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JP2010118414A - Semiconductor inspection device - Google Patents

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JP2010118414A
JP2010118414A JP2008289292A JP2008289292A JP2010118414A JP 2010118414 A JP2010118414 A JP 2010118414A JP 2008289292 A JP2008289292 A JP 2008289292A JP 2008289292 A JP2008289292 A JP 2008289292A JP 2010118414 A JP2010118414 A JP 2010118414A
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JP
Japan
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wafer
electron beam
thin film
measurement
current
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Pending
Application number
JP2008289292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Tojo
徹 東條
Hisashi Akiyama
久 秋山
Yoshishige Sato
善茂 佐藤
Kota Orui
孝太 大類
Kenji Tagawa
健二 田河
Hiroshi Morita
博 森田
Masuo Yasuma
益男 安間
Tadahira Kanno
肇平 簡野
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Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Corp filed Critical Topcon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor inspection device capable of electrostatically charging a wafer without generating a defect, etc., in a substrate such as a wafer. <P>SOLUTION: There is provided the semiconductor inspection device that evaluates a contact hole interface state and a thin film of the wafer 23 by using an absorption current measuring method using an electron beam, wherein the wafer 23 and a thin film periphery are indirectly irradiated with electrons emitted from outside the wafer 23 and then a measurement point of the wafer 23 or thin film, etc., is irradiated with the electron beam to take a measurement. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、特に半導体デバイスの製造工程を評価するために好適な半導体検査装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor inspection apparatus suitable for evaluating a semiconductor device manufacturing process.

光学式や電子ビーム(EB)を用いたLSI配線の不良解析や欠陥検出が既に行われている(特許文献1参照)。   LSI wiring defect analysis and defect detection using an optical type or electron beam (EB) have already been performed (see Patent Document 1).

光学式としては、例えば、赤外レーザを試料に照射し電子-正孔対を発生させ、これらの発生キャリアによって流れる電流を測定するOBIC法(Optical Beam Induced Current)(非特許文献1)がよく知られている。同様な手法でEBを試料面上に照射し流れる電流を測定するEBIC法(Electron Beam Induced Current)(特許文献2,非特許文献2,3参照)や、EB照射電流の一部が吸収される現象を測定するEBAC法(Electron Beam Absorbed Current)(非特許文献4参照)が開発、実用化されている。
国際公開2008−53524A1 特表2006−505114号公報 K. Haraguchi;Microscopic Optical Beam Induced Current Measurement and their Applications, Proc. IEEE (IMEC’94), May10-12, Vol.2, 1994, pp693-699. 近藤 正、他; EBIC/OBICを用いたGaAsMMIC故障箇所特定解析事例, LSIテスティングシンポジウム, 2002, pp363268. 植木 悠介, 他; 電子ビーム吸収電流法による故障解析, LSIテスティングシンポジウム, 2007, pp303-307. 野久尾 毅, 他; 電子ビーム吸収電流による半導体デバイス故障箇所検出方法に対する考察, LSIテスティングシンポジウム, 2007, pp293-296. 矢野 資、他; 電位コントラスト欠陥検出とそのシミュレーション技術、LSIテスティングシンポジウム, 2006, pp59-64. Hong Xiao, et al; A high Throughput Gray Level Measurement Method for Process Window Characterization/Production Monitor, LSIテスティングシンポジウム, 2006, pp65-70. Topcon HP 山田恵三, EB-Scopeシステムを用いたプロセス管理事例, 電子材料, 2006年6月, pp45-51. M.Honda, et al; Electron-beam Substrate Current Monitoring Technique for Contact Process Optimization & Yield Enhancement, 2007 Advanced Metallization Conference, October 9-11, 2007, pp185-186.
As an optical method, for example, an OBIC method (Optical Beam Induced Current) (Non-Patent Document 1) in which a sample is irradiated with an infrared laser to generate electron-hole pairs and a current flowing through these generated carriers is measured is often used. Are known. The EBIC method (Electron Beam Induced Current) (refer to Patent Document 2, Non-Patent Documents 2 and 3) that measures the current flowing by irradiating EB onto the sample surface in the same manner, or a part of the EB irradiation current is absorbed. An EBAC method (Electron Beam Absorbed Current) (see Non-Patent Document 4) for measuring a phenomenon has been developed and put into practical use.
International Publication 2008-53524A1 Special table 2006-505114 gazette K. Haraguchi; Microscopic Optical Beam Induced Current Measurement and their Applications, Proc. IEEE (IMEC'94), May10-12, Vol.2, 1994, pp693-699. Tadashi Kondo, et al. GaAsMMIC failure location analysis example using EBIC / OBIC, LSI Testing Symposium, 2002, pp363268. Yusuke Ueki, et al .; Failure analysis by electron beam absorption current method, LSI testing symposium, 2007, pp303-307. Satoshi Nokuo, et al .: Consideration of semiconductor device failure location detection method using electron beam absorption current, LSI Testing Symposium, 2007, pp293-296. Susumu Yano, et al .: Potential contrast defect detection and simulation technology, LSI testing symposium, 2006, pp59-64. Hong Xiao, et al; A high Throughput Gray Level Measurement Method for Process Window Characterization / Production Monitor, LSI Testing Symposium, 2006, pp65-70. Topcon HP Keizo Yamada, Process management example using EB-Scope system, Electronic materials, June 2006, pp45-51. M. Honda, et al; Electron-beam Substrate Current Monitoring Technique for Contact Process Optimization & Yield Enhancement, 2007 Advanced Metallization Conference, October 9-11, 2007, pp185-186.

光学式や電子ビーム(EB)を用いたLSI配線の不良解析や欠陥検出が既に行われている。例えば、光学式としては、赤外レーザを試料に照射し電子-正孔対を発生させ、これらの発生キャリアによって流れる電流を測定するOBIC法(非特許文献1)がよく知られている。同様な手法でEBを試料面上に照射し流れる電流を測定するEBIC法(非特許文献2,3)や、EB照射電流の一部が吸収される現象を測定するEBAC法(非特許文献4)が開発、実用化されている。今後のLSIの微細化に伴い、上述した電子ビームを用いる検査・評価手法は、将来性のある有力な方法と考えられる。その理由としてEBの収束性、透過性、吸収性のメリットと制御性が挙げられる。しかしながら上記測定手法は、不良箇所の場所の特定や原因プロセスを特定するのには有力であるものの、各配線工程(製造ライン)直後での異常を検出するには最適な方法ではないと思われる。同時に、上記方法では不良解析や欠陥検出を行うために、ウェハ上に何らかの電極を形成する必要もある。   LSI wiring defect analysis and defect detection using optical and electron beam (EB) have already been performed. For example, as an optical method, an OBIC method (Non-Patent Document 1) is well known in which a sample is irradiated with an infrared laser to generate electron-hole pairs and a current flowing through these generated carriers is measured. The EBIC method (Non-patent Documents 2 and 3) that measures the flowing current by irradiating EB onto the sample surface by the same method, and the EBAC method (Non-patent Document 4) that measures the phenomenon in which part of the EB irradiation current is absorbed. ) Has been developed and put to practical use. With the future miniaturization of LSIs, the above-described inspection / evaluation method using an electron beam is considered to be a promising and promising method. The reason for this is the merits and controllability of EB convergence, permeability and absorption. However, although the above measurement method is effective for identifying the location of the defective part and identifying the cause process, it seems that it is not the optimal method for detecting an abnormality immediately after each wiring process (production line). . At the same time, it is necessary to form some electrode on the wafer in order to perform defect analysis and defect detection in the above method.

一方、各工程直後の検査にはEBI(Electron beam Inspection)(非特許文献5,6参照)を用いるのが一般的であるが、パターン寸法や形状の測定にとどまっている。例えば、今後最も重要と考えられる高アスペクトコンタクトホールの底部界面の不良解析には、新しい計測方法の提案が必要である。   On the other hand, EBI (Electron beam Inspection) (see Non-Patent Documents 5 and 6) is generally used for inspection immediately after each process, but it is limited to measurement of pattern dimensions and shapes. For example, a new measurement method must be proposed for failure analysis of the bottom interface of high aspect contact holes, which will be the most important in the future.

本願発明者らは、ウェハ基板の裏面から直接EB吸収電流を測定し、薄膜やコンタクトホール径の計測・界面評価が可能であるEB-Scopeを開発し(非特許文献7参照)、その測定結果の評価を行ってきた。既にホール径では40nm程度の測定が可能なこと(非特許文献8参照)、SiO2の薄膜計測ではnmオーダの計測ができ、コンタクト抵抗50〜250Ω程度の差を計測できることを報告した(非特許文献9参照)。   The inventors of the present application have developed an EB-Scope that can measure the EB absorption current directly from the back surface of the wafer substrate, and can measure the thin film and contact hole diameter / interface evaluation (see Non-Patent Document 7). Have been evaluated. It has already been reported that the hole diameter can be measured to about 40 nm (see Non-Patent Document 8), the SiO2 thin film measurement can be measured in the order of nm, and a difference of about 50 to 250 Ω can be measured (Non-Patent Document). 9).

EB-Scopeを用いてコンタクトホール界面の評価を行った結果、EB-Scopeで測定した基板電流値(EB吸収電流値;今後EBS値と呼ぶ)は、明らかにコンタクトホール界面の情報を示していると考えられるデータが取れた。同時に、測定したEBS値をホール径で正規化する手法でデータを整理したところ(正規化EBS値)、正規化EBS値にプロセス異常と考えられるパターンが存在することが判明した。   As a result of evaluating the contact hole interface using EB-Scope, the substrate current value measured by EB-Scope (EB absorption current value; hereinafter referred to as EBS value) clearly shows information on the contact hole interface. The data considered to have been obtained. At the same time, when the data was organized by a method of normalizing the measured EBS value with the hole diameter (normalized EBS value), it was found that the pattern considered to be a process abnormality exists in the normalized EBS value.

一方、例えば特許文献2のように、ウェハ等の基板に予め電子ビームを照射しておき、基板電流値が一定に達した状態(安定した状態)で、電子ビームの強さを変えて、コンタクトホールなどを測定するための装置が知られている。   On the other hand, as in Patent Document 2, for example, a substrate such as a wafer is irradiated with an electron beam in advance, and the substrate current value reaches a constant value (stable state), and the electron beam intensity is changed to make contact. Devices for measuring holes and the like are known.

しかしながら、基板電流値が安定するまでウェハ等の基板に電子ビームを照射し続けなければならないため、かえって、ウェハ等表面に過大な帯電を生じたり、欠陥などを生じ易く、基板電流値も変動してしまうという問題も発生する。この結果、基板電流値を用いた測定では正確にウェハを検査することができない欠点があった。   However, since it is necessary to continue irradiating the substrate such as a wafer with an electron beam until the substrate current value becomes stable, the surface of the wafer or the like is likely to be excessively charged or defective, and the substrate current value also fluctuates. The problem of end up occurs. As a result, there is a drawback that the wafer cannot be inspected accurately by measurement using the substrate current value.

そこで、本発明では、適当な電子ビームサイズでコンタクトホール或いは薄膜部分を照射し、その際に測定される吸収電流値を測定する前に、被測定対象のコンタクトホール或いは薄膜部分に電子ビームを直接照射してプリチャージを行うことなく、ウェハの周辺外から電子ビームを間接的にウェハ内部に一定時間照射した後に、上記測定を行うことで、ウェハ等の基板の測定点に過度な帯電や欠陥などを生じさせることなく、正確にウェハの吸収電流値を測定することができる半導体検査装置を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, before irradiating the contact hole or thin film portion with an appropriate electron beam size and measuring the absorption current value measured at that time, the electron beam is directly applied to the contact hole or thin film portion to be measured. Without irradiating and pre-charging, the wafer is irradiated with an electron beam indirectly from outside the periphery for a certain period of time, and then the above measurement is performed, so that excessive charging or defects may occur at the measurement point of the substrate such as a wafer. An object of the present invention is to provide a semiconductor inspection apparatus capable of accurately measuring an absorption current value of a wafer without causing the above.

請求項1の発明は、電子ビームを用いた吸収電流測定方法を用いて、ウェハのコンタクトホール界面状況や薄膜を評価する半導体検査装置において、
前記ウェハ外から前記電子ビームを照射し、この照射によって前記ウェハまたは薄膜周辺に電子を間接的に照射させ、この後に、前記電子ビームをウェハまたは薄膜等の測定点に照射して前記測定を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a semiconductor inspection apparatus for evaluating a contact hole interface state and a thin film of a wafer using an absorption current measuring method using an electron beam.
Irradiating the electron beam from the outside of the wafer, indirectly irradiating electrons around the wafer or thin film by this irradiation, and then irradiating the electron beam to a measurement point such as the wafer or thin film to perform the measurement. It is characterized by that.

請求項2の発明は、 前記ウェハまたは薄膜を搭載するステージ上の一部に2次電子或いは反射電子の発生が大きい材料を用いた基準台を設け、該基準台に前記電子ビームを照射して、前記ウェハまたは薄膜に前記二次電子或いは反射電子を照射させることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, a reference table using a material that generates a large amount of secondary electrons or reflected electrons is provided on a part of the stage on which the wafer or thin film is mounted, and the reference beam is irradiated with the electron beam. The wafer or thin film is irradiated with the secondary electrons or reflected electrons.

請求項3の発明は、前記基準台の面への電子ビームの照射によって発生する2次電子或いは反射電子が前記ウェハまたは薄膜の中心位置に向かって照射するように、前記基準台の面を傾斜させたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the surface of the reference table is inclined so that secondary electrons or reflected electrons generated by irradiation of the electron beam on the surface of the reference table are irradiated toward the center position of the wafer or thin film. It was made to be characterized.

この発明によれば、吸収電流測定を行う前に、ウェハ外から電子ビームを照射し、この照射によって生じる電子をそのウェハに帯電させるものであるから、ウェハまたは薄膜の測定点に直接電子ビームを照射する必要がなく、このため、測定前の帯電の際にウェハまたは薄膜の測定点に過度な帯電や欠陥を生じさせてしまうことがなく、ウェハや薄膜の吸収電流値を正確に測定することができる。   According to the present invention, before the absorption current measurement is performed, an electron beam is irradiated from the outside of the wafer, and electrons generated by the irradiation are charged to the wafer. Therefore, the electron beam is directly applied to the measurement point of the wafer or thin film. There is no need to irradiate, so it is possible to accurately measure the absorbed current value of the wafer or thin film without causing excessive charging or defects at the measurement point of the wafer or thin film during charging before measurement. Can do.

(発明の概要)
本発明者らは、ウェハ基板の裏面から直接、吸収電流(基板電流;EBS)を高感度で測定し、ウェハ表面の薄膜やコンタクトホール径の計測、コンタクト底部の界面評価を行うことができるEB-Scope(型名EBS3000)の開発を進めている。
(Summary of Invention)
The present inventors can measure the absorption current (substrate current; EBS) directly from the back surface of the wafer substrate with high sensitivity, measure the thin film on the wafer surface, contact hole diameter, and evaluate the interface at the bottom of the contact. -Development of Scope (model name EBS3000) is underway.

既に、ホール径では45nm以下の測定が可能なこと、SiO2の薄膜計測ではnmオーダの計測ができ、コンタクト抵抗50〜250Ω程度の差を計測できることが知られている。   It is already known that the hole diameter can be measured to 45 nm or less, the SiO2 thin film measurement can be measured in the order of nm, and a difference of about 50 to 250 Ω can be measured.

EB-Scopeはコンタクトホール底部の界面状態の情報を得ることができるため、プロセス制御への活用が期待できる。各種ウェハを測定した結果、吸収電流(基板電流)は、明らかにコンタクトホール界面の情報を示していると考えられる。正規化EBS手法を用いることによって、製造ラインでのプロセスモニター・制御の可能性も見出された。   Since EB-Scope can obtain information on the interface state at the bottom of the contact hole, it can be expected to be used for process control. As a result of measuring various wafers, it is considered that the absorption current (substrate current) clearly shows information on the contact hole interface. The possibility of process monitoring and control in the production line has also been found by using the normalized EBS technique.

以下、図面を参照しつつ本発明の原理を説明する。
(1)EB-Scopeの測定原理
図1はこの発明に係わるEB-Scopeの測定原理を示す。このEB-ScopeはSEMと同じ構成であるが、ウェハ裏面から吸収電流(EBS値)を高感度・精度で計測することができる。
The principle of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Measurement principle of EB-Scope FIG. 1 shows the measurement principle of EB-Scope according to the present invention. This EB-Scope has the same configuration as the SEM, but it can measure the absorption current (EBS value) from the backside of the wafer with high sensitivity and accuracy.

この図1において、WEHはウェハ、CONHはコンタクトホール、CONHDはコンタクトホール底を示している。電子ビームEBをスキャンすることによってコンタクトホールCONHの直径を計測する測定モード、コンタクトホールCONHの直径よりも若干大きなビーム径をコンタクトホールCONHの部分に照射してEBS値を測定するモードがある。   In FIG. 1, WEH indicates a wafer, CONH indicates a contact hole, and CONHD indicates a bottom of the contact hole. There are a measurement mode in which the diameter of the contact hole CONH is measured by scanning the electron beam EB, and a mode in which the EBS value is measured by irradiating the contact hole CONH with a beam diameter slightly larger than the diameter of the contact hole CONH.

電子銃E−Beam Gunから電子ビームEBがウェハWEHに照射されると、二次電子SEが電子検出器PMTによって検出され、電子検出器PMTの出力はプリアンプPre-AMPによって増幅されて表示装置に入力され、表示装置の画面Grに電子顕微鏡画像(SEM像)が表示される。これによって被測定物の位置出しが可能である。位置出しが終了すると、例えばコンタクトホールCONHの内部に電子ビームEBを照射(或いはスキャン)することで、吸収電流(基板電流)IACが検出される。この基板電流IACは基板電流増幅システムSCASに入力され、この基板電流IACも表示装置に入力され、表示装置の画面Grに基板電流に基づく画像が所定の処理によって表示される。
なお、表1にはEBS3000の基本仕様が示されている。
When the electron beam EB is irradiated onto the wafer WEH from the electron gun E-Beam Gun, the secondary electrons SE are detected by the electron detector PMT, and the output of the electron detector PMT is amplified by the preamplifier Pre-AMP and is displayed on the display device. The electron microscope image (SEM image) is displayed on the screen Gr of the display device. As a result, the position of the object to be measured can be determined. When the positioning is completed, the absorption current (substrate current) IAC is detected by, for example, irradiating (or scanning) the electron beam EB inside the contact hole CONH. The substrate current IAC is input to the substrate current amplification system SCAS, the substrate current IAC is also input to the display device, and an image based on the substrate current is displayed on the screen Gr of the display device by a predetermined process.
Table 1 shows the basic specifications of EBS3000.

図2(a)、図2(b)はEB-Scopeの測定モードを示す概念図である。図2(a)はコンタクトホールCONHのサイズを測定するLSM(Line scan mode;フォーカスビームをスキャンするモード)を示している。図2(b)はコンタクトホール界面の評価を行うBLM(Blanket Mode;ビーム径を若干コンタクトホールより大きくして静止状態で測定を行うモード)を示している。測定モードは主としてこの二つであるが、これらの両方を兼ね備えた(ビーム径をホール径よりは小さくした状態でスキャン)測定を行うこともできる。 FIG. 2A and FIG. 2B are conceptual diagrams showing an EB-Scope measurement mode. FIG. 2A shows an LSM (Line scan mode) for measuring the size of the contact hole CONH. FIG. 2B shows BLM (Blanket Mode; a mode in which measurement is performed in a stationary state with a beam diameter slightly larger than that of the contact hole) for evaluating the contact hole interface. There are mainly two measurement modes, but it is also possible to perform measurement having both of these (scanning with the beam diameter smaller than the hole diameter).

図2(a)に示すように、電子ビームEBによってスキャンすると、基板電流IACが得られる。この基板電流IACのプロファイルを微分すると、微分波形BWが得られ、この微分波形BWからコンタクトホールCONHの直径φ、エッジの形状決定ができる。コンタクトホールCONHがシングルホールの場合には、基板電流IACのプロファイルは単一であるが、コンタクトホールCONHがマルチホールの場合には、基板電流IACのプロファイルは交流的な形状となる。   As shown in FIG. 2A, a substrate current IAC is obtained by scanning with the electron beam EB. When the profile of the substrate current IAC is differentiated, a differentiated waveform BW is obtained, and the diameter φ of the contact hole CONH and the shape of the edge can be determined from the differentiated waveform BW. When the contact hole CONH is a single hole, the substrate current IAC has a single profile, but when the contact hole CONH is a multihole, the profile of the substrate current IAC has an alternating shape.

図2(b)に示すように、電子ビームEBのビーム径を大きくして静止状態でウェハWEHのコンタクトホールCONHに照射すると、基板電流IACが得られる。この基板電流IACは、若干変動しているが、直流成分電流である。コンタクトホールCONHがシングルホールの場合、電子ビームEBの直径は、コンタクトホールCONHの直径φよりも若干大きいのが望ましい。コンタクトホールCONHがマルチホールの場合、電子ビームEBの直径は、数個のコンタクトホールCONHを含む直径とするのが望ましい。   As shown in FIG. 2B, when the beam diameter of the electron beam EB is increased and the contact hole CONH of the wafer WEH is irradiated in a stationary state, a substrate current IAC is obtained. The substrate current IAC is a DC component current although it fluctuates slightly. When the contact hole CONH is a single hole, it is desirable that the diameter of the electron beam EB is slightly larger than the diameter φ of the contact hole CONH. In the case where the contact hole CONH is a multi-hole, the diameter of the electron beam EB is preferably a diameter including several contact holes CONH.

これらの測定モードを駆使しながら、薄膜や図3に示すコンタクトホールCONHの状態等を測定する。   The state of the thin film and the contact hole CONH shown in FIG. 3 is measured while making full use of these measurement modes.

その図3において、(a)はCONH絶縁層残渣、(b)はCONHポリマー残渣、(c)はCONHエッチストッパー加工状態、(d)はCONHストッパー貫通状態、(e)は小さくて奇妙な形状のCONH、(f)は薄膜層厚状態が観察できる模式図をそれぞれ示している。   In FIG. 3, (a) is a CONH insulating layer residue, (b) is a CONH polymer residue, (c) is a CONH etch stopper processing state, (d) is a CONH stopper penetration state, (e) is a small and strange shape. CONH and (f) show schematic views in which the thin film layer thickness state can be observed.

一般的に、ウェハ基板WEHに吸収される電流IACは、図4に示すように、
IAC=Ip−IS−IBS ・・・・(1)
の式を用いて表わすことができる。
In general, the current IAC absorbed in the wafer substrate WEH is as shown in FIG.
IAC = Ip−IS−IBS (1)
It can be expressed using the following formula.

ここで、IpはウェハWEHに入射する初期電流、 ISはウェハ基板WEH外に放出される2次電子による電流、IBSは反射電子による電流である。EB-Scopeは加速電圧を数kV程度としているので、IBSは無視できると考えている。また、IS を“ウェハ基板WEH外に放出される2次電子”と定義したのは、ウェハ基板表面WEHSの帯電によって2次電子の引き戻しよる影響を考える必要があることを意味している。   Here, Ip is an initial current incident on the wafer WEH, IS is a current caused by secondary electrons emitted outside the wafer substrate WEH, and IBS is a current caused by reflected electrons. Since EB-Scope has an acceleration voltage of about several kV, IBS can be ignored. Further, defining IS as “secondary electrons emitted outside the wafer substrate WEH” means that it is necessary to consider the influence of secondary electron pullback due to the charging of the wafer substrate surface WEHS.

既に、薄膜測定(SiO2膜)に関しては、シミュレーション結果との比較が行われており、EB照射による電子―正孔対の発生とそれらの発生キャリアによるSi基板に流れる電子を考え、定性的に膜厚数10nm程度までは、測定結果を良く説明できている。   The thin film measurement (SiO2 film) has already been compared with the simulation results, considering the generation of electron-hole pairs by EB irradiation and the electrons flowing to the Si substrate due to the generated carriers, and qualitatively the film The measurement results can be well explained up to a thickness of about 10 nm.

また、EB進入深さより十分に厚い絶縁膜に関する帯電シミュレーションにおいても、ウェハ基板(WEH)に流れ込む電流を計算した結果が示されている。絶縁膜INSが存在してもウェハ基板WEHへの電子の流れが生じることから、EB-Scopeは様々な現象を測定できる可能性があると期待できる。   In addition, the result of calculating the current flowing into the wafer substrate (WEH) is also shown in the charging simulation related to the insulating film sufficiently thicker than the EB penetration depth. Since the electron flow to the wafer substrate WEH occurs even if the insulating film INS is present, it can be expected that the EB-Scope can measure various phenomena.

[本発明が適用される半導体検査装置]
以下、本発明のデータ処理方法が適用される半導体検査装置について説明する。なお、この半導体検査装置の詳細な構成は、特許文献1(行番号0024〜0062)に記載されている。
[Semiconductor inspection apparatus to which the present invention is applied]
A semiconductor inspection apparatus to which the data processing method of the present invention is applied will be described below. The detailed configuration of this semiconductor inspection apparatus is described in Patent Document 1 (line numbers 0024 to 0062).

図5に、本発明の一実施形態による半導体検査装置の構成を示す。この半導体検査装置は、測定対象物(試料)である半導体基板(以下、ウェハと言う)に電子ビームを照射し、この電子ビームによってそのウェハに誘起された基板電流を測定し、この基板電流からそのウェハに形成された微細構造の評価値を得ることを基本原理としている。パターンマッチングのためには放出される二次電子あるいは反射電子も利用する。   FIG. 5 shows a configuration of a semiconductor inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. This semiconductor inspection apparatus irradiates a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a wafer), which is an object to be measured (sample), with an electron beam, measures the substrate current induced in the wafer by the electron beam, The basic principle is to obtain an evaluation value of the fine structure formed on the wafer. For pattern matching, emitted secondary electrons or reflected electrons are also used.

図5に示すように、測定対象ウェハ23がどのような素性ウェハか判別可能な固有IDを読めるように、ウェハ識別装置20を有している。測定対象ウェハ23上には、種々の半導体デバイスが形成されているが、それらは、ウェハ23上に予め設けられたグローバルアライメント座標系に従って、ショット座標、チップ座標が一義的に決定されている。これら座標系を用いて位置指定することにより、半導体ウェハ23上に形成された全ての半導体素子を一義的に決定することができる。   As shown in FIG. 5, a wafer identification device 20 is provided so as to read a unique ID that can identify what kind of feature wafer the measurement target wafer 23 is. Various semiconductor devices are formed on the measurement target wafer 23, and the shot coordinates and the chip coordinates of these semiconductor devices are uniquely determined according to a global alignment coordinate system provided in advance on the wafer 23. By specifying the position using these coordinate systems, all semiconductor elements formed on the semiconductor wafer 23 can be uniquely determined.

逆に、検出された不具合の位置もこの座標系を用いることによって一義的に決定される。これらの座標系を用いる事で、他の装置の出力する検査結果や電気テストの結果又は設計情報であるCAD情報と照合することもできる。   On the contrary, the position of the detected defect is uniquely determined by using this coordinate system. By using these coordinate systems, it is possible to collate with CAD information, which is an inspection result output from another apparatus, a result of an electrical test, or design information.

測定対象物(試料)であるウェハ23を収容するチャンバー26には、電子ビームEBを発生する電子銃(照射手段)10が取り付けられ、この電子銃10は電子ビーム源11を備え、この電子ビーム源11には高圧電源40が接続されている。電子銃10の内部には、電子ビーム源11からの電子流の放出方向に沿って、コンデンサレンズ12、アパチャー13、偏向レンズ14、対物レンズ15がこの順に配置されている。このうち、偏向レンズ14には偏向装置100が接続され、電子ビームEBを高精度で偏向可能となっている。また、対物レンズ15の下方に対物レンズ15とウェハ23との間の距離を測定するウェハ対物レンズ間距離測定装置16が設けられている。また、この電子銃10の電子ビームEBのエネルギー、電流量、フォーカス状態も任意に制御可能となっている。ウェハーウェハ23に電子ビームが照射されることによって生じる基板電流は、基板電流測定装置(電流測定装置)30によって測定され、二次電子、反射電子はそれぞれ二次電子反射電子検出装置24によって検出される。   An electron gun (irradiation means) 10 that generates an electron beam EB is attached to a chamber 26 that accommodates a wafer 23 that is an object to be measured (sample), and the electron gun 10 includes an electron beam source 11. A high voltage power source 40 is connected to the source 11. Inside the electron gun 10, a condenser lens 12, an aperture 13, a deflection lens 14, and an objective lens 15 are arranged in this order along the emission direction of the electron flow from the electron beam source 11. Among these, the deflection lens 100 is connected to the deflection lens 14 so that the electron beam EB can be deflected with high accuracy. Also, below the objective lens 15, a wafer objective lens distance measuring device 16 for measuring the distance between the objective lens 15 and the wafer 23 is provided. Further, the energy, current amount, and focus state of the electron beam EB of the electron gun 10 can be arbitrarily controlled. The substrate current generated by irradiating the wafer wafer 23 with the electron beam is measured by a substrate current measuring device (current measuring device) 30, and the secondary electrons and the reflected electrons are detected by the secondary electron reflected electron detecting device 24, respectively. The

チャンバー26の内部には、ウェハ23を移動及び一定位置に支持するためのXYステージ21とトレイ22とが収容され、トレイ22にはウェハ23が載置されている。電子銃10から放出される電子ビームEBは、トレイ22に載置されたウェハ23の表面に向けられており、XYステージ21によりトレイ22を移動させることにより、ウェハ23に対する電子ビームEBの照射位置を調整することが可能となっている。   An XY stage 21 and a tray 22 for moving and supporting the wafer 23 at a fixed position are accommodated inside the chamber 26, and the wafer 23 is placed on the tray 22. The electron beam EB emitted from the electron gun 10 is directed to the surface of the wafer 23 placed on the tray 22, and the irradiation position of the electron beam EB on the wafer 23 is moved by moving the tray 22 by the XY stage 21. It is possible to adjust.

ここで、電子銃10から照射された電子ビームEBをnmオーダーの位置精度でウェハ23に照射するために、XYステージ21により、固定された電子ビームEBの照射軸に対して相対的にウェハ23を移動するようになっている。XYステージ21の駆動装置としてはパルスモーターや超音波モーター、リニアモーター又は圧電素子等が利用される。レーザ測長器やレーザースケール等の高精度測定技術を併用することにより、XYステージ21上に載置されたウェハ23の位置精度は数nm程度に制御される。   Here, in order to irradiate the wafer 23 with the electron beam EB irradiated from the electron gun 10 with a position accuracy of the order of nm, the wafer 23 is relatively moved by the XY stage 21 with respect to the irradiation axis of the fixed electron beam EB. Is supposed to move. As a driving device for the XY stage 21, a pulse motor, an ultrasonic motor, a linear motor, a piezoelectric element, or the like is used. By using a high-precision measurement technique such as a laser length measuring device or a laser scale, the positional accuracy of the wafer 23 placed on the XY stage 21 is controlled to about several nm.

また、ウェハ23を載置するトレイ22には、電流測定装置30が接続されており、ウェハ23に流れる基板電流がトレイ22を介して電流測定装置30により測定されるようになっている。電流測定装置30は、トレイ22に内蔵され、又は近傍に配置されており、外部からの電磁波ノイズをカットできるようになっている。   Further, a current measuring device 30 is connected to the tray 22 on which the wafer 23 is placed, and the substrate current flowing through the wafer 23 is measured by the current measuring device 30 via the tray 22. The current measuring device 30 is built in the tray 22 or arranged in the vicinity thereof, so that electromagnetic noise from the outside can be cut.

電流測定装置30としては、抵抗、電圧変換型の装置や交流アンプ、チャージアンプなど種々の形式を用いることができる。この電流測定装置30は、測定した基板電流値をデジタル信号にA/D(Analog/Digital)変換するA/D変換器を備えており、測定値をデジタルデータとして出力する。   As the current measuring device 30, various types such as a resistor, a voltage conversion type device, an AC amplifier, and a charge amplifier can be used. The current measuring device 30 includes an A / D converter that converts the measured substrate current value into a digital signal by A / D (Analog / Digital), and outputs the measured value as digital data.

また、この半導体検査装置は、2次元走査制御装置(パターンマッチングエンジンを含む)110、二次電子反射電子信号処理装置190、電流波形記憶装置120、波形整形装置130、波形画像認識処理装置140、表示装置150、データベース装置160を備え、これらは、コンピュータ等の情報処理装置上に構築されている。 このうち、2次元走査制御装置110は、電子ビームEBがウェハ23の表面を2次元的に走査するように偏向装置100を制御すると共に、電子ビームEBの照射位置を高精度に合わせるためのパターンマッチングに関する制御を担うものである。なお、本実施形態では、2次元的に走査するとは、ライン状の走査を一定の間隔で複数回にわたって繰り返すことを意味している。例えば、テレビ画面における水平走査および垂直走査と同様の概念である。このように走査された電子ビームからは二次電子又は反射電子像又は基板電流像が形成され、パターンマッチングに利用される。   The semiconductor inspection apparatus includes a two-dimensional scanning control apparatus (including a pattern matching engine) 110, a secondary electron reflected electron signal processing apparatus 190, a current waveform storage apparatus 120, a waveform shaping apparatus 130, a waveform image recognition processing apparatus 140, A display device 150 and a database device 160 are provided, and these are constructed on an information processing device such as a computer. Among these, the two-dimensional scanning control device 110 controls the deflecting device 100 so that the electron beam EB scans the surface of the wafer 23 two-dimensionally, and at the same time, a pattern for adjusting the irradiation position of the electron beam EB with high accuracy. It is responsible for control related to matching. In the present embodiment, two-dimensional scanning means that line-shaped scanning is repeated a plurality of times at regular intervals. For example, the concept is the same as horizontal scanning and vertical scanning on a television screen. From the electron beam scanned in this way, a secondary electron or reflected electron image or a substrate current image is formed and used for pattern matching.

一般的にウェハが試料室内に搬送されてきた場合、プラスに帯電していることが多いことが知られている。ウェハの表面がプラスに帯電している場合は、基板電流値は高く測定される。これはウェハ表面から放出された2時電子が、引き戻されるためである。反対に、もし、ウェハがマイナスに帯電している場合は、放出された2次電子が引き戻されることは無く、同時に2次電子の放出が加速される傾向も少ない。従って、ウエハ表面に若干の電子を照射してプラス帯電を解消することが測定の安定化に有効である。   In general, it is known that when a wafer is transferred into a sample chamber, it is often charged positively. When the wafer surface is positively charged, the substrate current value is measured high. This is because the 2 o'clock electrons emitted from the wafer surface are pulled back. On the other hand, if the wafer is negatively charged, the emitted secondary electrons are not pulled back, and the emission of secondary electrons is less likely to be accelerated at the same time. Therefore, it is effective for stabilizing the measurement to eliminate the positive charge by irradiating the surface of the wafer with some electrons.

図6は、ウェハ23に間接的に電子を照射帯電させる方法を概念的に示した説明図である。図6において、200はステージ21に設けた基準台であり、この基準台200は二次電子あるいは反射電子を多く発生させる材質(原子番号の大きい元素はより反射電子を多く放出する傾向にある)から形成され、また電子ビームEBが照射される面が傾斜面201となっている。この傾斜面201の角度は、電子ビームEBを基準台200の傾斜面201に照射させた際に、発生する二次電子(または反射電子)の飛び出す方向Rがウェハ23の中心位置23aに向くように設定されている。   FIG. 6 is an explanatory diagram conceptually showing a method for indirectly irradiating and charging electrons to the wafer 23. In FIG. 6, reference numeral 200 denotes a reference table provided on the stage 21. The reference table 200 is a material that generates a lot of secondary electrons or reflected electrons (elements with a large atomic number tend to emit more reflected electrons). The inclined surface 201 is formed on the surface that is irradiated with the electron beam EB. The angle of the inclined surface 201 is such that when the inclined surface 201 of the reference table 200 is irradiated with the electron beam EB, the direction R in which the generated secondary electrons (or reflected electrons) jump out faces the center position 23 a of the wafer 23. Is set to

ここでは、基準台200の傾斜面201に対する電子ビームEBの入射角をθとすると、二次電子の出射角はほぼθとみなすことができるので、傾斜面201の垂直線Hに対して飛び出す方向Rが角度θなってウェハ23の中心位置23aに向くように、傾斜面201の角度αや基準台200の高さ(照射位置201aの高さ)等を設定する。   Here, assuming that the incident angle of the electron beam EB with respect to the inclined surface 201 of the reference table 200 is θ, the emission angle of secondary electrons can be regarded as approximately θ, and therefore the direction of jumping out from the vertical line H of the inclined surface 201. The angle α of the inclined surface 201, the height of the reference table 200 (the height of the irradiation position 201a), and the like are set so that R becomes an angle θ and faces the center position 23a of the wafer 23.

先ず、上記の基板電流値(ウェハ23の吸収電流値)の測定を行う前に、基準台200の傾斜面201に電子ビームEBを照射して、ウェハ23に間接的に電子を照射させる。この照射量は、照射時間を制御することにより適正となるようにする。   First, before measuring the substrate current value (absorption current value of the wafer 23), the inclined surface 201 of the reference table 200 is irradiated with the electron beam EB, and the wafer 23 is indirectly irradiated with electrons. This irradiation amount is made appropriate by controlling the irradiation time.

照射時間が所定時間になったら、上述のようにウェハ23のコンタクトホールを照射して基板電流値の測定等を行う。   When the irradiation time reaches a predetermined time, the contact current of the wafer 23 is irradiated as described above to measure the substrate current value.

このように、基準台200の傾斜面201に電子ビームEBを照射してウェハ23のを帯電制御させるものであるから、その帯電制御の際に、従来行われていたウェハ23の測定点での直接的な電子ビームの照射により、過度な帯電を生じさせたり損傷させてしまうことがない。また、基板電流値の測定の際、ウェハ23がプラス帯電が解消されてされていることにより、ウェハ23に衝突する電子ビームEBの速度を低減させたり、2次電子の引き戻し現象を低減させることができ、基板電流の測定精度を向上させることができる。   As described above, since the inclined surface 201 of the reference table 200 is irradiated with the electron beam EB and the charge of the wafer 23 is controlled, the measurement at the measurement point of the wafer 23 which has been conventionally performed is performed at the time of the charge control. Direct charging of the electron beam does not cause excessive charging or damage. Further, when the substrate current value is measured, the positive charge is eliminated from the wafer 23, so that the speed of the electron beam EB colliding with the wafer 23 is reduced, and the secondary electron pullback phenomenon is reduced. And the measurement accuracy of the substrate current can be improved.

ウェハ23に均一に電子ビームを照射させるためには、基準台200を円筒状に形成し、この筒内にウェハ23を配置し、電子ビームEBを傾斜面201の周方向に沿って照射させていくと良い。   In order to uniformly irradiate the wafer 23 with the electron beam, the reference table 200 is formed in a cylindrical shape, the wafer 23 is disposed in the cylinder, and the electron beam EB is irradiated along the circumferential direction of the inclined surface 201. Good to go.

この発明の測定原理を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the measurement principle of this invention. コンタクトホールの径を測定する測定モードを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the measurement mode which measures the diameter of a contact hole. コンタクトホールの界面の評価を測定する測定モードを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the measurement mode which measures evaluation of the interface of a contact hole. コンタクトホールの状態を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the state of the contact hole. ウェハ基板に吸収される電流を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the electric current absorbed by a wafer substrate. この発明の実施例の半導体検査装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the semiconductor inspection apparatus of the Example of this invention. ウェハを帯電させる方法を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the method to charge a wafer.

符号の説明Explanation of symbols

10 電子銃(照射手段)
23 ウェハ
30 電流測定装置
140 波形画像認識処理装置(演算処理装置)
200 基準台
201 傾斜面
EB 電子ビーム
10 Electron gun (irradiation means)
23 Wafer 30 Current measuring device 140 Waveform image recognition processing device (arithmetic processing device)
200 Reference table 201 Inclined surface EB Electron beam

Claims (3)

電子ビームを用いた吸収電流測定方法を用いて、ウェハのコンタクトホール界面状況や薄膜を評価する半導体検査装置において、
前記ウェハ外から前記電子ビームを照射し、この照射によって前記ウェハまたは薄膜周辺に電子を間接的に照射させ、この後に、前記電子ビームをウェハまたは薄膜等の測定点に照射して前記測定を行うことを特徴とする半導体検査装置。
In a semiconductor inspection device that evaluates the contact hole interface state and thin film of a wafer using an absorption current measurement method using an electron beam,
Irradiating the electron beam from the outside of the wafer, indirectly irradiating electrons around the wafer or thin film by this irradiation, and then irradiating the electron beam to a measurement point such as the wafer or thin film to perform the measurement. A semiconductor inspection apparatus.
前記ウェハまたは薄膜を搭載するステージ上の一部に2次電子或いは反射電子の発生が大きい材料を用いた基準台を設け、該基準台に前記電子ビームを照射して、前記ウェハまたは薄膜に前記二次電子或いは反射電子を照射させることを特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。   A reference stage using a material that generates a large amount of secondary electrons or reflected electrons is provided on a part of the stage on which the wafer or thin film is mounted, and the electron beam is applied to the reference stage to apply the electron beam to the wafer or thin film. The semiconductor inspection apparatus according to claim 1, wherein secondary electrons or reflected electrons are irradiated. 前記基準台の面への電子ビームの照射によって発生する2次電子或いは反射電子が前記ウェハまたは薄膜の中心位置に向かって照射するように、前記基準台の面を傾斜させたことを特徴とする請求項2に記載の半導体検査装置。   The surface of the reference table is tilted so that secondary electrons or reflected electrons generated by irradiation of the electron beam on the surface of the reference table are irradiated toward the center position of the wafer or thin film. The semiconductor inspection apparatus according to claim 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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