(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ工程が遂行されたウェーハと、
前記ウェーハの表面の一定領域を繰り返しスキャンする１次電子のビームを発生する電子ビーム発生部と、
前記ウェーハの表面上に一定間隔離隔して導入され、前記１次電子ビームと前記ウェーハの表面との反応で発生する、前記ウェーハの表面外部に放出される２次電子を収集する検出部と、
前記検出部で収集される前記２次電子の量の変化から、前記プラズマ工程で使われたプラズマによって前記ウェーハの表面に誘起される電荷帯電の程度を判別する判別部と、を含み、
前記判別部は、前記１次電子のスキャン数に対して前記検出部から収集される２次電子の量の変化を前記２次電子の量に比例する輝度のグラフで示した試片グラフを備え、前記試片グラフの波形をあらかじめ設定された基準グラフの波形と比べることによって、前記電荷帯電の程度を判別することを特徴とする半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する装置。
【請求項２】
前記電子ビーム発生部は、
前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する装置。
【請求項３】
前記判別部は、
前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を、前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べ、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記電荷帯電の程度を定量化して判別することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する装置。
【請求項４】
前記判別部は、
前記試片グラフの最大ピーク値を、前記基準グラフの最大ピーク値と比べ、前記試片グラフの最大ピーク値と前記基準グラフの最大ピーク値との小ささの比較から前記電荷帯電の程度を定量化して判別することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する装置。
【請求項５】
プラズマ工程が遂行されたウェーハを導入する段階と、
前記ウェーハの表面の一定領域に１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記ウェーハの表面との反応で発生する、前記ウェーハの表面外部に放出される２次電子を収集する段階と、
前記収集される前記２次電子の量の変化から、前記プラズマ工程で使われたプラズマによって前記ウェーハの表面に誘起される電荷帯電の程度を判別する段階と、を含み、
前記判別する段階は、前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える段階と、前記１次電子によって誘起された電荷帯電を除去した、標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える段階と、前記基準グラフの波形に対して前記試片グラフの波形を比較することによって前記電荷帯電の程度を判別する段階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法。
【請求項６】
前記１次電子のビームを繰り返してスキャンする段階は、
前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにすることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法。
【請求項７】
前記判別する段階は、
前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を、前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べ、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記電荷帯電の程度を定量化することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法。
【請求項８】
前記判別する段階は、
前記試片グラフの最大ピーク値を、前記基準グラフの最大ピーク値と比べ、前記試片グラフの最大ピーク値と前記基準グラフの最大ピーク値との小ささの比較から前記電荷帯電の程度を定量化することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法。
【請求項９】
プラズマ工程によって下部の導電膜を露出するコンタクトホールが形成された絶縁膜パターンを表面上に有するウェーハを導入する段階と、
前記コンタクトホールの内部を１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記コンタクトホールの内部の表面との反応で発生する、前記コンタクトホールの外部に放出される２次電子を収集する段階と、
前記収集される前記２次電子の量の変化から、前記コンタクトホールが前記下部の導電膜の表面を露出するかどうかを判別する段階と、を含み、
前記判別する段階は、前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える段階と、前記コンタクトホールがオープンされた標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える段階と、前記基準グラフの波形に対して前記試片グラフの波形を比較することによって前記コンタクトホールをオープンするか否かを判別する段階とを含むことを特徴とするプラズマを使用して形成された半導体装置のコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法。
【請求項１０】
前記下部の導電膜は、
前記ゲート絶縁膜を介在するゲート電極であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマを使用して形成された半導体装置のコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法。
【請求項１１】
前記１次電子のビームを繰り返してスキャンする段階は、
前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにすることを特徴とする請求項９に記載のプラズマを使用して形成された半導体装置のコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法。
【請求項１２】
前記判別する段階は、
前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形と重なる時前記コンタクトホールがオープンされたと判別し、
前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形から分離される時前記コンタクトホールがオープンされないと判別することを特徴とする請求項９に記載のプラズマを使用して形成された半導体装置のコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法。
【請求項１３】
前記判別する段階は、
約２００以下のスキャン数の範囲内で前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形の上側に分離される時、前記コンタクトホールがオープンされないと判別することを特徴とする請求項９に記載のプラズマを使用して形成された半導体装置のコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法。
【請求項１４】
プラズマ工程が遂行された物質膜の下部に形成されたゲート絶縁膜を有するウェーハを導入する段階と、
前記物質膜の一定領域に１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記物質膜の表面との反応で発生する、前記物質膜の外部に放出される２次電子を収集する段階と、
前記収集される前記２次電子の量の変化から前記プラズマ工程によって前記ゲート絶縁膜が劣化した程度を判別する段階と、を含み、
前記判別する段階は、前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える段階と、前記ゲート絶縁膜が劣化しない標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える段階と、前記基準グラフの波形と前記試片グラフの波形とを比較することによって前記ゲート絶縁膜の劣化程度を判別する段階とを含むことを特徴とするプラズマ工程以後に半導体装置のゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法。
【請求項１５】
前記１次電子のビームを繰り返してスキャンする段階は、
前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにすることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ工程以後に半導体装置のゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法。
【請求項１６】
前記判別する段階は、
前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を、前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べて、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ工程以後に半導体装置のゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法。
【請求項１７】
前記判別する段階は、
前記試片グラフの最大ピーク値を、前記基準グラフの最大ピーク値と比較し前記試片グラフの最大ピーク値と前記基準グラフの最大ピーク値との小ささの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ工程以後に半導体装置のゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法。
【請求項１８】
前記判別する段階は、
前記試片グラフのピーク値が実質的に０に減るスキャン数を、前記基準グラフのピーク値が実質的に０に減るスキャン数と比較して、前記試片グラフの前記スキャン数との小ささの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ工程以後に半導体装置のゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造に係り、特にプラズマ工程に従うプラズマによって誘起される帯電程度を判別する方法、これを用いたコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法、プラズマによって誘起されるゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法およびこれに用いられる判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する工程中には、物質膜のエッチングのためにプラズマを使用する工程が使われている。たとえば、絶縁膜をエッチングして下部の物質膜を露出するコンタクトホールを形成する工程で、プラズマをエッチング媒介体として用いて絶縁膜をパタニングしている。この時、絶縁膜パターン内にはプラズマの電気的特性によって電荷分離が発生する。このような電荷分離によって、絶縁膜パターンのコンタクトホール内部、すなわち、コンタクトホールの底にはイオンなどが積もって電荷が帯電される。
【０００３】
このような電荷の帯電は、半導体装置にいろいろな不良を発生させうる。たとえば、ゲート電極を露出するコンタクトホールを形成する時、プラズマ工程により発生する電荷の帯電は、ゲート電極下部のゲート絶縁膜を劣化させうる。
【０００４】
図１は、プラズマ工程でコンタクトホール４５を形成する時帯電された電荷の分布を概略的に示す。
【０００５】
プラズマ工程によるゲート絶縁膜２０の劣化をより詳細に説明すれば、プラズマ工程でコンタクトホール４５を形成する時コンタクトホール４５の底部および上側部に電荷分離が発生する。すなわち、シース(sheath)で加速されたプラズマ中のイオンは、ほとんど直進性を有することができ、コンタクトホール４５の底部に積もりうる(参照符号５０を参照)。反対に、プラズマ中の電子は角運動分布がほとんど等方性を有するので、コンタクトホール４５の上側部に積もる(参照符号５５を参照)。これはコンタクトホール４５の底部とコンタクトホール４５の上側部との間に各々異なる極性を有する電荷が帯電されたことを意味する。
【０００６】
このような電荷帯電の現象は、前記のようなコンタクトホール４５を形成する工程だけではなく、トレンチ、またはラインおよびスペース構造を形成するプラズマを用いる蝕刻工程でも発生する。
【０００７】
このような電荷分離によってコンタクトホール４５またはトレンチ、ラインおよびスペース構造の底部にはイオン５０が積もり、これによりゲート電極３０に正の電圧が印加された効果と同じ効果をゲート絶縁膜２０に起こす。このようなゲート絶縁膜２０上の帯電は、プラズマ工程が持続される間ずっと持続され、電荷分離によって帯電された電荷は、プラズマ工程が終わった以後にも残存してゲート絶縁膜２０に正の電圧が印加され続く効果を持続する。このようなゲート絶縁膜２０上の帯電、すなわち、正の電圧が持続的に印加される効果によって、ゲート絶縁膜２０は損傷されて劣化される恐れがある。
【０００８】
このようにプラズマ工程を遂行する時、プラズマによる帯電現象は避けられない。また、このような帯電現象によって前記のゲート絶縁膜２０のような物質膜の劣化または損傷を避けられない。
【０００９】
一方、半導体装置の高集積化は、デザインルールの減少を伴ってコンタクトホール４５の縦横比の増加を起こす。これにより、コンタクトホール４５の底の線幅減少が起こされ、絶縁膜パターン４０が相対的に高くなる。これはプラズマによりパターン４０に誘起される帯電程度を深化する。したがって、プラズマによる帯電に係るゲート絶縁膜２０の劣化が深化される。
【００１０】
このようなプラズマによる損傷または劣化を最小化したり乗り越えたりするためには、プラズマ工程による電荷帯電程度を測定する必要がある。プラズマによる電荷帯電程度を測定する方法としては、ＰＤＭ(Plasma Damage Monitoring)が常用化されている。このようなＰＤＭはウェーハ内の静電容量の変化を用いてプラズマによる損傷を測定している。しかし、このようなＰＤＭは空間分解能および補正に制限があって、主に平坦な物質膜を対象として計測するのに用いられている。したがって、パターンが形成されたウェーハを対象として電荷帯電程度を測定するには限界がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、パターンが形成されたウェーハを対象としてプラズマによって誘起される電荷帯電または電荷帯電程度を判別できる装置を提供することにある。
【００１２】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、パターンが形成されたウェーハを対象としてプラズマによって誘起される電荷帯電または電荷帯電程度を判別できる方法を提供することにある。
【００１３】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、コンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法を提供することにある。
【００１４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、下部にゲート絶縁膜を有するゲート電極を露出するコンタクトホールを有する絶縁膜パターンをプラズマ工程で形成した後、プラズマ工程によって前記絶縁膜パターンに誘起される電荷帯電によって前記ゲート絶縁膜が劣化される程度を判別できる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、プラズマ工程が遂行されたウェーハと、前記ウェーハの表面の一定領域を繰り返しスキャンする１次電子のビームを発生する電子ビーム発生部と、前記ウェーハの表面上に一定間隔離隔して導入され、前記１次電子ビームと前記ウェーハの表面との反応で発生する、前記ウェーハの表面外部に放出される２次電子を収集する検出部と、前記検出部で収集される前記２次電子の量の変化から、前記プラズマ工程で使われたプラズマによって前記ウェーハの表面に誘起される電荷帯電の程度を判別する判別部とを含む半導体装置の製造に使われるプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する装置を提供する。前記判別部は、前記１次電子のスキャン数に対して前記検出部から収集される２次電子の量の変化を前記２次電子の量に比例する輝度のグラフで示した試片グラフを備え、前記試片グラフの波形をあらかじめ設定された基準グラフの波形と比べることによって、前記電荷帯電の程度を判別する。また、前記判別部は、前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を、前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べ、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記電荷帯電の程度を定量化して判別しうる。また、前記判別部は、前記試片グラフの最大ピーク値を、前記基準グラフの最大ピーク値と比べ、前記試片グラフの最大ピーク値と前記基準グラフの最大ピーク値との小ささの比較から前記電荷帯電の程度を定量化して判別しうる。また、前記電子ビーム発生部は、前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにしうる。
【００１６】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、プラズマ工程が遂行されたウェーハを導入する。前記ウェーハの表面の一定領域に１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記ウェーハの表面との反応から発生して前記ウェーハの表面外部に放出される２次電子を収集する。前記収集される前記２次電子の量の変化から前記プラズマ工程で使われたプラズマによって前記ウェーハの表面に誘起される電荷帯電の程度を判別する。
【００１７】
前記判別する段階は次のように遂行されうる。すなわち、前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える。前記１次電子によって誘起された電荷帯電を除去した、標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える。前記基準グラフの波形に対して前記試片グラフの波形を比較することによって前記電荷帯電の程度を判別する。また、前記１次電子のビームを繰り返してスキャンすることは、前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにして行いうる。
【００１８】
または前記判別する段階は、前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べ、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記電荷帯電の程度を定量化する。
【００１９】
前記判別する段階は、前記試片グラフの最大ピーク値を前記基準グラフの最大ピーク値と比べて、前記試片グラフの最大ピーク値が前記基準グラフの最大ピーク値に比べて小さな程度から前記電荷帯電の程度を定量化する。
【００２０】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、プラズマ工程によって下部の導電膜を露出するコンタクトホールが形成された絶縁膜パターンを表面上に有するウェーハを導入する。前記コンタクトホールの内部を１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記コンタクトホールの内部の表面との反応で発生する、前記コンタクトホールの外部に放出される２次電子を収集する。前記収集される前記２次電子の量の変化から、前記コンタクトホールが前記下部の導電膜の表面を露出するかどうかを判別する段階とを含む。
【００２１】
前記判別する段階は次のように遂行される。まず、前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える。前記コンタクトホールがオープンされた標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える。前記基準グラフの波形に対して前記試片グラフの波形を比較することによって前記コンタクトホールをオープンするか否かを判別する。前記下部の導電膜は、前記ゲート絶縁膜を介在するゲート電極でありうる。また、前記１次電子のビームを繰り返してスキャンすることは、前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにして行いうる。
【００２２】
この時、前記判別する段階は、前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形と重なる時前記コンタクトホールがオープンされたと判別し、前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形から分離される時前記コンタクトホールがオープンされないと判別する。
【００２３】
または、前記判別する段階は、約２００以下のスキャン数の範囲内で前記試片グラフの波形が前記基準グラフの波形の上側に分離される時、前記コンタクトホールがオープンされないと判別できる。
【００２４】
前記他の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、プラズマ工程が遂行された物質膜の下部に形成されたゲート絶縁膜を有するウェーハを導入する。前記物質膜の一定領域に１次電子のビームを繰り返しスキャンして前記１次電子ビームと前記物質膜の表面との反応で発生する、前記物質膜の外部に放出される２次電子を収集する。前記収集される前記２次電子の量の変化から前記プラズマ工程によって前記ゲート絶縁膜が劣化した程度を判別する。
【００２５】
前記判別する段階は次のように遂行される。前記収集される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した試片グラフを備える。前記ゲート絶縁膜が劣化しない標準状態で検出される２次電子の量の変化を前記１次電子のスキャン数に対して示した基準グラフを備える。前記基準グラフの波形と前記試片グラフの波形とを比較することによって前記ゲート絶縁膜の劣化程度を判別する。また、前記１次電子のビームを繰り返してスキャンすることは、前記１次電子のビームのスキャンをパルス形態で繰り返して前記スキャン数が順次に数えられるようにして行いうる。
【００２６】
この時、前記判別する段階は、前記試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数を前記基準グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数と比べて、前記試片グラフの前記スキャン数と前記基準グラフの前記スキャン数との大きさの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化する。
【００２７】
または、前記判別する段階は、前記試片グラフの最大ピーク値を前記基準グラフの最大ピーク値と比較して、前記試片グラフの最大ピーク値と前記基準グラフの最大ピーク値との小ささの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化する。
【００２８】
または、前記判別する段階は、前記試片グラフのピーク値が実質的に０に減るスキャン数を前記基準グラフのピーク値が実質的に０に減るスキャン数と比較して、前記試片グラフの前記スキャン数との小ささの比較から前記ゲート絶縁膜の劣化程度を定量化する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施の形態は色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施の形態によって限定されるとは解釈されない。本発明の実施の形態は、当業界で平均の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供される。したがって、図面での要素の形状は、より明確な説明を強調するために誇張されたものであって、図面上で同じ符号で示された要素は同じ要素を意味する。
【００３０】
本発明の実施の形態は、プラズマによる電荷帯電の程度を測定するために、１次電子のビームのスキャンによって発生する２次電子の量が帯電の程度によって変化する現象を主に用いる。より詳細に説明すれば、ウェーハの表面をスキャンする１次電子はウェーハの表面またはウェーハの表面に形成された物質膜の表面と反応して２次電子を発生させる。発生した２次電子はウェーハの表面から放出されるのでこれを検出して１次電子のビームのスキャン数に従って図示できる。
【００３１】
この時、２次電子は電荷帯電されたイオンによって形成されるポテンシャルウェルに捕獲されることができ、実際２次電子の検出される量は帯電されたイオンの量に従って変化する。検出される２次電子の量から帯電されたイオンの量を測定できるので、結局、プラズマにより誘起される帯電程度を測定できる。このような論理に基づいて本発明を実施の形態を通じてより詳細に説明する。
【００３２】
＜第１の実施の形態＞
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマによって誘起される電荷帯電程度を測定する装置の原理を概略的に示し、図３は、図２の装置によって測定される２次電子の量の変化を１次電子のビームのスキャン数に従う輝度で示す図面である。
【００３３】
図２を参照すれば、本発明の第１実施の形態に係る測定装置は、１次電子２１０を発生させてウェーハ１１０の表面をスキャンする電子ビーム発生部３１０および放出される２次電子２５０を収集して検出する検出部４００を具備する。
【００３４】
１次電子２１０は、ウェーハ１１０上の一定領域を反復的にスキャンしながらウェーハ１１０上に照射される。すなわち、スキャンが反復的に同じ領域になされて、結局、１次電子２１０がスキャンパルス形態で照射される。これにより、スキャン数が順次に数えられる。
【００３５】
この時、電子ビーム発生部３１０は、示されなかったが、電子銃の光源と光源から発生した電子ビームを集束する集束レンズ、電子ビームがウェーハ表面をスキャンするように電子ビーム方向を変える走査コイルよりなる。この時、前記走査コイルに印加される電流の制御によって電子ビームが同じ領域のウェーハ１１０上にスキャンされる。電子ビームは焦点を調節する時に用いられる対物レンズと対物レンズに付着される対物レンズ絞りよりなされる対物レンズ部３５０によって適当なビーム大きさで制御される。
【００３６】
ウェーハ１１０上に照射される１次電子２１０のビームは、ウェーハ１１０上に形成された絶縁膜パターン１４０よりなるコンタクトホール１４５内をスキャンする。この時、入射される１次電子２１０は、コンタクトホール１４５の底をなすゲート電極１３０のような物質膜と反応して２次電子２５０を発生させる。
【００３７】
一方、ウェーハ１１０上に形成された絶縁膜パターン１４０は、プラズマ工程、たとえば、プラズマをエッチング媒介体として用いるエッチング工程によってパタニングされたものである。このようなプラズマ工程は、工程の結果物にプラズマによって電荷帯電を誘起させることができる。
【００３８】
詳細に説明すれば、図１で説明したようにコンタクトホール４５の上側部には電子５５が積もり、コンタクトホール４５の底部、たとえば、ゲート電極(図１の３０、図２の１３０)にはイオン(図１の５０、図２の１５１)が積もる電荷分離現象が発生する。このような電荷分離現象によって、実際コンタクトホール(図２の１４５)の底部をなすゲート電極１３０のような物質膜の表面はイオン１５１により電荷帯電される。
【００３９】
このように帯電されたイオン１５１は周りに電気場を形成する。このような電気場によって形成されるポテンシャルウェルに１次電子２１０の照射によって発生する２次電子２５０の一部は捕獲されうる。また、発生する２次電子２５０は、積もったイオン１５１と電荷再結合をなすことができる。したがって、１次電子２１０の照射によってコンタクトホール１４５内で発生する２次電子２５０の全体量中相当部分は、前記のポテンシャルウェルによる捕獲および電荷再結合によってコンタクトホール１４５の外部に放出されられない。
【００４０】
検出部４００は、コンタクトホール１４５の外部に放出された２次電子２５０を収集する役割をする。したがって、検出部４００によって収集される２次電子２５０の量は全体発生量に比べて相対的に減って少量になる。これは捕獲または電荷再結合により消耗される２次電子２５０の量によって発生し、このように消耗された２次電子２５０の量は、コンタクトホール１４５の底部に積もったイオン１５１の量に対して比例する。検出部４００としては、ＰＭＴ（Photo Multiply Tube）、ファラデーカップ(Faraday Cup)が挙げられる。
【００４１】
したがって、積もったイオン１５１が多ければ２次電子２５０が捕獲されたり電荷再結合されたりする確率が増加するので、検出部４００で収集されて検出される２次電子２５０の量は少なくなる。反対に、イオン１５１が少なく積もっていれば、検出される２次電子２５０の量が相対的に多くなる。したがって、検出される２次電子２５０の量を相互比較したり、またはプラズマによって誘起される電荷帯電現象を補償した結果物から検出される２次電子２５０の量の変化を比較したりすることによって、プラズマ工程で使われるプラズマによって結果物に誘起された電荷帯電程度を判別したりまたは相対的な値で定量化したりできる。
【００４２】
詳細に説明すれば、検出部４００から収集された２次電子２５０の量は１次電子２１０のスキャン数に従う輝度で示されうる。たとえば、１次電子２１０のビームのスキャン数は電子ビーム発生部３１０から得られる。そして、検出部４００では収集された２次電子２５０の量は輝度または電流値に転換して判別部５００に表示できる。また、このような収集された２次電子２５０の量に関する数値は判別部５００で前記のスキャン数に同調する値で表示されうる。
【００４３】
たとえば、判別部５００ではＸ軸にスキャン数を示し、Ｙ軸に輝度を示したグラフ形態で前記の２次電子２５０の量の変化をスキャン数に対して表示できる。すなわち、図３に示したように検出される２次電子２５０の量の変化はスキャン数に従う輝度のグラフで示される。このように示されるグラフの波形はある一定のスキャン数に対して最大ピーク点を示す傾向を有する。
【００４４】
このような最大ピーク点または全体グラフの波形または形状に基づいてプラズマ工程により誘起される電荷帯電程度が把握できる。たとえば、最大ピーク点に対応するスキャン数はイオン１５１の帯電された程度に関連するので、このようなスキャン数を比較することによって電荷帯電された程度が把握できる。
【００４５】
すなわち、イオン１５１の帯電された程度が激しければ、最大ピーク点に到達するためにはより多くのスキャンが必要である。したがって、最大ピーク点に対応するスキャン数は相対的に増加する。または、このように得られる試片グラフの波形と標準状態、たとえば、帯電された電荷が補償された、すなわち、電荷帯電が除去された試料から得られる基準グラフの波形を比較することによって、電荷帯電を判別したりこのような電荷帯電を相対的な値で定量化したりできる。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
このような原理、すなわち、プラズマによって誘起される帯電されたイオンに影響されて検出される２次電子２５０の量が変化する原理に基づいて電荷帯電を判別し、より発展した電荷帯電程度を定量化して測定する方法を詳細に説明する。
【００４７】
図４にプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法に係る工程フローを概略的に示す。
【００４８】
具体的に、プラズマ工程が遂行されたウェーハに、図２を参照して説明したような１次電子のビームをスキャンパルス形態で繰り返して照射し、放出される２次電子を検出できる装置に導入する(４０１０)。たとえば、図２に示したようにゲート絶縁膜１２０を介在するゲート電極１３０を覆う絶縁膜をプラズマをエッチング媒介体としてエッチングして、ゲート電極１３０を露出するコンタクトホール１４５が形成されたウェーハ１１０を導入する。またはラインおよびスペース構造またはトレンチなどが形成されたウェーハを導入する。
【００４９】
その後に、ウェーハ１１０の表面の一定領域に１次電子２１０のビームを繰り返してスキャンする方法(パルススキャン)でスキャンする。たとえば、前記のようなコンタクトホール１４５の内部を繰り返してスキャンする。この時、スキャンされる１次電子２１０とウェーハ１１０の表面、たとえば、コンタクトホール１４５によって露出されるゲート電極１３０の表面が反応して２次電子２５０が発生して放出され、検出部４００で収集される(４０２０)。
【００５０】
その後に、収集された２次電子２５０の量の変化を１次電子２１０のスキャン数に対応させて示す。たとえば、図３のようにスキャン数に従う２次電子２５０の量の変化が２次電子２５０による輝度などの数値で表示される試片グラフを備える。
【００５１】
このような試片グラフを比較または分析するために、別の段階で基準グラフを備える(４０４０)。このような基準グラフは標準状態の時、前記のような１次電子の反復的なスキャンによって発生する２次電子を収集して示すグラフを利用できる。この時、標準状態は電荷帯電のない状態、たとえば、帯電された電荷が補償されたりまたは帯電された電荷が除去された状態を意味する。
【００５２】
このような基準グラフに対して、試片グラフを比較することによって電荷帯電を判別したりまたは電荷帯電程度を定量化したりする(４０５０)。たとえば、試片グラフの最大ピーク点に対応するスキャン数または２次電子の量の変化をあらかじめ設定された基準グラフのスキャン数と比較することによって、誘起された電荷帯電程度を判別したり定量化したりする。または、グラフ間の波形比較によって相互間の相対的な帯電程度を把握できる。つまり、検出部４００が二次電子を収集し、これを電圧信号に転換させる。判別部５００は電子ビーム発生部３１０を通してスキャンパルスに対する輝度情報を検出部４００から収集する。それから、判別部５００は試片の測定された輝度、およびピークに対するスキャン数を設定された(または記憶された)基準の輝度およびピークに対するスキャン数についてそれぞれ比較する。ここで、数値的積分または微分方法がピーク値を決定するのに使用されうる。
【００５３】
前述したような実施の形態は次のような実験結果から支持されうる。
【００５４】
＜実験例１＞
まず、プラズマ工程によって形成されたコンタクトホールを有する構造を例として、モンテカルロ模写を通じて１次電子および２次電子の軌跡を求めた。このような模写には図５に示したようなパターン断面構造を例として考慮した。
【００５５】
図５は、モンテカルロ模写に使われたパターンの断面構造を概略的に示す。
【００５６】
図５を参照すれば、Ｄ０ドメインの領域を基本としたし、左側反復領域のＤ−１、Ｄ−２、…などと右側反復領域のＤ１、Ｄ２、…などは表面のポテンシャルを計算するのに用いられた。このようなパターン構造でコンタクトホールの臨界線幅(CD;Critical Dimension)はプラズマバルクおよびシース領域の大きさに比べてかなり小さいので、構造の形態自体がプラズマおよびシースにおよぶ影響を無視できる。そして、コンタクトホールの底部は導体、たとえば多結晶質シリコン膜であって、コンタクトホールの形成はＲＦスパッタエッチングで酸化シリコン膜などの絶縁膜をエッチングしてなされた。
【００５７】
そして、プラズマによる帯電で発生する電子のエネルギー分布(EAED;Electron Angular Energy Distribution)およびイオンのエネルギー分布を以前にモンテカルロ模写を通じて計算して入力値で入力した。たとえば、プラズマ密度を約１Ｅ＋１８(m-3)、イオン重量を４０原子単位(a.u.)にし、イオン温度を０.０２５ｅｖにし、合わせてイオンと中性子との衝突はないという過程下で線形変化シースモデルを使用して計算した。
【００５８】
このような条件による電荷分離または帯電影響下で、コンタクトホール内に１次電子をスキャンした。１次電子は空間的にコサイン分布を有すると仮定し、コンタクトホールの上部に散布された１次電子は運動式(equationofmotion)に従ってコンタクトホールの底部に到達する。このような１次電子の衝突によって２次電子が２次電子放出係数だけ発生してコンタクトホールの側壁に積もったりコンタクトホール内から抜け出たりする。このような電子個々の軌跡を模写した結果を次の図６に示した。
【００５９】
図６は、コンタクトホール内での１次電子および２次電子の軌跡を模写した結果を示す。
【００６０】
具体的に、一回スキャンされた１次電子の軌跡は図６に点線で示される。この時、一回のスキャンで照射される１次電子は２００個と設定した。これによる２次電子の軌跡は図６に実線で示される。
【００６１】
図６を参照すれば、１次電子は約数百ｅｖのエネルギーを有して軌跡の変化をほとんど示さない。反面、２次電子は約５０ｅｖ以下の低いエネルギーを有するので、コンタクトホールの側壁に積もる２次電子の帯電によって影響されてねじり運動をする。すなわち、２次電子の側壁帯電によってとても狭い窓の電子だけがコンタクトホール内を抜け出ることができる。残りの２次電子は再び反射されてコンタクトホールの底部に積もる。
【００６２】
コンタクトホールを抜け出る２次電子の数はコンタクトホール内部の環境条件の変動、特に電荷の分布の変動に従って変化できる。このような１次電子のビームのスキャン数に従う２次電子の数の変化を次の図７および図８に各々概略的に示した。
【００６３】
図７は、コンタクトホールの底に電荷が積もった場合でのスキャン数に従う輝度を模写によって計算した結果であって、図８は、コンタクトホールの底に電荷が積もらない場合でのスキャン数に従う輝度を模写によって計算した結果である。
【００６４】
具体的に、１５０nmのコンタクトホールの底線幅と５０nmの絶縁膜パターンよりなされる側壁深度を設定し、模写を通じて１次電子のスキャン数に従って検出される２次電子の量を輝度で示した。電荷が積もった場合、すなわち、帯電された場合と帯電されない場合の波形が異なることが分かる。特に、図７および図８に各々点線で表示された最大ピーク点に対応するスキャン数が異なることが分かる。帯電された場合の図７の場合には、ピーク点に対応するスキャン数、すなわち、遅延スキャン数が約２００内外である。反対に、帯電されない場合の図８の場合に遅延スキャン数が約１０内外であることが分かる。すなわち、遅延スキャン数に対して帯電された場合と帯電されない場合が大きい差を示す。このような関係を用いれば、コンタクトホール内に帯電された程度を遅延スキャン数で判別できる。
【００６５】
実験例１で模写した結果に基づいて実際試片に対してスキャン数に対する輝度の変化を測定した。
【００６６】
＜実験例２＞
ゲート電極を露出するコンタクトホールの中心にフォーカスを合わせた以後に１次電子を照射した。１次電子のビームを繰り返してスキャンしながら検出部を通じて検出された２次電子の量を輝度で示した。
【００６７】
図９は、１次電子のビームのスキャン数に従う検出される輝度を概略的に示す。
【００６８】
図９で参照符号９１０の場合は、ゲート電極を露出するコンタクトホールをアルゴン(Ａｒ)プラズマを用いて形成した以後に輝度を検出した場合である。この場合Ａｒプラズマによってコンタクトホール内では電荷分離が発生してコンタクトホール内に電荷帯電が発生する。
【００６９】
参照符号９３０は、参照符号９１０の場合に対して露出されるゲート電極の酸化のために酸素プラズマ処理をさらに実施した場合である。この場合、ゲート電極は多結晶質シリコンおよびタングステンシリサイドの二重膜でなされるので、ゲート電極上に酸化シリコンの絶縁膜が形成される。すなわち、コンタクトホールがオープンされない場合に該当する。
【００７０】
一方、参照符号９３０に対して参照符号９１０の全般的な輝度が減少したことと提示されるのは、下部のタングステンシリサイド膜がコンタクトホールを形成する段階で消耗されるのに起因する。このような消耗によってコンタクトホールの縦横比が増加するので全般的な輝度が減少して示される。
【００７１】
参照符号９５０は、Ａｒプラズマでコンタクトホールを形成した後SC１などを用いた湿式洗浄を実施した場合である。この場合、コンタクトホール内に帯電された電荷に対して、湿式洗浄に用いられる洗浄液を媒介として電荷補償(または除去)がなされる。したがって、参照符号９５０は、電荷補償がなされた場合であって電荷帯電がない場合の標準状態の基準グラフを実質的に代表する。
【００７２】
図９を参照すれば、前記三つの場合でのグラフの波形が各々異なることが分かる。これより波形の比較を通じて電荷帯電の可否を判断できることが分かる。
【００７３】
たとえば、電荷帯電がない場合の参照符号９５０の波形は、点線で表示された地点の最大ピーク点でスキャン数、すなわち、遅延スキャン数が電荷帯電がある場合の参照符号９１０の波形に比べて小さい。これは、各場合の遅延スキャン数の比較を通じて電荷帯電するか否かを判断できることを意味する。また、遅延スキャン数の大きさ程度を比較することによって相対的な電荷帯電程度、たとえば、電荷帯電がない場合に比べて電荷帯電がある程度発生したかを判別できることが分かる。すなわち、電荷帯電程度を相対的な量で定量化できる。
【００７４】
合わせて、最大ピーク点での輝度、すなわち、最大ピーク値を比べると、電荷帯電がある場合の参照符号９１０の場合(試片グラフに該当する)が電荷帯電がない場合の参照符号９５０の場合(基準グラフに該当する)に比べて非常に低いことが分かる。したがって、最大ピーク点での輝度を比較することによって、相対的な電荷帯電程度または電荷帯電するか否かを判別したり電荷帯電程度を相対的な値で定量化したりできる。
【００７５】
一方、このようなプラズマによって電荷帯電程度を判別または判定する原理をコンタクトホールをオープンするか否かを工程中にインラインで判別する方法に適用できる。
【００７６】
図９を再び参照すれば、コンタクトホールがオープンされない場合の参照符号９３０の波形は、全般的に輝度が、電荷帯電がなくコンタクトホールがオープンされた場合の参照符号９５０の波形に比べて高い数値を示すことが分かる。すなわち、試片グラフに該当する参照符号９３０の波形が、基準グラフに該当する参照符号９５０の波形から上側方向に分離されることが分かる。
【００７７】
これは、コンタクトホールがオープンされない場合には絶縁膜がコンタクトホールの底をなす点に大きく起因する。詳細に説明すれば、コンタクトホールの底をなす絶縁膜上には２次電子が積もることができる。これにより、底に積もった２次電子は他の２次電子と反発作用をして他の２次電子を底から押し出す効果を発生させる。これにより、コンタクトホールの底に積もった２次電子は他の２次電子がコンタクトホール内から抜け出るのに役に立つ。したがって、検出される２次電子の量が増加し参照符号９３０の波形に示されるように相対的に高い輝度大きさを示す。
【００７８】
反対に、コンタクトホールがオープンされて下部のゲート電極を露出する場合を示す参照符号９５０の場合に、コンタクトホールの底は導電体のゲート電極の表面よりなる。したがって、ゲート電極の表面に到達する２次電子はゲート電極を通じて伝導されて均等に広がるので、ゲート電極の表面に積もって存在できなくなる。したがって、コンタクトホールの底、すなわち、ゲート電極の表面に到達する２次電子は前記のような他の２次電子のコンタクトホール内部からの脱出を助けられなくなる。
【００７９】
したがって、前記の二つの場合で得られた各々のグラフを重ねて、波形が分離されるかどうかを確認することによって、波形が分離される場合はコンタクトホールがオープンされなかったと判定できる。
【００８０】
このような論旨でコンタクトホール内部を１次電子で反復的にスキャンしながら放出される２次電子を検出して、１次電子のビームのスキャン数に従う放出される２次電子の量の変化を比較することによって、コンタクトホールをオープンするか否かを判断できる。
【００８１】
たとえば、次の図１０に示した工程フローのようにプラズマ工程によるコンタクトホール形成工程を遂行した以後に、インライン方法または別の計測によってコンタクトホールをオープンするか否かを判別できる。
【００８２】
＜第３の実施の形態＞
図１０は、コンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法の工程フローを概略的に示す。
【００８３】
具体的に、ウェーハ(図２の１１０)の表面上にコンタクトホール(図２の１４５)がプラズマを用いたエッチング方法で形成されたウェーハ１１０を導入する(１０１０)。この時、コンタクトホール１４５はゲート電極(図２の１３０)のような導電膜を露出させる。以後に、コンタクトホール１４５内部に１次電子(図２の２１０)のビームを照射して反復的にスキャンする(１０２０)。コンタクトホール１４５内部に入射される１次電子２１０のビームは、コンタクトホール１４５の底と反応して２次電子(図２の２５０)を発生させる。
【００８４】
発生された２次電子２５０はコンタクトホール１４５の外部に放出される。このような放出される２次電子２５０を検出部(図２の４００)に収集する(１０３０)。収集される２次電子２５０は、先に図９を参照して説明したようにゲート電極(図２の１３０)などの下部物質膜の露出可否に従って、コンタクトホール１４５内を脱出して放出される程度が変わる。
【００８５】
したがって、これと共に検出される２次電子２５０の量の変化に従う輝度程度を１次電子２１０のスキャン数に対して示して試片のグラフを備える(１０３０)。このような試片グラフを標準状態、たとえば、コンタクトホールがオープンされた状態で得られる基準グラフ１０４０と比較してコンタクトホール１４５のオープン可否を判別する(１０５０)。
【００８６】
すなわち、判断の基準の基準グラフは、コンタクトホール１４５が完全にオープンされた状態で得られるスキャン数対輝度の波形であるので、試片グラフをこれと重ねて試片グラフの波形が基準グラフから分離されるかどうかを確認できる。波形の分離が発生する場合、コンタクトホール１４５がオープンされなかったと判断できる。また、波形が実質的に重なる時、コンタクトホール１４５がオープンされたと判別できる。
【００８７】
図９を参照して再び説明すれば、試片グラフに該当する参照符号９３０の波形が、基準グラフに該当する参照符号９５０の波形から分離されることが分かる。これより参照符号９３０の波形の場合、コンタクトホール１４５がオープンされない状態で得られたと判別できる。
【００８８】
または、一定のスキャン数に対する輝度の差を比較することによってオープン可否を判断できる。たとえば、スキャン数が約２００以下で、図９のようにコンタクトホールがオープンされた状態の参照符号９５０(基準グラフ)は、コンタクトホールがオープンされない場合の参照符号９３０(試片グラフ)に比べて前記のスキャン数範囲内でより高い輝度を示す。すなわち、分離される試片グラフ９３０の波形が基準グラフ９５０の波形に比べて上側に位置する。
【００８９】
したがって、前記のスキャン数の範囲内で試片グラフのピーク値が基準グラフのピーク値に比べて高い値を示せば、コンタクトホールがオープンされないと判断できる。一方、用いられる基準スキャン数は半導体装置の構造的な特性によって違うので半導体装置ごとに基準を別に定めるべきである。
【００９０】
このようなコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法は、工程中に適用されてインラインでコンタクトホールをオープンするか否かを判断するのに使われる。このようなコンタクトホールをオープンするか否かの判断は、既存のインラインＳＥＭ(in line Scanning electron Microscope)を用いた視覚的な手段としてのコンタクトホールをオープンするか否か判断に比べてより定量化した側面を有する。これは、視覚的な手段に比べてより正確にコンタクトホールをオープンするか否かを区分できる点に起因する。したがって、後続工程での配線連結不良などを確実に防止できる。
【００９１】
一方、再び図９を参照すれば、示した波形は全般的にスキャン数が増加するにつれて輝度が急激に減少することが分かる。たとえば、約２００程度以上のスキャン数で輝度が急激に減少し始まっている。これはゲート電極の下部に介在されるゲート絶縁膜の劣化または絶縁破壊で解釈できる。これに対しては次の図１１および図１２を参照してより詳細に説明する。
【００９２】
図１１は、ゲート絶縁膜に流れる漏れ電流を測定した結果を概略的に示す。
【００９３】
具体的に、ゲート絶縁膜に負の電圧を印加する時、ゲート絶縁膜に流れる漏れ電流を測定した。この時、漏れ電流の測定はＳＩＬＣ(Stress Induced Leakage Current)を測定する方法でなされた。ゲート絶縁膜の厚さが２５Å、３０Åおよび５０Åの時の場合に対して測定した。図１１で、高いストレス下で、すなわち、大きい値の負の電圧が加えられる時絶縁破壊によって電流が漏れることが分かる。
【００９４】
負の電圧を加えることは、本発明の実施の形態での１次電子のビームをゲート電極に照射する時、電子らが帯電されることと同じ効果を意味する。したがって、１次電子のスキャン数が増加するほど高い値の負の電圧が加わる場合と同一に解釈できる。したがって、スキャン数が増加するにつれて輝度が減少することは、前記のようなゲート絶縁膜の電流漏れまたは絶縁破壊によることと類推できる。
【００９５】
一方、ゲート絶縁膜の漏れ程度に影響を及ぼす要素中の一つとしてゲート絶縁膜の劣化が挙げられる。ゲート絶縁膜が劣化した場合には、ゲート絶縁膜が劣化しない場合に比べてより低い電圧下で電流漏れが発生することは明らかである。したがって、ゲート絶縁膜が劣化した場合とゲート絶縁膜が劣化しない場合でのスキャン数および輝度の相関関係は相互差がありうる。
【００９６】
したがって、このようなスキャン数と２次電子の量、すなわち、輝度との関連関係を用いてゲート絶縁膜の劣化程度を判別したり定量化したりできる。このためにゲート絶縁膜が劣化した場合とゲート絶縁膜が劣化しない場合でのスキャン数に対する輝度を測定比較した。
【００９７】
図１２は、ゲート絶縁膜の程度差を有する試片に対するスキャン数に対する輝度のグラフを概略的に示す。
【００９８】
具体的に、ゲート絶縁膜の劣化程度が異なる二つの試片を備えた。たとえば、図９で説明したようなコンタクトホールをプラズマを用いて形成する工程を遂行してゲート電極が露出される試片を備えられる。
【００９９】
このように備えられた試片に対して１次電子を反復的にスキャンしながら放出される２次電子を検出した。その結果、参照符号１２１０の波形と参照符号１２５０の波形と同じ形態の相異なる波形が得られた。参照符号１２１０の波形では、参照符号１２５０の波形に比べて小さなスキャン数で輝度が実質的に０に減衰した。一方、参照符号１２５０の波形の場合には、輝度が実質的に０になる時対応するスキャン数が相対的に大きい値であった。また、参照符号１２１０の波形は急激な輝度の減少を示す。一方、図１１を参照して説明したように輝度が減少することは電流漏れに大きく起因している。また、輝度が実際に０ということは、絶縁破壊を意味し電流漏れが大きく発生することを意味する。
【０１００】
したがって、参照符号１２１０の波形を示す試片は、参照符号１２５０の波形を示す試片に比べて電流漏れまたは絶縁破壊程度が激しいと判断できる。これは二つの試片が同じ構造、たとえば、ゲート絶縁膜およびゲート電極の積層構造を有することを考慮する時、参照符号１２１０の波形を示す試片の場合、ゲート絶縁膜が前段階のコンタクトホールを形成するのに用いられたプラズマ工程によって劣化したことを意味する。そして、このようなゲート絶縁膜の劣化程度は、参照符号１２５０の波形を示す試片の場合に比べて非常に深刻であることが分かる。
【０１０１】
このような論旨からプラズマ工程などを前段階工程で伴う時、ゲート絶縁膜が前記プラズマによって劣化する程度を、１次電子を反復的にスキャンして２次電子を検出することによって測定できる。たとえば、参照符号１２１０の波形の場合輝度が実質的に０になるスキャン数は約２００である。一方、参照符号１２５０の場合輝度が実質的に０になるスキャン数は約４００である。したがって、参照符号１２５０の場合が参照符号１２１０に比べてゲート絶縁膜の劣化の観点でより適していると判断できる。
【０１０２】
＜第４の実施の形態＞
前記のような論旨で１次電子のビームを繰り返しスキャンして放出される２次電子を検出することによって、プラズマなどによるゲート絶縁膜の劣化程度を判別できることが分かる。たとえば、次の図１３に示した工程フローを用いてゲート絶縁膜の劣化程度をインライン方法で工程途中にも判別できる。
【０１０３】
図１３はゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法の工程フローを概略的に示す。
【０１０４】
具体的に、プラズマ工程が遂行された物質膜の下部にゲート絶縁膜を有するウェーハを導入する(１３１０)。たとえば、ゲート絶縁膜(図２の１２０)上にゲート電極(図２の１３０)を露出するコンタクトホールを有する絶縁膜パターン(図２の１４０)が形成されたウェーハを導入する。
【０１０５】
その後に、物質膜の一定領域、たとえば、コンタクトホール１４５の内部に１次電子(図２の２１０)のビームを照射して反復的にスキャンし、放出される２次電子(図２の２５０)を検出部(図２の４００)で収集する(１３２０)。収集される２次電子２５０は、先に図１２を参照して説明したようにゲート絶縁膜１２０のプラズマによる劣化程度に従って放出されて検出される程度が変わる。したがって、収集される２次電子２５０の量の変化をスキャン数に従って表示する試片グラフを備える(１３３０)。
【０１０６】
前記のプラズマ工程によってコンタクトホール内に電荷が帯電されれば、ゲート絶縁膜１２０はこのような電荷帯電によって過度な量の電圧が印加されたような影響を受ける。したがって、ゲート絶縁膜１２０は前記電圧の持続的な影響下で劣化する可能性がある。このような劣化程度は一般的に工程進行中には把握し難い。
【０１０７】
しかし、本発明の実施の形態では、図１２に示したように検出される２次電子の量の変化を輝度などでスキャン数に対して示した後、基準グラフと比べることによってゲート絶縁膜１３０の劣化程度が測定できる。したがって、ゲート絶縁膜１３０が劣化しない標準状態で収集される２次電子のグラフを基準グラフとして備える(１３４０)。
【０１０８】
その後に、基準グラフと試片グラフを比較してゲート絶縁膜１３０の劣化程度を判別する(１３５０)。たとえば、図１２の参照符号１２５０の波形は劣化しないゲート絶縁膜に対する波形、すなわち、基準グラフの波形で把握でき、参照符号１２１０の波形は劣化したゲート絶縁膜に対する波形、すなわち、試片グラフで把握できる。基準グラフ１２５０に対する試片グラフ１２１０の波形が全然違うので、試片グラフ１２５０は劣化が発生した状態を意味する。
【０１０９】
このような全体波形を標準状態の波形と比較する方法以外に、輝度の最大ピーク点のスキャン数を各々比較する方法でゲート絶縁膜の劣化程度が測定できる。図１２の参照符号１２１０の波形はスキャン数が約１０以下でピーク点が示されるが、参照符号１２５０の波形では約１００程度のスキャン数でピーク点が示される。したがって、約１００回程度のスキャンを通じて最大ピーク点に対応するスキャン数を比較することによって定量的に劣化程度を判断できる。すなわち、１００回以下で最大ピーク点が示される試片グラフは、ゲート絶縁膜の劣化が発生した場合であると判別できる。または一定のスキャン数に対する輝度の大きさを比較することによってゲート絶縁膜の劣化程度を判別できる。
【０１１０】
または、輝度が実質的に０になる地点のスキャン数を比較することによって劣化程度を比較できる。たとえば、図１２の参照符号１２１０の波形は約２００のスキャン数で実質的に０の輝度が示されるが、参照符号１２５０の波形は約４００のスキャン数で実質的に０の輝度が示される。したがって、参照符号１２５０の波形を良好な状態のグラフ、すなわち、基準グラフに該当するので約４００以下、特に約２００程度のスキャン数で試片グラフの波形の実質的な輝度が０に減少すれば、ゲート絶縁膜の劣化が深刻であると判断できる。
【０１１１】
この時、用いられるスキャン数の範囲または標準状態は半導体装置の構造的な特性によって違うので、半導体装置ごとに基準を別に定めるべきである。
【０１１２】
一方、ゲート絶縁膜の劣化または絶縁破壊が始まる時の１次電子のビームのスキャン数は次のように予測できる。たとえば、１次電子のビームのスキャン中の電子の電流密度をＪe(Ａ/cm2)とすれば、コンタクトホールの底に電荷帯電される電子の総量Ｑ＝Ｊe・π・a2・ｔ１・Ｎ・(１−ｃ)で計算できる。この時、aはコンタクトホールの底の半径で、ｃは２次電子放出係数である。Ｎはスキャン数である。ｔ１はスキャンされる間の時間である。
【０１１３】
特定の酸化膜(たとえば、シリコン二酸化膜)の劣化が始まる電気場は約１６MV/cmで、これは電荷密度で５.４４×１０-6C/cm2である。Ｊeが約３５Ａ/c
m2で与えられ、ｔ１が約１０ｎｓｅｃで与えられるならばｃは約０.９であるので、劣化し始まるスキャン数は約１５５程度である。したがって、図１２に示した結果にこれを適用すれば、参照符号１２１０は約１００以下で劣化が始まっているので、ゲート絶縁膜が劣化し過ぎてその質が非常に悪くなったことが分かる。
【０１１４】
また、図１２および図９で輝度のピーク点に対応するスキャン数、すなわち、試片と基準の輝度ピーク間の一次電子の総遅延スキャン時間τを知れば前記式から電荷帯電されたイオンの量を計算できる。したがって、試片の輝度ピークにおけるスキャン数をＮ２とし基準の輝度ピークのスキャン数をＮ１とすれば、τは、Ｎ２−Ｎ１になる。すなわち、Ｊe・π・a2・τ・(１−ｃ)で電荷帯電されたイオンの量が計算される。この時、ｔ１はτを測定できるほどに十分に小さいべきで、スキャンする間の時間が、ｔ２は２次電子を測定するのに充分であるべきで、また帯電された電子が放電されるに十分に短い時間であるべきである。
【０１１５】
このような方法で電荷帯電されたイオンの量またはゲート絶縁膜が劣化する程度を定量化できる。
【０１１６】
【発明の効果】
今まで詳述した本発明によれば、１次電子のビームを反復的にスキャンし、放出される２次電子の量の変化を測定することによってプラズマ工程によってパターンに誘起される電荷帯電程度を判別できる。また、これを用いてコンタクトホールをオープンするか否かを判別できる。なお、プラズマ工程によってゲート絶縁膜が損傷されて劣化する程度を判別できる。これにより、プラズマ工程以後の後続工程に対する信頼性を確保できる。
【０１１７】
以上、本発明を具体的な実施の形態を通じて詳細に説明したが、本発明はこれに限られず、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ工程でコンタクトホールを形成する時帯電された電荷の分布を説明するために概略的に示す図面である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマによって誘起される電荷帯電程度を測定する装置を説明するために概略的に示す図面である。
【図３】図２の装置によって測定される２次電子の量の変化を１次電子のビームのスキャン数に従う輝度を示す図面である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマによって誘起される電荷帯電程度を判別する方法を説明するために概略的に示す工程フローチャートである。
【図５】モンテカルロ模写に使われたパターンの断面構造を概略的に示す図面である。
【図６】コンタクトホール内での１次電子および２次電子の軌跡を模写した結果を概略的に示す図面である。
【図７】コンタクトホールの底にプラズマ工程で発生する電荷が積もった場合でのスキャン数に従う輝度の変化を模写によって計算した結果を示す図面である。
【図８】コンタクトホールの底に電荷が積もらない場合でのスキャン数に従う輝度の変化を模写によって計算した結果を示す図面である。
【図９】１次電子のビームのスキャン数に従う検出される輝度の変化を概略的に示す図面である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るコンタクトホールをオープンするか否かを判別する方法を説明するために概略的に示す工程フローチャートである。
【図１１】ゲート絶縁膜に発生する漏れ電流を説明するために漏れ電流を測定した結果を概略的に示す図面である。
【図１２】ゲート絶縁膜の劣化程度において差のある試片に対するスキャン数に対する輝度の変化を概略的に示す図面である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るゲート絶縁膜の劣化程度を判別する方法の工程フローを概略的に示す。
【符号の説明】
１１０  ウェーハ
１２０  ゲート絶縁膜
１３０  ゲート電極
１４０  絶縁膜パターン
１４５  コンタクトホール
１５１  イオン
２１０  １次電子
２５０  ２次電子
３１０  電子ビーム発生部
３５０  対物レンズ部
４００  検出部
５００  判別部
【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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