(57)【要約】【課題】  詳細なコンタクトホール形状の計測及び穴底の状態を測定することができる基板観察装置を提供すること。【解決手段】  電子線を発生する電子源２１と、電子源からの電子線を観察すべき基板表面に照射し、その電子線を走査するための偏向器２２と、基板から装置の基準電位部への電流を検出する基板電流検出手段とを備えた基板観察装置において、偏向器２２の偏向信号及び前記検出した基板電流信号に基づいて、前記基板電流の信号をコンタクトホール部分の基板電流信号と、それ以外の部分の基板電流信号とを抽出し、各々の電流量を算出して、コンタクトホールの状態を表示する演算処理装置５０を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子源と、電子源からの電子線を観察すべき基板表面に照射し、その電子線を走査するための偏向手段と、基板から装置の基準電位部への電流を検出する基板電流検出手段とを備えた基板観察装置において、
前記偏向手段の偏向信号及び前記検出した基板電流信号に基づいて、前記基板電流の信号をコンタクトホール部分の基板電流信号と、それ以外の部分の基板電流信号とを抽出し、各々の電流量を算出して、コンタクトホールの状態を表示する演算処理手段を有することを特徴とする基板観察装置。
【請求項２】
前記演算処理手段は、前記基板電流信号から、コンタクトホール部分の穴底部分の径と、上端部分の径を算出する穴径算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板観察装置。
【請求項３】
前記演算処理手段は、前記コンタクトホール部分の基板電流信号から求められた電流量から、前記それ以外の部分の基板電流信号から求められた電流量を差し引き、この差分をコンタクトホール部分の真の電流量として求める電流量演算手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板観察装置。
【請求項４】
前記演算処理手段は、前記コンタクトホール部分の基板電流信号から、コンタクトホール周辺の平面部分、上端の穴開口部分、穴壁部分、穴底部分を識別する識別演算手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板観察装置。
【請求項５】
前記基板電流信号を増幅する増幅器を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板観察装置。
【請求項６】
基板から発生する荷電粒子に基づく走査像を表示する画像表示装置を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を試料である基板上で走査して、基板から発生した荷電粒子を検出器で検出し、同期信号発生器の情報に基づいて試料像を形成する手段を有する走査型電子顕微鏡、半導体評価装置等の基板観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子線を偏向器で試料上に走査し、試料から発生する荷電粒子を検出器で検出し、走査用の同期信号発生器の情報に基づいて試料像を形成する半導体評価装置等の基板観察装置が知られている。このような基板観察装置として、特に基板から発生する基板電流を測定する手段を備え、基板電流信号より基板のコンタクトホールの形状、穴底の状態を評価するための基板観察装置がある。
【０００３】
特許文献１には、基板上に形成された測定対象の薄膜に電子ビームを照射し、その際に基板に流れる基板電流値を測定し、電子ビームの照射により薄膜近傍に発生した電荷分布の影響、又は薄膜近傍の基板表面形状を考慮して、基板電流値を補正して、標準試料における膜厚と基板電流との関係を示す参照データを取得し、参照データを考慮して、補正された基板電流値から測定対象の薄膜の膜厚を算出する膜圧測定装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、基板上に形成された測定対象の薄膜に第一のエネルギー及び第二のエネルギーの電子ビームをそれぞれ照射し、薄膜に第一のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第一の基板電流値及び薄膜に第二のエネルギーの電子ビームを照射した際に基板に流れる第二の基板電流値をそれぞれ測定し、標準試料において、第一のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流と第二のエネルギーの電子ビームを照射した場合の基板電流とを変数とする参照関数と膜厚との関係を示す参照データを取得し、参照データを考慮して第一の基板電流値と第二の基板電流値とに基づき測定対象の薄膜の膜厚を算出する膜厚測定装置が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、集束した荷電粒子ビームを二次元的に走査しながらウェハ上の各領域における平均的な吸収電流（試料電流）を測定して、ウェハ全域に渡る吸収電流強度分布図を得る領域測定処理と、その所見から適宜選択した領域において二次電子像と吸収電流像と測定しこの両者を比較してコンタクト不良なコンタクトホールを特定する比較測定処理と、特定した不良なコンタクトホールに集束した荷電粒子ビームを照射して吸収電流を測定してそのコンタクトホールの残膜の厚さを求める単独測定処理とからなるコンタクトホールの検査方法が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、参照値格納部、電流測定部、及び特性値算出部を有し、参照値格納部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及び基板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、電流測定部は検査基板に電子が照射されるとき、検査基板に流れる電流値を測定し、特性値算出部は検査基板で測定された電流値と参照値格納部に格納された特性値及び電流値を利用して検査基板でコンタクトホールの特性値を算出基板測定装置が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１４８３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４８３２号公報
【特許文献３】特開２００３−３０３８６７号公報
【特許文献４】特開２００５−２４４２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の走査型電子顕微鏡や半導体評価装置等の基板観察装置によるコンタクトホール測定では、穴底の観察、測定を安定して行うことは試料上の膜質などによるチャージアップのため難しかった。さらに特定の穴底に残渣があるかどうかの検出を行うことができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、詳細なコンタクトホール形状の計測及び穴底の状態を測定することができる基板観察装置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】
【００１０】
本発明に係る基板観察装置は、演算処理手段を設け、走査信号と基板から直接検出される基板電流信号とに基づいて、コンタクトホールの詳細な情報を得るものである。
【００１１】
即ち、請求項１の発明は、電子線を発生する電子源と、電子源からの電子線を偏向して観察すべき基板を走査する偏向手段と、基板の電流を検出する基板電流検出手段とを備えた基板観察装置において、前記偏向手段の偏向信号及び前記検出した基板電流信号に基づいて、前記基板電流の信号をコンタクトホール部分の基板電流信号と、それ以外の部分の基板電流信号とを抽出し、各々の電流量を算出して、コンタクトホールの状態を表示する演算処理手段を有することを特徴とする基板観察装置である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の基板観察装置において、前記演算処理手段は、前記基板電流信号から、コンタクトホール部分の穴底部分の径と、上端部分の径を算出する穴径算出手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の基板観察装置において、前記演算処理手段は、前記コンタクトホール部分の基板電流信号から求められた電流量から、前記それ以外の部分の基板電流信号から求められた電流量を差し引き、この差分をコンタクトホール部分の真の電流量として求める電流量演算手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板観察装置において、前記演算処理手段は、前記コンタクトホール部分の基板電流信号から、コンタクトホール周辺の平面部分、上端の穴開口部分、穴壁部分、穴底部分を識別する識別演算手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板観察装置において、前記基板電流信号を増幅する増幅器を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板観察装置において、基板から発生する荷電粒子に基づく走査像を表示する画像表示装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る基板観察装置によれば、基板観察装置は演算処理手段を備え、試料である基板からの荷電粒子信号と、基板から直接検出される基板電流信号とに基づいてコンタクトホールの形状、穴底の状態を精度よく観察し評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明に係る基板観察装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本例に係る基板観察装置の全体構成の概略を示すものである。
【００１９】
本例に係る基板観察装置１０は、鏡筒２０及び試料室３０を備えてなる。鏡筒２０内には、電子線を発生する電子源２１、電子源２１からの電子線を所定の方向に偏向する偏向器２２、図示しない収束レンズ、及び反射電子線、二次電子線、荷電粒子を検出する検出器２３を備える。また、試料室３０には、試料台が配置され試料３１が載置されている。
【００２０】
偏向器２２は、制御系４０で偏向制御され、制御系４０には、偏向幅設定装置４１、同期信号発生器４２を備える。
【００２１】
検出器２３からの信号は、演算機能、記憶機能及び表示機能を備えた演算処理装置５０で演算処理される。また、試料３１からの基板電流信号は、増幅装置５２、Ａ／Ｄコンバータ５３を経て演算処理装置５０に入力される他、演算処理装置５０には、偏向幅設定装置４１からの偏向幅信号が入力される。本例では、演算処理装置５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭを備え、予め格納されたプログラムに基づいて、前記基板電流の信号から、コンタクトホール部分の穴底部分の径と、上端部分の径を算出する径算出手段、コンタクトホール部分の基板電流信号から求められた電流量から、前記それ以外の部分の基板電流信号から求められた電流量を差し引き、この差分をコンタクトホール部分の真の電流量として求める電流量演算処理手段、前記コンタクトホール部分の基板電流信号から、コンタクトホール周辺の平面部分、上端の穴開口縁部分、穴壁部分、穴底部分を識別する識別演算手段の機能をなす。基板電流検出手段とは、増幅装置５２、Ａ／Ｄコンバータ５３、演算処理装置５０からなり、基板から装置の基準電位部（接地）への電流を検出する。
【００２２】
また、演算処理装置５０には、基板電流信号、偏向器からの偏向信号、同期信号等を記憶する記憶装置と、二次電子等を検出する検出器からの検出信号に基づき、基板の試料像を表示するモニター等の表示装置が設置されている。
【００２３】
偏向幅設定装置４１からの偏向幅信号は、偏向器２２及びＡ／Ｄコンバータ５３に入力される。また、期信号発生器４２からの同期信号は偏向器２２及び演算処理装置５０に入力される。
【００２４】
本例では、電子源２１から発生された電子線を偏向器２２で所定の方向に偏向させ、試料３１であるウェハ基板上に照射し、ウェハ基板上のコンタクトホールなどを検査する。
【００２５】
偏向器２２には、偏向幅設定装置から偏向幅を設定するための偏向幅設定信号が入力される。同時に、偏向幅設定装置から演算装置へ偏向幅設定信号が入力される。
【００２６】
検出器２３は、ウェハ基板のコンタクトホールなどから発生した二次電子、反射電子等の荷電粒子を検出する。検出された検出信号に基づいて演算処理装置５０は、試料像（走査型電子顕微鏡像、ＳＥＭ像）を形成させ、観察可能に表示し、この表示に基づいて作製されたコンタクトホールが仕様通りに形成されたかどうかが評価される。
【００２７】
次に本例でコンタクトホールの観察を行うときの処理を説明する。以下図２（ａ）に示したコンタクトホールの測定を例として説明する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、電子線６１を試料３１のコンタクトホール３２を横切って走査すると、ＳＥＭ像は図２（ｃ）のように観察される。基板電流もＳＥＭ像と同一の同期信号を使用することによりコンタクトホール像を形成することができる。ここで基板電流についてみると、試料のコンタクトホール部分については電流量が多く、それ以外の部分については電流が低くなる。この信号を用いコンタクトホールの測定を行う。
【００２９】
次に、演算処理装置５０における基板電流信号の処理について説明する。コンタクトホールを走査する基板電流信号を、コンタクトホール部分と、それ以外の部分とに分離抽出し、各々の電流量を算出する。演算処理手段による算出方法は下記の通りである。コンタクトホールを走査した基板電流信号の一部は、例えば図３に示すようになる。
【００３０】
この信号に対し演算処理を行い、図４に示すようにコンタクトホール部分とそれ以外の電流量を算出する。実際の各々の電流量の算出には、以下のような手法を執ることができる。ここで、コンタクトホール部基板電流をＥＣＨコンタクトホール部以外の基板電流をＥＢａｓｅ元信号をｆ（ｘ）とする。
【００３１】
ステップ１：元信号ｆ（ｘ）に対し、平均値Ｆ及び偏差σを求める。
ステップ２：元信号ｆ（ｘ）に対し、微分処理を行い、その結果をｄ（ｘ）とする。
ステップ３：以下のように分類処理を行い、ＥＣＨ及びＥＢａｓｅを算出する。
【００３２】
まず、ｄ（ｘ）＜σ  かつ  ｆ（ｘ）＜Ｆ  の条件を満たすｘに対して、電流の総和（Σｆ（ｘ））を求める。この値Σｆ（ｘ）が試料のコンタクトホール以外の部分の基板電流ＥＢａｓｅと等しくなる。
即ち、
ＥＢａｓｅ＝Σｆ（ｘ）
となる。
【００３３】
また、ｄ（ｘ）＜σ  かつ  ｆ（ｘ）＞Ｆ  の条件を満たすｘに対し、電流の総和（Σｆ（ｘ））を求める。この値Σｆ（ｘ）が試料のコンタクトホールの基板電流ＥＣＨと等しくなる。
即ち、
ＥＣＨ  ＝Σｆ（ｘ）
となる。
【００３４】
次に、演算処理装置５０でコンタクトホールの穴底、上端の径の算出を行う。コンタクトホールを走査する基板電流信号より、コンタクトホール部分の穴底部分と、上端部分それぞれの径を算出する。演算処理手段による算出方法は下記の通りである。
【００３５】
コンタクトホールを走査した基板電流信号の一部は、例えば上述した例と同様に、図３のようになる。この信号に対し演算処理を行い、図６に示す穴底部分と上端部分それぞれの径を算出する。
【００３６】
実際の各々の径の算出には、以下のような手法を執ることができる。ここでは、コンタクトホール部基板電流をＥＣＨコンタクトホール部以外の基板電流をＥＢａｓｅとし、算出する。
また元信号をｆ（ｘ）、穴底径をＷＣＨ、上端径をＷＢａｓｅとする。
上記例では、ＥＣＨ及びＥＢａｓｅにのみ分類したが、ここではそれ以外の条件
ｄ（ｘ）＞  σ  かつ  ｄ（ｘ）＜０  の条件を満たすｘを、ＳＲｉｇｈｔ
ｄ（ｘ）＞  σ  かつ  ｄ（ｘ）＞０  の条件を満たすｘを、ＳＬｅｆｔ
とさらに分類する
【００３７】
このような分類処理により元信号は図７に示すように分類される。
（１）：ＥＣＨに分類された範囲
（２）：ＳＬｅｆｔに分類された範囲
（３）：ＳＲｉｇｈｔに分類された範囲
（４）：ＥＢａｓｅに分類された範囲
ここで（１）〜（４）を、図８（ａ）に示すように、それぞれ直線に近似し、図８（ｂ）に示すように、（１）と（２）の近似直線の交点からと（３）の交点までの距離（５）をＷＣＨ、（４）と（２）の近似直線の交点から（４）と（３）の交点までの距離（６）をＷＢａｓｅと算出できる。
【００３８】
以上により、上記計算例と同様に、各々の部位の電流量を算出し、大きさを算出することができる。
【００３９】
また、コンタクトホール部分の基板電流信号から、コンタクトホール周辺の平面部分（４）、上端の穴部分（（１）＋（２）＋（３））、穴筒部分（２）、（３）、穴底部分（１）に分類することができると共に、近似直線ではあるが、表示装置にコンタクトホールの断面形状を表示することができる。これにより、エッチングにより作製されたコンタクトホールが仕様通りに正確に形成されたかどうかを精度よく評価することができる。
【００４０】
また、本例では、元信号に複数のコンタクトホールの信号がある場合においても、コンタクトホールの形状により予想される順序に一致して並んでいるかどうかの処理を追加することにより個々のコンタクトホールに対して、
【００４１】
〜
【００４２】
に挙げたコンタクトホール部基板電流ＥＣＨの測定、および
【００４３】
〜
【００４４】
に挙げたコンタクトホール上端の穴径や、穴底部分の径の測定が可能となる。この処理の追加により元信号内のコンタクトホールを全部測定することや、特定のコンタクトホール、例えば画面中心に一番近いものなどを測定することが可能となる。
【００４５】
ここで、得られた基板電流信号は、電子線の照射によるチャージの影響を受ける。このチャージのためコンタクトホールの基板電流量は変化してしまうこととなる。最初の実施例に示したように、コンタクトホール部分のみならず、コンタクトホール部分以外の基板電流量も求め、この差分をコンタクトホール部分の電流量とすることによりチャージの影響を低減することができる。即ち、チャージアップした場合、基板一面に帯電し、ＥＣＨもＥＢａｓｅも同じ電流分変化するので、基板電流のＥＣＨとＥＢａｓｅからコンタクトホールの深さ形状を求めることができ、コンタクトホールを評価するうえで考慮される。
【００４６】
例えばコンタクトホールを走査した基板電流信号の一部は、図９に示すようになる。この例では、第１の実施例において説明したように、コンタクトホール部基板電流をＥＣＨコンタクトホール部以外の基板電流をＥＢａｓｅとして算出している。ここでチャージの影響がある場合には、ＥＣＨ  ，ＥＢａｓｅともに同量の増減を示す。つまりチャージの影響のないコンタクトホールの基板電流
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を算出するため、ＥＣＨ，ＥＢａｓｅの差分を取るようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態例に係る基板観察装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態例に係る基板コンタクトホールのＳＥＭ像を示す図である。
【図３】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図４】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図５】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図６】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図７】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図８】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【図９】実施の形態例に係る基板電流信号を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・基板観察装置
２０・・・鏡筒
２１・・・電子源
２２・・・偏向器
２３・・・検出器
３０・・・試料室
３１・・・試料
３２・・・コンタクトホール
４０・・・制御系
４１・・・偏向幅設定装置
４２・・・期信号発生器
５０・・・演算処理装置
５２・・・増幅装置
５３・・・Ａ／Ｄコンバータ
６１・・・電子線
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007096224.tif 000006
【図４】
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【図５】
2007096224.tif 000008
【図６】
2007096224.tif 000009
【図７】
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【図８】
2007096224.tif 000011
【図９】
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