンタクトホールと称し、検査基板１０に堆積された誘電膜１２に形成されたコンタクトホール(図１０の１４)を検査基板のコンタクトホール(図１０の１４)と称する。参照値格納部３００に格納されるデータを得るために電子照射部１４０から電子をサンプル基板に照射し、サンプル基板に流れる電流値を測定する。以後、サンプル基板のコンタクトホールの特性値を様々な方法によって測定する。サンプル基板のコンタクトホールの特性値と、電子ビームを照射するときに、当該サンプル基板に流れる電流値が参照値格納部３００に格納される。これらのデータは連続的に累積される。参照値格納部３００に格納された電流値のうちで他の電流値と最も明らかに区別される加速電圧を抽出して、検査基板に電子ビームを照射するときに、加速電圧として設定されることが望ましい。
【００３１】
上述のように、コンタクトホールの特性値はコンタクトホールが形成された物質膜の上部に形成された膜と、下部に形成された膜を電気的に連結するとき、抵抗値に影響を及ぼすことができる値として、コンタクトホールの特性値はコンタクトホールによって露出される基板の面積であるか、コンタクトホール内に残留する物質の厚さでありうる。コンタクトホールの特性値の各々は時間による電流値の関数であってグラフ表示と対応付けられる。図６は基板で測定された電流のグラフでコンタクトホールの特性値と対応付けられる値を示すためのグラフである。コンタクトホールの特性値と対応付けられる値は時間の推移によって測定される電流値でありうる。一例によれば、コンタクトホールの特性値は時間による電流値を示すグラフで、収斂値、極値、および変動形象（収斂までのグラフ表示）の組み合わせと対応付けられる。例えば、基板で測定された電流値が図６と同一の場合、電流の収斂値をｘ、極値をｙ、変動形象をｚとし、コンタクトホールの特性値のうちで基板の露出面積をｆａ、残留物質の厚さをｆｔとするとき、これらの間の関係は数１及び数２のとおりである。
【００３２】
【数１】
2005244218.tif 000003
【００３３】
【数２】
2005244218.tif 000004
【００３４】
参照値格納部３００に格納された電流値はサンプル基板の検査領域に電子が照射されるとき、サンプル基板で測定された電流の大きさを検査領域内に形成されたコンタクトホールの数で割った平均電流値であることが望ましい。平均電流値を使用する場合、サンプル基板での検査領域と検査基板１０での検査領域とが互いに異なっている場合にも、参照値格納部３００に格納されたデータを用いることができる。なお、参照値格納部３００に特性値として格納されたサンプル基板の露出面積は、当該サンプル基板においてコンタクトホールによって露出される露出面積の平均値であることが望ましい。平均電流値で収斂される値をｘａｖ、極値をｙａｖ、変動形象をｚａｖとし、コンタクトホールの特性値のうちの基板の露出面積をｆａ、残留物質の厚さをｆｔとするとき、これらの間の関係は数３及び数４のとおりである。
【００３５】
【数３】
2005244218.tif 000005
【００３６】
【数４】
2005244218.tif 000006
【００３７】
特性値算出部４００は、参照値格納部３００に格納されたデータと検査基板で測定された電流値から検査基板１０のコンタクトホールの特性値を求める。特性値算出部４００は測定電流格納部２５０から検査基板１０の電流値が伝送され、検査基板１０の電流値で収斂値、極値、および変動曲線を組み合わせて、これと一致するか、類似の電流値を参照値格納部３００から抽出する。以後、参照値格納部３００に格納されたコンタクトホールの特性値のうちで抽出された電流値と対応されるコンタクトホールの特性値をさがして検査基板１０のコンタクトホールの特性値に決める。検査基板１０の電流値と一致するか、類似の電流値が参照値格納部３００にない場合、検査基板の電流値と隣接し、変動曲線が最も類似な電流値を参照値格納部３００から抽出し、これらに各々対応されるコンタクトホールの特性値を抽出する。以後、検査基板１０の電流値と参照値格納部３００から抽出された電流値とを比べて、参照値格納部３００から抽出されたコンタクトホールの特性値から検査基板１０のコンタクトホールの特性値を類推する。
【００３８】
図７は検査基板１０の電流値と一致するデータが参照値格納部３００にない場合、検査基板１０のコンタクトホールの特性値を求める方法を概略的に示す図面である。図７でＩｔは検査基板の電流値であり、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３…、Ｉｎ、…は参照値格納部３００に格納された電流値である。また、Ａ１、Ａ２、Ａ３… 、Ａｎ、…は各々の電流値に対応される露出面積である。検査基板１０の電流値と最も隣接し、変動曲線が類似の電流値(Ｉ２とＩ３)を抽出し、抽出された電流値に対応される露出面積(Ａ２とＡ３)を求める。Ｉ２およびＩ３とＩｔの距離比などを考慮して露出面積Ａ２及びＡ３から検査基板の露出面積Ａｔを類推する。検査基板１０の電流値、および検査基板１０のコンタクトホールの特性値などはディスプレー４２０に表示されることができる。
【００３９】
検査基板１０のコンタクトホールの特性値は、コンタクトホール形成のためのエッチングが正常に行われたか否かを判断するのに使われることができる。図８はエッチングが正常に行われたか否かを判断するための基板測定装置の一例を示す図面である。図８を参照すれば、測定装置は図１に示したステージ１００、電子照射部１４０、電流測定部２００、測定電流格納部２５０、参照値格納部３００、および特性値算出部４００の以外に設定値格納部５００と比較部７００をさらに含む。設定値格納部５００はエッチングによって形成しようとする検査基板１０のコンタクトホールの特性値の設定値が格納される。設定値格納部５００に格納されたコンタクトホールの特性値は一つのコンタクトホールによって露出しようとする基板の露出面積でありうる。比較部７００は露出面積の設定値と特性値算出部４００で算出された検査基板１０の露出面積とを比べる。露出面積の設定値と検査基板１０の露出面積はディスプレー７２０に表示されることができる。比較部７００は露出面積の設定値と検査基板１０の露出面積の差が有効範囲以内であれば、コンタクトホール形成のためのエッチング工程が正常に実行されたと判断し、有効範囲を逸脱すれば、エッチング工程が非正常に実行されたと判断する。判断の結果はディスプレー７２０に表示されることができ、エッチング工程が非正常に実行されたと判断された場合には、警告音を送るか、ディスプレー７２０にエラーメッセージを表示する。
【００４０】
また、検査基板１０のコンタクトホールの特性値はコンタクトホールの形象に対するプロファイルを獲得するのに使われることができる。一般的にコンタクトホールの側面は垂直に形成されることが望ましい。コンタクトホールの形象に対するプロファイルはコンタクトホールの入口面積(図１０の1４ｂ)及び露出面積(図１０の１４ａ)の比、またはコンタクトホールの側面(図１０の１４ｃ)の傾斜度を含むことができる。
【００４１】
図９はコンタクトホールの形象に対するプロファイルを得るための本発明の測定装置を概略的に示す図面であり、図１０Ａと図１０Ｂは各々コンタクトホール形成のためのエッチング工程が正常に実行された場合と、非正常に実行された場合を各々示す図面である。図９を参照すれば、測定装置は図１に示したステージ１００、電子照射部１４０、電流測定部２００、測定電流格納部２５０、参照値格納部３００、および特性値算出部４００、以外に走査電子顕微鏡６００と比較部７００とをさらに含む。走査電子顕微鏡６００はコンタクトホールの入口面積1４ｂを測定する。走査電子顕微鏡６００は二次電子検出器６１０、信号処理部６２０、分析部６３０、および測定データ部６４０を有する。二次電子検出器６１０は電子ビームの照射によって検査基板１０上に形成された誘電膜１２の表面から放出された二次電子２４を検出する。信号処理部６２０は二次電子検出器６１０によって検出された電子で構成されるアナログ画像信号をデジタル信号に変換して増幅し、これを分析部６３０に送る。
【００４２】
分析部６３０は検査領域でコンタクトホールの入口面積1４ｂを求める。図１１は走査電子顕微鏡６００によって得られた検査基板１０の平面映像である。検査領域が均等な大きさの複数のピクセルで分けられ、分析部６３０はコンタクトホール１４の入口が占めるピクセル数を検出する。全ピクセルの数に対する検出されたピクセルの数でコンタクトホール１４の入口が占めた総面積を算出することができる。以後、複数のコンタクトホールの入口面積1４ｂの総和を検査領域に形成された複数のコンタクトホール１４の数で割って一つのコンタクトホールに対する平均入口面積を算出する。算出された平均入口面積は測定データ部６４０に格納される。
【００４３】
比較部７００は測定データ部６４０に格納されたコンタクトホールの入口面積1４ｂと検査基板１０の露出面積１４ａとを比べる。図１０Ａに示したように、コンタクトホールの入口面積1４ｂと検査基板の露出面積１４ａとが同一であることが望ましい。しかし、一般的に図１０Ｂに示したように、コンタクトホールの入口面積1４ｂは検査基板の露出面積１４ａより大きい。比較部７００はコンタクトホールの入口面積1４ｂと検査基板の露出面積１４ａとの差が有効範囲以内であれば、コンタクトホール形成のためのエッチングが正常に実行されたと判断し、有効範囲を逸脱すれば、エッチング工程が非正常に実行されたと判断する。コンタクトホールの入口面積1４ｂと検査基板の露出面積１４ａ、および比較部７００による判断結果はディスプレー７２０に表示されることができ、エッチング工程が非正常に実行されたと判断された場合には警告音を送るか、ディスプレー７２０にエラーメッセージを表示する。
【００４４】
また、走査電子顕微鏡６００はコンタクトホール内の特定の高さ(例えば、コンタクトホール側面の中間地点)でコンタクトホールの面積を測定することができる。入口面積、露出面積、および特定の高さで測定されたコンタクトホールの面積からコンタクトホールの側面１４ｃの形象を類推することができる。
【００４５】
本実施の形態で検査基板１０に流れる電流値を測定して露出面積１４ａが算出され、走査電子顕微鏡６００によってコンタクトホールの入口面積1４ｂを測定するので、円形のコンタクトホールだけでなく、多様な形象のコンタクトホールが形成された基板に適用可能である。本実施の形態ではコンタクトホールの特性値のうちの一つとして露出面積を例としてあげた。しかし、コンタクトホールの形象が円形の場合には露出面積は直径(線幅)で表示されることができる。
【００４６】
図１２は本発明の測定装置を使って基板のコンタクトホールの特性値を測定する方法を順次に示すフローチャートである。図１２を参照すれば、初めにサンプル基板に電子ビームを照射してサンプル基板を流れる電流値とサンプル基板上の誘電膜に形成されたコンタクトホールの特性値とを測定し、これらを相互に関係付けたデータとして参照値格納部３００に格納する(ステップＳ１０)。以後、検査基板１０がステージ１００に置かれ、電子照射部１４０から電子が検査基板１０に照射される(ステップＳ２０，Ｓ３０)。電流測定部２００によって検査基板１０に流れる電流が測定される(ステップＳ４０)。特性値算出部４００は検査基板１０の電流値と類似の電流値を参照値格納部３００に格納されたデータから抽出し、抽出された電流値と対応付けられるコンタクトホールの特性値を抽出して、これを検査基板１０のコンタクトホールの特性値として認識する(ステップＳ５０)。
【００４７】
検査基板１０のコンタクトホールの特性値からコンタクトホールを形成するエッチング工程が正常に実行されたか否かを判断する(ステップＳ６０)。一例によれば、走査電子顕微鏡６００は、検査基板１０に電子ビームを照射するときに、検査基板１０上に形成された誘電膜１２の表面から放出される二次電子から検査基板１０のコンタクトホール入口面積1４ｂを測定して(ステップＳ６２)、比較部７００は特性値算出部４００によって算出された検査基板１０のコンタクトホールの特性値のうちの露出面積１４ａとコンタクトホールの入口面積1４ｂとを比べる(ステップＳ６４)。
【００４８】
他の例によれば、検査基板１０でコンタクトホールによって露出させようとする露出面積１４ａの設定値が設定値格納部５００に格納され、比較部７００は露出面積１４ａの設定値と検査基板１０のコンタクトホール露出面積とを比べる(ステップＳ６６)。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の望ましい一実施の形態による基板測定装置を概略的に示す図面である。
【図２】基板に電子が照射するとき、基板で電子の流れを概略的に示す図面である。
【図３】加速電圧と誘電膜の厚さが変化するとき、基板に流れる電流を示す図面である。
【図４Ａ】加速電圧と誘電膜の種類が変化するとき、基板に流れる電流を示す図面である。
【図４Ｂ】加速電圧と誘電膜の種類が変化するとき、基板に流れる電流を示す図面である。
【図５Ａ】加速電圧が変化するときと、誘電膜が上下に積層された複合膜で複合膜をなす膜の厚さが変化するとき、基板に流れる電流を示す図面である。
【図５Ｂ】加速電圧が変化するときと、誘電膜が上下に積層された複合膜で複合膜をなす膜の厚さが変化するとき、基板に流れる電流を示す図面である。
【図６】基板で測定された電流のグラフでコンタクトホールの特性値と対応付けられる値を示す図面である。
【図７】参照値格納部に格納されたデータに基づいて検査基板のコンタクトホールの特性値を求める方法の一例を示す図面である。
【図８】エッチングが正常に行われたか否かを判断するための基板測定装置の一例を概略的に示す図面である。
【図９】エッチングが正常に行われたか否かを判断するための基板測定装置の他の例を概略的に示す図面である。
【図１０Ａ】コンタクトホール形成のためのエッチング工程が正常に実行された場合のコンタクトホールを示す図面である。
【図１０Ｂ】コンタクトホール形成のためのエッチング工程が非正常に実行された場合のコンタクトホールを示す図面である。
【図１１】走査電子顕微鏡によって得られた基板の平面映像である。
【図１２】本発明の望ましい一実施の形態による基板測定方法を順次に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１００    ステージ、
２００    電流測定部、
３００    参照値格納部、
４００    特性値算出部、
５００    設定値格納部、
６００    走査電子顕微鏡、
７００    比較部。
【図１】
2005244218.tif 000007
【図２】
2005244218.tif 000008
【図３】
2005244218.tif 000009
【図４Ａ】
2005244218.tif 000010
【図４Ｂ】
2005244218.tif 000011
【図５Ａ】
2005244218.tif 000012
【図５Ｂ】
2005244218.tif 000013
【図６】
2005244218.tif 000014
【図７】
2005244218.tif 000015
【図８】
2005244218.tif 000016
【図９】
2005244218.tif 000017
【図１０Ａ】
2005244218.tif 000018
【図１０Ｂ】
2005244218.tif 000019
【図１１】
2005244218.tif 000020
【図１２】
2005244218.tif 000021