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JP2008034475A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2008034475A
JP2008034475A JP2006203580A JP2006203580A JP2008034475A JP 2008034475 A JP2008034475 A JP 2008034475A JP 2006203580 A JP2006203580 A JP 2006203580A JP 2006203580 A JP2006203580 A JP 2006203580A JP 2008034475 A JP2008034475 A JP 2008034475A
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JP
Japan
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contact hole
film
inspection
standard sample
inspection standard
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006203580A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Miyako Matsui
都 松井
Koichi Sakurai
光一 櫻井
Hiroshi Nagaishi
博 永石
Jiro Inoue
二朗 井上
Toshiyuki Mine
利之 峰
Daisuke Ryuzaki
大介 龍崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
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Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly estimate with high accuracy thickness or resistance value of an unwanted film remaining on the bottom surface of a contact hole in the manufacturing steps of a semiconductor device. <P>SOLUTION: Relationship is acquired previously between potential contrast of a contract hole 7 at an artificial defective part 4 of a standard sample 1 for test and thickness or resistance value of an artificial remaining film 8 formed at the bottom surface of the contact hole 7, by constituting the contact hole 7 of the standard sample 1 for test with a material and a structure almost identical to that of the contact hole of a test object, and by measuring the potential contrast of a secondary electron image of the standard sample 1 for test with radiation of an electron beam. Thereafter, thickness or resistance value of the unwanted film remaining at the bottom surface of the contact hole of the test object is estimated by measuring potential contrast of the secondary electron image of the test object, by radiating the electron beam to the contact hole as the test object, and then comparing the potential contrast of the standard sample 1 for test with potential contrast of the test object. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置に形成されたコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さの検出方法に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique that is effective when applied to a method for detecting the thickness of an unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of a contact hole formed in a semiconductor device.

試料表面から発生した二次信号を対物レンズより電子源側で検出する手段と、試料に負電圧を印加して試料と対物レンズとの間に一次電子線に対する減速電界を発生させる手段と、試料の装着・交換時の準備動作に連動して試料への負電圧印加を制御する手段とを走査電子顕微鏡に設けることにより、試料の装着・交換時における試料の電圧印加を自動的に制御する技術が特開平6−139985号公報(特許文献1)に記載されている。   Means for detecting a secondary signal generated from the sample surface on the electron source side from the objective lens; means for applying a negative voltage to the sample to generate a deceleration electric field for the primary electron beam between the sample and the objective lens; That automatically controls the voltage application of the sample during sample mounting and replacement by providing a scanning electron microscope with a means to control the negative voltage application to the sample in conjunction with the preparatory action during sample mounting and replacement Is described in JP-A-6-139985 (Patent Document 1).

また、欠陥検査装置において、形成画面の均一性およびコントラストを最適化するようにパラメータを最適化し、基板上の一部の領域を画像化する前に、画像形成領域の周囲領域の帯電の悪影響を消去または軽減し、周囲領域の帯電と画像形成領域からの画像形成とを交互に行って形成した画像化領域の複数の画像を平均化処理することにより、欠陥検出の精度を上げる技術が特開2000−208085号公報(特許文献2)に開示されている。   Also, in the defect inspection device, the parameters are optimized to optimize the uniformity and contrast of the forming screen, and before the partial area on the substrate is imaged, the adverse effect of charging in the surrounding area of the image forming area is reduced. A technique for improving the accuracy of defect detection by performing averaging processing on a plurality of images in an imaging area formed by erasing or reducing and alternately charging a surrounding area and forming an image from an image forming area No. 2000-208085 (Patent Document 2).

また、膜厚が既知の擬似残存膜および感光性樹脂を硬化処理した樹脂膜が支持基板上に順次積層され、その樹脂膜を貫通する開口部が設けられた標準試料のコンタクトホールの二次電子像のコントラストと、検査対象のコンタクトホールの二次電子像のコントラストとを比較することにより、不良コンタクトホール底面の残存膜厚を評価する方法が特開2000−164715号公報(特許文献3)に開示されている。
特開平6−139985号公報(段落[0027]〜[0028]、図1) 特開2000−208085号公報(段落[0010]〜[0011]) 特開2000−164715号公報(段落[0049]〜[0051]、[0062]〜[0065]、図1)
In addition, a pseudo-residual film having a known thickness and a resin film obtained by curing a photosensitive resin are sequentially stacked on a support substrate, and secondary electrons in a contact hole of a standard sample provided with an opening penetrating the resin film. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-164715 (Patent Document 3) discloses a method for evaluating the remaining film thickness on the bottom surface of a defective contact hole by comparing the contrast of the image with the contrast of the secondary electron image of the contact hole to be inspected. It is disclosed.
JP-A-6-139985 (paragraphs [0027] to [0028], FIG. 1) JP 2000-208085 (paragraphs [0010] to [0011]) JP 2000-164715 A (paragraphs [0049] to [0051], [0062] to [0065], FIG. 1)

半導体装置の微細化に伴い、半導体装置に形成されるコンタクトホールでは、その底面に絶縁膜等の不要な膜が残ることによる非導通欠陥が問題となっている。製造工程、例えば成膜工程やドライエッチング工程に対して早期に対策手段を講じるため、コンタクトホールを形成した直後にコンタクトホールの開口の様子を非破壊で検査することが望まれており、種々の検査方法が提案されている。例えば上記特許文献3に記載されたコンタクトホール検査方法では、コンタクトホール検査用標準試料を作製し、この標準試料と検査対象との二次電子像のコントラストの比較からコンタクトホールの底面に残る不要な残存膜の厚さを評価している。   Along with miniaturization of semiconductor devices, contact holes formed in the semiconductor devices have a problem of non-conducting defects due to an unnecessary film such as an insulating film remaining on the bottom surface. In order to take countermeasures at an early stage for manufacturing processes, for example, film formation processes and dry etching processes, it is desired to inspect the state of contact hole opening immediately after the contact hole is formed. Inspection methods have been proposed. For example, in the contact hole inspection method described in Patent Document 3 above, a standard sample for contact hole inspection is prepared, and an unnecessary remaining on the bottom surface of the contact hole is obtained from a comparison of the contrast of secondary electron images between the standard sample and the inspection object. The thickness of the remaining film is evaluated.

しかしながら、コンタクトホールの底面に残る不要な残存膜の厚さを正確に、かつ高速に評価することのできる検査方法は未だ確立されていない。例えば上記特許文献3に記載されたコンタクトホール検査方法では、標準試料の表面が硬化処理された感光性樹脂材料であるため、コンタクトホールおよび樹脂材料から放出される標準試料の二次電子強度と検査対象の二次電子強度とが異なり、正確な残存膜の厚さの推定が難しいという課題を有している。また、感光性樹脂材料により凹凸の大きいコンタクトホールを形成することが難しく、標準試料では検査対象のコンタクトホールと同形状、同密度のコンタクトホールが形成できないという問題もある。   However, an inspection method that can accurately and rapidly evaluate the thickness of an unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole has not yet been established. For example, in the contact hole inspection method described in Patent Document 3, since the surface of the standard sample is a cured photosensitive resin material, the secondary electron intensity and inspection of the standard sample emitted from the contact hole and the resin material are inspected. Unlike the target secondary electron intensity, it is difficult to accurately estimate the thickness of the remaining film. In addition, it is difficult to form contact holes with large irregularities by using a photosensitive resin material, and there is a problem that a contact hole having the same shape and density as the contact hole to be inspected cannot be formed in the standard sample.

本発明の目的は、半導体装置の製造過程において、コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を高速、かつ高精度に推定することのできる検査方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inspection method capable of estimating the thickness or resistance value of an unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of a contact hole at high speed and with high accuracy in the process of manufacturing a semiconductor device.

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。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明による半導体装置の製造方法は、検査用標準試料のコンタクトホールを被検査対象のコンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、電子線を照射して検査用標準試料の二次電子画像の電位コントラストを測定し、検査用標準試料の擬似欠陥部におけるコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと検査用標準試料の擬似欠陥部におけるコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係をあらかじめ取得しておき、その後、被検査対象のコンタクトホールへ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し、検査用標準試料の電位コントラストと被検査対象の電位コントラストとを比較することにより、被検査対象のコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を推定する検査工程を有するものである。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the contact hole of the inspection standard sample is made of substantially the same material and structure as the contact hole to be inspected, and the secondary electron image of the inspection standard sample is irradiated with an electron beam. The potential contrast of the secondary electron image of the contact hole in the pseudo defect portion of the inspection standard sample is measured and the thickness or resistance of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the contact hole in the pseudo defect portion of the inspection standard sample. The relationship between the measured value and the potential contrast of the inspection standard sample is measured by measuring the potential contrast of the secondary electron image of the inspection target by irradiating the contact hole of the inspection target with an electron beam. By comparing the potential contrast of the object to be inspected, the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the contact hole to be inspected Or those having a inspection step of estimating a resistance value.

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とおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

半導体装置の製造過程において、コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を高速、かつ高精度に推定することができる。   In the manufacturing process of the semiconductor device, the thickness or resistance value of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole can be estimated at high speed and with high accuracy.

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態においては、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated, or when clearly limited to a specific number in principle, etc. Is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching is given to make the drawings easy to see even if they are plan views.

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In all the drawings for explaining the following embodiments, parts having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1による電子線をコンタクトホールに照射した際の二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the potential contrast of the secondary electron image and the thickness of the nonconductive film remaining on the bottom surface of the contact hole when the contact hole is irradiated with the electron beam according to the first embodiment.

図1に示すように、コンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さが0〜300nmの場合は、非導電性膜の厚さが薄くなるに従い二次電子画像の電位コントラストが増加するので、電位コントラストを精密に評価することにより、電位コントラストから上記非導電性膜の厚さを正確に推測することができる。そこで、本実施の形態1では、あらかじめコンタクトホールの底面に擬似残存膜を形成した検査用標準試料を作製し、この検査用標準試料で得られる電位コントラストと擬似残存膜の厚さとの関係(例えば図1)から被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する。   As shown in FIG. 1, when the thickness of the nonconductive film remaining on the bottom surface of the contact hole is 0 to 300 nm, the potential contrast of the secondary electron image increases as the thickness of the nonconductive film decreases. By accurately evaluating the potential contrast, the thickness of the nonconductive film can be accurately estimated from the potential contrast. Therefore, in the first embodiment, an inspection standard sample in which a pseudo residual film is formed in advance on the bottom surface of a contact hole is prepared, and the relationship between the potential contrast obtained from this inspection standard sample and the thickness of the pseudo residual film (for example, The thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole to be inspected is estimated from FIG.

次に、本実施の形態1による検査用標準試料の一例を図2を用いて説明する。図2は検査用標準試料の要部断面図である。   Next, an example of the inspection standard sample according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a standard sample for inspection.

図2に示すように、検査用標準試料1には、プラグ2の正常部3および擬似欠陥部4が形成されている。正常部3は、半導体基板5上に形成された層間絶縁膜6に開口されたコンタクトホール7と、そのコンタクトホール7に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ2とから構成される。擬似欠陥部4は、半導体基板5上に形成された層間絶縁膜6に開口されたコンタクトホール7と、そのコンタクトホール7の底面に形成された既知の膜厚を持つ擬似残存膜8と、さらにそのコンタクトホール7に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ2とから構成され、擬似的に導通不良欠陥が形成されている。   As shown in FIG. 2, the normal part 3 and the pseudo defect part 4 of the plug 2 are formed in the inspection standard sample 1. The normal part 3 includes a contact hole 7 opened in an interlayer insulating film 6 formed on the semiconductor substrate 5 and a conductive film embedded in the contact hole 7, for example, a plug 2 made of a metal film. . The pseudo defect portion 4 includes a contact hole 7 opened in an interlayer insulating film 6 formed on the semiconductor substrate 5, a pseudo residual film 8 having a known film thickness formed on the bottom surface of the contact hole 7, and A conductive film buried in the contact hole 7, for example, a plug 2 made of a metal film, is formed, and a defective conduction defect is formed.

コンタクトホール7の底面に形成された擬似残存膜8の厚さは300nm以下から数種類が選ばれて、例えば300nm、200nm、100nm、50nm、10nmおよび3nmの6種類とすることができる。本実施の形態1では、1枚の検査用標準試料1に1仕様の厚さの擬似残存膜8を形成した。すなわち、例えば上記6種類の厚さの擬似残存膜8を選んだ場合は6枚の検査用標準試料1が用意される。なお、1枚の検査用標準試料1に複数仕様の厚さの擬似残存膜8を形成してもよい。擬似残存膜8の材料は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、有機系の絶縁膜、低誘電率膜、高誘電率膜、窒化チタン、シリコンコバルト、レジスト等である。   Several types of thicknesses of the pseudo residual film 8 formed on the bottom surface of the contact hole 7 are selected from 300 nm or less, for example, six types of 300 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm, 10 nm, and 3 nm. In the first embodiment, a pseudo residual film 8 having a thickness of one specification is formed on one inspection standard sample 1. That is, for example, when the six types of pseudo remaining films 8 are selected, six inspection standard samples 1 are prepared. Note that the pseudo residual film 8 having a plurality of thicknesses may be formed on one inspection standard sample 1. The material of the pseudo residual film 8 is, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, an organic insulating film, a low dielectric constant film, a high dielectric constant film, titanium nitride, silicon cobalt, a resist, or the like.

また、二次電子画像の電位コントラストは、パターン表面の帯電量に依存して変化することから、コンタクトホール7の直径または密度に依存する。そこで、検査用標準試料1には、直径または密度が互いに異なる複数種類のコンタクトホール7が形成される。さらに、二次電子画像の電位コントラストは、半導体基板5に形成されるウェルまたは拡散層によって変化することから、半導体基板5には、被検査対象に形成されたウェルと同じ不純物濃度のウェル9が形成され、半導体基板5のコンタクトホール7の底部が接する領域には、被検査対象に形成される拡散層と同じ不純物濃度の拡散層10が形成されている。なお、必ずしもウェル9または拡散層10は形成しなくてもよい。   Further, since the potential contrast of the secondary electron image changes depending on the charge amount on the pattern surface, it depends on the diameter or density of the contact hole 7. Therefore, a plurality of types of contact holes 7 having different diameters or densities are formed in the inspection standard sample 1. Furthermore, since the potential contrast of the secondary electron image changes depending on the well or diffusion layer formed on the semiconductor substrate 5, the semiconductor substrate 5 has a well 9 having the same impurity concentration as the well formed on the object to be inspected. A diffusion layer 10 having the same impurity concentration as that of the diffusion layer formed on the object to be inspected is formed in a region formed and in contact with the bottom of the contact hole 7 of the semiconductor substrate 5. Note that the well 9 or the diffusion layer 10 is not necessarily formed.

次に、本実施の形態1による検査用標準試料の製造方法の一例を図3〜図11を用いて工程順に説明する。図3、図4、図6、図7、図9および図10は検査用標準試料の要部断面図、図5および図8は露光用レチクルの要部上面図、図11はその最表面に非導電性膜を形成した検査用標準試料の要部断面図である。   Next, an example of the manufacturing method of the test standard sample according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 3, 4, 6, 7, 9, and 10 are cross-sectional views of the main part of the inspection standard sample, FIGS. 5 and 8 are top views of the main part of the exposure reticle, and FIG. 11 is the top surface thereof. It is principal part sectional drawing of the test standard sample which formed the nonelectroconductive film | membrane.

まず、図3に示すように、半導体基板5に不純物をイオン注入してウェル9を形成した後、半導体基板5の主面上に層間絶縁膜6を形成する。層間絶縁膜6は、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜とすることができて、その表面は、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化されている。   First, as shown in FIG. 3, impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 5 to form the well 9, and then the interlayer insulating film 6 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 5. The interlayer insulating film 6 can be a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and its surface is planarized by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. ing.

次に、図4に示すように、層間絶縁膜6上にレジストパターン11を形成する。レジストパターン11は通常のフォトリソグラフィ法によって形成されている。すなわち、層間絶縁膜6上にレジスト膜を塗布した後、そのレジスト膜に対して図5に示す露光用のレチクル12を用いた露光処理および現像処理を施すことによりパターニングされている。レチクル12には正常部3のコンタクトホールパターン3a(図中、白抜きで示す円パターン)および擬似欠陥部4のコンタクトホールパターン4a(図中、網掛けのハッチングで示す円パターン)が形成されており、擬似欠陥部4のコンタクトホールパターン4aの位置を表示するためのマーク13を形成してもよい。続いて、レジストパターン11をマスクとして層間絶縁膜6をエッチングし、ウェル9に達するコンタクトホール7を形成する。   Next, as shown in FIG. 4, a resist pattern 11 is formed on the interlayer insulating film 6. The resist pattern 11 is formed by a normal photolithography method. That is, after a resist film is applied on the interlayer insulating film 6, the resist film is patterned by performing exposure processing and development processing using an exposure reticle 12 shown in FIG. On the reticle 12, a contact hole pattern 3a of a normal portion 3 (circle pattern shown in white in the drawing) and a contact hole pattern 4a of a pseudo defect portion 4 (circle pattern shown in hatching in the drawing) are formed. In addition, a mark 13 for displaying the position of the contact hole pattern 4a of the pseudo defect portion 4 may be formed. Subsequently, the interlayer insulating film 6 is etched using the resist pattern 11 as a mask to form a contact hole 7 reaching the well 9.

次に、図6に示すように、レジストパターン11を除去し、洗浄処理を行った後、半導体基板5に不純物をイオン注入して所定の領域に拡散層10を形成する。その後、半導体基板5の主面上に、例えば熱酸化法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマCVD法等により300nm以下の厚さの擬似残存膜8を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, after removing the resist pattern 11 and performing a cleaning process, impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 5 to form a diffusion layer 10 in a predetermined region. Thereafter, a pseudo residual film 8 having a thickness of 300 nm or less is formed on the main surface of the semiconductor substrate 5 by, for example, a thermal oxidation method, a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma CVD method or the like.

次に、図7に示すように、擬似欠陥部4を覆うレジストパターン14を形成する。レジストパターン14は、上記レジストパターン11と同様に、通常のフォトリソグラフィ法によって形成されている。すなわち、コンタクトホール7の内部を含む層間絶縁膜6上にレジスト膜を塗布した後、そのレジスト膜に対して図8に示す露光用のレチクル15を用いた露光処理および現像処理を施すことによりパターニングされている。レチクル15には擬似欠陥部4を十分に覆うことができ、かつ正常部3にはかからない欠陥パターン16が形成されている。   Next, as shown in FIG. 7, a resist pattern 14 covering the pseudo defect portion 4 is formed. The resist pattern 14 is formed by a normal photolithography method, like the resist pattern 11. That is, after applying a resist film on the interlayer insulating film 6 including the inside of the contact hole 7, the resist film is subjected to exposure processing and development processing using an exposure reticle 15 shown in FIG. Has been. The reticle 15 is formed with a defect pattern 16 that can sufficiently cover the pseudo defect portion 4 and does not cover the normal portion 3.

次に、図9に示すように、レジストパターン14をマスクとして擬似残存膜8をエッチングし、擬似欠陥部4にのみ擬似残存膜8を残す。   Next, as shown in FIG. 9, the pseudo residual film 8 is etched using the resist pattern 14 as a mask, leaving the pseudo residual film 8 only in the pseudo defect portion 4.

次に、図10に示すように、レジストパターン14を除去し、洗浄処理を行った後、コンタクトホール7の内部を含む層間絶縁膜6上および擬似残存膜8上に金属膜、例えばタングステン膜を堆積し、例えばCMP法でこの金属膜の表面を平坦化することによってコンタクトホール7の内部に金属膜を埋め込みプラグ2を形成する。なお、金属膜の下層にバリアメタル膜を形成してもよく、バリアメタル膜としては、例えばチタン膜、窒化チタン膜等が用いられる。以上の工程により、検査用標準試料1が略完成する。   Next, as shown in FIG. 10, after removing the resist pattern 14 and performing a cleaning process, a metal film such as a tungsten film is formed on the interlayer insulating film 6 including the inside of the contact hole 7 and the pseudo residual film 8. Depositing and planarizing the surface of the metal film by, for example, a CMP method, the metal film is embedded in the contact hole 7 to form the plug 2. Note that a barrier metal film may be formed below the metal film. As the barrier metal film, for example, a titanium film, a titanium nitride film, or the like is used. The inspection standard sample 1 is substantially completed through the above steps.

ところで、擬似残存膜8を成膜すると、通常、コンタクトホール7の側壁にも擬似残存膜8は形成される。しかし、擬似残存膜8の厚さをコンタクトホール7の直径の1割以下とすることにより、側壁に形成された擬似残存膜8の影響を無視することが可能である。さらに精密な評価を必要とする場合は、熱酸化法またはプラズマCVD法等の非等方的な成膜方法により擬似残存膜8を形成することにより、コンタクトホール7の側壁への成膜を抑えて、コンタクトホール7の底部へ主とした成膜が可能である。   By the way, when the pseudo residual film 8 is formed, the pseudo residual film 8 is usually formed also on the side wall of the contact hole 7. However, by setting the thickness of the pseudo residual film 8 to 10% or less of the diameter of the contact hole 7, the influence of the pseudo residual film 8 formed on the side wall can be ignored. When more precise evaluation is required, the pseudo residual film 8 is formed by an anisotropic film formation method such as a thermal oxidation method or a plasma CVD method, thereby suppressing the film formation on the side wall of the contact hole 7. Thus, film formation mainly on the bottom of the contact hole 7 is possible.

また、図11に示すように、経時変化によるパターン表面の変質を防ぐために、検査用標準試料1の最表面に非導電性膜17を形成してもよい。この非導電性膜17を形成した検査用標準試料1に電子線を照射すると、非導電性膜17の下のプラグ2に埋め込まれた導電性膜の電気特性に従って非導電性膜17の表面に電荷が分布するので、非導電性膜17上からもコンタクトホール7の底面に形成された擬似残存膜8の評価が可能である。検査用標準試料1の最表面に形成される非導電性膜17の厚さとしては、非導電性膜17の下のプラグ2の電気特性によって数V程度以上の電位分布を可能とする100nm以下を用いる。   Further, as shown in FIG. 11, a non-conductive film 17 may be formed on the outermost surface of the inspection standard sample 1 in order to prevent the pattern surface from deteriorating due to a change with time. When the inspection standard sample 1 on which the nonconductive film 17 is formed is irradiated with an electron beam, the surface of the nonconductive film 17 is applied according to the electrical characteristics of the conductive film embedded in the plug 2 below the nonconductive film 17. Since the charges are distributed, the pseudo residual film 8 formed on the bottom surface of the contact hole 7 can be evaluated from the nonconductive film 17 as well. The thickness of the nonconductive film 17 formed on the outermost surface of the inspection standard sample 1 is 100 nm or less that enables a potential distribution of about several volts or more depending on the electrical characteristics of the plug 2 under the nonconductive film 17. Is used.

次に、本実施の形態1による前述した検査用標準試料を用いた被検査対象の検査方法の一例を図12〜図17を用いて説明する。図12は被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査装置を示す構成図、図13は不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査方法の工程図、図14(a)および(b)はそれぞれ検査用標準試料の二次電子画像および二次電子の信号強度分布、図15は検査用標準試料の二次電子画像から得られた電位コントラストとコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さとの関係を示すグラフ図、図16は推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのウエハ面内分布、図17(a)および(b)はそれぞれ推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのチップ単位分類および検査装置の画面表示である。   Next, an example of a method for inspecting an inspection target using the above-described inspection standard sample according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a block diagram showing an inspection apparatus for estimating the thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole to be inspected. FIG. 13 is an inspection for estimating the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole. 14A and 14B are obtained from the secondary electron image and secondary electron signal intensity distribution of the inspection standard sample, respectively, and FIG. 15 is obtained from the secondary electron image of the inspection standard sample. FIG. 16 is a graph showing the relationship between the potential contrast and the thickness of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the contact hole. FIG. 16 shows the estimated distribution of the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole. (A) and (b) are the chip unit classification of the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the estimated defective contact hole and the screen display of the inspection apparatus.

図12に示すように、本実施の形態1で使用する検査装置100は、電子光学系101、ステージ機構系102、ウエハ搬送系103、真空排気系104、光学顕微鏡制御系105、制御系106、操作部107により構成されている。   As shown in FIG. 12, the inspection apparatus 100 used in the first embodiment includes an electron optical system 101, a stage mechanism system 102, a wafer transfer system 103, a vacuum exhaust system 104, an optical microscope control system 105, a control system 106, The operation unit 107 is configured.

電子光学系101は、電子銃108、コンデンサレンズ109、対物レンズ110、検出器111、偏向器112、上面電極113、ウエハ高さ検出器114により構成されている。   The electron optical system 101 includes an electron gun 108, a condenser lens 109, an objective lens 110, a detector 111, a deflector 112, an upper surface electrode 113, and a wafer height detector 114.

ステージ機構系102は、XYステージ115、ウエハ116を保持するためのホルダ117、ウエハ116およびホルダ117に負の電圧を印加するためのリターディング電源118により構成されている。XYステージ115には、レーザ測長による位置検出器が取り付けられている。   The stage mechanism system 102 includes an XY stage 115, a holder 117 for holding the wafer 116, a wafer 116, and a retarding power source 118 for applying a negative voltage to the holder 117. A position detector by laser length measurement is attached to the XY stage 115.

ウエハ搬送系103は、カセット載置部119、ウエハローダ120、カセット載置部119とウエハローダ120とXYステージ115とを結ぶ搬送手段により構成されており、カセット載置部119、ウエハローダ120、XYステージ115との間を被検査対象が行き来するようになっている。   The wafer transfer system 103 includes a cassette mounting unit 119, a wafer loader 120, and a transfer unit that connects the cassette mounting unit 119 to the wafer loader 120 and the XY stage 115. The cassette mounting unit 119, the wafer loader 120, and the XY stage 115 are connected to each other. The subject to be inspected goes back and forth.

制御系106は、信号検出系制御部121、ブランキング制御部122、ビーム偏向補正制御部123、電子光学系制御部124、ウエハ高さセンサ検査系125、ステージ制御部126により構成されている。制御系106には操作部107が接続されており、操作部107は、操作画面127、画像処理部128、画像・検査データ保持部129、演算部130等により構成されている。操作部107には、外部サーバ131が接続されている。外部サーバ131は、他の検査装置と信号線で接続することが可能であり、検査装置100で得られた検査データ、検査レシピを信号線を介して他の検査装置に転送することも可能である。   The control system 106 includes a signal detection system control unit 121, a blanking control unit 122, a beam deflection correction control unit 123, an electron optical system control unit 124, a wafer height sensor inspection system 125, and a stage control unit 126. An operation unit 107 is connected to the control system 106, and the operation unit 107 includes an operation screen 127, an image processing unit 128, an image / inspection data holding unit 129, a calculation unit 130, and the like. An external server 131 is connected to the operation unit 107. The external server 131 can be connected to another inspection apparatus through a signal line, and the inspection data and inspection recipe obtained by the inspection apparatus 100 can be transferred to another inspection apparatus through the signal line. is there.

次に、上記検査装置100を用いて被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for estimating the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole to be inspected using the inspection apparatus 100 will be described.

(ステップ1)まず、検査装置100の外部サーバ131または移動用記憶媒体から送られて画像・検査データ保持部129に保持されている検査用標準試料の複数のパターン情報を読み出す(図13の工程S1)。パターン情報は、例えば検査用標準試料に形成されたコンタクトホールの直径またはパターン密度である。   (Step 1) First, a plurality of pattern information of the inspection standard sample sent from the external server 131 or the moving storage medium of the inspection apparatus 100 and held in the image / inspection data holding unit 129 is read (step of FIG. 13). S1). The pattern information is, for example, the diameter or pattern density of contact holes formed in the inspection standard sample.

(ステップ2)読み出された検査用標準試料の複数のパターン情報の中から、被検査対象に形成され、検査対象となる不良コンタクトホールの直径およびパターン密度に最も近い検査用標準試料のパターン情報を選び、さらに検査装置100を用いてその選ばれたパターン情報を有する検査用標準試料の二次電子画像を取得する(図13の工程S2)。   (Step 2) The pattern information of the inspection standard sample closest to the diameter and pattern density of the defective contact hole to be inspected, which is formed on the inspection target, from the plurality of pattern information of the read inspection standard sample Further, a secondary electron image of the inspection standard sample having the selected pattern information is acquired using the inspection apparatus 100 (step S2 in FIG. 13).

検査用標準試料の二次電子画像は、例えば以下のように取得することができる。まず、検査用標準試料を検査装置100のカセット載置部119にセットする。次いで検査用標準試料を、ウエハローダ120内に搬送して、検査装置100に導入する。ウエハロードが終了した後、入力された検査条件に基づいて電子光学系制御部124から各部へ二次電子画像を取得する際の電子線照射条件が設定される。その後、入力されたパターン情報によって指定されたパターンが電子光学系101の下にくるようにXYステージ115が移動し、指定されたパターンの二次電子画像が取得される。あるいは、検査用標準試料の一部を標準試料として、ホルダ117上に常時設置しておくこともできる。また、ホルダ117上に設置された標準試料の指定されたパターン上に電子光学系101がくるようにXYステージ115を移動させて指定されたパターンの二次電子画像を取得することもできる。   The secondary electron image of the inspection standard sample can be acquired as follows, for example. First, the inspection standard sample is set on the cassette mounting portion 119 of the inspection apparatus 100. Next, the inspection standard sample is transferred into the wafer loader 120 and introduced into the inspection apparatus 100. After the wafer loading is completed, an electron beam irradiation condition for acquiring a secondary electron image from the electron optical system control unit 124 to each unit is set based on the input inspection conditions. Thereafter, the XY stage 115 moves so that the pattern specified by the input pattern information comes under the electron optical system 101, and a secondary electron image of the specified pattern is acquired. Alternatively, a part of the inspection standard sample can be always set on the holder 117 as a standard sample. It is also possible to acquire a secondary electron image of a designated pattern by moving the XY stage 115 so that the electron optical system 101 is placed on a designated pattern of a standard sample placed on the holder 117.

なお、あらかじめ種々のパターン情報における検査用標準試料の二次電子画像を取得して画像・検査データ保持部129に保持しておき、被検査対象の不良コンタクトホールが検出された際に、逐次、上記検査用標準試料の二次電子画像を演算部130に読み出してもよい。   In addition, secondary electron images of inspection standard samples in various pattern information are acquired in advance and held in the image / inspection data holding unit 129. When a defective contact hole to be inspected is detected, sequentially, A secondary electron image of the inspection standard sample may be read out to the calculation unit 130.

図14(a)に検査用標準試料の二次電子画像の一例、図14(b)に同図(a)の二次電子信号強度の一例を示す。   FIG. 14A shows an example of the secondary electron image of the inspection standard sample, and FIG. 14B shows an example of the secondary electron signal intensity of FIG.

図14(a)に示すように、二次電子画像18上に検査用標準試料のプラグ2の領域および層間絶縁膜6の領域を確認することができ、またプラグ2の正常部3およびプラグ2の擬似欠陥部4を確認することができる。さらに、図14(b)に示すように、プラグ2(正常部3および擬似欠陥部4)部分の信号強度を層間絶縁膜6部分の信号強度よりも大きく検出し、またプラグ2の擬似欠陥部4の信号強度をプラグ2の正常部3の信号強度よりも大きく検出することができる。ここで、図14(b)に示した二次電子信号強度から、例えばコントラストC=(Iplug−Isio2)/Isio2を算出する。このコントラストCは、コンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さによって変わる。図15に、検査用標準試料の二次電子画像から得られたコントラストCとコンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さとの関係を示す。擬似残存膜が厚くなるに従いコントラストCは減少するという関係を有しており、このグラフ図から、後述する(ステップ3)および(ステップ4)において、被検査対象で検出される不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定することができる。ここで、図15に示した検査用標準試料の二次電子画像から得られたコントラストCとコンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さとの関係は、検査装置100の電子光学系101の設定値によって決められる入射電子線の電流値、対物レンズ110、上面電極113、リターディング電源118、検出器111の電圧出力値、XYステージ115、ウエハホルダ117、上面電極113、対物レンズ110、検出器111の設置位置、検出器111の信号増幅率、ウエハ116の汚染、検査装置100に付着した汚染等によって、微妙に変化することがある。そのような場合は、前記設定値を微調整することにより、安定した残存膜厚を推定することが可能となる。   As shown in FIG. 14A, the region of the plug 2 and the region of the interlayer insulating film 6 of the standard sample for inspection can be confirmed on the secondary electron image 18, and the normal part 3 and the plug 2 of the plug 2 can be confirmed. The pseudo-defect portion 4 can be confirmed. Further, as shown in FIG. 14B, the signal intensity of the plug 2 (normal part 3 and pseudo defect part 4) is detected to be larger than the signal intensity of the interlayer insulating film 6, and the pseudo defect part of the plug 2 is detected. 4 can be detected to be larger than the signal strength of the normal portion 3 of the plug 2. Here, for example, contrast C = (Iplug−Isio2) / Isio2 is calculated from the secondary electron signal intensity shown in FIG. This contrast C varies depending on the thickness of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the contact hole. FIG. 15 shows the relationship between the contrast C obtained from the secondary electron image of the inspection standard sample and the thickness of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the contact hole. The contrast C decreases as the pseudo residual film becomes thicker. From this graph, the bottom surface of the defective contact hole detected in the object to be inspected in (step 3) and (step 4) described later. It is possible to estimate the thickness of the unnecessary remaining film remaining on the surface. Here, the relationship between the contrast C obtained from the secondary electron image of the inspection standard sample shown in FIG. 15 and the thickness of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the contact hole is expressed by the electron optical system 101 of the inspection apparatus 100. Current value of the incident electron beam determined by the set value, objective lens 110, upper surface electrode 113, retarding power supply 118, voltage output value of detector 111, XY stage 115, wafer holder 117, upper surface electrode 113, objective lens 110, detection Depending on the installation position of the detector 111, the signal amplification factor of the detector 111, contamination of the wafer 116, contamination attached to the inspection apparatus 100, etc., there may be slight changes. In such a case, it is possible to estimate a stable remaining film thickness by finely adjusting the set value.

(ステップ3)検査装置100を用いて被検査対象の二次電子画像を取得する(図13の工程S3)。   (Step 3) A secondary electron image to be inspected is acquired using the inspection apparatus 100 (step S3 in FIG. 13).

(ステップ4)被検査対象で検出される不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する(図13の工程S4)。上記(ステップ3)において得られた被検査対象の二次電子画像情報は検査装置100の画像処理部128から演算部130へ送られ、被検査対象の二次電子画像からプラグ部分のコントラストCが算出される。さらに演算部130において、その算出結果を図15のグラフ図に当てはめることにより、被検査対象の不良コンタクトホールを特定し、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する。推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さは、欠陥データとして検査装置100の操作画面127に表示され(ステップ5)、画像・検査データ保持部129に保持される(ステップ6)。   (Step 4) The thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole detected in the inspection target is estimated (step S4 in FIG. 13). The secondary electron image information of the inspection target obtained in the above (Step 3) is sent from the image processing unit 128 of the inspection apparatus 100 to the calculation unit 130, and the contrast C of the plug portion from the secondary electron image of the inspection target is determined. Calculated. Further, the calculation unit 130 applies the calculation result to the graph of FIG. 15 to identify the defective contact hole to be inspected and estimate the thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole. The estimated thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole is displayed as defect data on the operation screen 127 of the inspection apparatus 100 (step 5) and held in the image / inspection data holding unit 129 (step 6). ).

(ステップ5)検査ウエハで検出され、推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを、例えば図16に示すように等高線を用いたウエハ面内分布として、または図17(a)に示すようにチップ単位で分類して、または図17(b)に示すように二次電子画像を表示すると同時に、検査装置100の操作画面127に表示する(図13の工程S5)。   (Step 5) The thickness of the unnecessary residual film detected and estimated on the bottom surface of the defective contact hole detected on the inspection wafer, for example, as a wafer in-plane distribution using contour lines as shown in FIG. 16, or FIG. As shown in FIG. 17B, the secondary electron image is displayed on the operation screen 127 of the inspection apparatus 100 (step S5 in FIG. 13).

(ステップ6)検査ウエハで検出され、推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを画像・検査データ保持部129に保持する(図13の工程S6)。外部サーバ131または移動用記憶媒体により他の装置に転送し、他の検査装置またはプロセス管理システムに欠陥データを入力することもできる。   (Step 6) The thickness of the unnecessary remaining film detected on the inspection wafer and remaining on the estimated bottom surface of the defective contact hole is held in the image / inspection data holding unit 129 (step S6 in FIG. 13). It is also possible to transfer the defect data to another apparatus by the external server 131 or the moving storage medium, and input defect data to another inspection apparatus or process management system.

上記(ステップ1)〜(ステップ6)により、被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さが推定され、また欠陥データに関する情報が管理される。なお、同様にして被検査対象のプラグの抵抗値を推定することができる。また、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値、あるいはこれらのウエハ面内分布等を用いてあらかじめデータベースを作成しておき、そのデータベースから自動的に欠陥発生プロセスまたは欠陥発生要因を特定する機構を設けてもよい。また、欠陥発生プロセスの加工条件を微調整する機構を設けてもよい。例えば被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る推定された不要残存膜の厚さに従ってコンタクトホールを加工するドライエッチング時間を微調整する機構を設けてもよい。   By the above (Step 1) to (Step 6), the thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole to be inspected is estimated, and information on the defect data is managed. Similarly, the resistance value of the plug to be inspected can be estimated. In addition, a database is created in advance using the thickness or resistance value of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole, or the distribution in the wafer surface, and the defect generation process or defect generation is automatically performed from the database. A mechanism for identifying the factor may be provided. Further, a mechanism for finely adjusting the processing conditions of the defect generation process may be provided. For example, a mechanism for finely adjusting the dry etching time for processing the contact hole according to the estimated thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole to be inspected may be provided.

このように、本実施の形態1によれば、検査用標準試料1の擬似欠陥部4を被検査対象の不良コンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、検査用標準試料1の二次電子画像の電位コントラストと被検査対象の二次電子画像の電位コントラストとを比較することにより、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を非破壊で、かつ正確に推測することができる。また、検査用標準試料1の表面に被導電性膜17を形成することにより、検査用標準試料1の表面の変質を防ぐことができるので、検査用標準試料1を長期間使用することが可能となる。これらにより、半導体製造過程の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値が高速、かつ高精度に推定されて、欠陥発生プロセスやその原因を早期に特定することができる。また、半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことができる。   As described above, according to the first embodiment, the pseudo defect portion 4 of the inspection standard sample 1 is made of substantially the same material and structure as the defective contact hole to be inspected, and the secondary electrons of the inspection standard sample 1 are formed. By comparing the potential contrast of the image with the potential contrast of the secondary electron image to be inspected, the thickness or resistance value of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole can be estimated nondestructively and accurately. Can do. Further, by forming the conductive film 17 on the surface of the inspection standard sample 1, it is possible to prevent the surface of the inspection standard sample 1 from being altered, so that the inspection standard sample 1 can be used for a long time. It becomes. As a result, the thickness or resistance value of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole in the semiconductor manufacturing process can be estimated at high speed and with high accuracy, and the defect generation process and its cause can be identified early. In addition, feedback to the semiconductor manufacturing process can be performed early.

さらに、本発明である検査用標準試料1を用いて検査装置100の感度校正を行うことにより、検査用標準試料1を検査したときの欠陥検出率の変化から検査装置100の検出感度の状態を日々管理することができるので、検査装置100の異常を早期に発見することも可能となる。また、複数の検査装置100の間で感度校正を行い、一度検査条件を最適化すると、検査レシピを他の検査装置へ転送することによって検査レシピの共有化が可能となるので、複数の検査装置において同一感度の検査を行うことができる。また、同一種類の複数の半導体装置を複数の検査装置で検査する場合、同一感度の検査が可能となるので、プロセス管理上のデータの信頼性を向上することができる。   Further, by performing calibration of the sensitivity of the inspection apparatus 100 using the inspection standard sample 1 according to the present invention, the state of detection sensitivity of the inspection apparatus 100 can be determined from the change in defect detection rate when the inspection standard sample 1 is inspected. Since it can be managed every day, it is possible to detect an abnormality in the inspection apparatus 100 at an early stage. In addition, once the sensitivity is calibrated between the plurality of inspection apparatuses 100 and the inspection conditions are optimized, the inspection recipe can be shared by transferring the inspection recipe to another inspection apparatus. Can be tested with the same sensitivity. In addition, when a plurality of semiconductor devices of the same type are inspected by a plurality of inspection apparatuses, inspection with the same sensitivity becomes possible, so that the reliability of data in process management can be improved.

次に、本実施の形態1による検査方法を用いた被検査対象のコンタクトホールの形成工程の一例を図18を用いて説明する。図18はコンタクトホールの形成工程図である。   Next, an example of a process for forming a contact hole to be inspected using the inspection method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a process diagram for forming contact holes.

まず、半導体基板の主面上に形成された各種半導体素子を覆う層間絶縁膜上に、通常のフォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成する(図18の工程S1)。次に、レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜をドライエッチングにより加工し、コンタクトホールを形成する(図18の工程S2)。次に、アッシングまたは洗浄等の後処理およびイオン注入を行った後、コンタクトホールの内部に導電材料を埋め込むことによりプラグを形成する(図18の工程S3)。その後、本実施の形態1による検査方法を用いて、プラグの導通検査を行い、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値、あるいはこれらのウエハ面内分布等を評価する(図18の工程S4)。その評価結果から不良原因プロセスを同定することにより、早期にフォトリソグラフィ工程(図18の工程S1)やドライエッチング工程(図18の工程S2)へフィードバックすることができる。これにより、半導体装置の歩留まりを早期に向上させることが可能となる。なお、本実施の形態1による検査(図18の工程S4)は、プラグを形成した後(図18の工程S3の後)に行ったが、コンタクトホールを形成した後(図18の工程S2の後)に行ってもよい。   First, a resist pattern is formed by an ordinary photolithography method on an interlayer insulating film that covers various semiconductor elements formed on the main surface of the semiconductor substrate (step S1 in FIG. 18). Next, the interlayer insulating film is processed by dry etching using the resist pattern as a mask to form contact holes (step S2 in FIG. 18). Next, after performing post-processing such as ashing or cleaning and ion implantation, a plug is formed by embedding a conductive material in the contact hole (step S3 in FIG. 18). Thereafter, using the inspection method according to the first embodiment, plug continuity inspection is performed to evaluate the thickness or resistance value of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole, or the distribution in the wafer surface, etc. Step S4 in FIG. By identifying the defect cause process from the evaluation result, it is possible to feed back to the photolithography process (process S1 in FIG. 18) and the dry etching process (process S2 in FIG. 18) at an early stage. Thereby, the yield of the semiconductor device can be improved at an early stage. The inspection according to the first embodiment (step S4 in FIG. 18) was performed after the plug was formed (after step S3 in FIG. 18), but after the contact hole was formed (in step S2 in FIG. 18). You may go after).

(実施の形態2)
本実施の形態2による検査用標準試料の一例を図19を用いて説明する。図19は検査用標準試料の要部断面図である。
(Embodiment 2)
An example of the inspection standard sample according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view of an essential part of a standard sample for inspection.

図19に示すように、検査用標準試料21には、プラグ22の正常部23および擬似欠陥部24が形成されている。正常部23は、半導体基板25上に層間絶縁膜26およびストッパ絶縁膜27を介して形成された下層配線28と、下層配線28上にストッパ絶縁膜29および層間絶縁膜30を介して形成された上層配線31とがプラグ22により接続されており、配線のチェーンが形成されている。プラグ22はストッパ絶縁膜29および層間絶縁膜30に開口されたコンタクトホール32と、そのコンタクトホール32に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜から構成される。下層配線28はストッパ絶縁膜27上の層間絶縁膜34に形成された配線溝35に埋め込まれた金属膜から構成され、上層配線31は層間絶縁膜30上のストッパ絶縁膜36および層間絶縁膜37に形成された配線溝38に埋め込まれた金属膜から構成される。   As shown in FIG. 19, the normal part 23 and the pseudo defect part 24 of the plug 22 are formed in the inspection standard sample 21. The normal part 23 is formed on the semiconductor substrate 25 via the interlayer insulating film 26 and the stopper insulating film 27 and formed on the lower layer wiring 28 via the stopper insulating film 29 and the interlayer insulating film 30. The upper layer wiring 31 is connected by a plug 22 to form a wiring chain. The plug 22 includes a contact hole 32 opened in the stopper insulating film 29 and the interlayer insulating film 30, and a conductive film embedded in the contact hole 32, for example, a metal film. The lower layer wiring 28 is constituted by a metal film embedded in a wiring groove 35 formed in the interlayer insulating film 34 on the stopper insulating film 27, and the upper layer wiring 31 is formed by a stopper insulating film 36 and an interlayer insulating film 37 on the interlayer insulating film 30. It is comprised from the metal film embedded in the wiring groove | channel 38 formed in this.

擬似欠陥部24は、正常部23と同様に、下層配線28と上層配線31とを接続する位置に形成されるが、ストッパ絶縁膜29および層間絶縁膜30に開口されたコンタクトホール32の底面に既知の膜厚または既知の抵抗値を持つ擬似残存膜39が形成され、さらにそのコンタクトホール32に導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ22が埋め込まれており、擬似的に導通不良欠陥が形成されている。   Similar to the normal portion 23, the pseudo defect portion 24 is formed at a position connecting the lower layer wiring 28 and the upper layer wiring 31, but on the bottom surface of the contact hole 32 opened in the stopper insulating film 29 and the interlayer insulating film 30. A pseudo residual film 39 having a known film thickness or a known resistance value is formed, and further, a conductive film, for example, a plug 22 made of a metal film is embedded in the contact hole 32 to form a pseudo conduction defect. Has been.

コンタクトホール32の底面に形成された擬似残存膜39の厚さは300nm以下から数種類が選ばれて、例えば200nm、100nm、50nm、10nmおよび3nmの5種類とすることができる。本実施の形態2では、1枚の検査用標準試料21に1仕様の厚さの擬似残存膜39を形成した。すなわち、例えば上記5種類の厚さの擬似残存膜39を選んだ場合は5枚の検査用標準試料21が用意される。なお、1枚の検査用標準試料21に複数仕様の厚さの擬似残存膜39を形成してもよい。擬似残存膜39の材料は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、有機系の絶縁膜、低誘電率膜、高誘電率膜、窒化チタン、シリコンコバルト、レジスト等である。   Several types of thicknesses of the pseudo residual film 39 formed on the bottom surface of the contact hole 32 are selected from 300 nm or less, for example, five types of 200 nm, 100 nm, 50 nm, 10 nm, and 3 nm can be used. In the second embodiment, a pseudo residual film 39 having a thickness of one specification is formed on one inspection standard sample 21. That is, for example, when the five types of pseudo residual films 39 are selected, five inspection standard samples 21 are prepared. Note that the pseudo residual film 39 having a plurality of thicknesses may be formed on one inspection standard sample 21. The material of the pseudo residual film 39 is, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, an organic insulating film, a low dielectric constant film, a high dielectric constant film, titanium nitride, silicon cobalt, a resist, or the like.

また、二次電子画像の電位コントラストは、パターン表面の帯電量に依存して変化することから、コンタクトホール32の直径または密度、あるいは上層配線31の配線幅、配線長または密度に依存する。そこで、検査用標準試料21には、直径または密度が互いに異なる複数種類のコンタクトホール32、あるいは配線幅、配線長または密度が互いに異なる複数種類の上層配線31が形成される。   Further, since the potential contrast of the secondary electron image changes depending on the charge amount on the pattern surface, it depends on the diameter or density of the contact hole 32 or the wiring width, wiring length or density of the upper layer wiring 31. Therefore, a plurality of types of contact holes 32 having different diameters or densities, or a plurality of types of upper layer wirings 31 having different wiring widths, wiring lengths, or densities are formed in the inspection standard sample 21.

検査用標準試料21の最表面に非導電性膜40を形成してもよく、これにより、経時変化によるパターン表面の変質を防ぐことができる。   The non-conductive film 40 may be formed on the outermost surface of the inspection standard sample 21, thereby preventing the pattern surface from being deteriorated due to a change with time.

次に、本実施の形態2による検査用標準試料の製造方法の一例を図20〜図27を用いて工程順に説明する。図20〜図27は検査用標準ウエハの要部断面図である。   Next, an example of a method for producing a test standard sample according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 20 to 27 are cross-sectional views of main parts of a standard wafer for inspection.

まず、図20に示すように、半導体基板25の主面上に層間絶縁膜26を形成する。続いて層間絶縁膜26上にストッパ絶縁膜27を形成する。層間絶縁膜26は、例えばプラズマCVD法により形成されたTEOS膜、ストッパ絶縁膜27は、例えば窒化シリコン膜とすることができる。   First, as shown in FIG. 20, an interlayer insulating film 26 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 25. Subsequently, a stopper insulating film 27 is formed on the interlayer insulating film 26. The interlayer insulating film 26 can be a TEOS film formed by, for example, a plasma CVD method, and the stopper insulating film 27 can be a silicon nitride film, for example.

次に、図21に示すように、ストッパ絶縁膜27上に層間絶縁膜34を形成した後、層間絶縁膜34上にレジストパターン41を形成する。続いてレジストパターン41をマスクとして層間絶縁膜34を加工し、配線溝35を形成する。   Next, as shown in FIG. 21, after forming an interlayer insulating film 34 on the stopper insulating film 27, a resist pattern 41 is formed on the interlayer insulating film 34. Subsequently, the interlayer insulating film 34 is processed using the resist pattern 41 as a mask to form a wiring groove 35.

次に、図22に示すように、レジストパターン41を除去し、洗浄処理を行った後、配線溝35の内部を含む層間絶縁膜34上に金属膜を堆積し、例えばCMP法でこの金属膜の表面を平坦化することによって配線溝35の内部に下層配線28を形成する。   Next, as shown in FIG. 22, after removing the resist pattern 41 and performing a cleaning process, a metal film is deposited on the interlayer insulating film 34 including the inside of the wiring trench 35, and this metal film is formed by, for example, CMP. The lower layer wiring 28 is formed inside the wiring groove 35 by flattening the surface of the wiring.

次に、図23に示すように、下層配線28および層間絶縁膜34上にストッパ絶縁膜29および層間絶縁膜30を順次堆積した後、層間絶縁膜30上にレジストパターン42を形成する。続いてレジストパターン42をマスクとして層間絶縁膜30およびストッパ絶縁膜29を加工し、コンタクトホール32を形成する。   Next, as shown in FIG. 23, a stopper insulating film 29 and an interlayer insulating film 30 are sequentially deposited on the lower wiring 28 and the interlayer insulating film 34, and then a resist pattern 42 is formed on the interlayer insulating film 30. Subsequently, using the resist pattern 42 as a mask, the interlayer insulating film 30 and the stopper insulating film 29 are processed to form contact holes 32.

次に、図24に示すように、レジストパターン42を除去し、洗浄処理を行った後、半導体基板25の主面上に、例えば熱酸化法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマCVD法等により200nm以下の厚さの擬似残存膜39を形成する。   Next, as shown in FIG. 24, after removing the resist pattern 42 and performing a cleaning process, the main surface of the semiconductor substrate 25 is 200 nm by a thermal oxidation method, a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma CVD method, or the like. A pseudo residual film 39 having the following thickness is formed.

次に、図25に示すように、擬似欠陥部24を覆うレジストパターン43を形成した後、図26に示すように、レジストパターン43をマスクとして擬似残存膜39をエッチングし、擬似欠陥部24にのみ擬似残存膜39を残す。   Next, as shown in FIG. 25, after forming a resist pattern 43 covering the pseudo defect portion 24, the pseudo residual film 39 is etched using the resist pattern 43 as a mask as shown in FIG. Only the pseudo residual film 39 is left.

次に、図27に示すように、レジストパターン43を除去し、洗浄処理を行った後、コンタクトホール32の内部を含む層間絶縁膜30上および擬似残存膜39上に金属膜を堆積し、例えばCMP法でこの金属膜の表面を平坦化することによってコンタクトホール32の内部に金属膜を埋め込みプラグ22を形成する。続いて層間絶縁膜30上およびプラグ22上にストッパ絶縁膜36および層間絶縁膜37を順次堆積した後、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより層間絶縁膜37およびストッパ絶縁膜36を加工し、配線溝38を形成する。続いて配線溝38の内部を含む層間絶縁膜37上に金属膜を堆積し、例えばCMP法でこの金属膜の表面を平坦化することによって配線溝38の内部に上層配線31を形成する。さらに検査用標準試料21の最表面に、厚さ100nm以下の非導電性膜40を形成してもよい。以上の工程により、検査用標準試料21が略完成する。   Next, as shown in FIG. 27, after removing the resist pattern 43 and performing a cleaning process, a metal film is deposited on the interlayer insulating film 30 including the inside of the contact hole 32 and the pseudo residual film 39, for example, By planarizing the surface of this metal film by CMP, a metal film is embedded in the contact hole 32 to form a plug 22. Subsequently, a stopper insulating film 36 and an interlayer insulating film 37 are sequentially deposited on the interlayer insulating film 30 and the plug 22, and then the interlayer insulating film 37 and the stopper insulating film 36 are processed by etching using a resist pattern as a mask. 38 is formed. Subsequently, a metal film is deposited on the interlayer insulating film 37 including the inside of the wiring groove 38, and the upper layer wiring 31 is formed in the wiring groove 38 by flattening the surface of the metal film by, for example, CMP. Furthermore, a nonconductive film 40 having a thickness of 100 nm or less may be formed on the outermost surface of the inspection standard sample 21. The inspection standard sample 21 is substantially completed through the above steps.

ところで、擬似残存膜39を成膜すると、通常、コンタクトホール32の側壁にも擬似残存膜39は形成される。しかし、擬似残存膜39の厚さをコンタクトホール32の直径の1割以下とすることにより、側壁に形成された擬似残存膜39の影響を無視することが可能である。さらに精密な評価を必要とする場合は、熱酸化法またはプラズマCVD法等の非等方的な成膜方法により擬似残存膜39を形成することにより、コンタクトホール32の側壁への成膜を抑えて、コンタクトホール32の底部へ主とした成膜が可能である。   By the way, when the pseudo residual film 39 is formed, the pseudo residual film 39 is usually formed also on the side wall of the contact hole 32. However, by setting the thickness of the pseudo residual film 39 to 10% or less of the diameter of the contact hole 32, the influence of the pseudo residual film 39 formed on the side wall can be ignored. When more precise evaluation is required, the pseudo residual film 39 is formed by an anisotropic film forming method such as a thermal oxidation method or a plasma CVD method, thereby suppressing the film formation on the side wall of the contact hole 32. Thus, film formation mainly on the bottom of the contact hole 32 is possible.

このように、本実施の形態2によれば、検査用標準試料21の擬似欠陥部24を被検査対象の不良コンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、検査用標準試料21の二次電子画像の電位コントラストと被検査対象の二次電子画像の電位コントラストとを比較することにより、前述した実施の形態1と同様に、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを非破壊で、かつ正確に推測することができる。   As described above, according to the second embodiment, the pseudo defect portion 24 of the inspection standard sample 21 is made of substantially the same material and structure as the defective contact hole to be inspected, and the secondary electrons of the inspection standard sample 21 are formed. By comparing the potential contrast of the image with the potential contrast of the secondary electron image of the object to be inspected, the thickness of the unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the defective contact hole can be nondestructive as in the first embodiment. And can be estimated accurately.

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。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明の半導体装置の製造方法は、例えば半導体装置に形成されるコンタクトホールの不良を検出する検査工程に利用することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be used, for example, in an inspection process for detecting a defect in a contact hole formed in a semiconductor device.

本発明の実施の形態1による二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the electric potential contrast of the secondary electron image by Embodiment 1 of this invention, and the thickness of the nonelectroconductive film | membrane which remains on the bottom face of a contact hole. 本発明の実施の形態1による検査用標準試料の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the test | inspection standard sample by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による検査用標準試料の製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the test standard sample by Embodiment 1 of this invention. 図3に続く検査用標準試料の製造工程中の図3と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the same portion as FIG. 3 in the manufacturing process of the inspection standard sample subsequent to FIG. 3. 本発明の実施の形態1による露光用レチクルの要部上面図である。It is a principal part top view of the reticle for exposure by Embodiment 1 of this invention. 図4に続く検査用標準試料の製造工程中の図3と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the same portion as FIG. 3 in the manufacturing process of the inspection standard sample subsequent to FIG. 4. 図6に続く検査用標準試料の製造工程中の図3と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of the same portion as FIG. 3 in the manufacturing process of the inspection standard sample subsequent to FIG. 6. 本発明の実施の形態1による露光用レチクルの要部上面図である。It is a principal part top view of the reticle for exposure by Embodiment 1 of this invention. 図7に続く検査用標準試料の製造工程中の図3と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 3 during the manufacturing process of the inspection standard sample subsequent to FIG. 7; 図9に続く検査用標準試料の製造工程中の図3と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 3 during the manufacturing process of the inspection standard sample following FIG. 9; 本発明の実施の形態1によるその最表面に非導電性膜を形成した検査用標準試料の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the test standard sample which formed the nonelectroconductive film | membrane in the outermost surface by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the test | inspection apparatus which estimates the thickness of the unnecessary residual film | membrane which remains on the bottom face of the defective contact hole of the test object by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査方法の工程図である。It is process drawing of the test | inspection method which estimates the thickness of the unnecessary residual film | membrane which remains on the bottom face of the defective contact hole by Embodiment 1 of this invention. (a)および(b)はそれぞれ検査用標準試料の二次電子画像および二次電子の信号強度分布である。(A) and (b) are the secondary electron image and secondary electron signal intensity distribution of the inspection standard sample, respectively. 本実施の形態1による検査用標準試料の二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the electric potential contrast of the secondary electron image of the test | inspection standard sample by this Embodiment 1, and the thickness of the pseudo residual film | membrane formed in the bottom face of a contact hole. 本実施の形態1による推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのウエハ面内分布である。This is a distribution in the wafer surface of the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the defective contact hole estimated according to the first embodiment. (a)および(b)はそれぞれ推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのチップ単位分類および検査装置の画面表示である。(A) and (b) are the chip unit classification of the thickness of the unnecessary residual film remaining on the bottom surface of the estimated defective contact hole and the screen display of the inspection apparatus. 本発明の実施の形態1による被検査対象に形成されるコンタクトホールの形成工程図である。It is a formation process figure of the contact hole formed in the to-be-inspected object by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2による検査用標準試料の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the test | inspection standard sample by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による検査用標準試料の製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the test standard sample by Embodiment 2 of this invention. 図20に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 20 during the manufacturing process of the inspection standard sample following FIG. 20. 図21に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the same location as FIG. 20 in the manufacturing process of the test standard sample following FIG. 図22に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 20 during a manufacturing step of the inspection standard sample continued from FIG. 22; 図23に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 24 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 20 in the manufacturing process of the standard sample for inspection following FIG. 23. 図24に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 25 is a main-portion cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 20 in the manufacturing process of the inspection standard sample continued from FIG. 図25に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the same location as FIG. 20 in the manufacturing process of the test standard sample following FIG. 図26に続く検査用標準試料の製造工程中の図20と同じ箇所の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the same location as FIG. 20 in the manufacturing process of the test standard sample following FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 検査用標準試料
2 プラグ
3 正常部
3a コンタクトホールパターン
4 擬似欠陥部
4a コンタクトホールパターン
5 半導体基板
6 層間絶縁膜
7 コンタクトホール
8 擬似残存膜
9 ウェル
10 拡散層
11 レジストパターン
12 レチクル
13 マーク
14 レジストパターン
15 レチクル
16 欠陥パターン
17 非導電性膜
18 二次電子画像
21 検査用標準試料
22 プラグ
23 正常部
24 擬似欠陥部
25 半導体基板
26 層間絶縁膜
27 ストッパ絶縁膜
28 下層配線
29 ストッパ絶縁膜
30 層間絶縁膜
31 上層配線
32 コンタクトホール
34 層間絶縁膜
35 配線溝
36 ストッパ絶縁膜
37 層間絶縁膜
38 配線溝
39 擬似残存膜
40 非導電性膜
41,42,43 レジストパターン
100 検査装置
101 電子光学系
102 ステージ機構系
103 ウエハ搬送系
104 真空排気系
105 光学顕微鏡制御系
106 制御系
107 操作部
108 電子銃
109 コンデンサレンズ
110 対物レンズ
111 検出器
112 偏向器
113 上面電極
114 ウエハ高さ検出器
115 XYステージ
116 ウエハ
117 ホルダ
118 リターディング電源
119 カセット載置部
120 ウエハローダ
121 信号検出系制御部
122 ブランキング制御部
123 ビーム偏向補正制御部
124 電子光学系制御部
125 ウエハ高さセンサ検査系
126 ステージ制御部
127 操作画面
128 画像処理部
129 画像・検査データ保持部
130 演算部
131 外部サーバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Standard sample for inspection 2 Plug 3 Normal part 3a Contact hole pattern 4 Pseudo defect part 4a Contact hole pattern 5 Semiconductor substrate 6 Interlayer insulating film 7 Contact hole 8 Pseudo residual film 9 Well 10 Diffusion layer 11 Resist pattern 12 Reticle 13 Mark 14 Resist Pattern 15 Reticle 16 Defect pattern 17 Nonconductive film 18 Secondary electron image 21 Standard sample for inspection 22 Plug 23 Normal part 24 Pseudo defect part 25 Semiconductor substrate 26 Interlayer insulating film 27 Stopper insulating film 28 Lower layer wiring 29 Stopper insulating film 30 Interlayer Insulating film 31 Upper layer wiring 32 Contact hole 34 Interlayer insulating film 35 Wiring groove 36 Stopper insulating film 37 Interlayer insulating film 38 Wiring groove 39 Pseudo residual film 40 Non-conductive films 41, 42, 43 Resist pattern 100 Inspection apparatus 101 Electro-optical system 102 The Rotation mechanism system 103 Wafer transfer system 104 Vacuum exhaust system 105 Optical microscope control system 106 Control system 107 Operation unit 108 Electron gun 109 Condenser lens 110 Objective lens 111 Detector 112 Deflector 113 Upper surface electrode 114 Wafer height detector 115 XY stage 116 Wafer 117 Holder 118 Retarding power supply 119 Cassette mounting unit 120 Wafer loader 121 Signal detection system control unit 122 Blanking control unit 123 Beam deflection correction control unit 124 Electro-optical system control unit 125 Wafer height sensor inspection system 126 Stage control unit 127 Operation screen 128 Image processing unit 129 Image / inspection data holding unit 130 Calculation unit 131 External server

Claims (5)

以下の検査工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法:
(a)互いにコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値が異なる複数の検査用標準試料を用意する工程;
(b)前記複数の検査用標準試料にそれぞれ電子線を照射して、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストをそれぞれ取得する工程;
(c)前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係を取得する工程;
(d)被検査対象に電子線を照射して、前記被検査対象が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストを取得する工程;
(e)前記(c)工程で取得した前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係から、前記被検査対象が有するコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を推定する工程、
ここで、前記工程(a)で用意される前記複数の検査用標準試料は、以下の工程を含む:
(a1)半導体基板の主面上に絶縁膜を堆積する工程、
(a2)前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程、
(a3)前記コンタクトホールの内部を含む前記絶縁膜上に300nm以下の厚さの前記擬似残存膜を形成する工程、
(a4)擬似欠陥部のコンタクトホールをマスクパターンで覆い、擬似欠陥部以外の領域の擬似残存膜を除去する工程、
(a5)前記コンタクトホールの内部に導電性膜を埋め込む工程。
A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following inspection steps:
(A) preparing a plurality of inspection standard samples having different thicknesses or resistance values of pseudo residual films formed on the bottom surfaces of the contact holes;
(B) irradiating each of the plurality of inspection standard samples with an electron beam to obtain potential contrasts of secondary electron images of contact holes of the plurality of inspection standard samples;
(C) A potential contrast of a secondary electron image of a contact hole included in the plurality of inspection standard samples and a thickness or a resistance value of a pseudo residual film formed on a bottom surface of the contact hole included in the plurality of inspection standard samples. Obtaining a relationship;
(D) irradiating an object to be inspected with an electron beam to obtain a potential contrast of a secondary electron image of a contact hole of the object to be inspected;
(E) The pseudo residual film formed on the potential contrast of the secondary electron images of the contact holes of the plurality of inspection standard samples obtained in the step (c) and the bottom surfaces of the contact holes of the plurality of inspection standard samples Estimating the thickness or resistance value of an unnecessary remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole of the object to be inspected from the relationship with the thickness or resistance value of
Here, the plurality of inspection standard samples prepared in the step (a) includes the following steps:
(A1) depositing an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
(A2) forming a contact hole in the insulating film;
(A3) forming the pseudo residual film having a thickness of 300 nm or less on the insulating film including the inside of the contact hole;
(A4) a step of covering the contact hole of the pseudo defect portion with a mask pattern and removing the pseudo residual film in a region other than the pseudo defect portion;
(A5) A step of embedding a conductive film in the contact hole.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記(a5)工程の後に、前記半導体基板の主面上に非導電性膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a non-conductive film is formed on a main surface of the semiconductor substrate after the step (a5). 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールは、前記半導体基板に接していることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein contact holes of the plurality of inspection standard samples are in contact with the semiconductor substrate. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板に不純物を導入して形成された拡散層に前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールが接していることを特徴とする半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein contact holes of the plurality of inspection standard samples are in contact with a diffusion layer formed by introducing impurities into the semiconductor substrate. Production method. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールは、下層配線と上層配線との間の絶縁膜に、前記下層配線および前記上層配線に接して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。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the contact holes of the plurality of test standard samples are formed in an insulating film between the lower layer wiring and the upper layer wiring in contact with the lower layer wiring and the upper layer wiring. A method for manufacturing a semiconductor device.
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