検査装置及び検査方法
【課題】導電膜と絶縁膜が交互に積層された積層体に形成されたコンタクトホールの異常を検出できる検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る検査装置は、積層体に電子線を照射する電子線照射部と、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、比較部での比較結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定する判定部と、を具備する。
【解決手段】実施形態に係る検査装置は、積層体に電子線を照射する電子線照射部と、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、比較部での比較結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定する判定部と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に関する実施形態は、半導体デバイスの検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの歩留まりを向上させるためには、製造工程において半導体デバイスの異常を早期に検出し、該異常を製造工程にフィードバックすることが欠かせない。例えば、コンタクトホールが形成されている領域に電子線を照射し、該コンタクトホールの貫通電流もしくは二次電子を計測して閾値と比較することにより、コンタクトホールが所望の深さまで形成されているかどうかを検査するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、三次元積層技術を使用したメモリが提案されている。このメモリでは、導電膜（多結晶シリコン）と絶縁膜（酸化シリコン）を交互に複数積層したのち、この積層体にコンタクトホールを一気に形成する手法が採られている。
この、三次元積層技術を採用したメモリでは、コンタクトホールが所望の深さまで形成されていない場合でも、コンタクトホール底近傍の導電膜を通じて電荷が拡散してしまうため、貫通電流もしくは二次電子を計測すること自体が難しくなる。また、貫通電流もしくは二次電子が計測できたとしても、コンタクトホールが複数あるどの層まで貫通しているかを検出することはできず、異常が存在する箇所（層）を特定することは難しい。
【０００５】
本実施形態は、導電膜と絶縁膜が交互に積層された積層体に形成されたコンタクトホールの異常を検出できる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る検査装置は、積層体に電子線を照射する電子線照射部と、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、比較部での比較結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定する判定部と、を具備する。
【０００７】
実施形態に係る検査方法は、積層体に電子線を照射するステップと、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測するステップと、計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較するステップと、比較の結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定するステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体メモリの構造を示した断面図。
【図２】半導体メモリの上面図。
【図３】第１の実施形態に係る検査装置の構成を示した図。
【図４】第１の実施形態に係る検査装置の機能構成を示した図。
【図５】第１の実施形態に係る検査装置による検査結果を示した図。
【図６】第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図。
【図７】第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図。
【図８】異常コンタクトホールが存在する場合のトンネル電流値の波形の一例を示した概略図。
【図９】第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャート。
【図１０】第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャート。
【図１１】その他の実施形態に係る検査方法を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
【００１０】
図１は、半導体メモリの構造を示した断面図である。図２は、半導体メモリの上面図である。初めに、図１及び図２を参照して、検査対象である、三次元積層技術を使用したメモリ（以下、三次元積層型フラッシュメモリと称する）の構造について説明する。なお、この第１の実施形態では、三次元積層技術をＮＡＮＤ型フラッシュメモリに応用した場合を例に説明する。
【００１１】
図１に示すように三次元積層型フラッシュメモリは、半導体基板（ウェハ）２１上にシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、ポリシリコン膜からなる導電層３とが交互に積層された構造を有する。図２に示すように、三次元積層型フラッシュメモリには、複数のコンタクトホール４が形成されている。三次元積層型フラッシュメモリは、平面構造のＮＡＮＤ型フラッシュメモリを、縦方向に立体化したものを複数並べた構造をしており、絶縁層２と導電層３の積層数を増やすだけでメモリの集積度を向上させることができる利点を有する。
【００１２】
三次元積層型フラッシュメモリは、ウェハ２１のほぼ全面上に絶縁層２と導電層３とを交互に積層したのち、コンタクトホール４をドライエッチングにより形成する。このため、積層体５を構成する絶縁層２と導電層３は、ウェハ２１のほぼ全面上に連続した膜として形成される。また、ドライエッチングの際、ウェハ２１のベベル部分についてもエッチングを行い、積層体５のベベル部分における端面を平坦化している。この第１の実施形態では、上記ドライエッチング後に、ウェハ２１のベベル部分における積層体５の端面でトンネル電流値を計測することによりコンタクトホール４の異常を検査する。
【００１３】
なお、図１及び図２に示した三次元積層型フラッシュメモリの構造は、作成途中のものであり、コントロールゲートや選択ゲート等の周辺部分については図示を省略している。
【００１４】
図３は、第１の実施形態に係る検査装置１０の構成の一例を示した構成図である。図４は、第１の実施形態に係る検査装置の機能構成を示した図である。以下、図３及び図４を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の構成及び機能について説明する。
【００１５】
検査装置１０は、オープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３、計測室１４、制御装置１５、ＵＩＦ（User Interface）１６を具備し、ウェハ２１に形成されたコンタクトホールの異常を検出する。
【００１６】
収容器２０は、検査対象である三次元積層型フラッシュメモリが形成されたウェハ２１を収容する容器であり、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）やＳＭＩＦ（Standard of Mechanical Interface）Ｐｏｄ等であり、ＬｏｔＩＤ（識別子）が付与されている。
【００１７】
オープナー１１は、収容器２０のドアを開閉する。また、オープナー１１には、収容器２０のＩＤを読みとる機構（例えば、バーコードリーダや二次元コードリーダ）が設けられており、読みとられたＬｏｔＩＤは制御装置１５へ送信される。
【００１８】
アライナ１２は、ウェハ２１のエッジを複数点検出し、偏心補正（ウェーハ中心補正）を行う。また、アライナ１２は、ウェハ２１のノッチもしくはオリエンタルフラット（以下、ノッチ等と称する）を検出する。さらに、アライナ１２は、ウェハ２１を回転させて、ノッチ等を予め定められた位置まで移動させる。これにより、ウェハ２１の向きをそろえて搬送することができる。
【００１９】
搬送ロボット１３は、オープナー１１、アライナ１２及び計測室１４との間でウェハ２１を搬送する。搬送ロボット１３は、ウェハ２１を搬送するアームを具備する。アームには、真空チャックまたはクランプが備えられている。この真空チャックまたはクランプにより、ウェハ２１はアームにしっかりと保持される。
【００２０】
計測室１４は、ゲートバルブ１０１、ステージ１０２、駆動機構１０３、計測機構１０４、電子線照射機構１０５を備える。また、計測室１４は、図示しない真空ポンプに接続されており、ウェハ２１の検査時には計測室１４内が真空引きされる。
【００２１】
ゲートバルブ１０１は、ＣＤＡ（Clean Dry Air）もしくはドライＮ２により駆動され開閉する。ゲートバルブ１０１は、搬送ロボット１３が計測室１４内へウェハ２１を搬送する際にオープン（開）し、ウェハ２１が計測室１４内へ搬送され、搬送ロボット１３が安全位置へ退避するとクローズ（閉）する。
【００２２】
ステージ１０２は、真空チャックもしくは静電チャックを具備し、搬送ロボット１３により搬送されたウェハ２１を保持する。
【００２３】
駆動機構１０３は、ステージ１０２を縦方向（Ｘ軸方向）に駆動する第１のモータと、ステージ１４を横軸方向（Ｙ軸方向）に駆動する第２のモータと、ステージ１０２を回転方向（θ方向）に駆動する第３のモータを備える。駆動機構１０３は、第１，第２のモータによりステージ１０２をＸ−Ｙ方向に駆動すると共に、第３のモータによりステージ１０２を回転方向に駆動する。なお、第１，第２のモータの代わりにエアスライダを用いてステージ１０２を駆動してもよい。
【００２４】
電子線照射機構１０５は、内部に電子銃、該電子銃から放出される電子線を集束する電子レンズ及び電子ビーム走査偏向器等を備える。電子線照射機構１０５は、ステージ１０２上に載置されたウェハ２１へ電子線を照射する。なお、電子レンズや電子ビーム走査偏向器等により、電子線のスポット径や照射位置を変更することが可能である。
【００２５】
計測機構１０４は、絶縁層２と導電層３から構成される積層体５の端面の形状を調べるための第１のカンチレバーと、この積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する第２のカンチレバーを備える。なお、以下の説明では、積層体５の端面から一定の距離を保った状態でカンチレバーを上下に移動させることを「走査」と称する。
【００２６】
この第１の実施形態では、原子間力を利用して積層体５の端面の形状を調べる。具体的には、第１のカンチレバーを圧電素子等で振動させながら、ウェハ２１上に形成された絶縁層と導電層との積層体５の端面近く（数ナノメートル）を走査する。端面との距離に応じて、端面と第１のカンチレバーの間に働く原子間力が変化するため、端面との距離に応じて、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が変化する。このため、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が一定となるように、第１のカンチレバーを動作させることで積層体５の端面の形状を調べることができる。
【００２７】
次に、ウェハ２１上の任意の位置に電子線を照射しながら、第２のカンチレバーで積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する。トンネル電流値を計測は、第１のカンチレバーの走査位置をトレースしながら行う。第１のカンチレバーの走査位置をトレースすることで、積層体５の端面と一定の距離を保ちながらトンネル電流値を計測することができる。
【００２８】
なお、第１のカンチレバーの走査位置を第２のカンチレバーでトレースする場合、第１のカンチレバーと第２のカンチレバーとの相対的な位置の違いをオフセットとして記憶しておき、このオフセットを考慮して第１のカンチレバーの走査位置を第２のカンチレバーでトレースすることに留意する。
【００２９】
また、第１のカンチレバーによる積層体５の端面の形状調査には、上記以外にも種々の方法をとり得る。例えば、第１のカンチレバーの先端を積層体５の端面に接触させ、その際に生じる第１のカンチレバーのしなりを計測し、このしなりにから積層体５の端面の形状を調べてもよい。しなりの計測は、第１のカンチレバーの先端にレーザー光を照射して、反射させ、この反射したレーザー光の位置の変化から推定すればよい。また、第１のカンチレバーと第２のカンチレバーを、一つのカンチレバーで共用するようにしてもよい。
【００３０】
ＵＩＦ１６は、ユーザ（オペレータ）からの指示を受け付け、受け付けた指示を制御装置１５へ入力する入力手段（例えば、キーボードやマウス）と、検査装置１０の操作に必要な情報を表示するディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube））を備える。
【００３１】
制御装置１５は、ＨＤＤ２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３を備え、ＵＩＦ１６から入力される指示に基づいてオープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３及び計測室１４を制御し、ウェハ２１上の積層体５に形成されたコンタクトホールの異常を検出する。
【００３２】
図４に示す機能は、制御装置１５が備えるハードウェア（ＨＤＤ２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３）により実現される。具体的には、ＣＰＵ２０２が、ＨＤＤ２０１もしくはメモリ２０３に記録されているプログラムを実行することで以下に説明する機能が実現される。
【００３３】
以下、各機能構成について説明する。
第１のＤＢ（Database）３０１には、計測レシピが半導体デバイスの機種毎に記憶されている。計測レシピは、複数の計測条件（例えば、電子線の照射位置及び電子線のスポット径（例えば、１ｍｍ×１ｍｍ）、ウェハ２１におけるトンネル電流値の計測位置、及び第１，第２のカンチレバーの上下方向の移動量）及び積層体５を構成する各層（絶縁膜２及び導電膜３）の膜厚データから構成される。なお、第１のＤＢ（Database）３０１には、ウェハ２１の半導体デバイスが形成されている領域を複数の領域に分割し、この分割した各領域の位置情報が電子線の照射位置として記憶されている。
【００３４】
さらに第１のＤＢ３０１には、計測機構１０４で計測されるトンネル電流値が正常であるか否かを判定するための閾値が計測レシピ毎に記憶されている。閾値は、予め実験等により決定される。
【００３５】
第２のＤＢ３０２には、積層体５の端面の形状を調べた際に第１のカンチレバーが走査した位置情報（以下、走査位置情報と称する）、及び電子線３０１の照射しながらカンチレバー３０２で計測されたトンネル電流値の波形が、ＬｏｔＩＤ及びＷａｆｅｒＩＤから構成される識別子と共に記憶される。ＷａｆｅｒＩＤは、制御装置１５により付与される。なお、トンネル電流値の波形の形状については、図８を参照して後述する。
【００３６】
更新部３０３は、第２のＤＢ３０２に記憶されているデータ（電子線の照射領域の位置情報及びトンネル電流値の波形）を更新する。
【００３７】
送受信部３０４は、オープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３及び計測室１４、ＵＩＦ１６及び図示しないホストコンピュータ（以下、単にホストと称する）との間でデータ及び制御信号等を送受信する。ホストとの通信は、例えば、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials institute）で規定されるＳＥＣＳ（SEMI Equipment Communications Standard）やＧＥＭ３００（Generic Equipment Model for 300mm wafer）等の方式に基づいて行われる。
【００３８】
搬送制御部３０５は、オープナー１１、アライナ１２及び搬送ロボット１３、ゲートバルブ１０１、ステージ１０２等から構成される搬送機構を制御する。
【００３９】
計測部３０６は、計測室１４が備えるステージ１０２、駆動機構１０３、計測機構１０４、電子線照射機構１０５を制御して、絶縁層２と導電層３から構成される積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する。
【００４０】
比較部３０７は、第２のＤＢ３０２に記憶されているトンネル電流値の波形と、第１のＤＢ３０１に記憶されている閾値と比較し、半導体デバイスの異常を検出する。
【００４１】
算出部３０８は、比較部３０７による比較に結果、異常が検出された場合、積層体５を構成する複数の層のうちのどの層に異常があったかを掲載により算出する。算出部３０８は、異常が検出された際の第２のカンチレバーの移動距離と、計測レシピとして記憶されている積層体５を構成する各層（絶縁膜２及び導電膜３）の膜厚データに基づいて異常が検出された層を算出する。
【００４２】
具体的には、第２のカンチレバーの上下方向の移動量Ｌと第１層目の膜厚ＴＮとの比較を行い、第１層目の膜厚Ｔ１から第Ｎ層目の膜厚ＴＮの合計ＴＭよりも小さな値となるまで、ＬとＴＭの比較を繰り返し、Ｌの値が、ＴＭよりも小さな値となった際のＮの値から１を引いた値の層を異常層と判定する（Ｎ，Ｍ：１以上の自然数）。
【００４３】
表示部３０９は、検査結果をＵＩＦ１６のディスプレイに表示する。図５は、第１の実施形態に係る検査装置１０による検査結果の一例を示した図である。図５に示すように、第１の実施形態では、異常コンタクトホールの存在する位置を導電層３毎に表示する。このため、オペレータは、どの導電層３のどの位置に、どれだけの異常コンタクトホールが存在するかを容易に認識することができ、該異常を容易に製造工程にフィードバックできる。
【００４４】
図６及び図７は、第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図である。図８は、異常コンタクトホールが存在する場合のトンネル電流値の波形の一例を示した概略図である。以下、図６〜図８を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の検査方法について説明する。
【００４５】
計測部３０６は、第２のＤＢ３０２を参照して、計測レシピの計測条件を取得すると、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、ウェハ２１上に形成されている半導体デバイスに電子線４０１を照射する（図７参照）。
【００４６】
次に、計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、第１のカンチレバーにより取得された走査位置情報に基づいて絶縁体２と導電帯３の積層体５の端面と一定の距離を保って第２のカンチレバー４０２を走査し、該端面におけるトンネル電流値を計測する（図８参照）。
【００４７】
更新部３０３は、第２の計測部３０６が計測した積層体５の端面におけるトンネル電流値の波形を第２のＤＢ３０２に記憶する（図８参照）。絶縁層２の端面近傍では、トンネル電流値が小さくなり、導電層３の端面近傍では、トンネル電流値が大きくなる。また、複数の絶縁層２及び導電層３から構成される積層体４に設けられたコンタクトホール４が貫通せずに積層体５の途中までしか貫通していない場合、該異常コンタクトホール底の導電膜３から電荷が拡散するため、計測されるトンネル電流値が非常に大きくなる。
【００４８】
つまり、トンネル電流値は、絶縁層２近傍では小さくなり、導電層３近傍では大きくなる。さらに、異常コンタクトホールがある場合は、異常コンタクトホール底近に存在する導電層３近傍のトンネル電流値は、非常に大きくなる。このため、検査対象に異常コンタクトホールが複数存在する場合、トンネル電流値は、図８に示すような波形となる。
【００４９】
図９及び図１０は、第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャートである。以下、図９及び図１０を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の動作について説明する。
【００５０】
（ステップＳ１０１）
搬送機械（例えば、ＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）やＯＨＶ（Over Head Vehicle））もしくはオペレータにより、収容器２０がオープナー１１にセットされると、搬送制御部３０５は、オープナー１１を制御して、収容器２０のＩＤを読みとって制御装置１５へ送信すると共に、収容器２０のドアをオープンする。
【００５１】
（ステップＳ１０２）
送受信部３０４は、ステップＳ１０１で読みとった収容器２０のＬｏｔＩＤを受信すると、このＩＤをホストへ送信する。ホストは、収容器２０のＬｏｔＩＤを受信すると、該ＬｏｔＩＤに対応する計測レシピを制御装置１５へ送信する。
【００５２】
（ステップＳ１０３）
搬送制御部３０５は、搬送ロボット１３を制御して、収容器２０に収容された検査対象であるウェハ２１をアライナ１２に搬送する。搬送制御部３０５は、アライナ１２を制御して、ウェハ２１のエッジを複数点検出して偏心補正を行うと共に、検出したノッチ等を予め定められた位置まで移動させる。
【００５３】
（ステップＳ１０４）
搬送制御部３０５は、搬送ロボット１３を制御してアライナ１２からウェハ２１を搬送し、計測室１４内のステージ１０２上に載置する。搬送制御部３０５は、ウェハ２１がステージ１０２上に載置されると、ゲートバルブ１０１をクローズし、図示しない真空ポンプにより計測室１４内を真空引きする。
【００５４】
（ステップＳ１０５）
真空引きが終了すると、搬送制御部３０５は、駆動機構１０３を制御してステージ１０２を計測位置に移動させる。計測部３０６は、第１のＤＢ３０１を参照して、ホストから送信された計測レシピの計測条件を取得する。計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３を制御し、第１のカンチレバーがトンネル電流値の計測位置に来るようにステージ１０２を移動及び回転させる。
【００５５】
（ステップＳ１０６）
計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて計測機構１０４を制御し、第１のカンチレバーによりウェハ２１上に形成された絶縁層２と導電層３との積層体５の端面近くを走査する。更新部３０３は、第１のカンチレバーの走査位置情報を第２のＤＢ３０２へ記憶する。
【００５６】
（ステップＳ１０７）
計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、ウェハ２１上に形成されている積層体５に電子線を照射する。
【００５７】
（ステップＳ１０８）
計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、ステップＳ１０６で第２のＤＢ３０２に記憶された走査位置情報に基づいて第２のカンチレバーを絶縁体２と導電帯３の積層体５の端面に沿って走査し、該端面におけるトンネル電流値を計測する。
【００５８】
（ステップＳ１０９）
更新部３０３は、計測部３０６が計測した積層体５の端面におけるトンネル電流値の波形をＬｏｔＩＤ及びＷａｆｅｒＩＤと共に第２のＤＢ３０２に記憶する。
【００５９】
（ステップＳ１１０，Ｓ１１１）
比較部３０７は、第１のＤＢ３０１を参照して、ホストから送信された計測レシピに対応する閾値を取得し、該取得した閾値をステップＳ１０９で第２のＤＢ３０２に記憶されたトンネル電流値の波形と比較する。
【００６０】
（ステップＳ１１２）
比較部３０７によるトンネル電流値の波形と比較の結果、トンネル電流値が閾値を超えている箇所が存在する場合、すなわち異常がある場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、算出部３０８は、積層体５を構成する複数の層のうちのどの層で異常が検出されたかを算出する。
【００６１】
（ステップＳ１１３）
算出部３０８は、異常があると判定した層と、電子線を照射した領域の位置情報とを対応付けて第２のＤＢ３０２に記憶するよう更新部３０３に指示する。更新部３０３は、算出部３０８の指示に基づいて、異常があると判定した層と電子線を照射した領域の位置情報とを対応付けて第２のＤＢ３０２に記憶する。
【００６２】
（ステップＳ１１４）
計測部３０６は、ステップＳ１０７で取得した計測条件に含まれる全ての電子線の照射位置において、トンネル電流値の波形を計測したかどうかを判定する。全ての照射位置において、トンネル電流値の波形を計測している場合（ステップＳ１１４のＹｅｓ）、計測部３０６は、ステップＳ１１６の動作を実施する。
【００６３】
（ステップＳ１１５）
比較部３０７によるトンネル電流値の波形と比較の結果、トンネル電流値が閾値以下の場合、すなわち異常がない場合（ステップＳ１１１のＮｏ）、又は、ウェハ２１の全領域のトンネル電流値の計測が終了していない場合（ステップＳ１１４のＮｏ）、計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御して電子線の照射位置を変更し、トンネル電流値の計測を継続する。
【００６４】
（ステップＳ１１６）
計測部３０６は、第２のＤＢ３０２を参照し、異常が検出されたどうかを判定する。第２のＤＢ３０２には、異常がある層と電子線を照射した領域の位置情報とが対応付けて記憶されていることから、異常が検出されたどうかを判定が可能である。異常が検出されていない場合（ステップＳ１１６のＮｏ）、ウェハ２１は、搬送ロボット１３によりステージ１０２上から収容器２０へ搬送されて検査が終了する。
【００６５】
なお、ステップ１０４において、異常がある場合には、メモリ２０３の任意のアドレスにフラグを立てておき、このアドレスのフラグの有無を確認して、異常が検出されたどうかを判定するようにしてもよい。
【００６６】
（ステップＳ１１７）
異常が検出されている場合（ステップＳ１１６のＹｅｓ）、計測部３０６は、異常が検出された箇所を絞り込むために、異常が検出された全ての領域を、複数のより小さな領域に分割する。
【００６７】
（ステップＳ１１８）
計測部３０６は、駆動機構１０３を制御して、第２のカンチレバーがトンネル電流値の計測位置に来るようにステージ１０２を移動及び回転させる。
【００６８】
（ステップＳ１１９，Ｓ１２０）
計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、電子線のスポット径をステップ１１７で分割した領域に合わせて小さくした後（例えば、５０×５０μｍ）、分割した領域の一つに電子線を照射する。
【００６９】
（ステップＳ１２１）
計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、第２のカンチレバーを、異常が検出された層の高さまで移動させた後、トンネル電流値を計測する。
【００７０】
（ステップＳ１２２，Ｓ１２３）
比較部３０７は、ステップ１２１で計測したトンネル電流値とステップＳ１１０で取得した閾値を比較する。
【００７１】
（ステップＳ１２４）
異常が検出された場合（ステップＳ１２３のＹｅｓ）、更新部３０３は、第２のＤＢ３０２に異常がある層と電子線を照射した領域の位置情報を対応付けて記憶する。なお、ステップＳ１２３において、異常が検出されない場合（ステップＳ１２３のＮｏ）は、ステップＳ１２４の動作を行わずにステップＳ１２５の動作へ移行する。
【００７２】
（ステップＳ１２５）
計測部３０６は、分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測したかどうかを判定する。
【００７３】
（ステップＳ１２６）
分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測していない場合（ステップＳ１２５のＮｏ）、計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御して、電子線の照射位置を変更し、トンネル電流値の計測を継続する。
【００７４】
（ステップＳ１２７）
分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測している場合（ステップＳ１２５のＹｅｓ）、表示部３０９は、図５で説明した検査結果をＵＩＦ１６のディスプレイに表示する。ウェハ２１は、搬送ロボット１３によりステージ１０２上から収容器２０へウェハ２１を搬送されて検査が終了する。
【００７５】
以上のように、第１の実施形態に係る検査装置１０は、第２のカンチレバーを、複数の絶縁体２及び導電体３から構成される積層体５の端面に沿って上下方向に移動させながら、積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測するように構成されているので、導電膜と絶縁膜が交互に積層された積層体５に形成されたコンタクトホールの異常を検出することができる。
【００７６】
また、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が一定となるように、第１のカンチレバーを積層体５の端面に沿って走査したのち、この第１のカンチレバーと同じ位置を第２のカンチレバーでトレースするので、積層体５の端面と一定の距離を保ちながらトンネル電流値を計測することができる。
【００７７】
さらに、ウェハ２１を大きな領域（大領域）に分割し、各大領域についてトンネル電流値の計測を行い、異常が検出された領域を、さらに小さな領域（小領域）に分割して、各小領域についてトンネル電流値の計測を行い、異常を検出している。このため、異常コンタクトホールの存在する位置をより詳細に検出することができる。
【００７８】
さらに、異常コンタクトホールの存在する位置を各導電層３毎に表示する。このため、オペレータは、どの導電層３のどの位置に、どれだけの異常コンタクトホールが存在するかを容易に認識することができ、該異常を容易に製造工程にフィードバックできる。
【００７９】
（その他の実施形態）
図１１は、その他の実施形態に係る検査方法を示した図である。第１の実施形態に係る検査装置１０では、ウェハ２１のベベル部分における積層体５の端面でトンネル電流値を計測したが、図１１に示すように、第１，第２のカンチレバーを挿入できる箇所であれば、トンネル電流値を計測することが可能である。このため、トンネル電流値の計測位置は、ウェハ２１のベベル部分に限られない。
【００８０】
さらに、第１の実施形態では、トンネル電流値を閾値と比較することで、コンタクトホール４の異常を検出しているが、トンネル電流値の変化率（例えば、トンネル電流値を微分した値）が所定の値を超えた場合に、コンタクトホール４に異常があると判定してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体基板、２…絶縁層、３…導電層、４…コンタクトホール、１０…検査装置、１１…オープナー、１２…アライナ、１３…搬送ロボット、１４…計測室、１５…制御装置、１６…ＵＩＦ、２０…収容器、２１…ウェハ、１０１…ゲートバルブ、１０２…ステージ、１０３…駆動機構、１０４…計測機構、１０５…電子線照射機構、２０１…ＨＤＤ、２０２…ＣＰＵ、２０３…メモリ、３０１…第１のＤＢ、３０２…第２のＤＢ、３０３…更新部、３０４…送受信部、３０５…搬送制御部、３０６…計測部、３０７…比較部、３０８…算出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明に関する実施形態は、半導体デバイスの検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの歩留まりを向上させるためには、製造工程において半導体デバイスの異常を早期に検出し、該異常を製造工程にフィードバックすることが欠かせない。例えば、コンタクトホールが形成されている領域に電子線を照射し、該コンタクトホールの貫通電流もしくは二次電子を計測して閾値と比較することにより、コンタクトホールが所望の深さまで形成されているかどうかを検査するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、三次元積層技術を使用したメモリが提案されている。このメモリでは、導電膜（多結晶シリコン）と絶縁膜（酸化シリコン）を交互に複数積層したのち、この積層体にコンタクトホールを一気に形成する手法が採られている。
この、三次元積層技術を採用したメモリでは、コンタクトホールが所望の深さまで形成されていない場合でも、コンタクトホール底近傍の導電膜を通じて電荷が拡散してしまうため、貫通電流もしくは二次電子を計測すること自体が難しくなる。また、貫通電流もしくは二次電子が計測できたとしても、コンタクトホールが複数あるどの層まで貫通しているかを検出することはできず、異常が存在する箇所（層）を特定することは難しい。
【０００５】
本実施形態は、導電膜と絶縁膜が交互に積層された積層体に形成されたコンタクトホールの異常を検出できる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る検査装置は、積層体に電子線を照射する電子線照射部と、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、比較部での比較結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定する判定部と、を具備する。
【０００７】
実施形態に係る検査方法は、積層体に電子線を照射するステップと、積層体の端面に沿って上下方向に動作し、端面におけるトンネル電流値を計測するステップと、計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較するステップと、比較の結果に基づいて、コンタクトホールの異常を判定するステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体メモリの構造を示した断面図。
【図２】半導体メモリの上面図。
【図３】第１の実施形態に係る検査装置の構成を示した図。
【図４】第１の実施形態に係る検査装置の機能構成を示した図。
【図５】第１の実施形態に係る検査装置による検査結果を示した図。
【図６】第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図。
【図７】第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図。
【図８】異常コンタクトホールが存在する場合のトンネル電流値の波形の一例を示した概略図。
【図９】第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャート。
【図１０】第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャート。
【図１１】その他の実施形態に係る検査方法を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
【００１０】
図１は、半導体メモリの構造を示した断面図である。図２は、半導体メモリの上面図である。初めに、図１及び図２を参照して、検査対象である、三次元積層技術を使用したメモリ（以下、三次元積層型フラッシュメモリと称する）の構造について説明する。なお、この第１の実施形態では、三次元積層技術をＮＡＮＤ型フラッシュメモリに応用した場合を例に説明する。
【００１１】
図１に示すように三次元積層型フラッシュメモリは、半導体基板（ウェハ）２１上にシリコン酸化膜からなる絶縁層２と、ポリシリコン膜からなる導電層３とが交互に積層された構造を有する。図２に示すように、三次元積層型フラッシュメモリには、複数のコンタクトホール４が形成されている。三次元積層型フラッシュメモリは、平面構造のＮＡＮＤ型フラッシュメモリを、縦方向に立体化したものを複数並べた構造をしており、絶縁層２と導電層３の積層数を増やすだけでメモリの集積度を向上させることができる利点を有する。
【００１２】
三次元積層型フラッシュメモリは、ウェハ２１のほぼ全面上に絶縁層２と導電層３とを交互に積層したのち、コンタクトホール４をドライエッチングにより形成する。このため、積層体５を構成する絶縁層２と導電層３は、ウェハ２１のほぼ全面上に連続した膜として形成される。また、ドライエッチングの際、ウェハ２１のベベル部分についてもエッチングを行い、積層体５のベベル部分における端面を平坦化している。この第１の実施形態では、上記ドライエッチング後に、ウェハ２１のベベル部分における積層体５の端面でトンネル電流値を計測することによりコンタクトホール４の異常を検査する。
【００１３】
なお、図１及び図２に示した三次元積層型フラッシュメモリの構造は、作成途中のものであり、コントロールゲートや選択ゲート等の周辺部分については図示を省略している。
【００１４】
図３は、第１の実施形態に係る検査装置１０の構成の一例を示した構成図である。図４は、第１の実施形態に係る検査装置の機能構成を示した図である。以下、図３及び図４を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の構成及び機能について説明する。
【００１５】
検査装置１０は、オープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３、計測室１４、制御装置１５、ＵＩＦ（User Interface）１６を具備し、ウェハ２１に形成されたコンタクトホールの異常を検出する。
【００１６】
収容器２０は、検査対象である三次元積層型フラッシュメモリが形成されたウェハ２１を収容する容器であり、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）やＳＭＩＦ（Standard of Mechanical Interface）Ｐｏｄ等であり、ＬｏｔＩＤ（識別子）が付与されている。
【００１７】
オープナー１１は、収容器２０のドアを開閉する。また、オープナー１１には、収容器２０のＩＤを読みとる機構（例えば、バーコードリーダや二次元コードリーダ）が設けられており、読みとられたＬｏｔＩＤは制御装置１５へ送信される。
【００１８】
アライナ１２は、ウェハ２１のエッジを複数点検出し、偏心補正（ウェーハ中心補正）を行う。また、アライナ１２は、ウェハ２１のノッチもしくはオリエンタルフラット（以下、ノッチ等と称する）を検出する。さらに、アライナ１２は、ウェハ２１を回転させて、ノッチ等を予め定められた位置まで移動させる。これにより、ウェハ２１の向きをそろえて搬送することができる。
【００１９】
搬送ロボット１３は、オープナー１１、アライナ１２及び計測室１４との間でウェハ２１を搬送する。搬送ロボット１３は、ウェハ２１を搬送するアームを具備する。アームには、真空チャックまたはクランプが備えられている。この真空チャックまたはクランプにより、ウェハ２１はアームにしっかりと保持される。
【００２０】
計測室１４は、ゲートバルブ１０１、ステージ１０２、駆動機構１０３、計測機構１０４、電子線照射機構１０５を備える。また、計測室１４は、図示しない真空ポンプに接続されており、ウェハ２１の検査時には計測室１４内が真空引きされる。
【００２１】
ゲートバルブ１０１は、ＣＤＡ（Clean Dry Air）もしくはドライＮ２により駆動され開閉する。ゲートバルブ１０１は、搬送ロボット１３が計測室１４内へウェハ２１を搬送する際にオープン（開）し、ウェハ２１が計測室１４内へ搬送され、搬送ロボット１３が安全位置へ退避するとクローズ（閉）する。
【００２２】
ステージ１０２は、真空チャックもしくは静電チャックを具備し、搬送ロボット１３により搬送されたウェハ２１を保持する。
【００２３】
駆動機構１０３は、ステージ１０２を縦方向（Ｘ軸方向）に駆動する第１のモータと、ステージ１４を横軸方向（Ｙ軸方向）に駆動する第２のモータと、ステージ１０２を回転方向（θ方向）に駆動する第３のモータを備える。駆動機構１０３は、第１，第２のモータによりステージ１０２をＸ−Ｙ方向に駆動すると共に、第３のモータによりステージ１０２を回転方向に駆動する。なお、第１，第２のモータの代わりにエアスライダを用いてステージ１０２を駆動してもよい。
【００２４】
電子線照射機構１０５は、内部に電子銃、該電子銃から放出される電子線を集束する電子レンズ及び電子ビーム走査偏向器等を備える。電子線照射機構１０５は、ステージ１０２上に載置されたウェハ２１へ電子線を照射する。なお、電子レンズや電子ビーム走査偏向器等により、電子線のスポット径や照射位置を変更することが可能である。
【００２５】
計測機構１０４は、絶縁層２と導電層３から構成される積層体５の端面の形状を調べるための第１のカンチレバーと、この積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する第２のカンチレバーを備える。なお、以下の説明では、積層体５の端面から一定の距離を保った状態でカンチレバーを上下に移動させることを「走査」と称する。
【００２６】
この第１の実施形態では、原子間力を利用して積層体５の端面の形状を調べる。具体的には、第１のカンチレバーを圧電素子等で振動させながら、ウェハ２１上に形成された絶縁層と導電層との積層体５の端面近く（数ナノメートル）を走査する。端面との距離に応じて、端面と第１のカンチレバーの間に働く原子間力が変化するため、端面との距離に応じて、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が変化する。このため、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が一定となるように、第１のカンチレバーを動作させることで積層体５の端面の形状を調べることができる。
【００２７】
次に、ウェハ２１上の任意の位置に電子線を照射しながら、第２のカンチレバーで積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する。トンネル電流値を計測は、第１のカンチレバーの走査位置をトレースしながら行う。第１のカンチレバーの走査位置をトレースすることで、積層体５の端面と一定の距離を保ちながらトンネル電流値を計測することができる。
【００２８】
なお、第１のカンチレバーの走査位置を第２のカンチレバーでトレースする場合、第１のカンチレバーと第２のカンチレバーとの相対的な位置の違いをオフセットとして記憶しておき、このオフセットを考慮して第１のカンチレバーの走査位置を第２のカンチレバーでトレースすることに留意する。
【００２９】
また、第１のカンチレバーによる積層体５の端面の形状調査には、上記以外にも種々の方法をとり得る。例えば、第１のカンチレバーの先端を積層体５の端面に接触させ、その際に生じる第１のカンチレバーのしなりを計測し、このしなりにから積層体５の端面の形状を調べてもよい。しなりの計測は、第１のカンチレバーの先端にレーザー光を照射して、反射させ、この反射したレーザー光の位置の変化から推定すればよい。また、第１のカンチレバーと第２のカンチレバーを、一つのカンチレバーで共用するようにしてもよい。
【００３０】
ＵＩＦ１６は、ユーザ（オペレータ）からの指示を受け付け、受け付けた指示を制御装置１５へ入力する入力手段（例えば、キーボードやマウス）と、検査装置１０の操作に必要な情報を表示するディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube））を備える。
【００３１】
制御装置１５は、ＨＤＤ２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３を備え、ＵＩＦ１６から入力される指示に基づいてオープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３及び計測室１４を制御し、ウェハ２１上の積層体５に形成されたコンタクトホールの異常を検出する。
【００３２】
図４に示す機能は、制御装置１５が備えるハードウェア（ＨＤＤ２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０３）により実現される。具体的には、ＣＰＵ２０２が、ＨＤＤ２０１もしくはメモリ２０３に記録されているプログラムを実行することで以下に説明する機能が実現される。
【００３３】
以下、各機能構成について説明する。
第１のＤＢ（Database）３０１には、計測レシピが半導体デバイスの機種毎に記憶されている。計測レシピは、複数の計測条件（例えば、電子線の照射位置及び電子線のスポット径（例えば、１ｍｍ×１ｍｍ）、ウェハ２１におけるトンネル電流値の計測位置、及び第１，第２のカンチレバーの上下方向の移動量）及び積層体５を構成する各層（絶縁膜２及び導電膜３）の膜厚データから構成される。なお、第１のＤＢ（Database）３０１には、ウェハ２１の半導体デバイスが形成されている領域を複数の領域に分割し、この分割した各領域の位置情報が電子線の照射位置として記憶されている。
【００３４】
さらに第１のＤＢ３０１には、計測機構１０４で計測されるトンネル電流値が正常であるか否かを判定するための閾値が計測レシピ毎に記憶されている。閾値は、予め実験等により決定される。
【００３５】
第２のＤＢ３０２には、積層体５の端面の形状を調べた際に第１のカンチレバーが走査した位置情報（以下、走査位置情報と称する）、及び電子線３０１の照射しながらカンチレバー３０２で計測されたトンネル電流値の波形が、ＬｏｔＩＤ及びＷａｆｅｒＩＤから構成される識別子と共に記憶される。ＷａｆｅｒＩＤは、制御装置１５により付与される。なお、トンネル電流値の波形の形状については、図８を参照して後述する。
【００３６】
更新部３０３は、第２のＤＢ３０２に記憶されているデータ（電子線の照射領域の位置情報及びトンネル電流値の波形）を更新する。
【００３７】
送受信部３０４は、オープナー１１、アライナ１２、搬送ロボット１３及び計測室１４、ＵＩＦ１６及び図示しないホストコンピュータ（以下、単にホストと称する）との間でデータ及び制御信号等を送受信する。ホストとの通信は、例えば、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials institute）で規定されるＳＥＣＳ（SEMI Equipment Communications Standard）やＧＥＭ３００（Generic Equipment Model for 300mm wafer）等の方式に基づいて行われる。
【００３８】
搬送制御部３０５は、オープナー１１、アライナ１２及び搬送ロボット１３、ゲートバルブ１０１、ステージ１０２等から構成される搬送機構を制御する。
【００３９】
計測部３０６は、計測室１４が備えるステージ１０２、駆動機構１０３、計測機構１０４、電子線照射機構１０５を制御して、絶縁層２と導電層３から構成される積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測する。
【００４０】
比較部３０７は、第２のＤＢ３０２に記憶されているトンネル電流値の波形と、第１のＤＢ３０１に記憶されている閾値と比較し、半導体デバイスの異常を検出する。
【００４１】
算出部３０８は、比較部３０７による比較に結果、異常が検出された場合、積層体５を構成する複数の層のうちのどの層に異常があったかを掲載により算出する。算出部３０８は、異常が検出された際の第２のカンチレバーの移動距離と、計測レシピとして記憶されている積層体５を構成する各層（絶縁膜２及び導電膜３）の膜厚データに基づいて異常が検出された層を算出する。
【００４２】
具体的には、第２のカンチレバーの上下方向の移動量Ｌと第１層目の膜厚ＴＮとの比較を行い、第１層目の膜厚Ｔ１から第Ｎ層目の膜厚ＴＮの合計ＴＭよりも小さな値となるまで、ＬとＴＭの比較を繰り返し、Ｌの値が、ＴＭよりも小さな値となった際のＮの値から１を引いた値の層を異常層と判定する（Ｎ，Ｍ：１以上の自然数）。
【００４３】
表示部３０９は、検査結果をＵＩＦ１６のディスプレイに表示する。図５は、第１の実施形態に係る検査装置１０による検査結果の一例を示した図である。図５に示すように、第１の実施形態では、異常コンタクトホールの存在する位置を導電層３毎に表示する。このため、オペレータは、どの導電層３のどの位置に、どれだけの異常コンタクトホールが存在するかを容易に認識することができ、該異常を容易に製造工程にフィードバックできる。
【００４４】
図６及び図７は、第１の実施形態に係る検査装置による検査方法の説明図である。図８は、異常コンタクトホールが存在する場合のトンネル電流値の波形の一例を示した概略図である。以下、図６〜図８を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の検査方法について説明する。
【００４５】
計測部３０６は、第２のＤＢ３０２を参照して、計測レシピの計測条件を取得すると、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、ウェハ２１上に形成されている半導体デバイスに電子線４０１を照射する（図７参照）。
【００４６】
次に、計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、第１のカンチレバーにより取得された走査位置情報に基づいて絶縁体２と導電帯３の積層体５の端面と一定の距離を保って第２のカンチレバー４０２を走査し、該端面におけるトンネル電流値を計測する（図８参照）。
【００４７】
更新部３０３は、第２の計測部３０６が計測した積層体５の端面におけるトンネル電流値の波形を第２のＤＢ３０２に記憶する（図８参照）。絶縁層２の端面近傍では、トンネル電流値が小さくなり、導電層３の端面近傍では、トンネル電流値が大きくなる。また、複数の絶縁層２及び導電層３から構成される積層体４に設けられたコンタクトホール４が貫通せずに積層体５の途中までしか貫通していない場合、該異常コンタクトホール底の導電膜３から電荷が拡散するため、計測されるトンネル電流値が非常に大きくなる。
【００４８】
つまり、トンネル電流値は、絶縁層２近傍では小さくなり、導電層３近傍では大きくなる。さらに、異常コンタクトホールがある場合は、異常コンタクトホール底近に存在する導電層３近傍のトンネル電流値は、非常に大きくなる。このため、検査対象に異常コンタクトホールが複数存在する場合、トンネル電流値は、図８に示すような波形となる。
【００４９】
図９及び図１０は、第１の実施形態に係る検査装置の動作を示したフローチャートである。以下、図９及び図１０を参照して、第１の実施形態に係る検査装置１０の動作について説明する。
【００５０】
（ステップＳ１０１）
搬送機械（例えば、ＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）やＯＨＶ（Over Head Vehicle））もしくはオペレータにより、収容器２０がオープナー１１にセットされると、搬送制御部３０５は、オープナー１１を制御して、収容器２０のＩＤを読みとって制御装置１５へ送信すると共に、収容器２０のドアをオープンする。
【００５１】
（ステップＳ１０２）
送受信部３０４は、ステップＳ１０１で読みとった収容器２０のＬｏｔＩＤを受信すると、このＩＤをホストへ送信する。ホストは、収容器２０のＬｏｔＩＤを受信すると、該ＬｏｔＩＤに対応する計測レシピを制御装置１５へ送信する。
【００５２】
（ステップＳ１０３）
搬送制御部３０５は、搬送ロボット１３を制御して、収容器２０に収容された検査対象であるウェハ２１をアライナ１２に搬送する。搬送制御部３０５は、アライナ１２を制御して、ウェハ２１のエッジを複数点検出して偏心補正を行うと共に、検出したノッチ等を予め定められた位置まで移動させる。
【００５３】
（ステップＳ１０４）
搬送制御部３０５は、搬送ロボット１３を制御してアライナ１２からウェハ２１を搬送し、計測室１４内のステージ１０２上に載置する。搬送制御部３０５は、ウェハ２１がステージ１０２上に載置されると、ゲートバルブ１０１をクローズし、図示しない真空ポンプにより計測室１４内を真空引きする。
【００５４】
（ステップＳ１０５）
真空引きが終了すると、搬送制御部３０５は、駆動機構１０３を制御してステージ１０２を計測位置に移動させる。計測部３０６は、第１のＤＢ３０１を参照して、ホストから送信された計測レシピの計測条件を取得する。計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３を制御し、第１のカンチレバーがトンネル電流値の計測位置に来るようにステージ１０２を移動及び回転させる。
【００５５】
（ステップＳ１０６）
計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて計測機構１０４を制御し、第１のカンチレバーによりウェハ２１上に形成された絶縁層２と導電層３との積層体５の端面近くを走査する。更新部３０３は、第１のカンチレバーの走査位置情報を第２のＤＢ３０２へ記憶する。
【００５６】
（ステップＳ１０７）
計測部３０６は、取得した計測条件に基づいて駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、ウェハ２１上に形成されている積層体５に電子線を照射する。
【００５７】
（ステップＳ１０８）
計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、ステップＳ１０６で第２のＤＢ３０２に記憶された走査位置情報に基づいて第２のカンチレバーを絶縁体２と導電帯３の積層体５の端面に沿って走査し、該端面におけるトンネル電流値を計測する。
【００５８】
（ステップＳ１０９）
更新部３０３は、計測部３０６が計測した積層体５の端面におけるトンネル電流値の波形をＬｏｔＩＤ及びＷａｆｅｒＩＤと共に第２のＤＢ３０２に記憶する。
【００５９】
（ステップＳ１１０，Ｓ１１１）
比較部３０７は、第１のＤＢ３０１を参照して、ホストから送信された計測レシピに対応する閾値を取得し、該取得した閾値をステップＳ１０９で第２のＤＢ３０２に記憶されたトンネル電流値の波形と比較する。
【００６０】
（ステップＳ１１２）
比較部３０７によるトンネル電流値の波形と比較の結果、トンネル電流値が閾値を超えている箇所が存在する場合、すなわち異常がある場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、算出部３０８は、積層体５を構成する複数の層のうちのどの層で異常が検出されたかを算出する。
【００６１】
（ステップＳ１１３）
算出部３０８は、異常があると判定した層と、電子線を照射した領域の位置情報とを対応付けて第２のＤＢ３０２に記憶するよう更新部３０３に指示する。更新部３０３は、算出部３０８の指示に基づいて、異常があると判定した層と電子線を照射した領域の位置情報とを対応付けて第２のＤＢ３０２に記憶する。
【００６２】
（ステップＳ１１４）
計測部３０６は、ステップＳ１０７で取得した計測条件に含まれる全ての電子線の照射位置において、トンネル電流値の波形を計測したかどうかを判定する。全ての照射位置において、トンネル電流値の波形を計測している場合（ステップＳ１１４のＹｅｓ）、計測部３０６は、ステップＳ１１６の動作を実施する。
【００６３】
（ステップＳ１１５）
比較部３０７によるトンネル電流値の波形と比較の結果、トンネル電流値が閾値以下の場合、すなわち異常がない場合（ステップＳ１１１のＮｏ）、又は、ウェハ２１の全領域のトンネル電流値の計測が終了していない場合（ステップＳ１１４のＮｏ）、計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御して電子線の照射位置を変更し、トンネル電流値の計測を継続する。
【００６４】
（ステップＳ１１６）
計測部３０６は、第２のＤＢ３０２を参照し、異常が検出されたどうかを判定する。第２のＤＢ３０２には、異常がある層と電子線を照射した領域の位置情報とが対応付けて記憶されていることから、異常が検出されたどうかを判定が可能である。異常が検出されていない場合（ステップＳ１１６のＮｏ）、ウェハ２１は、搬送ロボット１３によりステージ１０２上から収容器２０へ搬送されて検査が終了する。
【００６５】
なお、ステップ１０４において、異常がある場合には、メモリ２０３の任意のアドレスにフラグを立てておき、このアドレスのフラグの有無を確認して、異常が検出されたどうかを判定するようにしてもよい。
【００６６】
（ステップＳ１１７）
異常が検出されている場合（ステップＳ１１６のＹｅｓ）、計測部３０６は、異常が検出された箇所を絞り込むために、異常が検出された全ての領域を、複数のより小さな領域に分割する。
【００６７】
（ステップＳ１１８）
計測部３０６は、駆動機構１０３を制御して、第２のカンチレバーがトンネル電流値の計測位置に来るようにステージ１０２を移動及び回転させる。
【００６８】
（ステップＳ１１９，Ｓ１２０）
計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御し、電子線のスポット径をステップ１１７で分割した領域に合わせて小さくした後（例えば、５０×５０μｍ）、分割した領域の一つに電子線を照射する。
【００６９】
（ステップＳ１２１）
計測部３０６は、計測機構１０４を制御し、第２のカンチレバーを、異常が検出された層の高さまで移動させた後、トンネル電流値を計測する。
【００７０】
（ステップＳ１２２，Ｓ１２３）
比較部３０７は、ステップ１２１で計測したトンネル電流値とステップＳ１１０で取得した閾値を比較する。
【００７１】
（ステップＳ１２４）
異常が検出された場合（ステップＳ１２３のＹｅｓ）、更新部３０３は、第２のＤＢ３０２に異常がある層と電子線を照射した領域の位置情報を対応付けて記憶する。なお、ステップＳ１２３において、異常が検出されない場合（ステップＳ１２３のＮｏ）は、ステップＳ１２４の動作を行わずにステップＳ１２５の動作へ移行する。
【００７２】
（ステップＳ１２５）
計測部３０６は、分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測したかどうかを判定する。
【００７３】
（ステップＳ１２６）
分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測していない場合（ステップＳ１２５のＮｏ）、計測部３０６は、駆動機構１０３及び電子線照射機構１０５を制御して、電子線の照射位置を変更し、トンネル電流値の計測を継続する。
【００７４】
（ステップＳ１２７）
分割したすべての領域においてトンネル電流値を計測している場合（ステップＳ１２５のＹｅｓ）、表示部３０９は、図５で説明した検査結果をＵＩＦ１６のディスプレイに表示する。ウェハ２１は、搬送ロボット１３によりステージ１０２上から収容器２０へウェハ２１を搬送されて検査が終了する。
【００７５】
以上のように、第１の実施形態に係る検査装置１０は、第２のカンチレバーを、複数の絶縁体２及び導電体３から構成される積層体５の端面に沿って上下方向に移動させながら、積層体５の端面におけるトンネル電流値を計測するように構成されているので、導電膜と絶縁膜が交互に積層された積層体５に形成されたコンタクトホールの異常を検出することができる。
【００７６】
また、第１のカンチレバーの振動の周期、大きさ等が一定となるように、第１のカンチレバーを積層体５の端面に沿って走査したのち、この第１のカンチレバーと同じ位置を第２のカンチレバーでトレースするので、積層体５の端面と一定の距離を保ちながらトンネル電流値を計測することができる。
【００７７】
さらに、ウェハ２１を大きな領域（大領域）に分割し、各大領域についてトンネル電流値の計測を行い、異常が検出された領域を、さらに小さな領域（小領域）に分割して、各小領域についてトンネル電流値の計測を行い、異常を検出している。このため、異常コンタクトホールの存在する位置をより詳細に検出することができる。
【００７８】
さらに、異常コンタクトホールの存在する位置を各導電層３毎に表示する。このため、オペレータは、どの導電層３のどの位置に、どれだけの異常コンタクトホールが存在するかを容易に認識することができ、該異常を容易に製造工程にフィードバックできる。
【００７９】
（その他の実施形態）
図１１は、その他の実施形態に係る検査方法を示した図である。第１の実施形態に係る検査装置１０では、ウェハ２１のベベル部分における積層体５の端面でトンネル電流値を計測したが、図１１に示すように、第１，第２のカンチレバーを挿入できる箇所であれば、トンネル電流値を計測することが可能である。このため、トンネル電流値の計測位置は、ウェハ２１のベベル部分に限られない。
【００８０】
さらに、第１の実施形態では、トンネル電流値を閾値と比較することで、コンタクトホール４の異常を検出しているが、トンネル電流値の変化率（例えば、トンネル電流値を微分した値）が所定の値を超えた場合に、コンタクトホール４に異常があると判定してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体基板、２…絶縁層、３…導電層、４…コンタクトホール、１０…検査装置、１１…オープナー、１２…アライナ、１３…搬送ロボット、１４…計測室、１５…制御装置、１６…ＵＩＦ、２０…収容器、２１…ウェハ、１０１…ゲートバルブ、１０２…ステージ、１０３…駆動機構、１０４…計測機構、１０５…電子線照射機構、２０１…ＨＤＤ、２０２…ＣＰＵ、２０３…メモリ、３０１…第１のＤＢ、３０２…第２のＤＢ、３０３…更新部、３０４…送受信部、３０５…搬送制御部、３０６…計測部、３０７…比較部、３０８…算出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層及び導電層が交互に複数積層された積層体に形成されたコンタクトホールの検査装置であって、
前記積層体に電子線を照射する電子線照射部と、
前記積層体の端面に沿って上下方向に動作し、前記端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、
前記計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、
前記比較部での比較結果に基づいて、前記コンタクトホールの異常を判定する判定部と、
を具備することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記電子線照射部は、前記積層体を複数の第１の領域に分割して、該分割された各第１の領域に電子線を照射し、
前記計測部は、前記電子線が前記各第１の領域に照射される度に、前記端面におけるトンネル電流値を計測する
ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記電子線照射部は、前記判定部により異常と判定されたコンタクトホールが存在する場合、前記異常と判定されたコンタクトホールが存在する前記第１の領域をさらに複数の第２の領域に分割して、議分割された各第２の領域に電子線を照射し、
前記計測部は、前記電子線が前記各第２の領域に照射される度に、前記端面におけるトンネル電流値を計測する
ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記判定結果に基づいて、異常と判定されたコンタクトホールの存在位置を前記導電層毎に表示する表示部をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の検査装置。
【請求項５】
絶縁層及び導電層が交互に複数積層された積層体に形成されたコンタクトホールの検査方法であって、
前記積層体に電子線を照射するステップと、
前記積層体の端面に沿って上下方向に動作し、前記端面におけるトンネル電流値を計測するステップと、
前記計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて、前記コンタクトホールの異常を判定するステップと、
を具備することを特徴とする検査方法。
【請求項１】
絶縁層及び導電層が交互に複数積層された積層体に形成されたコンタクトホールの検査装置であって、
前記積層体に電子線を照射する電子線照射部と、
前記積層体の端面に沿って上下方向に動作し、前記端面におけるトンネル電流値を計測する計測部と、
前記計測部で計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較する比較部と、
前記比較部での比較結果に基づいて、前記コンタクトホールの異常を判定する判定部と、
を具備することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記電子線照射部は、前記積層体を複数の第１の領域に分割して、該分割された各第１の領域に電子線を照射し、
前記計測部は、前記電子線が前記各第１の領域に照射される度に、前記端面におけるトンネル電流値を計測する
ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記電子線照射部は、前記判定部により異常と判定されたコンタクトホールが存在する場合、前記異常と判定されたコンタクトホールが存在する前記第１の領域をさらに複数の第２の領域に分割して、議分割された各第２の領域に電子線を照射し、
前記計測部は、前記電子線が前記各第２の領域に照射される度に、前記端面におけるトンネル電流値を計測する
ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記判定結果に基づいて、異常と判定されたコンタクトホールの存在位置を前記導電層毎に表示する表示部をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の検査装置。
【請求項５】
絶縁層及び導電層が交互に複数積層された積層体に形成されたコンタクトホールの検査方法であって、
前記積層体に電子線を照射するステップと、
前記積層体の端面に沿って上下方向に動作し、前記端面におけるトンネル電流値を計測するステップと、
前記計測されたトンネル電流値を所定の閾値と比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて、前記コンタクトホールの異常を判定するステップと、
を具備することを特徴とする検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７９０９（Ｐ２０１２−７９０９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１７３３（Ｐ２０１０−１４１７３３）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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