JP2633861B2 - Ｓｅｍ式検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、検査技術さらにはウェハ上に形成されたパ
ターンの検査に適用して特に有効な技術に関するもの
で、例えば、ウェハ上に形成されたパターンを２次電子
を用いて検査する場合に利用して有効な技術に関するも
のである。

［従来の技術］ LSIの集積度が増大するにつれ、パターンの微細化が
必須となってきた。かかる事情の下では、パターン検査
の精度も高いことが必要となる。そこで、近年、半導体
製造ラインにおけるプロセス評価にあたっては、光顕微
鏡の代りに走査型電子顕微鏡、即ちSEM（Scanning Elec
tron Microscope:スキャニング エレクトロン マイク
ロスコープ）が頻繁に用いられるようになってきた。

この走査型電子顕微鏡によってウェハ上のパターンを
検査するプロセス評価技術については、例えば、昭和59
年９月20日に株式会社プレスジャーナルから発行された
月刊セミコンダクタワールド第３頁〜第11頁に記載され
ている。その概要を説明すれば以下のとおりである。

即ち、このようなプロセス評価技術は、ウェハの検査
すべき部位を電子ビームによって走査し、その走査部位
の表面から放出される２次電子の強度と、電子ビームに
よる走査位置との関係から、ウェハの表面に形成された
パターンを検出し、これを拡大像として高倍率でCRT表
示部に表示させ観察するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、半導体装置製造途中のウェハを主要工程毎
に検査する場合には、各工程ごとにその表面状態、即ち
表面形状、表面材質等が異なってくる。そこで、それぞ
れの工程で良質の画像を得るためには、電子ビームの加
速電圧およびビーム照射電流等の諸パラメータを適宜変
えてやる必要がある。

しかし、このように諸パラメータを変更した場合に
は、走査型電子顕微鏡における電子光学系の光軸等がず
れてしまい、解像度が低下してしまうという問題があ
る。そこで、従来においては、諸パラメータを変更する
場合には、各試料についての最適パラメータ条件に記し
た一覧表からその都度最適条件を読み取って手動で光軸
調整等を行なう必要があった。その結果、従来のプロセ
ス評価装置では、ウェハの外観検査に長時間を要し、し
たがって、半導体装置の製造ラインにおけるスループッ
トも悪かった。

また、従来においては、電子ビームの走査速度がその
視野内において一定となっていた。つまり、走査型電子
顕微鏡の偏向コイルの制御信号であるランプ信号は第６
図に示すように鋸歯状の波形信号であり、電子ビームの
照射は、第５図に示すように、視野Ｆ内において矢印Ａ
で示すように走査することにより行なわれていた。

しかし、ウェハ表面が複数の材質から構成されるもの
であったり、試料表面に深い穴構造を有するものであっ
た場合には次のような問題が惹起された。

即ち、例えば第７図に示すように基板31上に絶縁膜32
を介してレジスト33のパターンが形成され、かつその表
面に深いコンタクトホール34が形成されたウェハを観察
する場合、電子ビームの走査速度が速いと、コンタクト
ホール34底部からの２次電子がその周囲のレジスト33に
よって捕捉されてしまい、検出される２次電子量が少な
くなってしまう。その結果、電位コントラストの低下を
招来してコンタクトホール部分での情報量が極めて少な
くなってしまい、良質の画像が得られなくなってしまっ
ていた。

一方、上記の場合、電子ビームの走査速度を遅くする
ことも考えられるが、その場合には、ウェハ表面がレジ
スト33であるためにチャージアップ現象が生じる。その
結果、やはり良質な画像が得られなかった。

これと類似の問題はウェハ表面が酸化シリコンもしく
は窒化シリコンで形成されている場合にも生じる。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、試料
の表面状態に拘らず、良質の画像を迅速に得ることがで
き、ひいては製品の信頼性・歩留りの向上を図れ、しか
も製造ラインにおけるスループットの向上を図ることが
できる検査装置を提供することを目的とする。

本発明の前記ならびにそのほか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。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明の代表的なものの概要を
簡単に説明すれば、下記のとおりである。

即ち、ウェハの各種表面状態に応じた最適照射条件を
構成する加速電圧等の諸パラメータがそれぞれファイル
されているデータ記憶部を設け、さらに、検査時にウェ
ハの表面状態に応じたファイル名を指定して自動的に最
適なパラメータを設定する操作入力部を設けるようにし
たものである。

［作用］ 上記した手段によれば、ウェハの表面状態、即ち表面
材質および表面形状等に応じた最適照射条件がそれを構
成するパラメータの形でデータ記憶部にファイルされ、
検査時に、操作入力部から検査しようとするウェハの表
面状態に最適なファイルが引き出され、そのファイル内
の最適なパラメータでもって電子ビームの走査が行なわ
れるという作用によって、最適な検査が迅速に行なえる
こととなり、その結果、半導体装置の信頼性・歩留りの
向上が図れ、しかも半導体装置の製造ラインにおけるス
ループットの向上が図れることになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明の係る検査装置の実施例が示されて
いる。

この実施例のプロセス評価装置は、本体部１と表示部
２とから構成され、本体部１は、図示しないガス排気系
が連結された試料室５と、この試料室５上に連設される
鏡筒３から構成されている。そして、本体部１において
は、上記鏡筒３および資料室５内に電子光学系が設置さ
れ、電子光学系および上記ガス排気系が駆動制御手段６
によって駆動制御されるようになっている。

ここで、上記試料室５内にはウェハ４を支持する試料
台5aが設けられている。この試料台5aはX,Y,Z方向に移
動可能にかつ回転および傾斜可能に構成されている。こ
の試料台5aは駆動制御手段６によって駆動制御されるよ
うになっている。

また、電子光学系は電子銃７、収束レンズ８、ビーム
ブランカ９、軸調コイル10a,10b、偏向コイル11a,11b、
対物レンズ12および２次電子検出器13から構成されてい
る。そして、この電子光学系では、電子銃７から引き出
された電子ビームが収束レンズ８によって収束させら
れ、ビームブランカ９、軸調コイル10a,10bを通じて偏
向コイル11a,11bによって走査され、対物レンズ12を通
してウェハ４上に投射されるようになっている。また、
電子ビームの照射によりウェハ４表面から放出された２
次電子は２次電子検出器13によって検出されるようにな
っている。そして、実施例のプロセス評価装置において
は、その検出信号は後述の信号処理部18によって適宜増
幅された後、画像メモリ2aに記憶されると共に、画像メ
モリ2aの内容はCRT表示部２に表示されるようになって
いる。

一方、駆動制御手段６は、データ記憶部14と、CPU15
と、操作入力部16と、各種制御部17（この符号17は符号
17a,17b,……の総称である）と、信号処理部18とから構
成されている。

ここで上記制御部17は、具体的には、電子銃７から引
き出される電子ビームの加速電圧等を制御する電子線源
制御部17aと、収束レンズ８を制御する収束レンズ制御
部17bと、ビームブランカ９および偏向コイル11a,11bに
よるビーム照射電流を制御する電子走査制御部17dと、
軸調コイル10a,10bを制御して光軸調整を行なう軸調コ
イル制御部17cと、対物レンズ12を制御する対物レンズ
制御部17eと、試料台5aの移動を制御する試料台制御部1
7fと、ガス排気系の制御を行なう排気制御部17gとから
構成されている。そして、この各制御部17a〜17gにはデ
ータ記憶部14に記憶されたファイル内容（第２図）に基
づいてCPU15を介して適当な指令が与えられ、最適なパ
ラメータ条件等が設定されるようになっている。そうし
て、このプロセス評価装置においては、上記最適パラメ
ータ条件に従って電子光学系、試料台5aおよびガス排気
系がそれぞれ数値制御されるようになっている。

ここで、偏向コイル11a,11bの制御を例に説明すれ
ば、電子走査制御部17dからはCPU15からのコマンド信号
によって例えば第３図に示されるような波形のディジタ
ルランプ信号が発せられ、このディジタルランプ信号に
基づいて偏向コイル11a,11bによる電子ビームの走査が
数値制御されることになる。

また、上記データ記憶部14には、実験によりウェハ４
の表面材質、表面形状等を変化させて求めた各種表面状
態に応じた最適照射条件が、それを構成する諸パラメー
タとしてそれぞれファイル化されて記憶されている。

そして、実際の検査時に、操作入力部16から検査しよ
うとするウェハ４の表面状態に対応するファイル名を入
力し、該ウェハ４の表面状態に最適な照射条件ファイル
をCPU15を通じて上記データ記憶部14から探し出させ、
それにより自動的に電子光学系の軸合せ等に必要なパラ
メータ条件を各制御部17等に設定させるようになってい
る。

他方、場合によっては、データ記憶部14に予め登録さ
れているデータに変更を加えた方が便利な場合もある。
例えば、視野内においてウェハ４の表面状態が大略同じ
場合などである。つまり、既に登録（ファイル）されて
いるウェハ４の表面状態と大略同じでコンタクトホール
36（第４図）の位置のみが異なるウェハ４を検査したい
場合などである。この場合には、コンタクトホール位置
で局部的に電子ビームの走査速度を変更すれば済む。そ
こで、本実施例のプロセス評価装置では、操作入力部16
から変更パラメータ条件が入力できるようにしている。
この場合の変更パラメータ条件の入力は例えば次のよう
にして行なわれる。即ち、既に登録されている類似ウェ
ハ４での最適照射条件で先ず電子ビームを走査し、表示
部12上に概略的な画像を表示させる。そして、該画像か
ら情報量が不足している領域をフラフィックメモリ2bを
通じてウインドによって選択する。なお、この場合自動
判定機構の付加により情報不足部分を自動的に選択する
ことできる。そうして、該選択領域でのステップ走査時
間を操作入力部16からの操作により逐次変化させるよう
にするか、もしくは予め登録しておいた変更パターン条
件を指定することによってなされる。

次に、このように構成されたプロセス評価装置である
検査装置によってなされるウェハ４上のパターンの検査
方法を説明する。

予め、各工程毎のウェハ４の表面状態に応じた最適照
射条件のそれぞれを、それを構成する諸パラメータ条件
の形でデータ記憶部14にファイルしておく。

そして、実際のウェハ４の検査時において、操作入力
部16からそのウェハ４の表面状態に応じたファイル名を
入力し、該ウェハ４の検査に最適な条件ファイルCPU15
によって探し出させ、そのファイル内のパラメータ条件
をそれぞれの制御部17等に設定するようにする。

そうして、上記パラメータ条件の下で電子ビームをウ
ェハ４表面に照射してウェハ４表面から放出される２次
電子を２次電子検出器13で検出し、これをCRT表示部２
に表示させる。つまり、電子ビーム走査制御部17dによ
り走査を行いながら、そのときに発生する２次電子を２
次電子検出器13で検出し、その検出信号を信号処理部18
において増幅し、この増幅信号を画像メモリ2aに記憶さ
せると共に、画像メモリ2aの内容をCRT表示部２に表示
させる。

また、登録されているウェハ４と表面状態が類似する
ウェハ４の検査の際には、その登録されている類似ウェ
ハ４の最適照射条件にて一旦電子ビームの走査を行な
う。そして、得られた画像上を基に、操作入力部16から
変更パラメータ条件を設定してウェハ４の本検査を行な
う。

つまり、登録されてはいないが、登録されているウェ
ハ４とコンタクトホール36の位置だけが異なるウェハ４
を検査する場合には、その登録されているウェハ４の最
適照射条件を用いてウェハ４上の各パターンの概略的な
２次電子画像を先ず得ておく。そして、得られた画像か
ら情報量が不足している部分を選択し、その際にそのコ
ンタクトホール36での走査速度（ステップ照射時間）を
任意に設定し、本検査を行なう。そのときには、情報量
の不足している部分は、電子ビーム走査速度があらかじ
め設定してある速度で実行される。

なお、この変更パターン条件設定後の照射条件をデー
タ記憶部14に登録しておけば、以後それと同一なパター
ンを持つウェハ４を検査する場合にはそのデータを利用
できる。

このように構成された実施例の検査装置によれば次の
ような効果が得られる。

即ち、上記実施例の検査装置によれば、実験によって
求めたウェハ４の各種表面状態に応じた最適パラメータ
がそれぞれデータ記憶部14にファイルされ、実際の検査
時には操作入力部16からウェハ４の表面状態に応じた最
適パラメータが設定できるので、良好なウェハ４の検査
が迅速に行なわれ、ひいては半導体装置の信頼性・歩留
りが向上し、しかも半導体製造ラインにおけるスループ
ットが向上する。

また、上記実施例の検査装置によれば、操作入力部16
からステップ走査時間等の変更パラメータが設定できる
ので、既に登録されているウェハ４の最適照射条件を利
用してそれと類似のパターンを有するウェハ４をも簡単
に検査することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変
形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施例では操作入力部16からステップ照
射時間即ちビーム照射電流の変更パラメータを入力する
ようにしているが、加速電圧その他の変更パラメータを
入力することも可能である。

［発明の効果］ 本発明によって得られる代表的な効果を説明すれば以
下のとおりである。

即ち、本発明によれば、予めデータ記憶部に登録され
てある最適照射条件を操作入力部から適宜選択できるの
で、試料のプロセス評価が高信頼性をもって迅速に行な
えることになる。その結果、製品の信頼性・歩留りの向
上が図れると共に、製造ラインにおけるスループットの
向上が図れることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る検査装置の実施例の機構図、 第２図は第１図のプロセス評価を行なう検査装置のデー
タ記憶部におけるファイル内容を表す図、 第３図はコンタクトホールを有するウェハの視野内での
電子ビームの走査状態を表す図、 第４図は第１の実施例の偏向コイルの制御信号であるデ
ィジタルランプ信号の波形図、 第５図はウェハの視野内での電子ビームの走査状態を表
す図、 第６図は従来の偏向コイルの制御信号であるランプ信号
の波形図、 第７図はコンタクトホールを有するウェハ表面の部分拡
大図である。 ４……ウェハ、14……データ記憶部、16……操作入力
部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料表面を電子ビームによって走査する電
   子光学系と、 上記試料表面から放出される２次電子を検出する２次電
   子検出器と、 上記電子ビームの走査を制御する制御部と、 上記２次電子検出信号を増幅し、画像データを作成し
   て、表示部に検査画像を表示する信号処理部とを備えた
   SEM式検査装置において、 上記制御部が、試料表面の状態によって識別された各制
   御パラメータを記憶し、検査対象の試料の表面の状態に
   最も近似する上記記憶された制御パラメータの１組を読
   みだして、上記読みだした制御パラメータに従って上記
   電子光学系を制御して上記検査対象の試料を走査して概
   略的な画像を得て、得られた画像より上記検査対象の試
   料の表面上の２次電子の少ない領域を選択し、該選択領
   域上の電子ビーム走査速度をあらかじめ設定してある速
   度、または任意の指定速度に変更するように上記制御パ
   ラメータに変更を加え、該変更を加えた制御パラメータ
   に従って上記電子光学系を制御して上記検査対象の試料
   の本検査を制御することを特徴とするSEM式検査装置。
2. 【請求項２】上記制御部が、上記読みだした制御パラメ
   ータに従って上記電子光学系を制御して上記検査対象の
   試料を走査して概略的な画像を得て、得られた画像より
   選択した上記検査対象の試料の表面上の２次電子の少な
   い領域が、試料の孔領域であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のSEM式検査装置。