(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ表面の少なくとも一部分を検査する方法であって、
半導体ウェーハ表面の該一部分に関する走査型電子顕微鏡画像データを読み取るステップと、
半導体ウェーハ表面の該一部分に関するデータ中で該半導体ウェーハ表面のフィーチャに関する画像データを識別するステップと、
該フィーチャに関する画像データから該フィーチャと関連するパラメータを計算するステップと、
該パラメータを該パラメータの一定の合格値範囲と比較するステップと、
該パラメータの合格値範囲との比較に基づいて該フィーチャを分類するステップと、
を具備し、
前記パラメータを計算するステップが、
前記フィーチャに関する画像データを用いて、前記フィーチャの画素輝度プロファイルを計算するステップと、
前記画素輝度プロファイルから前記フィーチャと関連するパラメータを計算するステップと、
をさらに具備し、
前記画素輝度プロファイルを計算するステップが、前記フィーチャを含む領域内の画素の輝度値から背景輝度値を減じるステップを含む
ことを特徴とする半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２】
前記フィーチャが集積回路におけるコンタクトホールであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項３】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲外にある場合、前記コンタクトホールを開いていないコンタクトホールとして分類することを特徴とする請求項２記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項４】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲外にある場合、前記フィーチャを不良と分類することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項５】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲内にある場合、前記フィーチャを合格と分類することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項６】
前記走査型電子顕微鏡画像データが二次電子及び後方散乱電子から生成されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項７】
前記パラメータがフィーチャの寸法よりなる第１のパラメータであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項８】
前記フィーチャの寸法が前記フィーチャと関連づけられた走査型電子顕微鏡画像データの画素数で測定されることを特徴とする請求項７記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項９】
前記パラメータが前記フィーチャと関連づけられた走査型電子顕微鏡画像データの画素の平均輝度よりなる第２のパラメータであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１０】
前記パラメータが、請求項７に記載の第１のパラメータと請求項９に記載の第２のパラメータとからなり、
前記第１のパラメータが該第１のパラメータの合格値範囲内にあり、前記第２のパラメータが該第２のパラメータの合格値範囲内にある場合に限り、前記フィーチャを合格と分類することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１１】
前記フィーチャと関連するパラメータを計算するステップは、座標系を用いて前記フィーチャに対して特徴づける特徴付けステップを含み、前記特徴付けステップは、
前記半導体ウェーハ表面の前記一部分に対する画像データ上に前記座座標系を重畳させるステップと、
前記座標系の第１の軸沿いの複数の位置で、前記座標系の第２の軸沿いに配列された複数個の画素に対する輝度値を分析するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１２】
前記分析ステップが、前記第１の軸沿いの各画素位置において、前記第２の軸沿いに配列された画素の輝度値を合計し、合計輝度値の変化を検出して、前記フィーチャを検出するステップよりなることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１３】
前記分析ステップが、前記第１の軸沿いの各画素位置において、前記第２の軸沿いに配列された画素の輝度値を平均し、平均輝度値の変化を検出して、前記フィーチャを検出するステップよりなることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１４】
前記特徴付けステップにより、前記フィーチャのサイズを求めることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１５】
前記特徴付けステップにより、前記フィーチャの位置を求めることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１６】
前記特徴付けステップにより、複数の前記フィーチャのパターンを識別することを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１７】
前記パターンが周期パターンであることを特徴とする請求項１６記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１８】
前記座標系が直角座標系であることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項１９】
前記座標系が三角座標系であることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２０】
前記座標系が台形座標系であることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２１】
前記走査型電子顕微鏡画像データを読み取るステップが、前記画像データをデジタル化し、各画素の輝度をグレースケール値に変換するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２２】
前記走査型電子顕微鏡画像データを読み取るステップが、前記画像データをデジタル化し、各画素の輝度をカラーコードの画素値に変換するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２３】
半導体ウェーハ表面の少なくとも一部分を検査するための装置であって、
半導体ウェーハ表面の該一部分に関する走査型電子顕微鏡画像データを読み取る手段と、
半導体ウェーハ表面の該一部分に関するデータ中で該半導体ウェーハ表面のフィーチャに関する画像データを識別する手段と、
該フィーチャに関する画像データから該フィーチャと関連するパラメータを計算する手段と、
該パラメータを該パラメータの一定の合格値範囲と比較する手段と、
該パラメータの合格値範囲との比較に基づいて該フィーチャを分類する手段と、
を具備し、
前記パラメータを計算する手段が、
前記フィーチャに関する画像データを用いて、前記フィーチャの画素輝度プロファイルを計算する手段と、
前記画素輝度プロファイルから前記フィーチャと関連するパラメータを計算する手段と、
をさらに具備し、
前記画素輝度プロファイルを計算する手段が、前記フィーチャを含む領域内の画素の輝度値から背景輝度値を減じる手段を含む
ことを特徴とする半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２４】
前記フィーチャが集積回路におけるコンタクトホールであることを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２５】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲外にある場合、前記コンタクトホールを開いていないコンタクトホールとして分類することを特徴とする請求項２４記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２６】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲外にある場合、前記フィーチャを不良と分類することを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２７】
前記パラメータが該パラメータの前記合格値範囲内にある場合、前記フィーチャを合格と分類することを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２８】
前記走査型電子顕微鏡画像データが二次電子及び後方散乱電子から生成されることを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項２９】
前記パラメータがフィーチャの寸法よりなる第１のパラメータであることを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３０】
前記フィーチャの寸法が前記フィーチャと関連づけられた走査型電子顕微鏡画像データの画素数で測定されることを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３１】
前記パラメータが前記フィーチャと関連づけられた走査型電子顕微鏡画像データの画素の平均輝度よりなる第２のパラメータであることを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３２】
前記パラメータが、請求項２９に記載の第１のパラメータと請求項３１に記載の第２のパラメータとからなり、
前記第１のパラメータが該第１のパラメータの合格値範囲内にあり、前記第２のパラメータが該第２のパラメータの合格値範囲内にある場合に限り、前記フィーチャを合格と分類することを特徴とする請求項２７記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３３】
前記フィーチャと関連するパラメータを計算する手段は、座標系を用いて前記フィーチャに対して特徴づける特徴付け手段を含み、前記特徴付け手段は、
前記半導体ウェーハ表面の前記一部分に対する画像データ上に前記座標系を重畳させる手段と、
前記座標系の第１の軸沿いの複数の位置で、前記座標系の第２の軸沿いに配列された複数個の画素に対する輝度値を分析する手段と、
を含むことを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３４】
前記分析手段が、前記第１の軸沿いの各画素位置において、前記第２の軸沿いに配列された画素の輝度値を合計し、合計輝度値の変化を検出して、前記フィーチャを検出する手段よりなることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３５】
前記分析手段が、前記第１の軸沿いの各画素位置において、前記第２の軸沿いに配列された画素の輝度値を平均し、平均輝度値の変化を検出して、前記フィーチャを検出する手段よりなることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３６】
前記特徴付け手段により、前記フィーチャのサイズを求めることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３７】
前記特徴付け手段により、前記フィーチャの位置を求めることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３８】
前記特徴付け手段により、複数の前記フィーチャのパターンを識別することを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３９】
前記パターンが周期パターンであることを特徴とする請求項３８記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４０】
前記座標系が直角座標系であることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４１】
前記座標系が三角座標系であることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４２】
前記座標系が台形座標系であることを特徴とする請求項３３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４３】
前記走査型電子顕微鏡画像データを読み取る手段が、前記画像データをデジタル化し、各画素の輝度をグレースケール値に変換する手段を含むことを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４４】
前記走査型電子顕微鏡画像データを読み取る手段が、前記画像データをデジタル化し、各画素の輝度をカラーコードの画素値に変換する手段を含むことを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの検査技術の分野に関するものである。より詳しくは、本発明は走査型電子顕微鏡を用いて開いていないコンタクトホールのようなコンタクト不良を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、まずシリコンウェーハ中に離散状の半導体デバイスを形成することにより製造される。次に、デバイス中にその能動素子と接触すると共に、これらを互いに接続して所望の回路を作り出す多層の金属配線網が形成される。これらの相互配線層は、離散状のデバイス上に絶縁層を蒸着などにより被着し、その絶縁層中にコンタクト開口部をパターニング及びエッチングして設けた後、それらの開口部に導体層を被着することによって形成される。その後、通常は、絶縁層上に導電層が塗工される。次に、導電層をパターニング及びエッチングしてデバイスのコンタクト間に相互配線を形成することにより第１層の回路が形成される。これらの絶縁層の被着、コンタクトホールあるいはバイアホールの形成、導体層の形成、及びパターニング等の工程を繰り返し行うことによって多層構造回路が形成される。
【０００３】
集積回路全体の複雑性如何によって、必要な相互配線を形成し、かつこれらの相互配線を完成した回路との外部接続を可能にするコンタクトパッドに接続するためには、いくつかの金属層、例えば２〜４層の金属層が通常必要である。サブミクロンの寸法単位に合わせて設計された集積回路は、集積密度が高いため、設計パターンの寸法的、構造的完全性を確保するためには、非常に正確な寸法管理と、コンタクトホール及び／または相互配線のパターンを検査するための非常に高感度の検査方法が要求される。これらの要求は、現在０.２５〜０.３０ミクロンの線幅が通常必要になる６４メガＤＲＡＭあるいは２５６メガＤＲＡＭのような半導体メモリデバイスの大量生産の場合のように、回路が高密度化され、小型化されるに従っていっそう厳格になって来ている。
【０００４】
コンタクトホールのアスペクト比（Ａ／Ｒ）、すなわちその深さと直径との比が半導体デバイスの高集積密度に対する要求と共に大きくなってきたため、開いていない、すなわち不開状態のようないくつかの状態の有無に関するコンタクトホールの検査はますます重要になってきている。しかしながら、４８８ナノメートルの周波数の可視光を使用する標準的な光学式顕微鏡法は、２００ナノメートル以下のオーダーになることもあるコンタクトホールの内部フィーチャ（feature）を検査することができるだけの十分高い解像度を持たないため、コンタクトホールの内部フィーチャを検査するには技術的に限界がある。また、光学式顕微鏡法は１マクロメートル以下の大きさのビームスポットを得ることができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、肉眼や顕微鏡によってではなく、デジタル化された値によってコンタクト画像についての正確なコンタクト不良検査を行うことが可能な、従来の関連技術の限界や短所に由来する少なくとも１つの問題を実質的に解消した半導体デバイスのコンタクト不良検査方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、高いアスペクト比を有する、すなわちコンタクトホールの深さとその直径との比が大きいコンタクトについて、コンタクト不良の有無を検出するための半導体デバイスのコンタクト不良検査方法及びコンタクト不良検査システムを提供することにある。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの目的は、大量生産環境に応用されるように短時間でウェーハ表面上のコンタクト不良を検出するための半導体デバイスのコンタクト不良検査方法及びコンタクト不良検査システムを提供することにある。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、コンタクト不良検査方法及びコンタクト不良検査システムを使用した半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、半導体デバイスの生産歩留まりを改善するために、コンタクト不良の位置を迅速に検出するためのコンタクト不良検査方法及びシステムを提供することにある。
【００１０】
本発明のもう一つ目的は、半導体デバイスのパターン欠陥及びフォトリソグラフィプロセス中の現像処理後のフォトレジストパターン欠陥の有無を検知するための検査方法及び検査システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記及びその他の目的を達成するためになされた本発明は、半導体ウェーハ表面の少なくとも一部分を検査するための方法及び装置にある。本発明においては、このような半導体ウェーハ表面の部分についての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像データが読み取られる。そのＳＥＭ画像データ中で、ウェーハ表面のフィーチャに関する画像データが識別される。そのフィーチャに関連するパラメータが計算され、そのパラメータの一定の合格値範囲と比較される。このパラメータと合格値範囲との比較に基づいて、フィーチャを分類することができる。
そして、フィーチャに関連するパラメータが計算される際には、フィーチャに関する画像データを用いて、フィーチャの画素輝度プロファイルが計算され、この画素輝度プロファイルからフィーチャと関連するパラメータが計算される。また、フィーチャの画素輝度プロファイルが計算される際には、フィーチャを含む領域内の画素の輝度値から背景輝度値が減じられる。
【００１２】
一実施形態においては、計算されるパラメータはフィーチャの寸法あるいはサイズである。例えば、フィーチャが集積回路のコンタクトホールの場合、パラメータは画像データの画素数で測定したコンタクトホールの直径であってもよい。例えば、ある特定のコンタクトホールは２０画素の幅を持つという測定結果が得られるかもしれない。もう一つの実施形態においては、パラメータはフィーチャ内にある画素についての平均画素輝度であってもよい。この場合も、例えば、フィーチャがコンタクトホールであれば、パラメータはコンタクトホールと関連づけられた画素についての画素輝度の平均値とすることができる。測定されたパラメータがそのパラメータの合格値範囲内にある場合、そのフィーチャは合格と分類することができる。パラメータがそのパラメータについての合格値範囲外ならば、そのフィーチャは不良と分類することができる。例えば、フィーチャがコンタクトホールの場合、そのコンタクトホールは、例えば、それが開いていないために不良であると判定することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態においては、フィーチャに関して２つのパラメータが計算される。２つの中の第１のパラメータは、例えば、コンタクトホールのようなフィーチャと関連づけられた画素単位で測定したそのフィーチャの寸法であってもよい。第２のパラメータは、例えばフィーチャと関連づけられた画素についての画素輝度の平均値とすることができる。これらの両パラメータは、これらのパラメータの所定の合格値範囲と比較される。一実施形態においては、両方のパラメータが同時にそれぞれの合格値範囲内にある場合、そのフィーチャ、例えば、コンタクトホールを合格として分類することができる。例えば、このような状況下にあるコンタクトホールは、開いており、適正な寸法及び形状を有するものとして分類することができる。これらのパラメータとそれぞれの合格値範囲の関係を用いて、フィーチャをいくつかの種類またはの部類の１つに属する形に分類することができる。例えば、これらの各パラメータを用いて、パラメータがその値の許容範囲の下限より小さいか、範囲内かあるいは上限より大きいかに基づいてフィーチャを分類することができる。
【００１４】
一実施形態においては、ＳＥＭ画像データは走査型電子顕微鏡の二次電子及び高エネルギー後方散乱電子の両方から生成される。データ値はデジタル化され、画素のデジタル化グレースケールレベルの形とすることもできれば、画素のカラーコード値の形とすることもできる。
【００１５】
本発明の一実施形態においては、格子またはメッシュ構造を用いて、検査対象のフィーチャの位置及び／またはサイズを測定する等により、フィーチャが特徴づけられる。この格子またはメッシュ構造は、通常、分析対象のウェーハの一部分の画像に重ねられる一対の互いに直行する軸を有する。あるいは、これらのメッシュ軸は、例えば、三角形あるいは台形等、適切なものであれば他の如何なる幾何学的関係をなすものであってもよい。一実施形態の場合、このメッシュ位置法では、一方の直交軸沿いの画素位置に順次配置された他方の直交軸と平行な直線沿いの画素値を分析することによってフィーチャの位置、形状及び／または周期パターンが決定される。例えば、メッシュ位置法は複数の横または水平（以下水平とする）画素位置にある縦または垂直（以下垂直とする）線の位置を決めるステップと、各水平位置で垂直方向の画素輝度値を加算するステップを含む。その合計輝度値を各水平位置で比較して、輝度の増加を検知すれば、その輝度値の増加を用いてコンタクトホールのようなフィーチャの存在を指示することができる。このプロセスを一次元に沿った複数の画素位置について繰り返せばよい。これを上記次元と直行する次元で繰り返すことによって、全てのフィーチャのパターン、形状及びサイズを決定することができる。
【００１６】
この手法は分析対象のフィーチャを入れるサブグリッドあるいはメッシュユニットの最適サイズを決定するためにも使用することができる。例えば、このメッシュ法を用いて、一時に分析しようとするコンタクトホールを１００ホール入れるメッシュユニットの画素数単位の最適サイズを選択することができる。この手法は、検査しようとする各領域の面積を最適化することによって不必要な処理を省くことができるという点で、フィーチャを検査するための本発明における処理をより効率的なものにする。
【００１７】
一実施形態においては、ＳＥＭ画素データを使って、検査対象の各フィーチャ、すなわちコンタクトホールの輝度プロファイルが計算される。一実施形態では、輝度プロファイルはまず、一方の直交軸に沿って配置された複数の各画素位置における他方の直交軸に沿ってフィーチャの画素輝度値を合計することによって生成される。例えば、各水平画素位置毎に、垂直方向の画素輝度値が合計され、平均され、水平軸方向の画素位置に沿ってプロットされる。そして、本発明によれば、この画素輝度プロファイルを用いてフィーチャを分類することができる。
【００１８】
一実施形態においては、全てのフィーチャについて輝度プロファイルを正規化するために、各メッシュユニットの全ての輝度値から背景輝度値が減じられる。これは、各輝度プロファイルの背景輝度値をゼロに下げる効果を有する。次に、正規化されたプロファイルに、スレッショルド（threshold）をそれより大きい画素輝度が検査対象のフィーチャと関連づけられたものと推定されるようにして設定することができる。次いで、このプロファイルから上に述べた第１及び第２のパラメータを計算することができる。例えば、フィーチャの寸法は、第１の次元に沿って、これと直交する次元の合計輝度値がスレッショルドを超える画素位置の数をカウントすることによって計算することができる。スレッショルドを超える合計画素輝度値は検査対象のフィーチャと関連づけられたものと仮定されているので、スレッショルドを超える合計輝度値を有する画素位置の数は、画素数で測定されたフィーチャの寸法の測定値を与える。第２のパラメータは、スレッショルドを超える輝度値の平均を計算することによって得ることができる。これら２つのパラメータは、それぞれ所定の各合格値範囲と比較して、各特定のフィーチャを所定分類の１つのフィーチャ種類に属するものとして分類することができる。
【００１９】
本発明のこの検査方法及びシステムでは、従来技術に比して多くの長所が得られる。例えば、一部の従来技術の手法では、コンタクト不良を検出するのに光学式顕微鏡あるいは肉眼検査のような光学的方法が用いられる。これらのシステムでは、欠陥回路とされるようなフィーチャの小さいでこぼこや変則部を見分けるだけの十分な分解精度が得られない。本発明と関連して使用される走査型電子顕微鏡は、より小さい変則部を検出することができるようなはるかに優れた分解精度が得られる。従って、本発明は、サイズがサブミクロン域の現在の回路フィーチャに適用することができる。また、本発明は、そのメッシュ法の故に、画素データ処理が非常に効率的である。これらの処理及び不良識別は、本発明の検査方法及びシステムをウェーハ及び集積回路の大量生産環境に高度に応用できるように、非常に効率的かつ高速で行うことができる。
【００２０】
本発明は、その別の態様として、表面上に複数のコンタクトホールが形成されたウェーハを装着した処理カセットをセットするステップと、カセットから特定のウェーハを選び出して、ＳＥＭの参照チャンバ内の載物台に装着するステップと、該装着したウェーハを電子ビーム走査に備えて位置合わせするステップと、該ウェーハを装着した載物台をＳＥＭの電子ビームの入射方向と関連した特定の位置に移動するステップと、シャッターを開いて電子ビームをウェーハの特定の位置へ走査するステップと、該ウェーハ上に形成されたあらかじめパターニングされた基準画像を認識することによって、検査位置を検出するための自動アドレッシングステップと、ＳＥＭの電子ビームを該検査位置で走査するステップと、該電子ビーム走査を繰り返すことによっていっそう明瞭な画像を得るための自動焦点調節ステップと、該自動焦点調節されたウェーハを電子ビームから遮断するためにシャッターを閉じるステップと、電子ビーム走査後少なくとも１つのコンタクトホールを含む装置表面積から検出された電子信号値を正常なコンタクトを定義する電子信号値と比較することによってコンタクト不良を検査するステップと、載物台を他の位置に移動させ、上記と同じステップを繰り返すことによって該ウェーハの他の位置でさらにコンタクト不良を検査するステップと、検査済みのウェーハを降ろし、他のウェーハを参照チャンバに装入して、上記と同じステップを繰り返すことによりカセット中の全てのウェーハについてさらにコンタクト不良を検査するステップと、よりなる半導体デバイスのコンタクト不良検査方法にある。
【００２１】
本発明は、もう一つの態様として、半導体基板上に形成された特定の絶縁体層用のコンタクトホールを形成するステップと、少なくとも１つのコンタクトホールを含む該表面から検出された電子信号値を正常なコンタクトに対応する電子信号値と比較することによって各コンタクトホールのコンタクトを検査するステップと、該検査後にコンタクトホールに導体層を充填した後の半導体デバイス製造プロセスに備えてその後の処理を実行するステップと、よりなる半導体デバイスの製造方法にある。
【００２２】
上記コンタクト不良検査ステップは、半導体基板上の特定サンプリング位置について実行することにより、例えば、大量生産ラインに応用するにができる。フォトレジストパターン形成のための現像処理を終了後、このコンタクト不良検査ステップはさらにそのコンタクトホール形成用のフォトレジストパターンの下面について行うこともできる。
【００２３】
さらにもう一つの態様によれば、本発明は、半導体基板上に形成された絶縁体層用のコンタクトホールを形成するために、フォトレジスト・コンタクトホールパターンを形成するステップと、少なくとも１つのコンタクトホールパターンを含む単位面積から検出された電子信号値を正常なコンタクトパターンに対応する電子信号値と比較することによって、各コンタクトホールのコンタクトを検査するステップと、を具備した半導体デバイスの製造方法にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明により半導体デバイスのコンタクトホールを検査するために使用することができる走査型電子顕微鏡システム１００の概略ブロック図を示したものである。
【００２５】
図１において、電子銃１０２はコンデンサレンズ１０４を通して電子ビームを投射する。電子ビームは、偏向コイル１２２、対物レンズ１０８及びシャッター１２４の絞り１０６を通過する。合焦された電子ビームは、参照面あるいは被検面１１０上に走査裡に投射されるが、この面は、例えば検査される半導体ウェーハの表面である。参照面から放出された二次電子及び後方散乱電子は信号検出器１１２で検出され、この信号検出器は受け取った電子を示す信号を発生する。この検出電子信号は信号増幅器１１４で増幅される。その増幅された信号は、参照面の可視像が形成されるように、ブラウン管（ＣＲＴ）１１８内の螢光面上で走査することができる。
【００２６】
ＣＲＴ１１８の走査は、偏向コイル１２２によって制御される参照面の走査と関連づけられた偏向コイル１１６によって制御される。ＳＥＭにおいては、参照物の走査面は微細な画素に分割され、各画素素子によって検出された電子信号は、ＳＥＭ画像を形成するように時系列転送される。このために、信号増幅器１１４を通る電子信号は、電子ビームの偏向角が第２の偏向コイル１２２で制御されるように走査回路１２０に転送される。
【００２７】
さらに、各画素毎の増幅された電子信号データは、種々の信号調節及び処理機能を遂行することができる処理装置１１５に転送することが可能である。処理装置１１５は、各画素についての電子信号を画像を生成するために用いられる離散グレースケール値あるいはカラーコード値に変換することができる。グレースケール値は、０と２５５の間の２進値によりデジタルコード化された２５６の可能なレベル中の１つのレベルを取ることができる。メモリは、各画素についてのグレースケール値を記憶するために使用することができる。処理装置の一部としてのコンピュータは、画像値を所望の通りに処理することができる。一例の構成においては、コンピュータは、グレースケールデータを分析して、本願中に詳細に説明するように本発明のコンタクト検査を行うようプログラムすることができる。
【００２８】
図３は、コンタクト検査を「インライン」で行うことができるインラインＳＥＭシステムの特徴を示した概略ブロック図である。従来のプロセスにおいては、ＳＥＭ画像データはオフラインで、すなわち製造プロセスとは別に収集され、分析される。本発明のインライン手法では効率が大幅に改善されるため、ＳＥＭ画像データは製造プロセスの間に収集して、分析することができる。そのために、従来の手法で用いられた余分の検査ステップを省くことができる。インラインＳＥＭシステムは、電子光学的部分、参照部、真空部及び電気的部分を有する。電子光学的部分は、電子ビーム発生器１４、電子ビーム偏向器１５及び信号検出器１６を有する。参照部は、カセットから参照チャンバへ参照物、すなわちウェーハを移送するための参照物移送部１２、及び参照物位置合わせ部１３を有する。真空部は、参照チャンバ内に真空を保つための真空形成部１１を有する。電気的部分は、電子光学的部分、参照チャンバ、真空部及びシステムの他の構成部分を制御するための主コントローラ２１を有する主コンピュータ１０を含む。また、電気的部分は、信号検出器１６からの検出信号のデータ値を記憶することができる主記憶装置またはメモリ２２、及び検出電子信号から生成された画像を表示するための主表示装置１９を含む。自動焦点コントローラ１８は、明瞭な画像を得るための自動焦点調節機能を遂行する。
【００２９】
典型的な走査型電子顕微鏡においては、電子ビームは参照面に照射され、参照面からは二次電子が発生し、放出される。電子ビームの電子も参照面から散乱され得る。図２は、電子ビームにより照射された時、参照面から放出され、散乱される電子のエネルギースペクトルを示したものである。図２に示すように、最大数の二次電子（ＳＥ）は５０電子ボルト以下の電子エネルギーバンドに見られる。後方散乱電子（ＢＳＥ）の大部分は、はるかに高いエネルギーバンドに見られる。広く利用されているインラインＳＥＭは、表面及びエッジの画像が明瞭になるように、約２０電子ボルトの低いエネルギーバンドで発生する二次電子を使用する。しかしながら、コンタクトホールのようなアスペクト比が高い、すなわち深さと直径の比が大きいフィーチャを検査する場合は、コンタクトホール内で発生した二次電子が、コンタクトホールを通過する間に消散して、コンタクトホールの画像が明瞭でなくなる場合がある。これらのフィーチャは通常肉眼で光学的に検査されるので、明瞭な画像はコンタクト不良検出にとって不可欠である。
【００３０】
図４〜７は、本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムの種々の実施形態の概略ブロック図を示したものである。図４のシステムは、図３に示すインラインＳＥＭと同じ構成要素をいくつかを有する。しかしながら、図４のシステムは、主コンピュータ２０中にコンタクト不良検査モジュール６０を具備する。上に述べたように、インラインＳＥＭの構成には、電子ビーム発生器１４、電子ビーム偏向器１５及び信号検出器１６を含む電子光学的部分が含まれる。信号検出器は、好ましくは電子ビームによる参照物の照射後に放出される二次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）の両方を検出することができる検出器を使用する。また、図示のシステムは、検査される参照物のウェーハを載置する載物台をそれをＸ、Ｙ及びＺ軸に沿って移動させつつ回転あるい傾斜させるための参照物位置合わせ部１３を含む基準チャンバも有する。真空形成部１１は、参照チャンバの真空状態を所望のレベルに保つ。参照物移送部１２は、参照物を参照チャンバに移送する。電気的部分は電子光学的部分、参照チャンバ、真空形成部１１及び他のサブシステムを制御するための主コントローラ２１を有する主コンピュータ２０を含む。主記憶装置またはメモリ２２は、信号検出器１６からの検出信号を記憶する。主表示装置１９は、検出電子信号から導出される画像を表示する。自動焦点コントローラ１８は、明瞭な画像表示を確保するための自動焦点調節動作を行う。この実施形態には、信号検出器１６から転送され主コンピュータ２０に記憶された電子信号に含まれる情報を本発明に基づき分析してコンタクトコンタクトを検査するための不良検査モジュール６０も含まれる。
【００３１】
図５は、本発明による半導体デバイスのコンタクト不良検査システムのもう一つの実施形態を示したものである。図５のシステムも、図３のインラインＳＥＭと同じ構成要素をいくつか有する。他にコンタクト不良検査モジュール６０及びコンタクトの短寸法あるいは臨界寸法（ＣＤ）測定モジュール７０を有する点が図３のシステムと一部異なっており、これらは主コンピュータ２０内に設けることができる。短寸法は検査対象の特定フィーチャの寸法である。例えば、丸いコンタクトホールの場合、短寸法は穴の直径のこともある。一実施形態においては、コンタクトの短寸法（ＣＤ）測定モジュール７０は、ＳＥＭにより生成されたコンタクト画像から得られるコンタクト直径をあらかじめ記憶された基準値と比較することによって測定を行う。
【００３２】
図６は、本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良インライン検査システムのさらにもう一つの実施形態を示したものである。図６のシステムも、図３のインラインＳＥＭと同じコンポーネントをいくつか有する。主コンピュータ１０及び内蔵のコンタクト不良検査モジュール６０とインタフェース接続されたサブコンピュータ８０を具備することができるという点が図３のシステムと一部異なっている。サブコンピュータ８０としては、標準的な市販のパーソナルコンピュータを使用することができ、補助表示装置及び補助記憶装置あるいはメモリを具備してもよい。コンタクト不良の有無は、主記憶装置２２に記憶することができるコンタクト電子信号よりデータを分析するサブコンピュータ８０内のコンタクト不良検査モジュール６０によって検出することができる。
【００３３】
図７は、本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムのもう一つの実施形態を示したものである。図７のシステムは、図６のインラインＳＥＭと同じ構成要素をいくつか含み、主コンピュータ４０とインタフェース接続されたサブコンピュータ８０を有する。また、サブコンピュータ８０内にコンタクト不良検査モジュール６０を有すると共に、主コンピュータ４０内にコンタクトＣＤ測定モジュール７０を有する。
【００３４】
図８〜１０は、本発明によるコンタクト不良検査モジュール６０の種々の実施形態を示す概略機能ブロック図である。図８において、コンタクト不良検査モジュール６０には、電子ビームによって照射されている間にウェーハから受け取った電子を示すＳＥＭ信号を受け取るＳＥＭ信号読取りモジュール６０ａを設けることができる。コンタクト位置認識モジュール６０ｄは、ＳＥＭ信号を分析してコンタクトホール及び／または検査しようとする他のフィーチャの位置を決定する。コンタクトプロファイル計算・背景除去モジュール６０ｅは、ＳＥＭ信号データを用いてコンタクトホールについての輝度プロファイルを生成する。この輝度プロファイルは、通常、輝度プロファイル形状を背景効果と無関係に調べることができるように、背景輝度効果により生じるデータを除去することによって正規化される。コンタクト不良検査モジュール６０ｆは、コンタクトホールについての輝度プロファイルを分析して、コンタクト不良を識別ないしは特定する。一実施例においては、以下に詳細に説明するように、コンタクトについての平均輝度値が所定のスレッショルドと比較されて、不良が識別される。結果表示モジュール６０ｇは、不良分析の結果を表示することができる。
【００３５】
一実施例においては、ＳＥＭ信号読取りモジュール６０ａは主コンピュータ２０の主記憶装置あるいはメモリ２２に記憶されているコンタクトについてのデジタル化された電子信号情報を読み込む。インラインＳＥＭは、電子ビームの走査によって検出された電子信号の輝度をデジタル化し、それらの輝度をグレースケールまたはカラーコードレベルとして記憶する。一例のシステムでは、各画素に割り当てられるグレースケール値は、０から２５５までの範囲内で可能な２５６の値の中の１つである。最高輝度は２５５と定義され、最低輝度は０と定義される。デジタル化された輝度値は、各画素の素子によってカラーコード化、すなわちグレースケール化される。各画素についてのグレースケール値を時系列で読み取り、画素の画像をブラウン管、モニター及び／またはプリンタで表示することによって、コンタクト画像が生成される。グレースケールは色に変換してカラー表示することができる。
【００３６】
図９において、図示のコンタクト不良検査モジュールの実施形態は、図８の実施形態を修正したものである。図９では、コンタクトプロファイル計算モジュール６０ｅ（１）と背景値除去モジュール６０ｅ（２）は別個のモジュールとして設けられ、この点が図８に示す一つにまとめられたモジュール６０ｅと異なる。
【００３７】
図１０は、本発明によるコンタクト不良検査モジュール６０のもう一つの実施形態を示す概略機能ブロック図である。図１０においては、コンタクト不良検査モジュール６０は、グラフィックファイル転送ネットワークモジュール６０ｂ、グラフィックファイル−ＳＥＭ信号変換モジュール６０ｃ、コンタクト位置認識モジュール６０ｄ、複合型のコンタクトプロファイル計算・背景値除去モジュール６０ｅ、コンタクト不良検査モジュール６０ｆ及び結果表示モジュール６０ｇを具備する。
【００３８】
図６及び７を参照して、グラフィックファイル転送ネットワークモジュール６０ｂは、主コンピュータ１０、４０とサブコンピュータ８０との間における１つの信号転送手段である。モジュール６０ｂは主コンピュータ１０、４０の主記憶装置２２に記憶されたコンタクトについてのデジタル化電子信号の情報をグラフィックファイルに変換し、サブコンピュータ８０へ転送する。
【００３９】
グラフィックファイル−ＳＥＭ信号変換モジュール６０ｃは、サブコンピュータの８０に転送されたグラフィックファイルのカラーコード、すなわちグレースケールを読み込み、デジタル化されたＳＥＭ信号に変換する。コンタクト位置認識モジュール６０ｄ、コンタクトプロファイル計算・背景値除去モジュール６０ｅ、コンタクト不良検査モジュール６０ｆ及び結果表示モジュール６０ｇは、上に図８及び９を参照して説明した通りである。
【００４０】
図１１〜１４は、本発明のコンタクト不良検査システムによる半導体デバイスのコンタクト不良インライン検査処理の種々の実施形態を示すフローチャートである。図１１において、図４のコンタクト不良検査モジュール６０は、主コンピュータ４０に取り付けられたインラインＳＥＭを使用することによって、複数のコンタクトホールを有するウェーハに対してコンタクト不良検査を行う。まず、インラインＳＥＭの所定位置に複数のコンタクトホールを有するウェーハが装着されたカセットがセットされる（Ｓ１０）。次に、検査ようとするウェーハがカセットから取り出され、ＳＥＭの参照チャンバ内の載物台に装着される（Ｓ１２）。次に、ウェーハの平坦面が位置合わせされる。次いで、装着されたウェーハが電子ビーム走査（Ｓ１４）に備えて位置合わせされた後、ウェーハが載置された載物台はＳＥＭ電子ビームの入射方向に合った一定の位置へ移動される（Ｓ１６）。
【００４１】
対物レンズの下方に置かれたシャッターがウェーハの一定の位置に電子ビームを照射するように開かれ、自動アドレッシングが行われる（Ｓ２０）。この自動アドレッシングでは、あらかじめパターニングされた基準画像をその基準画像に関して検査を行うことができるように一定の位置に投影することによって、その位置が認識される。
【００４２】
次に、検査しようとする位置にＳＥＭからの電子ビームが照射され（Ｓ２２）、その電子ビーム走査が明瞭なコンタクト画像が得られるよう自動焦点調節部によって繰り返し行われる（Ｓ２４）。その後、ウェーハの電子ビーム走査を終了するためにシャッターが閉じられる（Ｓ２６）。
【００４３】
次に、本発明に基づき電子ビーム走査で検出された各コンタクトについての電子信号の輝度プロファイルが検査される（Ｓ２８）。その後、コンタクト不良検査をウェーハの他の位置で行うべきかどうかの判断が行われる（Ｓ３０）。他の位置でもコンタクト不良検査を行う必要があれば、プログラムはステップＳ１６へ戻り、載物台がウェーハの他の位置へ移動されて、上記のステップが繰り返される。コンタクト不良検査が終了したならば、ウェーハは載物台から取り出される（Ｓ３２）。次いで、他に検査すべきウェーハがあるかどうかの判断が行われる（Ｓ３４）。他に検査すべきウェーハがあれば、カセットの別のウェーハが参照チャンバに装入されて、上記のステップが繰り返されることにより、カセット中の全てのウェーハについてコンタクト不良検査が実行される。検査が全てのウェーハについて終了したならば、カセットが取り出され（Ｓ３６）、これによってプロセスが終了する。
【００４４】
図１２の実施形態においては、複数のコンタクトホールを有するウェーハのコンタクト不良検査方法が、コンタクト不良検査モジュール６０とコンタクトＣＤ測定部分７０が一つにまとめて設けられた主コンピュータ３０を有する図５のインラインＳＥＭを用いて示されている。コンタクト不良検査は、図１１で説明したようにして行われるが、この場合は図１１の実施形態とは異なり、コンタクト不良検査を行わない時（Ｓ２８）、シャッターは閉じられ（Ｓ２６）、コンタクト不良検査結果について判断が行われ（Ｓ２７）、コンタクトＣＤ測定が行われる（Ｓ２９）。
【００４５】
図１３は、ウェーハがコンタクト不良検査モジュール６０が、主コンピュータ１０ではなくサブコンピュータ８０に設けられた図６のインラインＳＥＭを用いることによって、複数のコンタクトホールを有するコンタクト不良についてのインライン検査方法を示したものである。図１３に示すように、シャッターが閉じられた後（Ｓ２６）、主コンピュータの主記憶装置に記憶されたＳＥＭ信号はサブコンピュータに転送されて、ウェーハの他の位置についてのコンタクト不良検査が必要かどうかが判断される（Ｓ３１）。サブコンピュータは、コンタクト不良検査（Ｓ３７）を行うために、その転送された信号を受け取る。
【００４６】
図１４の実施形態においては、コンタクト不良検査モジュールが図６に示す主コンピュータではなく、サブコンピュータに設けられている場合に、サブコンピュータと主コンピュータ６０は相互に命令をやり取りする。図１１に示すのと同じステップによって、シャッターは閉じられ（Ｓ２６）、主コンピュータの主記憶部に記憶されたＳＥＭ信号のサブコンピュータへの転送に関して判断が行われ（Ｓ３１−１）、サブコンピュータによってコンタクト不良検査が行われる（Ｓ３１−２）。そして、ウェーハの他の位置でコンタクト検査を行う必要があるかどうかの判断が行われる（Ｓ３１−３、Ｓ３１−４）。
【００４７】
図１５は、本発明のコンタクト不良検査法に基づき検査されるウェーハ１１０の領域に番号と陰影を付けて示したものである（＃２〜＃３７）。「ＡＰ」で指示された１つの領域は、位置合わせポイントを示し、「＃１」はチップによらない焦点調節位置を示す。
【００４８】
図１５の付番された各陰影領域中には、いくつかのサンプリング位置を設定することができる。例えば、図１５のチップあるいは領域＃２について、図１６には５つのサンプリング位置、すなわち左上（２，１）、右上（２，２）、右下（２，３）、左下（２，４）及び中心（２，５）が示されている。これらのサンプリング位置あるいはサンプリング数はサンプリングされる１つのチップ単位内で種々の仕方で選択することができる。本発明のこの実施形態においては、各チップで５つのサンプリング位置を検査するようにして、３５のチップあるいはサンプリング領域から１７５の位置がサンプリングされる。インラインＳＥＭの１２．５ｋの倍率を使用する一実施例では、各サンプリング位置の４８０×４８０画素の画像中に９８のコンタクトを取り込むことができる。３５の各領域毎に５つのサンプリング位置を取るとすると、１７，１５０のコンタクトが検査されることになる。
【００４９】
図１７は、本発明により検査されるコンタクトホールを持つ半導体デバイスの概略断面図である。図１７は６４メガＤＲＡＭの埋込みコンタクト形成プロセスを示したものである。フィールド酸化物層１３１は半導体基板１３０上に形成された活性領域を画定する。活性領域の上方にはゲート電極１３２が形成され、スペーサ１３３によって覆われる。高温酸化物膜の第１の絶縁層１３４が表面上に形成された後、第１のコンタクトホール１３７がビット線１３５用のダイレクトコンタクトとして形成される。ビット線１３５を形成した後、第２の絶縁層１３６がＢＰＳＧとして表面上に形成され、ワード線用に第２のコンタクトホール１３８が形成される。
【００５０】
本発明の検査の一例としては、例えば６４メガＤＲＡＭ製造プロセス中のワード線の形成用の埋込みコンタクトについて検査が行われる。図１７に示すように、検査は、ダイレクトコンタクト１３７についても行うことができ、あるいはこれらのコンタクトを形成するためのフォトレジストパターンの現像プロセス後に行うこともできる。
【００５１】
本発明のコンタクト不良検査方法においては、まず、丸コンタクトホールの直径のような検査されるフィーチャの寸法に基づいて、検査される各位置の最適画像サイズが選択される。一実施例の場合、典型的なＳＥＭ画像は４８０×４８０画素を有する。このような画像を図１６の各付番位置毎に取ることができる。コンタクトホールのサイズ及びこれらの間の距離に応じて、各個のコンタクト毎の最適画像サイズが決定される。図１８は、半導体デバイスの１つのサンプリング位置における１２．５ｋの倍率でのインラインＳＥＭのコンタクト画像の一例を示したものである。この画像は、４８０×４８０画素で構成され、この画像中に描かれたコンタクト数は９８、すなわち水平方向に１４画素、垂直方向に７画素である。
【００５２】
最適分解能は、検査されるフィーチャ、すなわちコンタクトホールのサイズ及びコンタクトホール間の距離に基づいて決定され、チェックされる。一例のシステムでは、例えば、各画素によりＳＥＭで約１２ナノメートルの分解能を得ることができる。現在、コンタクトホールは２００ナノメートルのオーダーの直径を持つことができることは周知である。あるフィーチャをカバーする画素の数は、フィーチャ中の異形部が画像で確実に検出することができるように選択される。例えば、検査される領域が等間隔の格子中に１００のコンタクトホールを有する場合、４８×４８画素の１００のサブグリッドをその各サブグリッドを１つのコンタクトホールと関連づけて使用することにより、コンタクトホール間のスペースを含めて全てのコンタクトホールをカバーすることができる。これらの各コンタクトホールを検査するために用いられる１００の４８×４８画素のサブグリッドは、水平な直線と垂直な直線からなる長方形の格子あるいはメッシュを４８０×４８０画素アレイに重ねることにより形成することができる。
【００５３】
本発明によれば、この場合、検査するコンタクトホールのどのような異形部でも４８×４８の格子で十分な分解能が得られるということが確かめられる。コンタクトホールの寸法は、各サブグリッド中のスペースの量と比較されて、コンタクトホール自体をカバーする画素の数がコンタクトホールを分析するの十分であるかどうかが判断される。分解能は、臨界寸法、すなわちコンタクトホールの直径をコンタクトホールをカバーする画素数によって割ることによって求められる。分解能は、１２ナノメートル／画素スレッショルドというようなスレッショルドと比較されて、その分解能が十分であるかどうかが確認される。
【００５４】
画素分解能が決定されたならば、メッシュ構造を用いて、コンタクトホールの位置及び寸法を求めることができる。一実施例では、メッシュあるいは格子構造の垂直線及び水平線を用いてコンタクトホールの位置が求められる。
【００５５】
モジュール６０ｄのコンタクト位置認識プロセスを示す図１８において、マトリックス中で位置合わせされたコンタクト画像の上にメッシュあるいは格子が重ねられ、各コンタクトが各メッシュ上に置かれるように、水平軸と垂直軸のピッチがメッシュあるいは格子が一定のサーチエリア内で調節される。この時、これらのピッチはコンタクト画像を生成する画素の数を増減させることによって制御することができる。メッシュ線のサーチエリアは、好ましくはコンタクトホールの同じパターンが繰り返されるエリアを含むように設定される。
【００５６】
図１８において、メッシュサーチ法を使用するコンタクト位置認識プロセスでは、各メッシュユニットあるいはサブグリッドが、水平方向の少なくとも６２画素と、垂直方向の少なくとも３２画素で構成されているということを確認し、サーチエリアは、想像上の水平軸方向メッシュ線１５０と想像上の垂直軸方向メッシュ線１５２を垂直軸に少なくとも３２画素、水平軸に少なくとも６２画素を含む範囲内で動かし、これによって、コンタクト画像中の各コンタクトがメッシュ線によって妨げられないようにして最も小さいデジタル化電子信号値の位置を検出することにより決定される。
【００５７】
一実施例においては、メッシュサーチは垂直線もしくは水平線を第１の位置に位置決めすることによって行われる。そして、その線沿いの輝度値を合計して、その線についての総輝度が求められる。次いで、その線は次の位置にステップ移動される。例えば、垂直線を水平軸に沿って次の位置にステップさせ、その位置で垂直線沿いの輝度値がサイド合計される。水平軸沿いの各位置で、総輝度値は所定のスレッショルド及び前回の総輝度値と比較される。コンタクトホールは背景より高い輝度を持つと仮定して、輝度の増加を用いてコンタクトホールのエッジ達したことを示すことができる。他の実施形態においては、コンタクトホールは背景より低い輝度を有する。このプロセスを格子構造全体にわたって続けて行うことにより、各コンタクトホールの位置及び／またはサイズと形状を求めることができる。一方の軸方向沿いに全ての位置の総輝度値が計算されたならば、このプロセスを他方の次元について繰り返すことによって、コンタクトホールのサイズ、形状及び位置を完全に特徴づけることができる。この特徴情報は、以後の処理において種々の目的のために用いることができる。コンタクトホールの位置と形状を知ることによって、コンタクトホールと関係がない画素の不必要な処理が省かれる。また、後続の処理の間に不良が識別された場合、その不良コンタクトホールの正確な位置が容易に突きとめられる。
【００５８】
コンタクト位置認識を行った後では、図１８に示すように、最初のメッシュユニットの原点は、例えば、水平軸上の画素番号Ｘ０＝１３と垂直軸上の画素番号Ｙ０＝２３で与えられる。同じサイズを持つメッシュユニットを比較の主題とすることができ、これがコンタクト位置認識が上記のように行われる理由である。
【００５９】
メッシュユニットは様々な設定、すなわちコンタクトホール１５３が１つ置きの各１つのメッシュユニット上に置かれる図１９に示すような設定、あるいは少なくとも２つのコンタクトホール１５３を１つのメッシュユニット上に置くことができる図２０に示すような設定で用いることができる。さらに、上記のメッシュ法の位置認識手法は、上記の円形コンタクト画像に対して、正方形あるいは口形パッド画像のようなあるパターンの画像が各単位面積毎に繰り返される場合にも、種々の画像形状で使用することができる。
【００６０】
図１８は、本発明に基づきコンタクト位置認識プロセスを行うためのメッシュ設定におけるコンタクトユニット（４８０×４８０画素）のＳＥＭ画像を示す。上に述べたように、この例では、この実施形態の検査のメッシュユニットは３２×６２画素として設定され、原点の画素番号（Ｘ０，Ｙ０）は（１３，２３）である。上記のメッシュユニット設定は、上に述べたように水平メッシュ線１５０及び垂直メッシュ線１５２を各メッシュ線によって画定されるサーチ範囲内で移動させることによって求められ、それぞれメッシュユニットの各ピッチに対応して約６０画素と約３０画素に設定することができる。もう一つの実施形態においては、各メッシュ線を分析して各メッシュ線に対応する最低輝度値を検知することによりコンタクトホールの位置が求められる。
【００６１】
図１９及び２０は、上に述べたような異なる種類のメッシュ設定を示し、図２１は、コンタクト輝度プロファイルの生成を説明するために、コンタクトユニットが画素単位によって指定されることを示したものである。図２２は、メッシュユニット内の第１の輝度プロファイルを示し、これには背景輝度値を除去してプロファイルを正規化する前の輝度値が垂直軸に対して示されている。図２３は、背景輝度値除去後のコンタクトのスレッショルド値を設定した図２２の輝度プロファイルを示したものである。この実施形態の検査では、スレッショルド電子信号値は５に設定され、スレッショルド画素番号は図２３に示す２０である。検査対象のコンタクトホールは垂直軸に沿って画素２０から４０にまたがっている。
【００６２】
図２４は、背景値除去による正規化後における図１８のコンタクトのＳＥＭ画像についての輝度プロファイルを示したものである。図２５は、図１８のコンタクトについて行った本発明のコンタクト不良検査の結果のコード化値を示す表である。図２４の丸で囲んだコンタクトは、図２５のコード値４によりコンタクト不良と判定された位置と一致する。
【００６３】
図２６は、この実施形態の検査における図１５示す各サンプリング位置についてのコンタクト不良検査結果の一部を各チップのサンプリング位置に関して示す図表であり、本発明によるコンタクトの各分類基準に対応する全てのコンタクト数が示されている。すなわち、各チップあるいは検査領域中の５つの各位置について、その位置で検知された各種分類のコンタクトホール数がリストアップされている。例えば、位置（１，３）では、タイプＤと分類されたコンタクトホールが８７、タイプＥと分類されたコンタクトホール３つ、タイプＧと分類されたコンタクトホールが５つ、そしてタイプＨと分類されたコンタクトホールが３つそれぞれある。各位置毎に９８のコンタクトホールが検査され、分類され、３５の検査領域にわたって合計１７，１５０のコンタクトホールが検査されたということは理解されよう。一実施形態においては、この検査は本発明によるプロセス時間の短縮によって１時間以内で完了することができる。従って、この手法は大量生産に応用可能である。
【００６４】
コンタクトプロファイル計算モジュール６０ｅ（１）を用いて、上記の個々のメッシュの各メッシュユニット毎の上記検出電子信号値の第１の輝度プロファイルが生成される。背景値除去モジュール６０ｅ（２）を用いて、第１の輝度プロファイルから各メッシュユニットの背景値を減じることにより第１の輝度プロファイルから第２の輝度プロファイルが生成される。
【００６５】
第１の輝度プロファイルと第２の輝度プロファイルは、各メッシュユニットに含まれる各画素に対応するデジタル化された電子信号値を用いることによって計算される。しかしながら、各メッシュユニットから得られる電子信号値は、対応するコンタクトからの電子信号値とコンタクトを取り囲んでいる外側の領域から得られた電子信号値の両方を含んでいる。本発明においては、１つのメッシュユニット内のコンタクトの内側だけからの輝度しか含まない正確な電子信号値を得るために、コンタクト領域、すなわち、コンタクトを取り囲む領域外からの背景電子信号値が輝度プロファイルから減じられて正規化された第２の輝度プロファイルが生成される。この操作は「変色効果」除去と呼ばれる。
【００６６】
本発明の一実施形態においては、コンタクト輝度プロファイル計算及び背景値除去はモジュール６０ｅにより次式（１）に従って行われる。
【００６７】
【数１】
0004522503.tif 000002
【００６８】
式中、
Ｘは、１つのメッシュユニット内の所定スレッショルド以上電子信号値の和である。
Ｂは、１つのメッシュユニット内の所定スレッショルド以下の電子信号値の和である。
ＢCは、１つのメッシュユニット内の所定スレッショルド以下の値を持つ電子信号の数である。
ＸCは、１つのメッシュユニット内の所定値以上の値を持つ電子信号の数である。
Ｙは、１つのメッシュユニット内の背景補償された電子信号値である。
【００６９】
式（１）では、上記の所定値は背景値を除去し、正確な測定結果が得られるようにして決めればよい。一実施形態においては、この値は例えば１００であるが、この値に限定されるものではない。
【００７０】
Ｙ値、すなわち式（１）の答は、各メッシュユニット内の補償された電子信号の和である。一実施形態においては、式（１）のＹの値について下限及び上限が設定される。特定のコンタクトについて計算されたＹの値が下限以下ならば、そのコンタクトは不良であると判定される。一実施形態においては、この所定の下限以下の値の測定結果は、無開タイプのコンタクトホール不良を示す。
【００７１】
式（１）は、通常不規則形状を有するコンタクトホールの検査に使用される。例えば、式（１）は、コンタクトホールを形成するためのフォトレジスト層をコンタクトホールの形成前に検査するために使用することができる。
【００７２】
もう一つの実施形態においては、コンタクトプロファイル計算及び背景値除去は次式（２）〜（４）に従って行われる。
PkN =(PkN)' - PmN          （２）
【００７３】
【数２】
0004522503.tif 000003
【００７４】
【数３】
0004522503.tif 000004
【００７５】
式中、
ｎは、水平軸方向画素番号である。
ｋは、垂直軸方向画素番号である。
Pnkは、水平軸位置ｎと垂直軸位置ｋの画素についてのデジタル化信号値である。
Ｎは、分析中のメッシュ番号である。
hiNは、１つのメッシュユニット内の水平軸の最初の画素番号である。
hfNは、１つのメッシュユニット内の水平軸の最後の画素番号である。
【００７６】
式（２）〜（４）については、図２１及び２２を参照して説明する。図２１は、本発明によりコンタクト輝度プロファイルを計算するために使用されるコンタクト関するメッシュユニット中の画素単位を図式的に表現したものである。図２２は、図１８のコンタクト画像についての背景値を減じる前に計算したメッシュユニット内の第１の輝度プロファイルをプロットしたグラフである。一実施例においては、輝度プロファイルは、１つの画素軸沿いの離散位置にステップ移動して、その各位置で上記画素軸の直交方向に沿って輝度値を合計し、画素輝度の和を該画素軸沿いの画素番号に対してプロットすることによって生成される。例えば、図２２のプロファイルは、垂直軸沿いの画素位置へ順次ステップ移動して、水平向に画素輝度を合計することによって生成することができる。図２２のプロファイルでは、結果として中心付近にピークを持つ輝度プロファイルが得られたもので、これは特定のメッシュユニットにおけるコンタクトホールの存在を指示している。このコンタクトホールは、垂直画素位置がほぼ１６から４４まで及んでおり、従って垂直方向に約２８画素のサイズを有する。図示プロファイルはコンタクトホールの中心部のピークの頂部に輝度の僅かなディップがあり、コンタクトホールの底部で検出輝度が落ち込んだことを示している。この輝度プロファイルの形状は、正常なコンタクトホールを指示している。
【００７７】
式（３）で得られる値（PkN)'は、垂直軸方向画素番号ｋの画素の１画素当たりの平均電子信号値である。これは垂直軸方向画素番号ｋの線（図２１、ｋ＝２０）における各画素に対応するデジタル化電子信号値の総和（レベル）、すなわち図２２の曲線の高さをhfN−hiNで与えられる垂直軸位置ｋの水平画素数で割ることによって得られる。図２２は、式（３）から得られたプロファイルを示したものである。PmNは（PkN)'の最小値、すなわち背景輝度あるいは基線値である。それ故、PkNは背景輝度値を減じた１画素当たりの平均電子信号値を示している。
【００７８】
図２３は、式（２）によって背景輝度値PmNを減じた後の第２の輝度プロファイルをプロットしたグラフである。図２４は、図１８のコンタクト画像中のコンタクトについて正規化した第２の輝度プロファイルを示したものである。
【００７９】
一実施例においては、本発明のコンタクト不良検査プロセスはさらに式（２）〜（４）の結果を分析して、それらのコンタクトが不良であるか否か、そして不良であるならば、どのタイプであるかに関して分類を行う。各コンタクトホールの第２の輝度プロファイル（図２４）を分析して、不良が識別され、分類される。
【００８０】
一実施例においては、図２３に示すように、スレッショルド、例えば５が第２の輝度プロファイル（背景値を減じた後の１画素当たりの平均電子信号値）に適用される。コンタクトの臨界寸法ＣＤNは、スレッショルドにおけるプロファイルのピークの長さ（あるいは幅）と定義される。図２３に示すように、スレッショルドが５にセットされた場合、コンタクトについての臨界寸法ＣＤNはＣＤN＝４０−２０＝２０画素となる。臨界寸法ＣＤNは、例えばコンタクトホールの直径であってもよく、次式（５）で計算することができる。
【００８１】
【数４】
0004522503.tif 000005
【００８２】
式中、
ViNは、メッシュユニット内の最初の垂直軸方向画素番号である。
VfNは、メッシュユニット内の最後の垂直軸方向画素番号である。
PkN =(PkN)' - PmNである。
WkNは、画素輝度値がスレッショルド（threshold）以上であるかどうかを示し、具体的には、下記の値を指示する。
【００８３】
【数５】
0004522503.tif 000006
【００８４】
次に、スレッショルド以上の画素について平均画素輝度ＢＳＥNが次式（６）によって下計算される。
【００８５】
【数６】
0004522503.tif 000007
【００８６】
ここで、式（５）及び（６）は、式（１）の別の形の検査手法を表しているということに留意すべきである。式（６）における平均画素輝度ＢＳＥNは、式（１）で計算される値Ｙのアナログ値である。また、式（５）及び（６）の値ＣＤNは式（１）の値Ｘｃを置換した形になっている。
【００８７】
検査中のコンタクトについて臨界寸法に対応する画素番号ＣＤN及び平均画素輝度値ＢＳＥNを計算したならば、これらを用いてコンタクトの状態を分類することができる。一実施例においては、その画素番号ＣＤNに対して上限値ＮＯＣ２と下限値ＮＯＣ１を設定することができる。これらの限界値を用いて、正常なコンタクトについての合格画素数の範囲が定義される。平均画素輝度ＢＳＥNに関しても、限界値を設定することができる。その上限値ＮＯＴ２及び下限値ＮＯＴ１を用いて、正常なコンタクトについての平均合格画素輝度値の範囲を定義することができる。
【００８８】
分析中の各コンタクトについてのＣＤN値及びＢＳＥN値はそれぞれの対応する範囲と比較されて、コンタクトが分類される。一実施例では、各コンタクトは、ＣＤN値及びＢＳＥN値とそれぞれの対応範囲との比較に基づいて、可能な９つのタイプの１つに分類される。可能な９つの状態と、それらに対応する分類のタイプ及び数字コードの一例が表１に示してある。
【００８９】
【表１】
0004522503.tif 000008
【００９０】
表１の３つの縦欄には、コンタクトホールの深さの３つの状態が定義されている。これらの欄は、深さが減少する順に並べられている。すなわち、最初の欄では比較的深いコンタクトホールの３つの状態、すなわち、タイプＡ、Ｄ及びＧが定義されている。２番目の欄では、深さが正常なコンタクトホールの３つの状態、すなわちタイプＢ、Ｅ及びＨが定義されている。３番目の欄では、深さが不十分なコンタクトホールの３つの状態、すなわちタイプＣ、Ｆ及びＩが定義されている。これらのコンタクトホールの状態のタイプは、通常、部分的に開いているコンタクトホールあるいは一様ではないコンタクトホールの特徴に対応している。表１の横行はコンタクトホールの直径が増大する順に並べられている。Ａ、Ｂ及びＣのコンタクトホールのタイプが入っている最初の行は、直径が小さくて不十分なコンタクトホールの状態に対応する。タイプＤ、Ｅ及びＦがある２番目の行は、正常な直径を持つコンタクトホールの特徴に対応している。タイプＧ、Ｈ及びＩがある３番目の行は、直径が大き過ぎるコンタクトホールの特徴に対応している。
【００９１】
表１に示すように、Ｅタイプの分類は、ＣＤN及びＢＳＥNがいずれもそれぞれの所定範囲内にある場合に対応する分類であり、正常なコンタクトであることを示す。これら値の一方または両方ともそれぞれの範囲外にあるコンタクトはＥ以外のタイプの１つに分類され、それらのタイプは、種々のコンタクト不良または不良の程度あるいはタイプを示すために用いることができる。
【００９２】
結果表示モジュール６０ｇは、不良検査モジュール６０ｆによって分類された結果、すなわち正常なコンタクト及び／またはコンタクト不良についての分類結果を表示することができる。これらの結果は、各コンタクトの位置に対応させてデジタル化した値で表示することができる。
【００９３】
図２５の表は、図２４のコンタクトホールついての分類及び画素位置の例を示したものである。各コンタクトが正常であるか、不良であるかが第２の輝度プロファイルに対応する各コンタクトの位置に関して数字コードの形で示されている。表中、コード「５」は、タイプＥを表し、正常なコンタクトを意味する一方、コード「４」はタイプＤのコンタクト不良を表す。一実施例においては、タイプＤは無開コンタクトを表す。図２５のＸ値は、各メッシュユニットにおける最初の水平軸方向画素番号を表し、Ｙ値は最初の垂直軸方向画素番号を表す。図２６の表は、半導体ウェーハの上に７つの各領域中の５つの位置についての本発明による検査の結果を示したものである。この表は、各位置内にある各分類タイプのコンタクト数を示している。
【００９４】
ＣＤN及びＢＳＥNの値は、種々の形でコンタクトを分類するのに用いることができる。すなわち、特定のコンタクトが入る分類によって特定のタイプのコンタクト不良を指定することができる。例えば、あるコンタクトについてのＢＳＥNが最小値ＮＯＴ１以下の場合、それは通常無開のコンタクトホールを示し、そのコンタクトホールはタイプＡ、Ｄ及びＧのどれかに分類されることになる。ＢＳＥNが最大値ＮＯＴ２以上の場合、そのコンタクトホールは開いてはいるが、何らかの理由でやはり不合格であると見なされる。例えば、そのコンタクトホールは底部に向かって広くなるか、あるいは狭くなるような異形状になっていることがある。この場合、コンタクトホールはタイプＣ、Ｆ及びＩのどれかに分類されることになる。
【００９５】
同様に、ＣＤNが最小値ＮＯＣ１の以下の場合、それにより指示される不良はコンタクトホールが狭過ぎるか、あるいは楕円形のような異形状になっていることがある。ＣＤNが最大値ＮＯＣ２以上ならば、それはコンタクトホールの異形状を指示する。
【００９６】
図２７は、本発明の一実施例による半導体デバイスの製造プロセスを示す処理シーケンスの論理の流れを図解したフローチャートである。まず、半導体デバイスの製造プロセス中のある特定の処理ステップで、窒化物膜または酸化物膜のような特定の絶縁層上にフォトレジストを被着し、フォトリソグラフィ処理を行った後、コンタクトホールに対応するフォトレジストパターンが形成される（Ｓ４０）。フォトレジストパターンは露光処理及び現像処理によって形成される。
【００９７】
次に、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、フォトレジストパターンの下の絶縁層をエッチングすることによりコンタクトホールが形成される（Ｓ４２）。次いで、コンタクトホールの内側を洗浄し、ウェーハを本発明によるインラインＳＥＭ中へ移動して、上に述べたように本発明に従ってコンタクトホール不良検査が行われる。その後、コンタクトホール内に導体を充填して、半導体デバイス製造のための次のプロセスが実行される（Ｓ４６）。
【００９８】
図２８は、本発明のコンタクト検査方法の一実施例の論理の流れを図解した概略フローチャートである。まず図示のステップ５００で、プロセスで使用されるパラメータが読み込まれる。一実施例では、プロセスで用いられるパラメータは下記の通りである
Ｎ＝ＳＥＭ画像のＹ軸方向画素番号
Ｍ＝ＳＥＭ画像のＸ軸方向画素番号
ＶＰ（垂直ピッチ）＝メッシュのＹ軸方向のコンタクトピッチ
ＨＰ（水平ピッチ）＝メッシュのＸ軸方向のコンタクトピッチ
ＭＸ＝Ｘ軸方向メッシュサーチの画素範囲
MY＝Ｙ軸方向メッシュサーチの画素範囲
ｂｓｅ＝ユニットメッシュ上のコンタクトの特性プロファイルの基線スレッショルド
ＮＯ１＝正常なコンタクトの特性プロファイル輝度の下限値
ＮＯ２＝正常なコンタクトの特性プロファイル輝度の上限値
ＣＤ１＝正常なコンタクトの特性プロファイルの画素番号下限値
ＣＤ２＝正常なコンタクトの特性プロファイルの画素番号上限値
ＸＮ＝ウェーハ中のチップまたはショット単位別の検査ＳＥＭ画像総数（カウント）
ＹＮ＝チップまたはショット単位中の検査ＳＥＭ画像総数（カウント）
Ｘ＝ウェーハ中のチップまたはショット単位別の検査ＳＥＭ画像順番
Ｙ＝チップまたはショット単位中の検査ＳＥＭ画像番号
ｃｄｔａ[ｊ]［ｉ］＝単位画素におけるＳＥＭ画像信号レベル
【００９９】
次に、ステップ５０２で、Ｘ軸値がゼロに初期化され、ステップ５０４で、Ｙ軸値がゼロに初期化される。検査システムは、最大のＹ軸値に達するまで、ステップ５０６〜５２０によって形成される内側ループによりＹ軸沿いに検査を続ける。最大Ｙ軸値に達したならば、Ｘ軸値がインクリメントされ、全てのＹ軸値について内側ループが繰り返される。ついには、Ｘ軸及びＹ軸の最後の値に達して、外側のループが終了する。図２８の内側ループ内では、ステップ５０６で、図２９に詳細に示すようにして、（Ｘ，Ｙ）及びｃｄａｔａ［ｊ］［ｉ］のＳＥＭ画像データがで読み取られる。ここで、本願で説明するメッシュ法は直交するＸ軸及びＹ軸を有する長方形のメッシュ構造を使用するということに留意すべきである。長方形メッシュは必須ではないことは理解されよう。他のメッシュ形状を用いることもできる。例えば、三角形、あるいは台形のメッシュを使用することができる。メッシュ構造は、コンタクトのどのような周期反復性パターンでも確実に検出されるように選択される。
【０１００】
次に、図２８のステップ５０８で、コンタクトホール位置が決定される。ステップ５０８は図３０〜３３に詳細に図解されている。コンタクトホール位置を認識するステップには、コンタクトホールを検査するために使われるメッシュ種類及びパターンを選択するステップが含まれる。図３０〜３３に詳細に示すプロセスは、第１の選択された次元（水平）に沿って１画素ずつ進行して、第１の次元と直交する第２次元（垂直）の全ての画素輝度値を合計する。輝度の大きな変化（急増）が検出されると、それはコンタクトホールのエッジの特徴として識別される。このプロセスは、輝度の大きな低下が検出されて、コンタクトホールの反対側のエッジの特徴として識別されるまで続けられる。この手法が全てのコンタクトホールの位置が検知されるま続けて用いられる。図３０〜３３のステップ５５０及び５８２で、輝度の差の絶対値が使用されるということに留意すべきである。これは、コンタクト位置の特徴として認識するには、輝度の差の大きさ、すなわちコントラストが重要であるためである。この手法は、コンタクトホールを高輝度あるいは低輝度として特徴認識するいろいろな取り決めに対応している。
【０１０１】
図２８のステップ５１４で、コンタクトホールプロファイルが計算される。このプロセスは、図３４〜３７のフローチャートに詳細に図解されている。プロファイルは、図３０〜３３を参照して上に説明したプロセスに従い識別された各コンタクトホールを分析することによって計算される。プロファイルは各コンタクトホール毎に計算される。一実施例では、プロファイルは一次元沿いの各位置でこれと直交する他方の次元の輝度値を合計することによって生成される。各位置における輝度値は、平均を取ってプロットして、プロファイルを生成することもできる。図３４〜３７のフローチャートでは、一般名の形の変数Ｆ及びＦ２が使用されているということに留意すべきである。これらの変数は、本発明の実施例においては、式（５）及び（６）でそれぞれ定義される変数ＢＳＥN及びＣＤNと置換可能である。
【０１０２】
図２８のステップ５１６では、コンタクトホールが本発明に従って検査される。このプロセスは図３８、３９に詳細に図解されている。上に述べたように、図３４〜３７に従って求められた値を分析することによって、各コンタクトホールは９つのコンタクトタイプの１つに分類される。上記のように、図３８、３９においては、変数Ｆ及びＦ２は変数ＢＳＥN及びＣＤNと交換可能である。
【０１０３】
再び図２８を参照して、ステップ５１８でＹ軸値がインクリメントされ、ステップ５２０で最大のＹ軸値に達したかどうかが判断される。最大値に達していなければ、プログラムの流れは内側ループの最も上のステップへ戻る。最大値に達したならば、ステップ５２２でＸ軸値がインクリメントされ、プログラムの流れはステップ５０４でブロック５２４を介して外側ループの最も上のステップに戻る。外側ループが終わる時、ステップ５２６で検査プロセスの結果を表示することができる。
【０１０４】
上記のように、図２９は図２８に示すＳＥＭ画像データ読取りステップ５０６を詳細に図解したフローチャートチャートである。ステップ５２８で、インデックスｊがゼロに初期化され、ステップ５３０でインデックスｉがゼロに初期化される。ステップ５３２でｃｄａｔａ［ｊ］[ｉ]が読み込まれ、ステップ５３４でインデックスｉがインクリメントされる。ステップ５３６で、インデックスｉがその最大限値Ｍに達したかどうかが判断される。最大値に達していなければ、ステップ５３２へ戻ってデータが再度読み込まれる。最大値に達したならば、ステップ５３８でインデックスｊがインクリメントされ、ステップ５４０で、ｊがその最大値Ｎに達したかどうかが判断される。最大値に達していれば、プロセスは終了する。層でなければ、ステップ５３０に戻って、インデックスｉが再びゼロに初期化され、上記プロセスが繰り返される。
【０１０５】
一実施例においては、本発明のコンタクト不良検査は、コンタクトホールが形成され、コンタクトホールの内側が洗浄された後（洗浄後検査（After Cleaning Inspection）：ＡＣＩ）行われる。この不良検査は、コンタクトホール形成用のフォトレジストパターンを形成するための現像処理において、ウェーハ上の露出した絶縁層に対して行うこともできる（現像後検査（After Development Inspection）：ＡＤＩ）。
【０１０６】
本発明は、上に述べたようなコンタクトホールだけではなく、全てのステップで、半導体基板及び導電層と直接接触する全てのコンタクトホール接続するためのバイアホールにも適用することができる。さらに、本発明は、コンタクトホール形成のためのフォトリソグラフィ処理で、現像処理の後のパターン形成不良を調べるために使用することもできる。
【０１０７】
さらに、本発明は、円形状コンタクトホールの他、規則的に反復される種々の画像パターンを検出することにより、パターン検査に適用することもできる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば、肉眼あるいは顕微鏡によるコンタクト画像の検査を行うことなく、コンタクト不良の存在がデジタル化された値によって精密かつ正確に検出される。高いアスペクト比を持つコンタクトの場合は、コンタクト不良の有無を容易かつ非常に正確に確認することができる。さらに、ウェーハ表面全体についてのコンタクト不良検査が短時間で行われて、コンタクト不良についての検出結果が得られ、かた大量生産システムラインに好適な高い効率と生産性が確認される。
【０１０９】
本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく本発明の種々の修正態様並びに変形態様を実施することが可能なことは、当業者にとって明白であろう。従って、本発明は、特許請求の範囲に及びこれと等価な範囲内にある限り、それらの本発明の修正態様並びに変形態様を包括するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の動作を図解した概略ブロック図である。
【図２】ＳＥＭで、参照物が電子ビームにより照射された時放出される二次電子及び後方散乱電子を含む電子のエネルギースペクトルを示すグラフである。
【図３】インラインＳＥＭの構成を図解した概略ブロック図である。
【図４】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムの一実施例を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムのもう一つの実施例を示す概略ブロック図である。
【図６】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムのもう一つの実施例を示す概略ブロック図である。
【図７】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査システムのもう一つの実施例を示す概略ブロック図である。
【図８】本発明によるコンタクト不良検査方法及びシステムの一実施例を示す概略機能ブロック図である。
【図９】本発明によるコンタクト不良検査方法及びシステムのもう一つの実施例を示す概略機能ブロック図である。
【図１０】本発明によるコンタクト不良検査方法及びシステムのもう一つの実施例を示す概略機能ブロック図である。
【図１１】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査方法の一実施例における論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図１２】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査方法のもう一つの実施例における論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図１３】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査方法のもう一つの実施例の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図１４】本発明による半導体デバイス用のコンタクト不良検査方法のもう一つの実施例の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図１５】本発明の一実施例によるコンタクト不良検査におけるウェーハ上のチップサンプリング位置のパターンを図解した概略平面図である。
【図１６】図１５の１つのチップサンプリング位置の中のサンプリング領域の詳細を図解した説明図である。
【図１７】本発明の一実施例によるコンタクト不良検査で使用することができるコンタクトホールが形成された半導体デバイスの概略断面図である。
【図１８】本発明の一実施例によるコンタクト位置認識方法によってメッシュが設定された後におけるコンタクトホールのＳＥＭ画像データを示す写真である。
【図１９】本発明の一実施例によるコンタクト認識方法を実施するために設定されたメッシュを略示した説明図である。
【図２０】本発明のもう一つの実施例によるコンタクト認識方法を実施するために設定されたメッシュを略示した説明図である。
【図２１】本発明の一実施例によるコンタクトユニットと水平方向及び垂直方向の画素単位との間の関係を略示した説明図である。
【図２２】本発明の一実施例による背景値除去前のコンタクトユニットの輝度プロファイルを示す説明図である。
【図２３】背景値除去後における図２２のコンタクトユニットの輝度プロファイルを示す説明図である。
【図２４】背景値除去後にコンタクトユニットのＳＥＭ画像の輝度プロファイルを示す説明図である。
【図２５】本発明の一実施例によるコンタクト不良検査の結果を特定的に示したコード表である。
【図２６】本発明の一実施例によるコンタクト不良検査の結果の一部を示した表である。
【図２７】本発明の一実施例による半導体デバイス処理シーケンスの論理の流れを図解したフローチャートである。
【図２８】本発明によるコンタクト検査方法の一実施例における論理の流れを図解した概略ブロック図である。
【図２９】図２８の方法による走査型電子顕微鏡画像データの読取り動作論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３０】図２８の方法によるコンタクトホール位置認識動作の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３１】図２８の方法によるコンタクトホール位置認識動作の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３２】図２８の方法によるコンタクトホール位置認識動作の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３３】図２８の方法によるコンタクトホール位置認識動作の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３４】図２８の方法によるコンタクトホールプロファイル計算の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３５】図２８の方法によるコンタクトホールプロファイル計算の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３６】図２８の方法によるコンタクトホールプロファイル計算の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３７】図２８の方法によるコンタクトホールプロファイル計算の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３８】図２８の方法によるコンタクトホール検査の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【図３９】図２８の方法によるコンタクトホール検査の論理の流れを図解した概略フローチャートである。
【符号の説明】
１０    主コンピュータ
１１    真空形成部
１２    参照物移送部
１３    参照物位置合わせ部
１４    電子ビーム発生器
１５    電子ビーム偏向器
１６    信号検出器
１８    自動焦点コントローラ
１９    主表示装置
２０    主コンピュータ
２１    主コントローラ
２２    メモリ（主記憶装置）
３０    主コンピュータ
４０    主コンピュータ
６０    コンタクト不良検査モジュール（主コンピュータ）
６０ａ  ＳＥＭ信号読取りモジュール
６０ｂ  グラフィックファイル転送ネットワークモジュール
６０ｃ  グラフィックファイル−ＳＥＭ信号変換モジュール
６０ｄ  コンタクト位置認識モジュール
６０ｅ  コンタクトプロファイル計算・背景除去モジュール
６０ｅ（１）  コンタクトプロファイル計算モジュール
６０ｅ（２）  背景値除去モジュール
６０ｆ  コンタクト不良検査モジュール
６０ｇ  結果表示モジュール
７０    測定モジュール
８０    サブコンピュータ
１００    走査型電子顕微鏡システム
１０２    電子銃
１０４    コンデンサレンズ
１０８    対物レンズ
１１０    ウェーハ（被検面）
１１２    信号検出器
１１４    信号増幅器
１１５    処理装置
１１６    偏向コイル
１２０    走査回路
１２２    偏向コイル
１２４    シャッター
１３０    半導体基板
１３１    フィールド酸化物層
１３２    ゲート電極
１３３    スペーサ
１３４    絶縁層
１３５    ビット線
１３６    絶縁層
１３７    コンタクトホール
１３８    コンタクトホール
１５０    水平軸方向メッシュ線
１５２    垂直軸方向メッシュ線
１５３    コンタクトホール
【図１】
0004522503.tif 000009
【図２】
0004522503.tif 000010
【図３】
0004522503.tif 000011
【図４】
0004522503.tif 000012
【図５】
0004522503.tif 000013
【図６】
0004522503.tif 000014
【図７】
0004522503.tif 000015
【図８】
0004522503.tif 000016
【図９】
0004522503.tif 000017
【図１０】
0004522503.tif 000018
【図１１】
0004522503.tif 000019
【図１２】
0004522503.tif 000020
【図１３】
0004522503.tif 000021
【図１４】
0004522503.tif 000022
【図１５】
0004522503.tif 000023
【図１６】
0004522503.tif 000024
【図１７】
0004522503.tif 000025
【図１８】
0004522503.tif 000026
【図１９】
0004522503.tif 000027
【図２０】
0004522503.tif 000028
【図２１】
0004522503.tif 000029
【図２２】
0004522503.tif 000030
【図２３】
0004522503.tif 000031
【図２４】
0004522503.tif 000032
【図２５】
0004522503.tif 000033
【図２６】
0004522503.tif 000034
【図２７】
0004522503.tif 000035
【図２８】
0004522503.tif 000036
【図２９】
0004522503.tif 000037
【図３０】
0004522503.tif 000038
【図３１】
0004522503.tif 000039
【図３２】
0004522503.tif 000040
【図３３】
0004522503.tif 000041
【図３４】
0004522503.tif 000042
【図３５】
0004522503.tif 000043
【図３６】
0004522503.tif 000044
【図３７】
0004522503.tif 000045
【図３８】
0004522503.tif 000046
【図３９】
0004522503.tif 000047