(57)【要約】【課題】半導体装置の電気的な接続信頼性を向上させる。【解決手段】（ａ）半導体基板の主面上に、主導体膜（下地膜）７Ａおよび主導体膜７Ａ上のストッパ絶縁膜（被測定膜）６ｓを積層する工程、（ｂ）ストッパ絶縁膜６ｓに開口部８を形成する工程、を含んでいる。また、（ｃ）開口部８に電子ビーム（励起線）ＥＢを照射して、特性Ｘ線を放出させる工程、および（ｄ）特性Ｘ線を検出し、特性Ｘ線の検出結果に基いて開口部８の底部８Ｂにおけるストッパ絶縁膜６ｓの有無または膜厚を判定する工程、を含んでいる。また、（ｄ）工程では、特性Ｘ線に含まれる複数の元素成分の比率により、ストッパ絶縁膜６ｓの有無または膜厚を判定する。【選択図】図１６
2012098113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板の主面上に、下地膜および前記下地膜上の被測定膜を積層する工程、
（ｂ）前記被測定膜に開口部を形成する工程、
（ｃ）前記開口部の底部に励起線を照射して、特性Ｘ線を放出させる工程、
（ｄ）前記特性Ｘ線を検出し、前記特性Ｘ線の検出結果に基いて前記開口部の底部における前記被測定膜の有無を判定する工程、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記（ｃ）工程で放出させる特性Ｘ線は、前記被測定膜を構成する第１の元素に由来する第１元素成分と、前記下地膜を構成する第２の元素に由来する第２元素成分を含み、
前記（ｄ）工程では、前記特性Ｘ線のうち、前記第１元素成分と前記第２元素成分の成分比率により、前記被測定膜の有無を判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記（ｃ）工程の前に、前記励起線の強度と前記成分比率の相関関係を測定し、判定用データを取得する工程をさらに有し、
前記（ｄ）工程では、前記第１元素成分と前記第２元素成分の成分比率の測定データと、前記判定用データを比較することにより、前記被測定膜の有無を判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記（ｂ）工程では、前記半導体基板の前記主面上に、複数の前記開口部を形成し、
前記（ｃ）工程では、前記複数の開口部のうち、一または複数の第１開口部に前記励起線を照射し、前記複数の開口部のうち、前記第１開口部とは異なる第２開口部には前記励起線を照射しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記半導体基板は、前記主面上において、複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に配置されるスクライブ領域を有し、
前記一または複数の第１開口部は、前記スクライブ領域に形成され、複数の前記第２開口部は前記複数のチップ領域にそれぞれ形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記励起線は電子ビームであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記開口部は、下層の配線と上層の配線を電気的に接続する導電経路となるコンタクトホールであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１において、
前記被測定膜は、第１の元素を含む導電膜であって、前記下地膜は、前記第１の元素とは異なる第２の元素を含む導電膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１において、
前記被測定膜は、第１の元素を含む絶縁膜であって、前記下地膜は、前記第１の元素とは異なる第２の元素を含む導電膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１において、
前記（ｂ）工程では、前記被測定膜上に配置したレジスト膜をマスクとしたエッチング処理により、前記開口部を形成し、
前記（ｄ）工程で、前記被測定膜が残存していることを確認した後、さらに、
（ｅ）前記レジスト膜を除去する工程、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１において、
前記（ｄ）工程で、前記被測定膜が取り除かれ、前記下地膜が前記開口部の底部において露出していることを検査した後、さらに、
（ｅ）前記開口部内に導体膜を形成する工程、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記（ｄ）工程で、前記開口部が前記下地膜を貫通していないことをさらに検査することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
（ａ）半導体基板の主面上に、下地膜および前記下地膜上の被測定膜を積層する工程、
（ｂ）前記被測定膜に開口部を形成する工程、
（ｃ）前記開口部の底部に励起線を照射して、特性Ｘ線を放出させる工程、
（ｄ）前記特性Ｘ線を検出し、前記特性Ｘ線の検出結果に基いて前記開口部の底部における前記被測定膜の膜厚を判定する工程、
を含み、
前記（ｃ）工程で放出させる特性Ｘ線は、前記被測定膜を構成する第１の元素に由来する第１元素成分と、前記下地膜を構成する第２の元素に由来する第２元素成分を含み、
前記（ｃ）工程の前に、前記励起線の強度と前記第１元素成分と前記第２元素成分の成分比率の相関関係を測定し、判定用データを取得する工程をさらに有し、
前記（ｄ）工程では、前記第１元素成分と前記第２元素成分の成分比率の測定データと、前記判定用データを比較することにより、前記被測定膜の膜厚を判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記（ｂ）工程では、前記半導体基板の前記主面上に、複数の前記開口部を形成し、
前記（ｃ）工程では、前記複数の開口部のうち、一または複数の第１開口部に前記励起線を照射し、前記複数の開口部のうち、前記第１開口部とは異なる第２開口部には前記励起線を照射しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記半導体基板は、前記主面上において、複数のチップ領域と、前記複数のチップ領域の間に配置されるスクライブ領域を有し、
前記一または複数の第１開口部は、前記スクライブ領域に形成され、複数の前記第２開口部は前記複数のチップ領域にそれぞれ形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記被測定膜は、前記第１の元素を含む導電膜であって、前記下地膜は、前記第１の元素とは異なる前記第２の元素を含む導電膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３において、
前記被測定膜は、第１の元素を含む絶縁膜であって、前記下地膜は、前記第１の元素とは異なる前記第２の元素を含む導電膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３において、
前記（ｂ）工程では、前記被測定膜上に配置したレジスト膜をマスクとしたエッチング処理により、前記開口部を形成し、
前記（ｄ）工程で、前記被測定膜が残存していることを確認した後、さらに、
（ｅ）前記レジスト膜を除去する工程、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３において、
前記（ｄ）工程で、前記被測定膜が取り除かれ、前記下地膜が前記開口部の底部において露出していることを検査した後、さらに、
（ｅ）前記開口部内に導体膜を形成する工程、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３において、
前記（ｄ）工程で、前記開口部が前記下地膜を貫通していないことをさらに検査することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に半導体基板上に形成した積層膜に開口部を形成した後、残存膜の有無や膜厚を検査する工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−９８９２３号公報（特許文献１）には、被測定膜に電子ビームを照射して、被測定膜から放出される二次電子の量を測定することにより、被測定膜の膜厚を測定する膜厚測定方法が記載されている。
【０００３】
特開２００８−３４４７５号公報（特許文献２）には、コンタクトホールの底面に残る残存膜の厚さを測定する方法が記載されている。特許文献２では、コンタクトホールに電子線を照射して被検査対象の二次電子画像の電位コントラストを測定することで、残存膜の厚さや抵抗値が推定できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９８９２３号公報
【特許文献２】特開２００８−３４４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の製造工程には、半導体基板の主面に半導体素子を形成した後、主面上に配線層を積層し、最上層の配線層に形成される複数の電極（パッド）と半導体素子を電気的に接続する工程（以下、配線層積層工程と呼ぶ）が含まれる。この配線層積層工程では、下地膜（半導体基板の主面または下層の配線層の上面）上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜に溝（配線溝）や孔（コンタクトホール）などの開口部を形成する。そして、開口部に導体膜を埋め込むことにより上層と下層を電気的に接続する配線層を形成する。このため、半導体装置の電気的接続信頼性を確保する観点から、絶縁膜を確実に貫通する開口部を形成することが重要になる。開口部が絶縁膜を貫通しなければ、電気的接続不良（オープン不良）となるからである。
【０００６】
また、開口部は、例えば、絶縁膜上にレジストパターンが形成されたレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとしたエッチング処理により形成する。この場合、レジスト膜を除去する工程（アッシング工程）や洗浄工程が必要となるが、これらアッシング工程や洗浄工程において、下層の配線層を保護する観点からは、以下の方法が有効である。すなわち、開口部の底部において、絶縁膜の一部を薄く残存させた状態でアッシング工程や洗浄工程を行い、その後、残存する薄膜（残存膜）を除去する方法が有効である。このような方法を用いるためには、エッチング工程で、残存膜が完全に除去されないように薄く残すことが重要となる。アッシング工程や洗浄工程の前に残存膜が除去されると下層の配線層を保護できなくなる不良（貫通不良）の原因となるからである。つまり、絶縁膜に開口部を形成する際には、その深さを制御する技術が必要となる。
【０００７】
そこで、本願発明者は、絶縁膜に形成する開口部の深さを制御する技術の一環として、残存膜の有無、あるいは膜厚を検査する技術について検討を行い、以下の課題を見出した。
【０００８】
すなわち、前記特許文献１や前記特許文献２に記載されるように、被測定膜に電子ビームを照射して、被測定膜から放出される二次電子の量、あるいは二次電子画像の電位コントラストを測定する方法の場合、残存膜の測定精度が低下する、あるいは測定不可能になることが判明した。
【０００９】
例えば、開口部のアスペクト比が大きい場合、被測定膜や下地膜から放出される二次電子が、配線溝やコンタクトホールの側壁に吸収され易くなる。この結果、二次電子の検出量が低下して測定精度低下や測定不可能化の原因となる。また、二次電子の検出量は、開口部の周辺領域のパターンによるノイズの影響を受け易いため、測定精度低下の原因となる。また例えば、被測定膜とその下地膜が、二次電子放出特性の近い材料（例えば、金属膜同士）で構成されている場合、被測定膜とその下地膜の二次電子放出量の差が明確にならず、測定精度低下や測定不可能化の原因となる。
【００１０】
また、残存膜の有無や膜厚の検査に時間を要すれば、製造工程へのフィードバック時間が増大するので、製造効率が低下する。このため、製造効率低下を抑制するためには、残存膜の有無や膜厚の検査時間を短縮する必要がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置の電気的な接続信頼性を向上させる技術を提供することにある。また、その他の目的としては、残存膜の有無や膜厚を効率的に検査する技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
すなわち、本願発明の一態様である半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板の主面上に、下地膜および下地膜上の被測定膜を積層する工程、（ｂ）前記被測定膜に開口部を形成する工程、を含んでいる。また、（ｃ）前記開口部に励起線を照射して、特性Ｘ線を放出させる工程、および（ｄ）前記特性Ｘ線を検出し、前記特性Ｘ線の検出結果に基いて前記開口部の底部における前記被測定膜の有無または膜厚を判定する工程、を含んでいる。また、前記（ｄ）工程では、前記特性Ｘ線に含まれる複数の元素成分の比率により、前記被測定膜の有無または膜厚を判定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１６】
すなわち、本願発明の一態様によれば、半導体装置の電気的な接続信頼性を向上させることができる。また、残存膜の有無や膜厚を効率的に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の全体構造の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の断面構造の一例を示す拡大断面図である。
【図３】図１および図２に示す半導体装置の製造工程フローの概要を示す説明図である。
【図４】図３の半導体基板準備工程で準備する半導体基板の平面図である。
【図５】図３に示す配線層積層工程のプロセスフローを示す説明図である。
【図６】図２に示す第４層目の配線層の下地層が形成された状態を示す拡大断面図である。
【図７】図６に示す配線層の上面にエッチストッパ膜を成膜した状態を示す拡大断面図である。
【図８】図７に示すエッチストッパ膜上に主絶縁膜を成膜した状態を示す拡大断面図である。
【図９】図８に示す主絶縁膜上にコンタクトホールを形成するためのマスクを配置した状態を示す拡大断面図である。
【図１０】図９に示す絶縁膜にコンタクトホールを形成した状態を示す拡大断面図である。
【図１１】図１０に示すマスクを除去した後、配線溝を形成するためのマスクを配置して配線溝を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１に示すマスクを除去した後、コンタクトホール下層の残存膜を取り除いた状態を示す拡大断面図である。
【図１３】図１２に示す開口部の底部の残存膜を除去した後、開口部内にバリア導体膜を成膜した状態を示す拡大断面図である。
【図１４】図１３に示す開口部内に主導体膜を埋め込んだ状態を示す拡大断面図である。
【図１５】図１４に示す絶縁膜の上面に平坦化処理を施し、絶縁膜の上面上の導体膜を取り除いた状態を示す拡大断面図である。
【図１６】図５に示す残存膜検査工程を模式的に示す説明図である。
【図１７】図１６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。
【図１８】図１６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）毎に、残存膜の膜厚と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。
【図１９】残存膜検査装置の概要構成を示す説明図である。
【図２０】図５に示す残存膜検査工程において、残存膜を検査する開口部の位置の例を示す平面図である。
【図２１】図２０のＡ部の拡大平面図である。
【図２２】図３に示す配線層積層工程のプロセスフローを示す説明図である。
【図２３】図２２に示すコンタクトホール貫通工程が完了した状態を示す拡大断面図である。
【図２４】図２３のＢ部において、残存膜検査工程を行った状態を模式的に示す説明図である。
【図２５】図２４に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。
【図２６】図１６に示す残存膜検査工程の変形例を模式的に示す説明図である。
【図２７】図２６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）の関係を示す説明図である。
【図２８】第１の比較例である残存膜検査工程を模式的に示す説明図である。
【図２９】第２の比較例である残存膜検査工程を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本願における記載形式の説明）
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
【００１９】
＜半導体装置の概要＞
図１は、本実施の形態の半導体装置の全体構造の一例を示す平面図、図２は図１に示す半導体装置の断面構造の一例を示す拡大断面図である。図１に示すように、本実施の形態の半導体装置（半導体チップ）１は、四角形の平面形状を成す表面１ａを有している。表面１ａは、例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜、または窒化シリコン膜とシリコン酸化膜との積層膜で構成される、保護膜（保護絶縁膜）であるパッシベーション膜（保護膜、絶縁膜、保護絶縁膜）ＦＰに覆われている。また、表面１ａ側には、表面１ａの辺に沿って、例えば、アルミニウムで構成される複数のパッド（電極、電極パッド、ボンディングパッド）ＰＤが形成されている。複数のパッドＰＤのそれぞれは、パッシベーション膜ＦＰに形成された複数の開口部において、パッシベーション膜ＦＰから露出している。この複数のパッドＰＤは、それぞれ半導体装置１の外部端子となっている。
【００２０】
また、図２に示すように、半導体基板２の主面２ａに複数の半導体素子Ｑ１が形成されている。図２に示す半導体素子Ｑ１は、例えば、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）である。半導体素子Ｑ１のそれぞれは、主面２ａ上に形成されるゲート電極３、および主面２ａにおいてゲート電極３の両隣に形成されるソース領域またはドレイン領域（以下、ソース、ドレイン領域４と記載する）を有している。また、半導体基板２の主面２ａ上には、複数の配線層５（図２に示す、配線層ＰＭ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ＭＸ、ＭＴ）が積層されている。各配線層は、複数のコンタクトホール（孔、開口部）や配線溝（溝、開口部）が形成された絶縁膜（層間絶縁膜）６を有している。また、複数のコンタクトホールや配線溝には、導体膜（配線）７が埋め込まれ、この導体膜７を介して、下層の配線層５（または半導体素子Ｑ１の電極）と上層の配線層５がそれぞれ電気的に接続されている。また、最上層の配線層ＭＴには、配線（最上層配線）７ｔおよび複数のパッドＰＤ（図１参照）が形成されている。複数のパッドＰＤは、配線層ＭＴに形成される配線７ｔと接続され、下層に形成された複数の配線層５（詳しくは各配線層５の導体膜７）を介して半導体素子Ｑ１と電気的に接続されている。
【００２１】
本実施の形態では、各配線層５は、主成分にシリコンを含む絶縁膜６、金属膜からなる導体膜７を有しているが、絶縁膜６や導体膜７は、形成される配線層５毎に異なる成膜方法あるいは含有成分が異なる材料を用いることができる。例えば、本実施の形態では、最下層に配置され、各半導体素子Ｑ１に当接させるコンタクト層となる配線層ＰＭは、絶縁膜６ａとしてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成している。詳しくは、オゾン（Ｏ３）およびＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate）を用いた熱ＣＶＤによる酸化シリコン膜であるオゾンＴＥＯＳ膜と、ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤによる酸化シリコン膜であるプラズマＴＥＯＳ膜の積層膜となっている。また、配線層ＰＭのプラグ（コンタクトプラグ、導体膜）７ａは、タングステン（Ｗ）を主体とする導体膜で構成される。詳しくは、例えば、チタン膜および窒化チタン膜を順次成膜したバリア導体膜と、タングステン膜の積層膜となっている。また、配線層ＰＭ上の配線層Ｍ１を構成する絶縁膜６ｂは、例えばプラズマＣＶＤによる酸化シリコン膜で構成され、さらに上層の配線層Ｍ２、Ｍ３の絶縁膜６ｃは、炭素（Ｃ）がドープされた酸化シリコン膜（ＳｉＯＣ膜）となっている。また、さらに上層の配線層ＭＸには、例えば、ＦＳＧ（Fluorosilicate Glass）から成る絶縁膜６ｄ、最上層の配線層ＭＴには、ＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)から成る絶縁膜６ｔが形成されている。また、配線層Ｍ２、Ｍ３、ＭＸのプラグまたは配線である導体膜７としては、例えば、銅（Ｃｕ）を主体とする金属から成る導体膜７ｂが形成されている。詳しくは、導体膜７ｂは、例えば、タンタル（Ｔａ）膜、窒化タンタル（ＴａＮ）膜あるいはこれらの積層膜などから成るバリア導体膜上に、銅または銅合金からなる主導体膜の積層膜で構成される。また、最上層の配線層ＭＴとその下層の配線層ＭＸを接続するプラグである導体膜７ｃは、例えば、タングステンから成り、最上層に形成される配線７ｔは例えばアルミニウムで構成される。また、各配線層５の界面には、開口部をエッチング法により形成する際のストッパ絶縁膜（エッチストッパ膜）として、例えば、炭素（Ｃ）がドープされた窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）が、主絶縁膜である絶縁膜６よりも薄く形成されている。
【００２２】
＜半導体装置の製造方法の概要＞
次に、図１および図２に示す半導体装置の製造方法の概要について説明する。図３は、図１および図２に示す半導体装置の製造工程フローの概要を示す説明図である。また、図４は図３の半導体基板準備工程で準備する半導体基板の平面図である。図１および図２に示す半導体装置の製造方法の一例について図３を用いて簡単に説明すると、例えば、以下のように製造される。
【００２３】
まず、半導体基板準備工程で、図４に示すウエハ（半導体基板）ＷＨを準備する。ウエハＷＨは、図４に示すように、平面略円形の平板であって、例えば平面視において四角形を成す複数のチップ領域（デバイス領域）１０ａに区画されている。また複数のチップ領域１０ａの間には、スクライブ領域（ダイシング領域）１０ｂが配置されている。
【００２４】
半導体基板準備工程の後、半導体素子形成工程で、ウエハＷＨの主面２ａ（図２参照）にトランジスタやダイオードなどである複数の半導体素子Ｑ１（図２参照）を形成する。本工程では、例えば、図２に示すように、ウエハＷＨ（図４参照）の主面２ａに素子分離領域１１およびウェル領域１２を形成する。素子分離領域１１は、例えば、シリコン酸化膜などからなり、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法またはＬＯＣＯＳ（Local Oxidization of Silicon）法などにより形成される。また、ウェル領域１２は、ｐ型またはｎ型の導電型の不純物を含む半導体領域であって、半導体素子Ｑ１を形成する領域に、不純物をイオン注入することにより形成される。例えば、ｎチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成される領域には、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物がイオン注入されることによりｐ型のウェル領域（ｐ型ウェル領域）１２が形成される。また、ｐチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成される領域には、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）などのｎ型の不純物がイオン注入されることにより、ｎ型のウェル領域（ｎ型ウェル領域）１２が形成される。その後、主面２ａのウェル領域１２にゲート電極３およびソース、ドレイン領域４を形成し、半導体素子Ｑ１を形成する。ゲート電極３は、例えば、２ｎｍ〜４ｎｍ程度の薄い酸化シリコン膜から成るゲート酸化膜上に、ポリシリコン膜（例えば、不純物を含む多結晶シリコン膜）を積層することで形成される。また、ゲート電極３の側面には、サイドウォール絶縁膜が形成される。また、ソース、ドレイン領域４は、ゲート電極３の両隣に不純物がイオン注入されることにより形成される。例えば、ｎチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成されるｐ型のウェル領域１２には、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）などのｎ型の不純物がイオン注入され、ｎ型半導体領域であるソース、ドレイン領域４が形成される。また、ｐチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成される領域には、ホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物がイオン注入され、ｐ型半導体領域であるソース、ドレイン領域４が形成される。また、ゲート電極３およびソース、ドレイン領域４の表面には、金属シリサイド膜が積層される。この金属シリサイド膜は、ゲート電極３およびソース、ドレイン領域４の表面に、例えばコバルト（Ｃｏ）膜やニッケル（Ｎｉ）膜などの金属膜を形成し、熱処理（アニール処理）を施すことで、金属膜とシリコンを反応させてシリサイド化することにより形成される。
【００２５】
半導体素子形成工程の後、コンタクト層形成工程で、図２に示す各半導体素子Ｑ１に当接させるコンタクト層となる配線層ＰＭを形成する。その後、配線層積層工程として、主面２ａ上（配線層ＰＭ上）に複数の配線層５を積層する。このコンタクト層形成工程および配線層積層工程の詳細は後述するが、概要を説明すると以下である。下地層（半導体基板２または下層の配線層５）上に絶縁膜６を形成した後、絶縁膜６に開口部を形成する。その後、開口部内に導体膜７を埋め込んでプラグまたは配線を形成する。そして、配線層５の上面に例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法による平坦化処理を施し、上面を平坦化する。これにより、導体膜７が絶縁膜６の下面および上面において露出した配線層５が形成される。この工程を繰り返し行うことで、複数の配線層５を積層することができる。なお、最上層の配線７ｔは、例えば、平坦化処理が施された最上層の絶縁膜６ｔ上に、例えばスパッタ法によりアルミニウムから成る金属膜を成膜し、これをエッチングによりパターニングして形成される。この時、配線７ｔに接続される複数のパッドＰＤ（図１参照）も形成される。
【００２６】
配線層積層工程の後、保護膜形成工程で、最上層の配線７ｔ上にパッシベーション膜（保護膜、絶縁膜、保護絶縁膜）ＦＰを形成（成膜）する。本工程では、例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜、または窒化シリコン膜とシリコン酸化膜との積層膜をＣＶＤ法により成膜し、配線７ｔおよびこれに接続される複数のパッドＰＤ（図１参照）を被覆する。その後、パッド開口部形成工程で、パッシベーション膜ＦＰに複数の開口部を形成し、開口部において複数のパッドＰＤ（図１参照）をパッシベーション膜ＦＰから露出させる。その後、電気的検査工程などの処理を施した後、個片化工程として、ウエハＷＨ（図４参照）をチップ領域１０ａ（図４参照）毎に分割し、個片化する。本工程では、例えばダイシングブレードと呼ばれる切断刃を図４に示すウエハＷＨのスクライブ領域１０ｂに沿って走らせて、ウエハＷＨを分割する。これにより、１枚のウエハＷＨから複数の半導体装置１（図１参照）を取得することができる。
【００２７】
＜配線層積層工程の詳細＞
前記したコンタクト層形成工程および配線層積層工程では、絶縁膜６にコンタクトホールや配線溝などの開口部を形成し、該開口部に導体膜７を埋め込むことにより、プラグまたは配線を形成する。以下では、開口部を形成した後、開口部内に導体を埋め込む工程の説明として、図２に示す配線層Ｍ３を形成する工程を例に取り上げて詳細に説明する。図５は、図３に示す配線層積層工程のプロセスフローを示す説明図である。また、図６は、図２に示す第４層目の配線層の下地層が形成された状態を示す拡大断面図である。また、図７は図６に示す配線層の上面にエッチストッパ膜を成膜した状態を示す拡大断面図、図８は、図７に示すエッチストッパ膜上に主絶縁膜を成膜した状態を示す拡大断面図である。また、図９は、図８に示す主絶縁膜上にコンタクトホールを形成するためのマスクを配置した状態を示す拡大断面図、図１０は、図９に示す絶縁膜にコンタクトホールを形成した状態を示す拡大断面図である。また、図１１は、図１０に示すマスクを除去した後、配線溝を形成するためのマスクを配置して配線溝を形成した状態を示す拡大断面図、図１２は、図１１に示すマスクを除去した後、コンタクトホール下層の残存膜を取り除いた状態を示す拡大断面図である。また、図１３は、図１２に示す開口部の底部の残存膜を除去した後、開口部内にバリア導体膜を成膜した状態を示す拡大断面図、図１４は、図１３に示す開口部内に主導体膜を埋め込んだ状態を示す拡大断面図である。図１５は、図１４に示す絶縁膜の上面に平坦化処理を施し、絶縁膜の上面上の導体膜を取り除いた状態を示す拡大断面図である。
【００２８】
図３に示す配線層積層工程では、まず、下地層準備工程として、配線層の下地となる層を形成する。図６は、図２に示す配線層Ｍ３を形成する工程を説明する図なので、配線層Ｍ２がこの下地層に相当する。配線層Ｍ２には、絶縁膜６および絶縁膜６を貫通する開口部８が形成され、開口部８内に導体膜（下地膜）７が埋め込まれている。また、配線層Ｍ２の上面Ｍ２ａは平坦化処理が施され、導体膜７が上面Ｍ２ａの開口部８において、絶縁膜６から露出している。次に、ストッパ膜形成工程として、図７に示すように、ストッパ絶縁膜（被測定膜）６ｓを成膜（形成）する。ストッパ絶縁膜６ｓは、例えば炭素（Ｃ）がドープされた炭化窒化シリコン膜（ＳｉＣＮ膜）であって、例えば、ＣＶＤ法により、例えば３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さで形成される。本工程により、配線層Ｍ２の上面Ｍ２ａにおいて、絶縁膜６ｃから露出する導体膜７（主導体膜（下地膜）７Ａおよびバリア導体膜７Ｂ）は、ストッパ絶縁膜６ｓにより被覆される。
【００２９】
次に主絶縁膜形成工程として、図８に示すようにストッパ絶縁膜６ｓ上に、主層間絶縁膜である絶縁膜６ｃを成膜（形成、積層）する。絶縁膜６ｃは、例えば、炭素（Ｃ）がドープされた酸化炭化シリコン膜（ＳｉＯＣ膜）であって、例えばＣＶＤ法により、ストッパ絶縁膜６ｓよりも厚く、例えば３００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さで形成される。次に、第１マスク配置工程として、図９に示すように、絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ上にレジスト膜２１を配置する。レジスト膜２１は、主絶縁膜である絶縁膜６ｃにコンタクトホール８Ｈ（図１０参照）を形成するためのマスクであって、マスクパターンとして、コンタクトホール８Ｈを形成する位置にレジスト膜２１を厚さ方向に貫通する貫通孔２１ａが形成される。
【００３０】
次に、コンタクトホール形成工程として、図１０に示すように、レジスト膜２１をマスクとして絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ側から下地層である配線層Ｍ２に向かって絶縁膜６ｃの一部を取り除き、コンタクトホール（開口部、孔）８Ｈを形成する。絶縁膜６ｃの一部を取り除く方法は、例えば、レジスト膜２１をエッチングマスクとしてエッチング処理を行い、コンタクトホール８Ｈを形成する。エッチング方式は、ドライエッチング方式、ウェットエッチング方式、またはこれらを組み合わせて行う方式を用いることができる。配線層Ｍ３は、コンタクトホール８Ｈに接続される配線溝も形成するので、本工程の終了段階では、コンタクトホール８Ｈは図１０に示すように絶縁膜６ｃを貫通せず、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂは絶縁膜６ｃの途中に配置されている。次に、第１マスク除去工程（アッシング工程）として、図１０に示すレジスト膜２１を取り除く。この時、下地層である配線層Ｍ２の導体膜７は、ストッパ絶縁膜６ｓおよびその上層の絶縁膜６ｃに覆われているので、アッシング処理中の導体膜７の汚染を抑制することができる。また、アッシング処理を行った後、レジスト膜２１の残渣を取り除く洗浄工程を行う場合もあるが、この場合にも、配線層Ｍ２の導体膜７は、ストッパ絶縁膜６ｓおよびその上層の絶縁膜６ｃに覆われているので、洗浄処理中の導体膜７の汚染を抑制することができる。
【００３１】
次に、第２マスク配置工程として、図１１に示すように、絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ上にレジスト膜２２を配置する。レジスト膜２２は、主絶縁膜である絶縁膜６ｃに配線溝（開口部）８Ｇを形成するためのマスクであって、マスクパターンとして、配線溝８Ｇを形成する位置にレジスト膜２２を厚さ方向に貫通する開口部２２ａが形成される。レジスト膜２２は配線溝８Ｇを形成するためのマスクであり、開口部２２ａは、図１０に示すレジスト膜２１の貫通孔２１ａよりも幅広に形成されている。次に、配線溝形成工程として、レジスト膜２２をマスクとして絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ側から下地層である配線層Ｍ２に向かって絶縁膜６ｃおよびストッパ絶縁膜６ｓの一部を取り除き、配線溝（開口部、溝）８Ｇを形成する。絶縁膜６ｃおよびストッパ絶縁膜６ｓの一部を取り除く方法は、コンタクトホール形成工程と同様に、例えば、レジスト膜２２をエッチングマスクとしてエッチング処理を行い、配線溝８Ｇを形成する。この時、コンタクトホール８Ｈも、レジスト膜２２の開口部２２ａにおいて、レジスト膜２２から露出しているため、図１０に示すコンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層の絶縁膜６もさらに取り除かれる。このため、コンタクトホール８Ｈはさらに下方に向かって延び、絶縁膜６ｃを厚さ方向に貫通する。なお、本実施の形態では絶縁膜６ｃをシリコン酸化膜系の膜、ストッパ絶縁膜６ｓをシリコン窒化膜系の膜としている。このため、本工程で、シリコン酸化膜用のエッチング材（ドライエッチング方式の場合はエッチングガス、ウェットエッチング方式の場合はエッチング液）を用いることにより、ストッパ絶縁膜６ｓがエッチングにより貫通してしまうことを抑制できる。しかし、シリコン酸化膜用のエッチング材を用いた場合であっても、ストッパ絶縁膜６ｓの一部はエッチングにより取り除かれる。
【００３２】
ここで、本工程では、図１１に示すように、ストッパ絶縁膜６ｓを貫通させず、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層において、ストッパ絶縁膜６ｓの一部を残存膜として残している。これにより、図５に示す第２マスク除去工程において、アッシング処理や洗浄処理を行う際に、下地層である配線層Ｍ２の導体膜７が汚染されることを抑制することができる。また、図５に示すコンタクトホール貫通工程で、確実にストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除く観点からは、残存膜の厚さは薄くすることが好ましい。例えば、本実施の形態では、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜が数ｎｍ〜２０ｎｍ程度の範囲に収まるように制御している。残存膜の厚さの制御は、例えばエッチング処理の処理時間により制御することができる。しかし、本実施の形態のように、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜が数ｎｍ〜２０ｎｍ程度の範囲に収まるように制御する場合には、エッチング処理の処理時間のみの制御では、ストッパ絶縁膜６ｓが貫通してしまうという問題が発生する。そこで、本実施の形態では、図５に示すように配線溝形成工程の後に残存膜検査工程を行い、残存膜の有無、あるいは残存膜の膜厚を検査している。この残存膜検査工程の結果を製造工程にフィードバックすることで、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜の厚さを高精度で制御することができる。例えば、ストッパ絶縁膜６ｓが貫通してしまう貫通不良や残存膜の膜厚が許容範囲を超えてしまう不良が発生した場合には、残存膜検査工程によって、不良の発生を検出することができる。このため、不良が検出された時点で製造を停止すれば、不良品が大量に生産されてしまうロスを防止することができる。また、製造工程の各条件をチェックして、不良の発生原因を特定すれば、これを反映した条件に修正することができる。ストッパ絶縁膜６ｓが貫通してしまう貫通不良のみを検出する場合には、残存膜検査工程では、残存膜の有無のみを検出することができれば良いが、残存膜の膜厚が許容範囲を超えてしまう不良までを検出する場合には、残存膜の膜厚を検出することが必要となる。この残存膜検査工程での具体的な検査方法は、後述する。
【００３３】
次に、第２マスク除去工程（アッシング工程）として、図１１に示すレジスト膜２２を取り除く。この時、下地層である配線層Ｍ２の導体膜７は、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層に配置されるストッパ絶縁膜６ｓの残存膜に覆われているので、アッシング処理中の導体膜７の汚染を抑制することができる。また、アッシング処理を行った後、レジスト膜２２の残渣を取り除く洗浄工程を行う場合もあるが、この場合にも、配線層Ｍ２の導体膜７は、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層に配置されるストッパ絶縁膜６ｓの残存膜に覆われているので、洗浄処理中の導体膜７の汚染を抑制することができる。
【００３４】
次に、コンタクトホール貫通工程として、図１２に示すように、コンタクトホール８Ｈの下層のストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除く。本工程では、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除くことで、コンタクトホール８Ｈがストッパ絶縁膜６ｓを厚さ方向に貫通する。このため、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂにおいて、下地層である配線層Ｍ２の導体膜７がストッパ絶縁膜６ｓから露出する。ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除く方法としては、エッチング処理により取り除くことができる。本工程では、エッチングマスクは形成していないが、シリコン窒化膜用のエッチング材を用いることで、ストッパ絶縁膜６ｓを選択的（優先的）に取り除くことができる。また、前記した配線溝形成工程で、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜の厚さを、例えば数ｎｍ〜２０ｎｍ程度とすることにより、エッチング処理の処理時間を短くすることができる。
【００３５】
次に導体膜形成工程として、図１２に示すコンタクトホール８Ｈおよび配線溝８Ｇ内に導体膜を形成する。まず、図１３に示すように、主導体膜の成分が絶縁膜６ｃ中に拡散することを防止ないしは抑制するバリア導体膜７Ｂをコンタクトホール８Ｈおよび配線溝８Ｇ内に成膜（形成）する。バリア導体膜７Ｂは、例えば、タンタル（Ｔａ）膜、窒化タンタル（ＴａＮ）膜あるいはこれらの積層膜などから成り、例えば１０ｎｍ程度の膜厚で成膜される。バリア導体膜７Ｂは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などによって形成する。本工程では、絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ上にマスクを配置せずに行うので、バリア導体膜７Ｂは、コンタクトホール８Ｈおよび配線溝８Ｇの内壁面および絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ上に成膜される。次に、図１４に示すようにバリア導体膜７Ｂ上に、主導体膜７Ａを成膜（形成）し、コンタクトホール８Ｈおよび配線溝８Ｇに埋め込む。主導体膜７Ａは、例えば銅（Ｃｕ）から成り、例えばスパッタリング法または電解めっき法などを用いて形成される。また、主導体膜７Ａは、銅を主成分とする導体膜、例えば銅または銅合金（Ｃｕを主成分とし、例えばＭｇ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｂ、ＺｒまたはＺｎなどを含む）により形成することができる。また、バリア導体膜７Ｂ上に、主導体膜よりも薄い銅（または銅合金）などからなるシード膜をスパッタリング法などによって形成し、そのシード膜上にシード膜よりも厚い銅（または銅合金）などからなる主導体膜７Ａをめっき法などによって形成することができる。
【００３６】
次に、平坦化工程として、絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ側に平坦化処理を施す。バリア導体膜７Ｂおよび主導体膜７Ａはコンタクトホール８Ｈおよび配線溝８Ｇから成る開口部８の形状に倣って形成されるため、その表面は図１４に示すように凹凸面となっている。このため、例えばＣＭＰ法（メタルＣＭＰ法）により平坦化し、余分なバリア導体膜７Ｂおよび主導体膜７Ａを取り除く。また、この平坦化工程において絶縁膜６ｃの上面Ｍ３ａ上に形成されたバリア導体膜７Ｂおよび主導体膜７Ａが取り除かれる。
【００３７】
そして、平坦化工程が完了すると、図１５に示す配線層Ｍ３が形成される。配線層Ｍ３には、絶縁膜６および絶縁膜６を貫通する開口部８が形成され、開口部８内に導体膜７が埋め込まれている。詳しくは、導体膜７は、コンタクトホール８Ｈに埋め込まれ、下層の配線層Ｍ２の主導体膜７Ａと接触（接合）するプラグ７Ｐと、プラグ７Ｐ上に配置されプラグ７Ｐと一体に形成される配線（埋め込み配線）７Ｌから成る。また、配線層Ｍ３の上面Ｍ３ａは平坦化処理が施され、導体膜７が上面Ｍ３ａの開口部８において、絶縁膜６から露出している。これにより配線層Ｍ３は、さらに上層に積層される配線層５の下地層となる。つまり、図３に示す配線層積層工程では、図５に示すストッパ膜形成工程から平坦化工程までを繰り返し行うことで、複数の配線層５を積層する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、絶縁膜６にコンタクトホール８Ｈおよびこれに接続される配線溝８Ｇを形成し、この開口部８内に導体膜７を埋め込む、所謂、デュアルダマシン方式により形成する配線層５について説明した。しかし、配線層５の形成方法は上記に限定されない。例えば、配線溝８Ｇを形成せず、コンタクトホール８Ｈ内に導体膜７を埋め込み、平坦化処理を行った後で、プラグ７Ｐ上に配線７Ｌを形成する方式に適用することができる。また例えば、配線溝８Ｇを形成する前に、コンタクトホール８Ｈ内に導体膜７を埋め込み、平坦化処理を行った後で、さらに絶縁膜６を積層し、積層した絶縁膜６に配線溝８Ｇおよび配線溝８Ｇに埋め込まれる配線７Ｌを形成する方式に適用することができる。
【００３９】
＜残存膜検査工程の詳細＞
次に、図５に示す残存膜検査工程の詳細について説明する。本セクションでは、まず、本願発明者が検討した比較例について説明した後、本実施の形態の残存膜検査工程の内容について説明する。図２８は、本実施の形態に対する第１の比較例である残存膜検査工程を模式的に示す説明図、図２９は、本実施の形態に対する第２の比較例である残存膜検査工程を模式的に示す説明図である。
【００４０】
図５に示す残存膜検査工程では、図１１に示すようにコンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層における数ｎｍ〜２０ｎｍ程度の薄膜の有無あるいは膜厚を測定する。このような残存膜検査を効率的に行う観点から、非接触方式の検査を行うことが好ましい。そこで、本願発明者は、非接触方式の検査方法として、図２８に示すように光学干渉を利用した膜厚測定方法について検討した。光学干渉を利用した膜厚測定方法では、まず、図２８に示すように下地膜１００と下地膜１００上に積層された被測定膜１０１を備える被検査対象物に対して照射光Ｌ１を照射する。照射光Ｌ１の一部は、被測定膜１０１の表面で反射され、反射光Ｌ２が発生する。また、照射光Ｌ１の別の一部は、被測定膜１０１を透過して下地膜１００の表面（すなわち、被測定膜の裏面）で反射され、反射光Ｌ３が発生する。この反射光Ｌ２と反射光Ｌ３には、被測定膜の膜厚に対応して位相差が生じる。そこで、図２８に示す膜厚測定方法は、被測定膜１０１上に位相検出器１０２を配置し、位相検出器１０２により反射光Ｌ２、Ｌ３の位相差を検出して、該位相差から被測定膜１０１の膜厚を算出するものである。ところが、このような光学干渉を利用した膜厚測定方法を適用する場合には、照射光Ｌ１を照射する領域が数十〜数百μｍ２程度の平坦面となっている必要がある。一方、図１１に示すコンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの平面寸法は、例えば、１μｍ２よりも小さい微細なパターンである。このため、図２８に示す光学干渉を利用した膜厚測定方法は、図５に示す残存膜検査工程としては適用することができない。
【００４１】
次に、本願発明者は、別の非接触方式の検査方法として、図２９に示すように被検査対象物に電子ビームＥＢを照射して、被測定膜から放出される二次電子を検出することにより被測定膜１０１の有無や膜厚を測定する方法について検討した。図２９に示す方法では、被検査対象物に対して被測定膜１０１側から電子ビームＥＢを照射する。すると、被測定膜１０１から電子ビームＥＢにより励起された二次電子ＳＥ１が放出される。また、電子ビームＥＢの加速電圧を高くして電子ビームＥＢの強度（エネルギー強度）を高くすると、被測定膜１０１の下層の下地膜１００からも電子ビームＥＢにより励起された二次電子ＳＥ２が放出される。そして被測定膜の上面側に放出された二次電子ＳＥ１、ＳＥ２を二次電子検出部１０３で検出する。ここで、被測定膜１０１を絶縁膜、下地膜１００を金属などの導電膜とした場合、二次電子ＳＥ２の量は二次電子ＳＥ１の量よりも多くなる。このため、電子ビームＥＢの加速電圧を徐々に上昇させて電子ビームＥＢの強度を上昇させると、二次電子発生量に変化点が生じる。そして膜厚が既知である評価用の被測定膜１０１を用いて、二次電子発生量の変化点と電子ビームＥＢの強度の相関関係を予め調査すれば、この調査結果と比較することで、被測定膜１０１の膜厚を測定できる。ところが、本願発明者が図２９に示す膜厚測定方法についてさらに検討を行った結果、以下の課題を見出した。
【００４２】
まず、図１１に示すコンタクトホール８Ｈの底部８Ｂの下層におけるストッパ絶縁膜６ｓの残存膜の測定に適用した場合、残存膜の測定精度が低下する、あるいは測定不可能になる。開口部８のアスペクト比が大きい場合、被測定膜１０１（図２９参照）や下地膜１００（図２９参照）から放出される二次電子ＳＥ１、ＳＥ２（図２９参照）が、配線溝８Ｇやコンタクトホール８Ｈの側壁（絶縁膜６ｃ）に吸収され易くなる。この結果、二次電子ＳＥ１、ＳＥ２の検出量の低下により測定精度低下や測定不可能化の原因となる。また、二次電子ＳＥ１、ＳＥ２の信号強度を評価する方式では、絶縁膜６によるノイズの影響を受け易い。したがって、このノイズの影響により測定精度が低下し易い。また、開口部８のパターン形状によって二次電子ＳＥ１、ＳＥ２の信号強度が変化するので、膜厚が既知である評価用の被測定膜１０１を用いた調査結果との比較が困難である。また、被測定膜１０１とその下地膜１００が、二次電子放出特性の近い材料（例えば、金属膜同士）で構成されている場合、被測定膜１０１とその下地膜１００の二次電子放出量の差が明確にならず、測定精度低下や測定不可能化の原因となる。
【００４３】
上記検討結果を踏まえ、本実施の形態の残存膜検査工程について説明する。図１６は、図５に示す残存膜検査工程を模式的に示す説明図である。本実施の形態の残存膜検査工程では、まず、開口部８（詳しくはコンタクトホール８Ｈの底部８Ｂ）に向かって電子ビーム（励起線）ＥＢを照射する。開口部８に電子ビームＥＢを照射すると、被測定膜であるストッパ絶縁膜６ｓの残存膜からは、前記した第２の比較例で説明した二次電子の他、特性Ｘ線（例えば、図１６でＸ−ｒａｙ（Ｓｉ）として模式的に示す特性Ｘ線）が放出される。また、電子ビームＥＢの強度を高くすると、下地膜である導体膜７も励起され、導体膜７から特性Ｘ線（例えば、図１６でＸ−ｒａｙ（Ｃｕ）として模式的に示す特性Ｘ線）が放出される。これらの特性Ｘ線は、励起された原子が電子を放出することにより生じた空孔に、電子が遷移する際に発生するＸ線である。このため、特性Ｘ線は、単一のエネルギー（線スペクトル）を有し、その値は電子を放出した元素毎に固有の値となっている（固有Ｘ線とも呼ばれる）。例えば、ストッパ絶縁膜６ｓからは、シリコン（Ｓｉ）元素、酸素（Ｏ）元素、炭素（Ｃ）元素および窒素（Ｎ）元素の特性Ｘ線がそれぞれ放出される。また、例えば銅（Ｃｕ）からなる主導体膜７Ａからは、銅（Ｃｕ）元素の特性Ｘ線が放出される。なお、主導体膜７Ａからは、主導体膜７Ａ中に拡散したシリコン成分からシリコン（Ｓｉ）元素の特性Ｘ線も放出される場合もある。本実施の形態では、この特性Ｘ線を検出し、残存膜の有無あるいは残存膜の膜厚を判定（評価）する。詳しくは、配線層Ｍ３の上面Ｍ３ａ側に配置されるＸ線検出部３１により、被測定膜および下地膜から放出される特性Ｘ線に含まれる複数の元素成分を検出する。例えば、ストッパ絶縁膜６ｓからは、主たる元素成分としてシリコン（Ｓｉ）元素成分が検出され、主導体膜７Ａからは、主たる元素成分として銅（Ｃｕ）元素成分が検出される。そして、これら複数種類の元素成分の比率により、被測定膜の有無または膜厚を判定（評価）する。例えば、銅（Ｃｕ）元素成分とシリコン（Ｓｉ）元素成分を比較して、その成分比率（銅（Ｃｕ）元素成分／シリコン（Ｓｉ）元素成分）により、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜の有無または膜厚を判定（評価）する。以下、評価方法について説明する。
【００４４】
図１７は、図１６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。また、図１８は、図１６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）毎に、残存膜の膜厚と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。なお、図１７および図１８では、図１６に示すストッパ絶縁膜６ｓの膜厚が既知の複数種類のサンプルを作成し、この複数種類のサンプルに対して電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射して特性Ｘ線の成分比率と励起線の強度の相関を測定した結果を示している。分光分析の方式は、エネルギー分散型分光分析法と、波長分散型分光分析法に大別される。エネルギー分散型分光分析法では、ＥＤＳ（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）と呼ばれるエネルギー分散型分光器を用いて分析を行う。また、波長分散型分光分析法では、ＷＤＳ（Wavelength Dispersive X-ray Spectrometry）と呼ばれる波長分散型分光器を用いて分析を行う。波長分散型分光分析法は、エネルギー分散型分光分析法よりも分解能を高くし易いという利点があるが、検査装置の構造を単純化する観点からは、エネルギー分散型分光分析法の方が好ましい。
【００４５】
まず、特性Ｘ線の放出量は、励起線である電子ビームＥＢ（図１６参照）の強度により変化するので、適正な電子ビームＥＢ（図１６参照）強度（電子の加速電圧）について検討した結果を図１７に示す。成分比率により残存膜の有無を判定するためには、残存膜の有無によって、成分比率の測定結果が大きく異なるような励起線強度が好ましい。ここで、図１７に示すように、電子ビームＥＢ（図１６参照）の加速電圧が２．５Ｖ以上４．０Ｖ以下の範囲では、残存膜が無い（膜厚＝０．０ｎｍ）場合と残存膜が有る（膜厚＝１７．８ｎｍ）場合では、成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）に１０％以上の差がある。そして電子ビームＥＢ（図１６参照）の加速電圧を、さらに上昇させると、残存膜の有無による成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の差は小さくなる。一方、電子ビームＥＢ（図１６参照）の加速電圧が２．５Ｖよりも小さくなると、残存膜が有る（膜厚＝１７．８ｎｍ）場合において、下地層から放出される特性Ｘ線である銅（Ｃｕ）成分が小さくなる。これは、電子ビームＥＢ（図１６参照）の強度が小さくなることにより、下地層である導体膜７が励起され難くなるからである。したがって、図１７に示す結果から、電子ビームＥＢ（図１６参照）の加速電圧が２．５Ｖ以上４．０Ｖ以下とすることが特に好ましい。
【００４６】
次に、残存膜の膜厚と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）の関係について検討した結果を図１８に示す。図１８では、電子ビームＥＢ（図１６参照）の加速電圧がそれぞれ、２．５ｋＶの場合、３．０ｋＶの場合および４．０ｋＶの場合について示している。図１８に示すように、残存膜の膜厚が、０．０ｎｍ〜約１８．０ｎｍの範囲において、残存膜の膜厚と成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）は、反比例の関係があることが判る。すなわち、残存膜の膜厚の上昇に伴って、成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）は減少する。したがって、例えば２．５ｋＶ〜４．０ｋＶのうちの任意の加速電圧で加速した電子ビームＥＢ（図１６参照）を図１６に示す開口部８に照射し、検出された特性Ｘ線の成分比率と図１８に示すように既知の膜厚の残存膜に励起線を照射して得られた相関関係データを比較することで、残存膜の膜厚を算出（判定）することができる。つまり、検出された特性Ｘ線に含まれる複数種類の元素成分の比率により、残存膜の有無または膜厚を判定（評価）することができる。
【００４７】
次に、本実施の形態の残存膜検査工程に用いる残存膜検査装置の構成について説明する。図１９は残存膜検査装置の概要構成を示す説明図である。図１９に示す検査装置（残存膜検査装置）３０は、励起線である電子ビームＥＢを照射する励起線照射部３２、および被検査対象であるウエハＷＨを固定する基板固定部３３を有している。また、検査装置３０はウエハＷＨから放出された特性Ｘ線を検出する検出部３１、および検出された信号データから残存膜の有無あるいは膜厚を判定する判定部３４を有している。また、検査装置３０は、励起線照射部３２、基板固定部３３、検出部３１、および判定部３４の動作（機械的動作または電気的動作）を制御する制御部３５を有している。
【００４８】
励起線照射部３２は、例えば励起線である電子ビームＥＢを発生させる電子銃、およびウエハＷＨの検査対象となる開口部８（図１６参照）の底部８Ｂ（図１６参照）に向かって電子ビームＥＢを収束させて照射するレンズなどを備え、ウエハＷＨの主面上（検査対象である開口部上）に配置される。また、励起線照射部３２は制御部３５と電気的に接続され、電子銃から発射された電子ビームＥＢは、制御部３５からの制御信号によって所定の加速電圧（例えば２．５Ｖ〜４．０Ｖのうちの任意の加速電圧）で加速され、ウエハＷＨの主面側の開口部８（図１６参照）に照射される。また、検出部３１は、判定部３４および制御部３５と電気的に接続される検出器を備え、ウエハＷＨの主面上（検査対象である開口部上）に配置される。検出部３１で検出された複数種類の特性Ｘ線の検出信号は、判定部３４が備える判定回路３４ａに伝送される。特性Ｘ線の検出信号は、特性Ｘ線の元素成分毎に分光され、判定回路３４ａに伝送される。例えば、エネルギー分散型の分光分析を行う検出部３１では、特性Ｘ線のエネルギー毎に分光された検出信号が伝送される。また、波長分散型の分光分析を行う検出部３１では、特性Ｘ線の波長毎に分光された検出信号が伝送される。
【００４９】
判定部３４の判定回路３４ａでは、元素成分毎の特性Ｘ線の検出信号について処理（統計処理）を行い、被測定膜に含まれる第１の元素成分の検出信号と、下地層に含まれる第２の元素成分の検出信号の比率（成分比率データ）を算出する。また、判定部３４は、判定用データを保持するデータ保持部３４ｂを備えている。この判定用データは、例えば、図１８を用いて説明したように、既知の膜厚の残存膜に励起線を照射して得られた相関関係データ、あるいは、この相関関係データに基いて設定された閾値データである。この判定用データは、データ保持部３４ｂから判定回路３４ａに伝送され、判定回路３４ａにおいて、成分比率の測定データと判定用データを比較することにより、残存膜の有無または膜厚を判定（評価）する。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、被測定膜および下地膜から照射される特性Ｘ線を検出することにより、残存膜の有無または膜厚を判定する。特性Ｘ線は二次電子よりも開口部８周囲の側壁に吸収され難い。このため、スルーホールなどのアスペクト比が高い開口部８の底部における残存膜を検査する場合であっても、特性Ｘ線を検出することができる。また、本実施の形態では、検出した特性Ｘ線の絶対値ではなく、特性Ｘ線に含まれる複数の元素成分の比率により残存膜の有無または膜厚を判定する。したがって、測定対象となる開口部８の周辺パターンの影響、あるいは、絶縁膜６ｃからのノイズの影響により、信号強度が変化した場合であっても、測定精度の低下を抑制することができる。また、本実施の形態では、被測定膜が絶縁膜（ストッパ絶縁膜６ｓ）、下地膜が導体膜（主導体膜７Ａ）である場合について説明したが、特性Ｘ線を検出する方式で検査可能な被測定膜と下地膜の構成はこれに限定されない。例えば、被測定膜および下地膜の双方が構成成分の異なる絶縁膜あるいは導体膜である場合にも適用することができる。各膜の構成成分が異なれば、絶縁膜同士あるいは導体膜同士であっても異なる成分の特性Ｘ線の比率を測定できるからである。
【００５１】
なお、図１７および図１８において、残存膜の膜厚が０．０ｎｍの時にもシリコン（Ｓｉ）元素成分の特性Ｘ線が検出されているが、これは、主導体膜７Ａ（図１６参照）中に拡散したシリコン成分からシリコン（Ｓｉ）元素の特性Ｘ線が放出されるためである。しかし、本実施の形態では、特性Ｘ線の成分比率により残存膜の有無、あるいは膜厚を判定するので、下地膜からシリコン（Ｓｉ）元素の特性Ｘ線が放出されても、判定精度の低下を抑制することができる。例えば、図１８において、残存膜の膜厚が０．０ｎｍの時は、成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）はいずれも８０％以上（詳しくは８３％以上）である。一方、残存膜の膜厚が１２．１ｎｍの時は、成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）はいずれも８０％未満である。したがって、例えば成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）が８３％未満であることを閾値として管理すれば、開口部８の底部における残存膜の有無を検査することができる。また例えば、開口部８の深度についてウエハ面内でのばらつきを考慮した場合、例えば、成分比率（Ｃｕ／Ｓｉ）が８０％未満であることを閾値として管理すれば、ウエハ面内の全ての開口部８において、残存膜が残っていると推定することができる。
【００５２】
＜残存膜検査工程の好ましい態様＞
次に、上記で説明した残存膜検査工程の好ましい態様について説明する。図２０は、図５に示す残存膜検査工程において、残存膜を検査する開口部の位置の例を示す平面図である。また、図２１は、図２０のＡ部の拡大平面図である。なお、図２０に示すウエハＷＨには、多数の開口部８が形成されているが、検査位置を解り易くしめすため、多数の開口部８のうち、検査対象となる開口部８ａを含む一部の開口部８のみ示している。ウエハＷＨには、各チップ領域１０ａ（図４参照）に、それぞれ多数の開口部８が形成される。残存膜検査工程において、全ての開口部８について検査することもできるが、この場合、検査時間が増大し、製造効率低下の原因となる。そこで、本実施の形態では、複数の開口部８のうちの一部の開口部８ａについて検査を行う。ウエハＷＨに一括して開口部８を形成する場合には、処理時間を管理することにより、複数の開口部８の深度は略同程度に揃えることができる。したがって、図２０に示すように、互いに離間した任意の複数箇所（図２０では３箇所）の開口部８ａで残存膜の有無または膜厚を判定（評価）すれば、電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射しないその他の開口部８ｂにおける残存膜の有無も推定することができる。例えば、ウエハＷＨの面内における開口部８の深度のばらつきを考慮して、例えば、全ての開口部８ａにおいて残存膜の膜厚が１０ｎｍ以上あれば他の開口部８ｂにおいても残存膜が残っていると推定することができる。この場合、開口部８ｂについて検査を行わないので、検査時間を大幅に短縮することができる。つまり、残存膜検査工程を効率化することができる。
【００５３】
また、本実施の形態の残存膜検査工程は非破壊検査であるが、電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射することにより、開口部８周辺の電気的特性が損なわれることを防止する観点からは、製品となるチップ領域１０ａ（図４参照）に形成された開口部８ｂ（図２０参照）には電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射しないことが好ましい。このため、本実施の形態では、図２１に示すように、チップ領域１０ａの間に配置されるスクライブ領域１０ｂに、チップ領域１０ａ内と同様のプロセスで検査用の開口部８ａを形成し、開口部８ａに対して電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射する。このような検査用のパターンは、ＴＥＧ（Test Elementary Group）と呼ばれ、ＴＥＧに対して検査を行うことで、チップ領域１０ａ内に形成されたパターンの状態を推定することができる。このスクライブ領域１０ｂは、図３に示す個片化工程において切削加工する領域なので、製品である半導体装置１（図１参照）には、ＴＥＧのパターンは残らない。したがって、例えばスクライブ領域１０ｂに形成された検査用の開口部８ａの底部８Ｂに電子ビームＥＢ（図１６参照）を照射しても、これにより製品の電気的特性が損なわれることを防止できる。
【００５４】
また、本実施の形態では、被測定膜および下地膜を励起する励起線として電子ビームＥＢ（図１６参照）を用いた例について説明したが、特性Ｘ線を発生させるために必要なエネルギーを有する励起源であれば電子ビームＥＢ（図１６参照）に代えてこれを用いることができる。例えば、励起線として、Ｘ線を用いることができる。この場合、開口部８の周辺に励起線が照射されてノイズが増大することを抑制する観点から、Ｘ線の照射口周辺に遮蔽板を設け、遮蔽板の開口部からＸ線を照射することが好ましい。ただし、励起線としては、電子ビームＥＢ（図１６参照）の方がＸ線よりも収束させ易いので、本実施の形態のように、スルーホールなどのアスペクト比の高い開口部８の底部８Ｂに照射する場合には、励起線として電子ビームＥＢ（図１６参照）を用いることが特に好ましい。
【００５５】
＜コンタクト層形成工程への適用＞
次に、前記した残存膜検査工程の変形例として、図３に示すコンタクト層形成工程に適用した例について説明する。図２２は、図３に示す配線層積層工程のプロセスフローを示す説明図である。また、図２３は、図２２に示すコンタクトホール貫通工程が完了した状態を示す拡大断面図である。また、図２４は、図２３のＢ部において、残存膜検査工程を行った状態を模式的に示す説明図である。また、図２５は、図２４に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）の関係を示す説明図である。なお、図２４および図２５では、金属シリサイド膜として、コバルトシリサイド膜を形成した場合の例を示している。
【００５６】
図３に示すコンタクト層形成工程では、まず、下地層準備工程として、配線層の下地となる層を形成する。コンタクト層形成工程に適用する場合には、ゲート電極３およびソース、ドレイン領域４の表面に形成された金属シリサイド膜９が、下地層となる。この金属シリサイド膜９は、ゲート電極３およびソース、ドレイン領域４の表面に、例えばコバルト（Ｃｏ）膜やニッケル（Ｎｉ）膜などの金属膜を形成し、熱処理（アニール処理）を施すことで、金属膜とシリコンを反応させてシリサイド化することにより形成される。次に、ストッパ膜形成工程として、ストッパ絶縁膜（被測定膜）６ｓを成膜（形成）する。ストッパ絶縁膜６ｓは、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）であって、例えば、ＣＶＤ法により、例えば３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さで形成される。本工程により、下地膜である金属シリサイド膜９は、ストッパ絶縁膜６ｓにより被覆される。
【００５７】
次に主絶縁膜形成工程として、ストッパ絶縁膜６ｓ上に、主層間絶縁膜である絶縁膜６ａを成膜（形成）する。絶縁膜６ａは、例えば、オゾン（Ｏ３）およびＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate）を用いた熱ＣＶＤによる酸化シリコン膜であるオゾンＴＥＯＳ膜と、ＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤによる酸化シリコン膜であるプラズマＴＥＯＳ膜を積層して形成する。次に、マスク配置工程として、絶縁膜６ａの上面ＰＭａ上にレジスト膜（図示は省略）を配置する。コンタクト層形成工程では、ゲート電極３表面の金属シリサイド膜９とゲート電極３およびソース、ドレイン領域４表面の金属シリサイド膜９の高さが異なるため、コンタクトホール８Ｈの高さが異なる。このため、コンタクトホール形成工程で、過剰にエッチングされることを抑制する観点から、ゲート電極３上のコンタクトホール８Ｈと、ソース、ドレイン領域４上のコンタクトホール８Ｈは、それぞれ別のレジスト膜（マスク）を用いて形成する。次に、コンタクトホール形成工程として、絶縁膜６ａの上面ＰＭａ側から下地膜である金属シリサイド膜に向かって絶縁膜６ａを取り除き、コンタクトホール（開口部、孔）８Ｈを形成する。絶縁膜６ａを取り除く方法は、例えば、レジスト膜（図示は省略）をエッチングマスクとしてエッチング処理を行い、コンタクトホール８Ｈを形成する。エッチング方式は、ドライエッチング方式、ウェットエッチング方式、またはこれらを組み合わせて行う方式を用いることができる。この時、前記した配線層積層工程と同様に、シリコン酸化膜用のエッチング材を用いることにより、ストッパ絶縁膜６ｓがエッチングにより貫通してしまうことを抑制できる。しかし、シリコン酸化膜用のエッチング材を用いた場合であっても、ストッパ絶縁膜６ｓの一部はエッチングにより取り除かれる。また、ゲート電極３上のコンタクトホール８Ｈと、ソース、ドレイン領域４上のコンタクトホール８Ｈは、それぞれ別のレジスト膜（マスク）を用いて形成する。このため、一方のコンタクトホール８Ｈを形成した後でアッシング工程や洗浄工程を行い、レジスト膜を取り除いた後で、他方のコンタクトホール８Ｈを形成するためのレジスト膜を配置する。この時、ストッパ絶縁膜６ｓの一部は、コンタクトホール８Ｈの底部において残存膜として残っているので、アッシング処理中あるいは洗浄処理中の金属シリサイド膜９の汚染を抑制することができる。
【００５８】
次に、コンタクトホール貫通工程として、図２３に示すように、コンタクトホール８Ｈの下層のストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除く。本工程では、複数のコンタクトホール８Ｈ上にそれぞれ貫通孔２３ａが形成されたレジスト膜２３をエッチングマスクとしたエッチング処理によりストッパ絶縁膜６ｓの残存膜を取り除く。これにより、コンタクトホール８Ｈがストッパ絶縁膜６ｓを厚さ方向に貫通する。そして、コンタクトホール８Ｈの底部において、下地膜である金属シリサイド膜９がストッパ絶縁膜６ｓから露出する。ここで、金属シリサイド膜９は、配線層積層工程で説明した導体膜７と比較して薄く、例えば、数ｎｍ〜数十ｎｍであるため、エッチング時間を長くすると、金属シリサイド膜９をエッチングにより貫通してしまう。一方、エッチング時間が不足するとストッパ絶縁膜６ｓを貫通せず、導通不良（オープン不良）の原因となる。したがって、コンタクトホール８Ｈの深さを精密に制御する技術が必要となる。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、図２２に示すように、コンタクトホール貫通工程の後で残存膜検査工程を行い、残存膜が取り除かれ、かつ金属シリサイド膜９が残っていることを検査する。図２２に示すストッパ絶縁膜６ｓの残存膜の検査には、前記した配線層積層工程における残存膜検査工程を応用して適用することができる。すなわち、図２４に示すように、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂに向かって、例えば電子ビーム（励起線）ＥＢを照射することにより放出された特性Ｘ線を検出し、ストッパ絶縁膜６ｓの有無あるいは下地層である金属シリサイド膜９の有無を判定（評価）する。具体的には、複数成分の特性Ｘ線のうち、金属シリサイド膜に含まれる金属元素（例えばコバルト）成分と、ストッパ絶縁膜６ｓに主成分として含まれる半導体元素成分（例えばシリコン）の成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）により判定（評価）する。
【００６０】
ここで、コンタクトホールに照射する電子ビームＥＢ（図２４参照）の強度（加速電圧）を変化させた場合の成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）の関係は図２５に示すように変化する。まず、図２３に示すように、コンタクトホール８Ｈがストッパ絶縁膜６ｓを貫通し、かつ、下地膜である金属シリサイド膜９を貫通していない場合には、図２５に示すデータＤ１のように変化する。すなわち、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧（励起線の強度）が低い領域では、金属シリサイド膜９が主に励起されるためコバルト元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が高くなる。一方、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧が上昇すると、金属シリサイド膜９よりもさらに下層の下地層（ウェル領域１２）が励起されるので、シリコン元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、この結果、成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）は減少する。
【００６１】
また、図２３に示すコンタクトホール８Ｈがストッパ絶縁膜６ｓを貫通せず、ストッパ絶縁膜６ｓの残存膜が残っている場合には、図２５に示すデータＤ２のように変化する。すなわち、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧（励起線の強度）が低い領域では、ストッパ絶縁膜６ｓが主に励起されるため、コバルト元素に由来する特性Ｘ線成分の比率は低い。また、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧が上昇すると、残存膜の下層の金属シリサイド膜９が励起されるため、コバルト元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、この結果、成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）は増加する。また、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧がさらに上昇すると、金属シリサイド膜９よりもさらに下層のウェル領域１２が励起されるので、シリコン元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、この結果、成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）は減少する。
【００６２】
また、図２３に示すコンタクトホール８Ｈが、下地膜である金属シリサイド膜９を貫通した場合には、図２５に示すデータＤ３のように変化する。すなわち、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧（励起線の強度）が低い領域では、ウェル領域１２中に拡散した、僅かなコバルト成分を除き、コバルト元素に由来する特性Ｘ線は殆ど検出されない。また、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧を上昇させてもコバルト成分は増加しないため、成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）は、電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧によらず低い。言い換えれば、金属シリサイド膜９を被測定膜とし、ウェル領域１２を下地膜として測定していることになる。
【００６３】
図２５に示す成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）と電子ビームＥＢ（図２４参照）の加速電圧（励起線の強度）の相関関係から、ストッパ絶縁膜６ｓの有無あるいは下地層である金属シリサイド膜９の有無を容易に判定（評価）することができる。すなわち、例えば、１ｋＶ〜２ｋＶ程度の低い加速電圧の電子ビームＥＢ（図２４参照）（低強度の励起線）を照射すると、データＤ２、Ｄ３の場合には、データＤ１よりも成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）が極端に小さくなる。したがって、成分比率（Ｃｏ／Ｓｉ）が閾値よりも低ければ、ストッパ絶縁膜６ｓの除去不良、あるいは金属シリサイド膜９の貫通不良のいずれかが発生していることが判る。この時点で、製造工程にフィードバックすれば、不良品が大量に生産されてしまうロスを防止することができる。また、例えば、２ｋＶ〜４ｋＶ程度の加速電圧で電子ビームＥＢ（図２４参照）を照射すれば、データＤ２とデータＤ３の分類ができる。つまり、不良の内容を把握することができるので、不良の発生原因が特定し易くなる。なお、コンタクト層形成工程に残存膜検査工程を適用する場合にも、前記した図１９に示す検査装置３０を用いることができるので、重複する説明は省略する。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、前記配線層積層工程で説明したように、残存膜が残っていることを確認するための検査の他、残存膜が残っていないことを確認するための検査、あるいは、下地膜を貫通していないことを確認するための検査として残存膜検査工程を適用することができる。なお、本実施の形態では、配線層積層工程において、残存膜が残っていることを確認するための検査に適用した例について説明した。また、コンタクト層形成工程において、残存膜が残っていないことを確認するための検査、あるいは、下地膜を貫通していないことを確認するための検査に適用した例について説明した。しかし、これらは互いに組み合わせて適用することができる。例えば、図５に示すコンタクトホール貫通工程の後で、残存膜が残っていないことを確認するための検査、あるいは、下地膜を貫通していないことを確認するための検査として残存膜検査工程を適用することができる。また、例えば、図２２に示すコンタクトホール形成工程と、コンタクトホール貫通工程の間で、残存膜が残っていることを確認するための検査として残存膜検査工程を適用することができる。
【００６５】
次に、図２２に示す導体膜形成工程として、コンタクトホール８Ｈ内に導体膜を埋め込んで図２に示すプラグ７ａを形成する。
【００６６】
本工程では、まず、絶縁膜６ａの上面ＰＭａ（図２３参照）、およびコンタクトホール８Ｈの内面に、バリア導体膜として、例えば、チタン膜および窒化チタン膜を順次成膜する。バリア導体膜は、例えば、ＴｉＣｌ４をメタルソースガスとして用いたメタルＣＶＤ処理により、形成することができる。なお、バリア導体膜の形成方法については、被覆性等の問題がないのであれば、メタルＣＶＤ処理のほか、スパッタリング成膜、またはメタルＣＶＤ処理とスパッタリング成膜の組み合わせ等の方法が適用できる。次に、コンタクトホール８Ｈ内のバリア導体膜上に、主導体膜であるタングステン膜を形成する。タングステン膜は、例えば、ＷＦ６をメタルソースガスとして用いたメタルＣＶＤ処理により、コンタクトホール８Ｈを埋め込むように形成する。次に、平坦化工程として、メタルＣＭＰにより、平坦化処理を施し、コンタクトホール８Ｈ外部のタングステン膜およびバリア導体膜を除去する。以上の工程により、図２に示すように、プリメタル層間絶縁膜の上面に、ゲート電極３あるいはソース、ドレイン領域４と電気的に接続されるプラグ７ａが露出されたコンタクト層である配線層ＰＭが形成される。この配線層ＰＭは、配線層Ｍ１を形成する際の下地層となり、図３に示す配線層積層工程で配線層ＰＭ上に複数の配線層５が積層される。
【００６７】
＜変形例＞
次に、本実施の形態の変形例について説明する。前記配線層形成工程および前記コンタクト層形成工程では、ストッパ絶縁膜６ｓを被測定膜とし、導体膜７または、金属シリサイド膜９を下地膜とする例について説明した。しかし、本実施の形態の残存膜検査工程における被測定膜と下地膜の組み合わせは上記に限定されない。例えば、被測定膜および下地膜が導体膜である場合、あるいは被測定膜および下地膜が絶縁膜である場合であっても、被測定膜と下地膜のそれぞれから異なる元素成分の特性Ｘ線が検出できれば適用することができる。一例として、本変形例では、被測定膜および下地膜が導体膜である場合について説明する。図２６は、図１６に示す残存膜検査工程の変形例を模式的に示す説明図である。また、図２７は、図２６に示す開口部に照射する電子ビームの強度（加速電圧）を変化させた場合の残存膜の有無と成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）の関係を示す説明図である。
【００６８】
図２６に示す配線層５では、例えばアルミニウム（Ａｌ）から成る主導体膜７Ｃの上面および下面にそれぞれ、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）からなり、主導体膜７Ｃよりも薄いバリア導体膜７Ｄが成膜され、導体膜７を構成する。導体膜７上には、絶縁膜６が積層され、絶縁膜６の上面側から導体膜７に向かってコンタクトホール８Ｈが形成されている。このコンタクトホール８Ｈ内にプラグとなる導体膜（図示は省略）を埋め込むことで、配線層５と、配線層５の上層に積層される配線層を電気的に接続する層間導電路が形成される。このため、コンタクトホール８Ｈを形成する工程では、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂにおいて、導体膜７を確実に露出させる必要がある。一方、コンタクトホール８Ｈがバリア導体膜７Ｄを貫通すると、主導体膜７Ｃが露出してしまうため、コンタクトホール８Ｈの底部８Ｂに、バリア導体膜７Ｄの一部を残存させる必要がある。
【００６９】
このように導体膜７を確実に露出させ、かつ、薄いバリア導体膜７Ｄの一部を残存させるため、前記した残存膜検査工程を応用して適用することができる。すなわち、コンタクトホール８Ｈを形成した後で、バリア導体膜７Ｄを被測定膜、主導体膜７Ｃを下地膜として残存膜検査工程を適用する。例えば、複数成分の特性Ｘ線のうち、バリア導体膜７Ｄに主成分として含まれる金属元素（例えばチタン）成分と、主導体膜７Ｃに主成分として含まれる金属元素成分（例えばアルミニウム）の成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）により判定（評価）する。
【００７０】
ここで、コンタクトホールに照射する電子ビームＥＢ（図２６参照）の強度（加速電圧）を変化させた場合の成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）の関係は図２７に示すように変化する。まず、図２６に示すように、コンタクトホール８Ｈが絶縁膜６を貫通し、かつ、バリア導体膜７Ｄを貫通していない場合には、図２７に示すデータＤ４のように変化する。すなわち、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧（励起線の強度）が低い領域では、バリア導体膜７Ｄが主に励起されるためチタン元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が高くなる。一方、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧が上昇すると、バリア導体膜７Ｄの下地層である主導体膜７Ｃが励起されるので、アルミニウム元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、この結果、成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）は減少する。
【００７１】
また、図２６に示すコンタクトホール８Ｈが絶縁膜６を貫通せず、バリア導体膜７Ｄが露出していない場合には、図２７に示すデータＤ５のように変化する。すなわち、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧（励起線の強度）が低い領域では、絶縁膜６が主に励起されるため、チタン元素やアルミニウム元素に由来する特性Ｘ線成分は殆ど検出されない。また、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧が上昇すると、チタン元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）は増加する。また、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧がさらに上昇すると、バリア導体膜７Ｄの下地層である主導体膜７Ｃが励起されるので、アルミニウム元素に由来する特性Ｘ線成分の比率が上昇し、この結果、成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）は減少する。
【００７２】
また、図２６に示すコンタクトホール８Ｈが、バリア導体膜７Ｄを貫通した場合には、図２７に示すデータＤ６のように変化する。すなわち、チタン元素に由来する特性Ｘ線は、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧によらず、殆ど検出されない。このため、成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）は、電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧によらず低い。
【００７３】
つまり、図２７に示す成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）と電子ビームＥＢ（図２６参照）の加速電圧（励起線の強度）の相関関係から、絶縁膜６の残存膜の有無あるいはバリア導体膜７Ｄの有無を容易に判定（評価）することができる。すなわち、例えば、１ｋＶ〜２ｋＶ程度の低い加速電圧の電子ビームＥＢ（図２６参照）（低強度の励起線）を照射すると、データＤ５、Ｄ６の場合には、データＤ４よりも成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）が極端に小さくなる。したがって、成分比率（Ｔｉ／Ａｌ）が閾値よりも低ければ、絶縁膜６の除去不良、あるいはバリア導体膜７Ｄの貫通不良のいずれかが発生していることが判る。この時点で、製造工程にフィードバックすれば、不良品が大量に生産されてしまうロスを防止することができる。また、例えば、２ｋＶ〜４ｋＶ程度の加速電圧で電子ビームＥＢ（図２６参照）を照射すれば、データＤ５とデータＤ６の分類ができる。つまり、不良の内容を把握することができるので、不良の発生原因が特定し易くなる。なお、コンタクト層形成工程に残存膜検査工程を適用する場合にも、前記した図１９に示す検査装置３０を用いることができるので、重複する説明は省略する。
【００７４】
このように、本変形例によれば、特性Ｘ線を検出する方式を採用することで、被測定膜および下地膜がそれぞれ導体膜であっても、残存膜の有無、あるいは膜厚を容易に測定することができる。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７６】
例えば、前記実施の形態では、予め判定用データを取得して、成分比率の測定データと判定用データを比較することにより、残存膜の有無あるいは膜厚を測定する方法について説明した。しかし、判定用データを予め準備しなくても残存膜の有無を判定することができる。例えば、図１７、図２５あるいは図２７に示すように、残存膜の有無によって、特性Ｘ線の成分比率データが大きく変化する強度の励起線（例えば加速電圧が１ｋＶ〜２ｋＶ程度の電子線）を照射すれば、判定用データと比較しなくても、残存膜の有無を判定することができる。
【００７７】
また、例えば、前記変形例では、被測定膜であるバリア導体膜７Ｄの有無を判定する例について説明したが、配線層積層工程で説明したように、バリア導体膜７Ｄの膜厚を判定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、半導体基板上に配線層を積層する半導体装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  半導体装置（半導体チップ）
１ａ  表面
２  半導体基板
２ａ  主面
３  ゲート電極
４  ソース、ドレイン領域（半導体領域）
５  配線層
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｔ  絶縁膜
６ｓ  ストッパ絶縁膜
７、７ｂ、７ｃ  導体膜
７Ａ、７Ｃ  主導体膜
７Ｂ、７Ｄ  バリア導体膜
７Ｌ  配線
７Ｐ、７ａ  プラグ（コンタクトプラグ）
７ｔ  配線
８  開口部
８Ｂ  底部
８Ｇ  配線溝
８Ｈ  コンタクトホール
８ａ  開口部
８ｂ  開口部
９  金属シリサイド膜
１０ａ  チップ領域
１０ｂ  スクライブ領域
１１  素子分離領域
１２  ウェル領域
２１、２２、２３  レジスト膜
２１ａ、２３ａ  貫通孔
２２ａ  開口部
３０  検査装置（残存膜検査装置）
３１  検出部
３２  励起線照射部
３３  基板固定部
３４  判定部
３４ａ  判定回路
３４ｂ  データ保持部
３５  制御部
１００  下地膜
１０１  被測定膜
１０２  位相検出器
１０３  二次電子検出部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６  データ
ＥＢ  電子ビーム（励起線）
ＦＰ  パッシベーション膜
Ｌ１  照射光
Ｌ２、Ｌ３  反射光
ＰＭ、Ｍ１、Ｍ２、ＭＸ、ＭＴ  配線層
ＰＭａ、Ｍ２ａ、Ｍ３ａ  上面
ＰＤ  パッド（電極）
Ｑ１  半導体素子
ＳＥ１、ＳＥ２  二次電子
ＷＨ  ウエハ（半導体基板）
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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