专利名称：半导体器件检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用了电子束的半导体器件的检查，特别是涉及基于测定因电子束的照射而在被检查样品上产生的电流的半导体器件的检查。
一般说来，在存储器等的半导体装置上形成有用于在下部的能动元件和上部的布线层之间连接的接触孔和连通孔。接触孔是借助于反应离子刻蚀氧化膜等绝缘膜形成的，为从表面到衬底基板的通孔。为了最优化蚀刻条件，必须检测出接触孔的外观形状和接触孔的内部形状或接触孔底部的状态。
接触孔径的大小为微米量级以下，因此，可见光无法入射到接触孔的底部，难以用光学的方法检测出其好坏。因此，用于微细结构分析的扫描电子显微镜(SEMScanning Electron Microscope)被用作主要检查装置。在SEM中，使被加速到几十KeV且被聚焦到几nm的电子束碰撞到接触孔区域，通过二次电子检测装置检测出在被碰撞了的区域上产生的二次电子并形成图象。被照射了电子束的样品根据其构成原子产生相应量的二次电子，但在SEM中二次电子检测装置一般被配设在特定的方向上，并没有检测出所有的二次电子。因此，当在样品上存在凹凸时，即便是同样的材料也会产生二次电子被检测到的情形和没被检测到的情形，因而产生反差。这就是由相同物质组成的检查对象产生反差的原因，而且这是SEM的特征。
另一方面，在接触孔或通孔中，导电接触是在接触孔底部实现的，因此，接触孔的开口部固然重要，接触孔底部的形状及其表面状态也非常重要。因近年来的高集成度及多层化，在用于形成高宽比超过10的接触孔的蚀刻过程中，即便在有相同开口部直径的情况下也可能因处理条件的不同而导致内部直径不同。象这样的接触孔内部尺寸不整齐会对器件的特性有大的影响，因此，处理责任者必须控制处理过程，使得所有的接触孔具有相同的尺寸。还有，在实际的制品中不能有这些内部尺寸不整齐，因此，必须把制品作为检查对象，而且，可以无损地检测出这两者(接触孔的内部尺寸及其离散)的技术非常重要。
图4及图5表示使用了SEM的例子，各自表示(a)检查方法、(b)检查结果的例。图4为圆柱状的接触孔的检查例，图5为锥状的接触孔的检查例。在基于SEM的检查中，使电子束31在被检查样品上边扫描边照射，通过二次电子检测器33检测出从被检查样品产生出的二次电子32。
如图4(a)所示，假设被检查样品的构造为在衬底基板42上设有氧化膜等绝缘膜41、并在此绝缘膜41上从开口部被进行垂直蚀刻、并以与开口部几乎相同的直径形成圆柱状的接触孔43。在此情况下，因二次电子的能量小，如果其周围不开阔则难以到达检测器，二次电子量的测定值如图4(b)所示那样。也就是说，所得到的二次电子象在接触孔46的开口部对应处急剧变暗。由此可知在该处有接触孔。
另一方面，如图5(a)所示，接触孔44的形状假设为锥状，越往孔的深处其直径越小，与开口部直径不同。在此情况下，虽然根据检测器的位置有可能观测到来自锥部的二次电子，但实际上接触孔44的高宽比值高，如图5(c)所示，事实上来自孔内壁的电子基本上观测不到。因此，接触孔44的形状或其底部的信息并没有被反映到二次电子象上。
图5(a)所示那样的锥状接触孔即便其开口部良好，但越往底部前面越窄，孔径变得与设计目标不同，接触电阻增大，因此，接触孔也有可能变得不合格。但是，不论接触孔的形状是圆柱状还是锥状，在基于SEM的检查中所得到的检测象都在开口部之处急剧变暗，底部的信息并没有被反映而成同样的象。因此，在通常的SEM中事实上无法区分两者。
通过纵向切断样品的接触孔的中心部分来观察剖面的方法被用作检查接触孔内部或其底部的方法。此方法需要在接触孔的中心精确地把接触孔分为正两半的高水平的技术，考虑到现在的接触孔径为几千埃的量级，事实上不可能以合格判定所必需的10％的精度切开接触孔中心部。还有，这是有损观察，制品不能直接被看到，此外还很费事和费时间。
作为解决这样的课题的机构，在特开平10-281746号公报中公开了检测出由穿过接触孔到达基板的电子束所产生的电流、并检测出接触孔的底部的位置和大小。在特开平4-62857号公报中公开了通过照射离子束而不是电子束来观测二次电子象的方法并记载了测定因离子束的照射所产生的基板电流的方法。
还有，作为类似的技术，在特开平11-026343号公报中公开了形成用于测定掩模位置对准偏差并根据照射电子束时产生的基板电流求出位置对准偏差量的方法。在特开2000-174077号公报中公开了把电子束照射在包含多个接触孔的区域上并根据穿过这些孔的电流值检查该区域上的正常的接触孔的比例的方法。
还有，也可能通过测定基板电流得知膜厚，在特开昭62-19707号公报中公开了预先求出照射脉冲状的电子束时的基板电流在时间轴上的波形与电子束的加速电压及膜厚之间的关系并从用某加速电压的电子束所测定的电流波形求得膜厚的方法。在特开2000-124276号公报中公开了测定把电子束照射在被检查样品上后穿透到背面的电流、即不是电流随时间的变化而是电流值本身的方法。在特开2000-180143号公报中公开了测定穿过薄膜到达基板的电流并通过把该测定的电流与标准样品的值进行比较求得膜厚的方法，在特开2000-164715号公报中公开了适用于此方法的标准样品。
本发明的目的在于进一步改善检测由电子束的照射产生的基板电流的技术，提供一可以对接触孔的详细形状和半导体器件的内部状态进行无损检查的半导体器件检查装置。
本发明的半导体器件检查装置，具备有使电子束在被检查样品的半导体器件上边扫描边照射的电子束照射机构、测定在被检查样品上因电子束的照射所产生的电流的电流测定机构和对此电流测定机构的测量结果进行数据处理的数据处理机构，其特征在于在此半导体器件检查装置中，上述电子束照射机构包括使电子束平行的准直机构和改变电子束的加速电压的机构，上述数据处理机构包括从用不同的加速电压扫描电子束时电子束对被检查样品的穿透率的不同求出与被检查样品的深度方向的构造有关的信息的机构。
在本发明中采用平行电子束是因为在聚束电子束中必须在测定场所的高度上使电子束聚束、不利于得到被检查样品的深度方向的信息。如果采用平行电子束，则焦点的深度无限，也可以不进行焦点调节。
在上述特开平10-281746号公报中公开的技术虽然可以检查接触孔是否穿透，但得不到接触孔的形状等的详细信息。在使用离子束的特开平4-62857号公报中所述的技术也同样。在特开2000-124276中虽然记载有使电子束的电流量或加速电压变化的内容，但这是用于减少噪声的，并不是用于研究被检查样品的深度方向的构造的。在特开2000-174077号公报中虽然记载有使用平行束的内容，但此平行束是用于照射在包含多个接触孔的区域上的，并不是用于研究各个接触孔或其他的被检查样品的深度方向的构造的。
上述电子束照射机构包含电子枪，上述准直机构包括使由上述电子枪射出的电子束变成平行的聚束透镜和为了限制打到被检查半导体器件上的电子束斑大小而在上述聚束透镜和被检查样品之间被插入的能使电子束打到开口部的限束圈，最好具备有为了扫描电子束而使被检查样品相对于电子束移动的机构。
还有，上述电子束照射机构包含电子枪，上述准直机构包括使由上述电子枪射出的电子束变成平行的第一聚束透镜、被配置为构成无焦系统的第二聚束透镜、物镜和在上述第一聚束透镜和上述第二聚束透镜之间被插入的用于限制电子束斑的大小的限束圈，还可以具备有为了扫描电子束而使被检查样品相对于电子束移动的机构。
上述电子束照射机构包含使束斑大小比测定区域面积小的电子束沿通过测定区中心的线段垂直地照射到被检查样品上的机构，上述数据处理机构可以包含从沿着上述线段所测定的电流的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的底部距离的机构。
上述数据处理机构可以包括从以在对测定区域的面积已知的标准样品照射了一定条件的电子束时流动的电流值去除对未知测定区域照射了一定条件的电子束时流动的电流值得到的值求出上述未知测定区面积的面积算出机构。在此情况下，上述数据处理机构还可以包括用圆周率除由上述面积算出机构所得到的面积并把得到的值的平方根作为上述未知测定区的两端的距离的距离算出机构。
上述电子束照射机构包括把电子束斑大小设定为使之同时包含全部测定区域的大小的机构，上述数据处理机构可以包括算出以上述大小的束斑尺寸在测定区域的面积已知的标准样品上照射电子束时产生的电流值和以上述大小的束斑尺寸在未知样品的测定区域上照射电子束时产生的电流值之间的大小比例的机构和由该比例算出未知样品的测定区域面积的机构。
上述数据处理机构可以包括把在标准样品上照射束斑大小已知的电子束时产生的电流值作为标准样品单位面积平均的电流量的机构。
上述数据处理机构还可以包括把对应于被电子束照射的测定对象晶片的位置坐标所测定的电流值和在合格的晶片的情况下在该位置坐标所测定的电流值进行比较并根据该比较结果设定接着进行的工序的种类。
本发明可以和SEM组合使用。也就是说，具备有检测出从被检查处理的表面射出的二次电子的二次电子检测器，上述数据处理机构可以包括使由此二次电子检测器所检测出的二次电子量与上述电流测定机构的测定结果对应并进行处理的机构。具体来说，借助于上述电子束照射机构可以使束斑大小比测定区域面积小的电子束沿通过测定区中心的线段垂直地照射到被检查样品上，借助于上述进行对应处理的机构可以从沿着上述线段所测定的电流的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的底部距离，借助于上述二次电子检测器可以从被检测出的二次电子量的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的上部距离。上述进行对应处理的机构可以包含从所测定的测定区的底部距离、上部距离及膜厚信息对分别把底部距离、上部距离及膜厚作为底部直径、上部直径及高度的圆柱或圆锥进行3维显示的机构。
具备有使装着被检查样品的样品台倾斜的机构，上述数据处理机构可以包括把被检查样品相对于此倾斜机构所产生的电子束的倾斜角考虑进去并进行处理的机构。
上述数据处理机构也可以包括存储与被检查样品的在无灰尘场所得到的电子束照射位置对应的电流值的机构、把此存储机构存储着的电流值和与未知样品的在同一格局部位上的电子束照射位置对应的电流值进行比较的机构和从该比较所得到的电流值的上升沿和下降沿的位置之差确定有无灰尘及确定其大小的机构。
上述电子束照射机构包含设定电子束的剖面形状使之可以总体照射整个测定区域且至少使其一端为直线状的机构，上述数据处理机构可以包括根据从电流值的上升沿到最大值的间隔求得测定区域的距离的机构。
上述电子束照射机构包含设定电子束的剖面形状使之可以总体照射整个测定区域且至少使其一端为直线状的机构，上述数据处理机构也可以包括计算电流值相对于距离的微分曲线的机构和根据从该微分曲线的上升沿到表示顶点的位置的间隔求得测定区域的半径的机构。
上述数据处理机构也可以包括把所测定的电流值显示在与测定位置对应的地图上的机构。
上述数据处理机构可以包括把晶片上的两个区域分别作为被检查样品并以在第一区所得到的测定值为基准值与在第二区所得到的测定值进行比较的比较机构和当该比较结果超过预先规定好的一定差值时抽出该位置坐标的机构。
在此情况下，上述电子束照射机构可以包含使长度与被检查样品的布线宽度几乎相同的线状电子束沿与线的长度方向垂直的方向扫描并在扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动布线宽度的距离的机构，上述比较机构可以包含把各自在上述2个区域上所测定的作为相对于电子束照射位置的电流值的变化的电流波形进行比较的机构。
上述电子束照射机构包含使大小比被检查样品的布线的最小布线宽度还要小的电子束在第一方向上扫描且每当扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动布线宽度的距离的机构，上述比较机构可以包含从各自在上述2个区域上所测定的作为相对于电子束照射位置的电流值的变化的电流波形抽出位于与同一格局位置对应的上升沿和下降沿的中心的瞬时电流量并进行比较的机构。
上述电子束照射机构包含使可同时照射被检查样品的多根布线的线状电子束沿与线的长度方向垂直的方向扫描且每当扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动照射电子束宽度的距离的机构，上述比较机构可以包含把各自在上述2个区域上所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形进行比较的机构。在此情况下，上述比较电流波形的机构可以包含对电流波形进行积分并比较该积分值的机构。
上述比较机构也可以包括对所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形的一个脉冲的从上升沿到下降沿所流的电流进行积分的机构、把所得到的积分值除以该脉冲的从上升沿到下降沿的宽度的除法机构和对上述2个区域比较由此除法机构所得到的单位长度的平均电流值的机构。
上述比较机构既可以包括比较所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形脉冲的上升沿及下降沿的位置的机构，也可以包括比较其中心位置的机构。
上述电子束照射机构可以包括使被检查样品相对于电子束移动的主扫描机构和与基于此主扫描机构的主扫描叠加并在与主扫描的方向不同的方向上反复使电子束偏转的副扫描机构。
上述电子束照射机构可以切换使电子束照射在被检查样品的各个布线上的第一模式和同时照射在多个上述被检查样品的布线上的第二模式，上述数据处理机构可以包括在上述第一模式中对所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形在每一定的位置区间进行空间频率分析并检测出具有同一空间频率的区间持续一定期间的位置的机构、和假设多个布线在所检测出的位置上被配设成阵列状并把上述电子束照射机构的模式设定为上述第二模式并集中地求出不合格比例的机构。
上述求出与深度方向的构造相关的信息的机构最好包括对设在绝缘膜上的孔从借助于电子束随着加速电压的提高穿过该孔的周围的绝缘膜所测定的电流值求出该孔的三维形状的机构。
为了求出孔的三维形状，必须知道绝缘膜的厚度。为此，可以使用特开昭62-19707号公报、特开2000-124276号公报或特开2000-180143号公报中所述的技术。
具备有使装着被检查样品的样品台倾斜的机构，上述求出三维形状的机构最好包括根据使电子束和电子束相对于被检查样品的入射角度改变时的测定值区分孔的形状是向上扩大还是向下扩大的机构。
上述求出与深度方向的构造相关的信息的机构可以包括从借助于电子束穿过绝缘层得到的测定值检测出该绝缘层内的电路布局的偏差的机构。
在特开平11-026343号公报中公开了测定掩模位置对准偏差的方法，但作为测定对象是利用一种在掩模位置对准时就产生通孔的测定用模式的对象、而不是利用穿过绝缘层的电子束的对象。
上述检测出电路布局的偏差的机构可以包含根据在改变加速电压并改变电子束的到达深度时的测定值评价各层的电路布局的偏差的机构。为了在绝缘层内求出电路布局重叠的部位，最好具备有从CAD数据取入与该电路布局相关的信息的机构。
在以上的构成中，电流波形的取得是借助于电子束扫描进行的，在被观测的电流中包含因其照射频率或扫描频率导致流过样品所带的电容的电流。因此，本来对直流电应该没有电流的样品如同有电流那样被测定。为了避免此问题，上述数据处理机构最好包括对因电子束的照射频率或扫描频率所导致流过被检查样品所带的电容的电流成分进行修正的机构。具体来说，在反复产生脉冲状的电子束的构成的情况下，上述电子束照射机构具备有改变此电子束的重复周期的机构，上述修正机构最好包含从在以不同的重复周期照射电子束时根据上述电流测定机构所各自测定的电流值外插电子束被连续照射时的电流值并求出直流成分的机构。具备有切换基于上述电子束照射机构的电子束扫描速度的机构，上述修正机构也可以包含从以不同的扫描速度扫描电子束时根据上述电流测定机构所各自测定的电流值求出把扫描速度外插到零时的电流值的机构。
下面对附图进行简单说明。
图1为表示本发明实施例1的方框构成图。
图2为表示本发明实施例2的方框构成图。
图3为表示限束圈构成例的图，(a)表示用于使束的截面形状为圆形的限束圈、(b)表示用于使束的截面形状为正方形的限束圈。
图4为用于说明使用了SEM的圆柱状的接触孔的检查例的图，(a)表示检查方法的例、(b)表示检查结果的例。
图5为用于说明使用了SEM的圆锥状的接触孔的检查例的图，(a)表示检查方法的例、(b)表示检查结果的例。
图6为说明测定方法的图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。
图7为用于说明对锥状接触孔的测定的图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。
图8表示补偿电流量随接触孔底面积的变化。
图9表示补偿电流量随接触孔底的直径的变化。
图10为使用了具有大小比孔开口部大的截面形状的电子束的测定的说明图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。
图11为使用了具有大小比孔开口部大的截面形状的电子束的测定的说明图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。
图12为使用了直径比接触孔直径小的束的同样测定的说明图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。
图13表示在批量生产工厂中利用接触孔底部直径的测定的情形的流程图及是否合格的判定例。
图14为用于说明对具有圆柱状的接触孔的与SEM联合测定例的图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示沿接触孔中心线所测定的二次电子量和补偿电流与电子束的照射位置的关系、(c)表示恢复了的3维显示图形。
图15为用于说明对具有正向圆锥状的接触孔的同样测定的图。
图16为用于说明对基于倾斜电子束的圆柱状的接触孔的同样测定的图。
图17为用于说明对正向圆锥状的接触孔的同样测定的图。
图18为用于说明对倒圆锥状的接触孔的同样测定的图。
图19为用于说明检测出在接触孔内部产生的异物的特定的方法的图，(a)表示检查对象的构造及测定系统、(b)表示所测定的二次电子量和补偿电流与电子束的照射位置的关系。
图20为用于说明检测出在接触孔内部产生的异物的特定的方法的同样的图。
图21为用于说明检测出在接触孔内部产生的异物的特定的方法的同样的图。
图22为表示利用了截面形状大的电子束的测定例的图，(a)为表示接触孔与电子束之间的位置关系的俯视图、(b)为剖视图、(c)表示相对于电子束的扫描位置所得到的补偿电流及其微分值。
图23表示测长模式与总体测定模式的组合的测定方法的流程图。
图24表示晶片上的测长模式对象区域和总体测定模式对象区域之间的位置关系的一例。
图25表示为了利用2个被检查样品进行比较检查的装置构成例。
图26表示检查流程。
图27为说明比较检查的原理的图。
图28为放大图。
图29为表示检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。
图30为用于说明使用了细电子束的比较检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。
图31为用于说明同时把线状电子束照射在随机配设的多个布线上的比较检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。
图32为用于说明布线在纵向具有相同形状的情形的检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。
图33为用于说明轴对称地存在布线宽度不同的布线的情形的检查例的图，(a)表示合格品的测定例、(b)表示不合格品的测定例。
图34为表示宽度不同的布线不规则地存在的情形的检查例的图，(a)表示合格品的测定例、(b)表示不合格品的测定例。
图35表示对电流波形通过其积分值进行比较的检查装置的构成例。
图36表示检查流程。
图37表示通过平均单位面积的电流值进行比较检查的检查装置的构成例。
图38表示检查流程。
图39为用于说明电子束对布线的覆盖率和电流波形之间的关系的图，(a)表示覆盖率100％的例、图(b)表示覆盖率50％的例。
图40表示为了使用在同一基板上的多个芯片进行比较检查的检查装置的构成例。
图41表示检查流程。
图42表示根据电流波形的上升沿及下降沿判定布线是否合格的检查流程。
图43为表示检查例的图，(a)表示合格品、图(b)表示不合格品。
图44表示通过电流波形的上升沿和下降沿的中心位置判定布线是否合格的检查流程。
图45表示进行电子束的副扫描的装置的构成例。
图46表示扫描轨迹的一例。
图47表示使阵列区的检查高速化的检查流程。
图48表示通过频率分析得到的功率谱的一例。
图49为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图50为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图51为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图52为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图53为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图54为用于说明孔的3维形状的测定的图。
图55表示用于通过逐步逼近法求出3维形状的处理流程。
图56为说明处理的图。
图57为说明处理的图。
图58为说明处理的图。
图59表示错位评价的一例，(a)表示器件的剖面图、(b)表示测定结果。
图60表示错位评价的另一例，(a)表示无错位的情形的器件剖视图、(b)表示测定结果。
图61表示在与图60同样的元件上有错位的情形的例，(a)表示器件的剖视图、(b)表示测定结果。
图62表示错位评价的另外其他例，(a)表示器件的剖视图、(b)表示测定结果。
图63表示当主绝缘层只有1种材质时的测定流程。
图64表示对膜厚的补偿电流的一例。
图65表示对加速电压的补偿电流的一例。
图66表示有多绝缘层时的测定流程。
图67表示在得到每层的图象之后的错位判定流程。
图68表示用于一次取得多层信息的测定流程。
图69表示本底修正的一例的处理流程。
图70表示本底修正的另一例的处理流程。图中，1电子枪，2、12电子束，3、13、1 5会聚透镜，4、14限束圈，5样品，6可动样品台，7电极，8移动距离测定装置，9电流计，10数据处理装置，11束流控制部，16物透镜。
发明的实施例以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明。还有，在图中，对同样的要素附上相同的符号并省略其说明。
(平行电子束的产生)图1为表示本发明实施例1的方框构成图。此装置具备有产生电子束2的电子枪1、准直电子束的会聚透镜3及限束圈4、通过使被检查对象的样品5移动而扫描电子束2的照射位置的可移动样品台6、测定因电子束2的照射而在样品5上产生的电流的电极7及电流计9、测定可移动样品台6的移动距离的移动距离测定装置8、对电流计9的测定结果进行数据处理的计算机等数据处理装置10及进行电子束的加速电压的改变和照射周期的改变等控制的束流控制部11。
由电子枪1射出的电子束2先通过会聚透镜3转换为平行电子束、然后被照射到设有非常小的孔的限束圈4上。限束圈4是由金属等作成的，照射到限束圈4上的电子因被接地而不会积累在限束圈4上。通过了限束圈4的电子束2变成大小与限束圈4所限制的几乎一样的非常细的束并被照射在样品5上。为了防止限束圈直径因加热而改变，可以作成冷却限束圈的构成。
图3表示限束圈的构成例，(a)表示用于使束的截面形状为圆形的限束圈、(b)表示用于使束的截面形状为正方形的限束圈。这些限束圈在大约中心部带有开口部21，在其周围为屏蔽部22。可以把被电子束照射时不易产生气体的材料如钨、钼、硅、多晶硅、金、钯、钛等被用作屏蔽部22的材质。限束圈的直径在扫描接触孔内部并求出距离的情况下设为几百到1000、在一次电子束照射一个接触孔的情况下设为几微米的大小。限束圈的形状不仅可以用正方形或圆形，也可以用长方形或椭圆形或其他多边形。
电子束不论是用截面积比限束圈开口部大的束或截面积比限束圈开口部小的束都没有问题。在电子束的截面积比限束圈开口部的面积小的情况下，通过扫描限束圈开口部可以得到与用截面积比开口部大的束进行照射时的相同的结果。
把样品5放置在电流收集用的电极7上并把此电极7放置在可移动样品台6之上。在可移动样品台6的附近设有根据干涉计等的原理以埃的量级精确地测定可移动样品台6的移动距离的移动距离测定装置8。作为移动距离测定装置8一般为光学式的装置，但也可以使用基于检测出随距离变化的物理量的原理的装置如使用了电磁波、电阻或电容的装置、利用了量子力学效应的装置等。
可以对样品5和电极7依照直流意义上的接触进行接触配设，在照射到样品5上的电子束被以高频调制的情况下，可以通过电容耦合测定电流，因此，也可以只使电极7邻接在样品5上。一般来说，在半导体制造工序中，通常在基板背面形成用于元件分离的局部氧化膜，因此，在晶片背面上通常形成有绝缘膜。在把这样的晶片作为样品5的情况下，为了实现样品5和样品台6之间的接触，使用电容耦合样品台也是有效的。也可以利用晶片的侧面进行连接。
因要测定的接触孔的尺寸非常小，样品5必须非常平地被放置在样品台6上。为此，例如用环状的夹具压住样品5的外周也是有效的。
电极上所收集的电流通过电流计9被测定。测定结果被转换为数字信号并被输出到数据处理装置10。为了提高耐噪声性，对电流计9取差分放大器的构成也是有效的。
数据处理装置10进行各种数据处理，特别是在以不同的加速电压扫描电子束时、电子束对被检查样品的透射率不同，因此，可以求出与被检查样品的深度方向的构造相关的信息。
图2为表示本发明实施例2的方框构成图。特别是表示利用微米量级以下的细电子束的情形的构成。此装置作为电子束的产生系统由第二会聚透镜15和物镜16形成聚焦系统，具有把入射平行束转换为直径比由限束圈14所限制的范围更小的平行束的电子光学系统。
也就是说，由电子枪1射出的电子束12先通过第一会聚透镜13被转换为平行束、然后穿过限束圈14并被转换为细平行束。然后，束流通过第二会聚透镜15被聚焦并入射到物镜16上。在此电子束产生装置中，没有把限束圈用于被照射到样品5上的最终束流的成形，因此，可以容易实现在直接微细加工中难以实现的100量级的非常细的束流。这样的细束流也可以通过扫描大面积得到与总体照射粗束的情形相同的效果。
通过设置二次电子检测器，图1或图2所示的装置也可以被用于图4(a)、图5(a)所示那样的SEM上。
这里预先对作为本发明的主要的检查对象的接触孔进行说明。接触孔为从被设在硅基板等衬底基板上的氧化膜或电介质的表面到衬底基板为止的通孔。在良好的接触孔中，衬底基板表面或成为衬底的布线层表面处于露出状态。
接触孔是通过把含氟气体作为蚀刻剂的反应性离子蚀刻应用在由抗蚀膜开口为孔状的氧化膜部分上而形成的。现在主要被利用的接触孔有着非常细长的构造，相对于构成接触孔壁的氧化膜厚度为几微米来说孔径为0.15微米，纵横比超过10。反应性离子蚀刻为物理化学蚀刻。蚀刻的实际速度由相对于基板表面垂直高速照射的含氟气体离子蚀刻氧化膜的速度和通过该蚀刻反应产生的氟代烃高分子膜的生成速度决定。一般而言，被含氟气体离子高速照射的接触孔内部进行着氧化膜被蚀刻的反应，且氟代烃高分子膜沉积在由蚀刻反应所形成的接触孔侧壁上。侧壁因该机制而免受蚀刻，因此，可以形成非常深的纵向孔。另一方面，当蚀刻进行着且接触孔到达衬底基板上时，因基板上没有氧，蚀刻反应从氧化膜蚀刻反应变为高分子膜生成主体的反应，自动地防止蚀刻在衬底基板之中进行。
但是，这些反应平衡较为微妙，制造装置的微妙的条件变化可能导致蚀刻在到达衬底之前突然停止或蚀刻了衬底。这些会产生不合格的接触孔或通孔，因此，必须检测出这些问题。
(接触孔的底部直径的测定)下面对测定这样的接触孔的底部直径的技术进行说明。图6为说明测定方法的图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。测定对象的接触孔43是贯穿被设在衬底基板42上的绝缘膜41而被形成的。氧化膜或氮化膜等可以被用作绝缘膜41。在良好的接触孔中，衬底基板42的表面或成为衬底的布线层表面处于露出状态。把由图1或图2所示的装置所得到的束径为100程度的电子束31相对于设有这样的接触孔43的样品垂直入射。假设电子束31的加速电压为0.5kV到几kV程度，电流量为几nA程度。当电子束31穿过接触孔43达到衬底基板42时，在衬底基板42上产生电流。此电流称为“补偿电流”。在图6(b)中表示使电子束沿接触孔43的中心线左右扫描时产生的补偿电流与电子束的照射位置的对应关系。
如图6(b)所示，电子束具有有限的束截面积，因此，补偿电流从束流横穿绝缘膜端部的瞬间开始上升，当束流完全达到接触孔的底部时，补偿电流值达到饱和。当束流由接触孔的底部离开时，电流也同样由饱和电流逐渐减小，当束流完全离开触孔的底部时，补偿电流变为零。
接触孔基本上为圆形，因此，标志接触孔特征的距离为规定接触孔底的圆的直径或半径。为求这些，计测必须沿接触孔的中心线进行。照射电子束的位置从作为二次电子象或设计信息的CAD数据算出正确的位置，用偏转器控制晶片台的位置控制用马达或电子束，由此使扫描通过接触孔的中心线。
表示于图6(b)纵轴上的补偿电流具有依赖于接触孔底部的氧化膜的厚度而变化的性质。也就是说，在象接触孔壁那样厚的氧化膜区域上补偿电流几乎为零，另一方面，在作为衬底的硅或布线露出的区域上观测到大的补偿电流。因此，可以得到这样的曲线，即沿中心线观测到的补偿电流在接触孔区域之外为零、在硅露出的区域中具有一定值。补偿电流不为零的区域与接触孔底露出的区域相对应，因此，通过测定该距离可以得到硅露出的实际的宽度，并可以把它看作接触孔底的直径。
图7为用于说明对锥状接触孔的测定的图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。作为测定对象的接触孔44其接触孔底比接触孔开口部小、其接触孔壁为圆锥状。虽可以说是圆锥状，但其倾斜陡峭，只要电子束的照射位置稍微偏离接触孔底，绝缘膜41的厚度马上就超过1000。在这样厚的区域上基本上不产生补偿电流。在接触孔底露出的区域中产生补偿电流，在除此之外的区域中补偿电流几乎为零，因此，观察到补偿电流的距离与接触孔底直径相对应。这样，即便接触孔为圆锥状也可以测定接触孔底的距离。
还有，电子束的直径是有限的，补偿电流具有上升沿和下降沿。在此情况下，可以从补偿电流的上升沿和下降沿或电流从完全饱和的位置到电流回到零的位置等各种位置信息求出接触孔的直径。
还有，借助于电子束的加速电压可以使电子束穿过绝缘膜，在正向圆锥的倾角平缓的情况下，即便在电子束没照射到接触孔底部的状态下也产生补偿电流。利用此性质，通过改变加速电压反复测定可以求出接触孔的三维构造。在后面将对此进行详细说明。
图8表示在把均匀的电子束入射到一个接触孔的整个底部上的条件下改变接触孔底面积时所观察到的接触孔补偿电流量的变化。由此图所示可知，补偿电流与接触孔底面积成正比。
图9表示补偿电流量相对于假设在接触孔底为圆形的情况下的直径(换算的接触孔底径)的变化。因面积与接触孔底直径的平方成正比，因此，补偿电流与接触孔底直径的平方成正比。
图10、图11为使用了具有大小比接触孔开口部大的截面形状的电子束的测定的说明图，在各自的图中，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。在此测定中使用图1或图2的电子束产生装置，取电子束的粗细为比接触孔大得多的值(例如几微米见方)，对测定对象进行电子束的垂直总体照射，使得电子束可以照射到一个接触孔的整个底部上，在这些条件下测定补偿电流。作为电子束源，在束径中其电子束强度分布的变化最好在1％以内。
当电子束51被总体照射到接触孔43或44的底部时，在衬底基板42的露出部分上产生的补偿电流全部被累加后由电流计9计测。二次电子的发射效率为物质固有的值，因此，在电子束照射条件相同的情况下，平均单位面积的表示衬底露出的区域的补偿电流量是一定的。因此，在使电子束51总体照射到接触孔43或44的整个底部的情况下，如图10(b)、图11(b)所示那样，在照射电子束期间观测到与接触孔43或44的底面积成正比的补偿电流。
(标准样品的利用)这样得到的补偿电流值可能会因测定条件而微妙地变化。于是，利用在样品状态完全了解的情况下所得到的补偿电流的标准值转换为接触孔面积。也就是说，在某规定好的电子束照射条件下预先测定好接触孔底面积已知的标准样品的单位面积的补偿电流量，然后，对未知样品进行同样的电子束照射并求出补偿电流量。把得到的电流值除以标准样品的补偿电流量求得相对于标准接触孔面积的比例，由此可以求出接触孔底面积。这是基于标准样品的单位面积的补偿电流量与未知样品的单位面积的补偿电流量相等的假设的。
图12为使用了直径比接触孔直径小的束的同样测定的说明图，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示测定结果的例。在束径比接触孔的直径小的情况下，只在被电子束照射的位置上得到补偿电流。于是，通过把扫描检查对象的孔的整个区域最终所产生的电流值积分并用与上述求补偿电流总和的情形同样的手法可以求出接触孔径。在电流测定装置的时间常数大的情况下，积分值大致与平均电流值成正比关系，因此，用电流计显示的平均电流值可以估计出孔径。
当正向的圆锥侧壁的角度较小时，即便电子束处于没被照射到接触孔底部的状态下，因绝缘膜的膜厚度变薄，当然也会产生补偿电流。上述方法可以完全适用的条件可以由绝缘膜的厚度、电子束的强度、圆锥的角度等决定。
单位面积的补偿电流量是随露出底部的材料或注入电子束的加速电压、注入电流量而变化的，因此，在以其他的材料或条件测定的情况下，要预先进行必要的预备实验，求出补偿电流与面积的关系并转换成表或函数。
(接触孔底径测定例)本发明者们用实际试制的样品验证了接触孔底径的推算。在该实验中，首先，预先制作了如图10(a)所示那样的圆柱状接触孔作为标准样品。开口部直径、底直径各为0.1微米，露出孔底的材料为硅，成为接触孔的壁的绝缘膜为硅氧化膜。当取电子束加速电压为1kv并把电子束注入接触孔时，观测到了100pA的补偿电流。其次，在同样的条件下对开口径相同、接触孔底径未知的接触孔即如图11(a)所示那样的接触孔进行了测定。在未知样品中检测出了约50pA的电流值，由此可知，未知样品的接触孔底面积为标准状态的0.5倍。
另一方面，可以通过SEM的截面形状观察(有损检查)检查实际的接触孔的形状。通过预先使由该截面观察所得到的标准样品的直径与补偿电流值对应可以从在未知样品中检测出的补偿电流值求出接触孔底面积。还有，如果假设接触孔底的形状不论其直径多少都是相似的，则被测定的接触孔的直径可以根据面积的平方根求得。
在上述实验中，求出了被测定的接触孔底直径为0.07微米。
束流对测定的接触孔的扫描可以只有1次，但为了提高测定精度，也可以多次扫描同一区域。在该情况下，可以从多次扫描某检查区域时所观测到的补偿电流的平均值算出接触孔直径。
(底面积未知的情形的单位面积的补偿电流量的确定)下面参照图12对无法准备接触孔底面积已知的标准样品时确定单位面积的补偿电流量的方法进行说明。在此方法中，把粗细比接触孔开口细得多且束斑大小已知的电子束52垂直入射到样品上。由图1或图2的方法所产生的电子束斑大小受设在限束圈上的开口部大小的限制，因此，可以通过计算求出电子束的大小。为了进一步提高准确性，用刀口法等直接求出电子束直径并以此为电子束直径。当把此电子束注入标准接触孔中时，计测到如图12(b)所示那样的补偿电流。通过把得到的补偿电流除以电子束斑大小可以求出标准样品的单位面积的补偿电流。
(在批量生产工厂中的应用)图13表示在批量生产工厂中利用以上所说明的接触孔底部直径的测定的情形的流程图及是否合格的判定例。
接触孔的大小是决定通过接触孔产生的电流量的因素之一。在高速存储器或逻辑器件中，非常高速的脉冲信号以非常微妙的时序工作着。接触孔大小的不一致会通过接触电阻影响电路的时间常数，因此，脉冲传输时间变得与设计值不同，从而导致电路工作不正常。因此，当接触孔大小的不均匀超过一定范围时，无论做得怎么导通也将导致电路上的不正常。为了防止发生这样的不正常，在批量生产工厂中必须严格限制所制造的接触孔的底径的不均匀。
例如，考虑以0.01微米(±10％)的制造允许误差得到直径0.1微米的接触孔底为目标进行制造的情况。直径的10％的允许误差以面积换算等价于±20％的面积允许误差。如图13的流程图所示那样，用此基准进行接触孔底的限制。
首先，把电子束照射在存在于晶片上的被测定对象的接触孔上并测定各接触孔上的补偿电流。把该结果记录在存储器或磁盘上。只要是可以记录的介质，即便不是存储器或磁盘也没问题。其次，把测定记录的补偿电流值和表示合格接触孔的补偿电流值进行比较。然后，用比较器比较各孔所表示的补偿电流和基准值。如果大小之差相对于基准值在±20％以内则判断计测的接触孔为合格并把表示该接触孔为合格的信息记录在存储装置上。在图13中记录了在X坐标为“1”Y坐标为“1”至“5”的位置上扫描得到的接触孔径的值和是否合格的判定结果例。当整个晶片上的不合格接触孔的个数在某基准值以下时放入用于输送到下一工序的晶片载运工具上。另一方面，当超过基准值范围时，检查对象的晶片被判断为不合格，并停止后续的工序处理，把晶片分放到用于装废品的载运工具上，同时发出进行蚀刻装置的调整等指示。
因得到各接触孔底径的测定值，因此，可以通过计算其偏差和平均值等统计量与无异常时的统计值进行比较。可以在接触孔导通问题实际发生之前对此比较进行分析，因此，可以详细地把握处理过程的波动和变化趋势。还有，为了可以及早发现不合格产品，可以通过探明不合格的原因并进行处理来防止后续产品的不合格的发生。
最近的半导体集成电路其电路规模变得庞大，接触孔的个数也随之以几何级数增加。在这样的情况下，测定晶片上所有的接触孔是困难的。另一方面，多个同样的元件(芯片)被规则地排列在晶片上。于是，可以通过对各芯片要测定的同一位置隔着芯片从一个芯片到下一个芯片扫描来判定各芯片是否合格。在此情况下，可以一次测定各芯片的扫描位置上的多个接触孔并求出其底径的平均值。在求多个接触孔的底径的平均值的情况下，既可以总体照射由限束圈成形的单一电子束，也可以扫描细电子束。在总体照射电子束的情况下，可以进行多次照射并取其平均值。同样，在扫描电子束的情况下，其扫描次数既可以是1次也可以是多次。
(地图显示)还有，也可以与测定位置对应地把由对晶片的补偿电流或接触孔的直径等的测定得到的结果地图化。例如，通过把补偿电流或接触孔的直径地图化为等高线状可以知道晶片中的接触孔直径的分布状态。此等高线显示可以先存储好得到的补偿电流的值和位置信息并通过在图象显示装置或记录纸等上显示而进行。
在图象显示装置上显示的情况下，如果以补偿电流值、开口直径等为基准在画面上进行显示，则有可能因亮度过高或亮度过低变得难以看清。于是，必须对此进行修正并使显示画面总是处于易于看得清的状态。可以考虑例如把以中心值为基准调节亮度等作为修正方法。还有，在半导体制造工序中，不合格产品的发生被视为比合格产品更重要，因此，与不合格产品相关的信息最好要作成易于看得清。
(基于地图显示的是否合格的判定及工序评价)是否合格的判定可以根据补偿电流、接触孔的直径或接触孔的形状进行分类。通过对每一晶片或每多个晶片在蚀刻条件相同、处理装置相同或前级工序的处理装置相同等条件下对这些类型进行分类可以获取各种各样的信息。最好用与等高线显示同样的方法显示这些分类数据。由此，不仅可以判定晶片是否合格，还可以知道蚀刻机器的蚀刻分布和其他的处理状况，对蚀刻机器的蚀刻量等进行平均化等可以使处理装置的故障的早期发现和处理条件的最优化变得容易。
例如，接触孔通常是用干性蚀刻法形成的，其装置被调整为蚀刻速度在装置的整个表面上为等速的，但是，尽管如此，也还是避免不了会产生蚀刻速度快的地方和慢的地方。当对多个晶片进行对接触孔的测定结果的等高线显示的比较时，可以知道该装置的综合分布的趋势，通过例如改变电极的倾斜等进行装置调整，使得这些不均匀的分布得到修正，从而可以改善蚀刻速度的均匀性。
可以考虑有各种各样的获取多个晶片的分布的方法，例如，可以只收集在同一操作条件下进行蚀刻的晶片的分布，或通过标准化不同条件的晶片来进行的。
作为对蚀刻速度产生分布的原因，也有在此之前的工序的绝缘膜的厚度分布的影响。绝缘膜的厚度分布是由CVD装置的状态引起的。在这样的情况下，通过收集用同一机种进行前级制造工序和蚀刻工序的晶片的数据可以调查问题的原因。通过获取这样的数据，可以从判定蚀刻是否合格的接触孔直径的测定来特定该工序的前级工序的问题。
还有，在知道装置的趋势的情况下，不是通过检查晶片的整个表面而是通过只对容易产生问题的地方进行重点检查可以缩短测定时间。例如，可以通过只测定在分布上蚀刻速度快的(补偿电流值高、开口直径大)的地方或蚀刻速度慢的(补偿电流值低、开口直径小)的部分来进行检查。
除了上述信息之外还可以在进行装置的新设置、检修后的调整、修理后的确认等交换、修理时从接触孔径的分布得到有益的信息，通过由这些信息提供对设置、调整等操作上必需的数据使得在短时间内结束这些工作成为可能。接触孔径的分布作为装置的维护信息也是有用的。例如，通过统计性地监测不合格的分布的增加和与通常分布的偏离及利用后述的异物检查可以对检修的时间进行精确地估计。还具有在问题产生之前可以探测装置的异常的效果。
在通常的工序中，晶片以多片为1组(称此为“批”)被投入到半导体制造中，因此，对于晶片是否合格的判定，也可以只检查被投入到该工序中的这批的第一片晶片和最后一片晶片。在得知第一片晶片的状态处于危险状态的检查结果的情况下，既可以全部检查被投入到该工序中的后续的晶片并在产生不合格晶片时调整该工序的机器，也可以根据第一片晶片的结果调整该工序的机器。
(与SEM结合)接触孔为立体构造，因此，如果能够得到立体特征一目了然的检查结果则非常方便。关于正确的求立体构造的方法将在后面描述，但在这里比较简单地对求取大致的构造的方法进行说明。
在这里说明的方法中，接触孔或通孔通常具有圆形的截面。因此，特定孔开口部直径α和底径β及其深度d基本上可以表示测定对象的接触孔的形状。也就是说，把由补偿电流测定所得到的接触孔底的形状或材料信息和由通常的扫描所得到的接触孔开口形状合成。材料信息是利用补偿电流量因衬底材料的不同而不同的性质从用几个加速电压测定的补偿电流量被估计出的。关于接触孔的深度借助于后述的电子束测定可以得到，但也可以使用在形成该接触孔的绝缘膜形成时所测定的厚度的实测值。
图14及图15为说明测定方法的图，图14表示具有圆柱状的接触孔的测定例，图15表示具有正向圆锥状的接触孔的测定例。在各图中，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示沿接触孔中心线所测定的二次电子量和补偿电流与电子束的照射位置的关系、(c)表示恢复了的3维显示图形。为了简单起见，这里假设只沿接触孔中心线扫描一次。
把由图1或图2所示的装置得到的平行电子束用作扫描接触孔周围或其内部的电子束。当使用会聚电子束时，在扫描接触孔的周围区域的情况下和扫描其底部的情况下，必须使电子束会聚在各自的高度上。与此相对，如果使用平行电子束则焦点深度为无穷，也可以不进行焦点调节。
图14(a)所示的接触孔43其开口径α的大小基本上与底径β的大小一样。在此情况下，如图14(b)所示，二次电子量和补偿电流这2个曲线其上升和下降位置是一致的。由此测定结果和由处理数据得到的接触孔的深度d可以得到图14(c)所示那样的圆柱状接触孔的3维显示图形。还有，如果改变扫描方向使之通过接触孔的中心并测定多个截面形状，则可以得到更精确的接触孔的3维显示图形。可以把在3维计算机图形世界中使用的各种各样的方法用作把截面形状还原为3维图象的方法。
图15(a)所示的接触孔44接触孔底径β的大小比开口径α小。在此情况下，如图15(b)所示，在由二次电子量得到的曲线的上升和下降形状和由补偿电流得到的曲线的上升和下降形状之间产生了差别。表示相当于开口径α的二次电子量的曲线的矩形区的宽度比表示与底径β对应的补偿电流的矩形区的宽度大，由此可知，开口径和接触孔底径有差别。如果加进由处理数据得到的接触孔的深度d并进行3维显示，则检查对象的接触孔的形状被显示为图15(c)所示那样的倒三角锥状。
还有，在图15(a)所示那样的锥状接触孔的情况下，根据该锥的形状和二次电子检测器之间的位置关系，由锥部射出的二次电子也可能被检测到。但是，实际的接触孔的高宽比很高，因此，实际上，来自孔内壁的二次电子基本上观测不到。在图15(b)及以下的图中，要是没有特别申明，将忽略这样的二次电子。
(与SEM结合及束流的斜入射)在接触孔底部的大小比开口部的宽度大的倒圆锥状的接触孔的情况下，只通过垂直注入电子束将无法与具有同样直径的开口径和底径的接触孔区分开。于是，通过使电子束相对于被检查样品的入射角倾斜使电子束可以到达接触孔底的周围部分上并计测接触孔底的形状。为了使电子束小角度倾斜，利用电子透镜或电子束扫描用的偏转器。为了使电子束大角度倾斜，要以晶片中心轴为倾斜轴使晶片支持台倾斜。如果使支持台倾斜，±几十度的倾斜可以容易地实现，因此，可以使电子束以与接触孔的锥角几乎相等的角度注入。
图16、图17及图18表示把倾斜了的电子束分别照射到圆柱状、正向圆锥状及倒圆锥状的接触孔上的测定例。各图中，(a)表示作为对象的接触孔的构造及其测定系统、(b)表示沿接触孔中心线所测定的二次电子量和补偿电流与电子束的照射位置的关系。对电子束的倾斜所导致的二次电子量的测定位置和补偿电流的测定位置之间的错位进行修正并使之与接触孔的位置相对应。还有，图18(c)表示恢复了的3维显示图形。
当使倾斜了的电子束61沿接触孔中心轴移动并照射到圆柱状的接触孔43上时，在电子束61被照射到接触孔43的周围的绝缘膜41的区域上的期间，观察到强的二次电子32。当电子束61到达接触孔43的边缘区域时，二次电子的强度急剧减少。在电子束61被照射到接触孔43的底部的期间，基本上观测不到二次电子。当电子束53要再次射到对侧的绝缘膜41上时，二次电子又被检测到。另一方面，在电子束61被照射到绝缘膜41上的期间观察不到补偿电流，当电子束61到达接触孔43的边缘时才开始能检测到。当电子束61被照射到接触孔43的底部上时，补偿电流急剧增加，当电子束61再次被照射到绝缘膜41上时电流量又急剧减少。
在圆锥型接触孔44中，当电子束61被照射到绝缘膜41上时观察到强的二次电子，当电子束61到达接触孔44的边缘时，二次电子量急剧减少。在电子束61被照射到接触孔44的底部的期间，基本上检测不到二次电子。当电子束61再次被照射到接触孔44的外侧的绝缘膜41上时，二次电子又被观测到。另一方面，在电子束61被照射到接触孔44的周围的绝缘膜41上的期间检测不到补偿电流，在电子束61被照射到接触孔44的底部的期间检测到大的补偿电流。当电子束61再次被照射到圆锥部时补偿电流又急剧减少。
在图18所示的倒圆锥状的接触孔45中，在电子束61被照射到接触孔45的周围的绝缘膜41上的期间观察到强的二次电子，当电子束61到达接触孔45的边缘时，二次电子量急剧减少。在电子束61被照射到接触孔45的底部的期间，基本上检测不到二次电子。当电子束61开始被照射到接触孔45的对侧的表面上时二次电子又被检测到。另一方面，在电子束61照射绝缘膜41的表面时检测不到补偿电流，补偿电流只在电子束61被照射到接触孔45的底部的期间被检测到，当电子束61再次开始被照射到绝缘膜41或倒圆锥部上时补偿电流又检测不到。
当接触孔的圆锥倾斜和入射电子束的倾斜一致时，二次电子量的增加或减少和补偿电流的减少或增加在同一束流照射位置上产生。因此，为了求出倒圆锥状的接触孔的底径，用各种电子束的入射角进行实验，寻找可以检测出补偿电流的最外侧的角度。由于孔的深度d已知，因此，可以从电子束的入射角度和深度求出从开口部向外的到接触孔底的最外周的距离，通过把该值加到开口部径上可以算出接触孔的底径。当加进这些信息并进行3维显示时可以得到图18(c)所示的接触孔的3维图形。
(异物检测)图19到图21为用于说明检测出在接触孔内部产生的异物的特定的方法的图。在各自的图中，(a)表示检查对象的构造及测定系统、(b)表示所测定的二次电子量和补偿电流与电子束的照射位置的关系。
在接触孔底上可能会有进行蚀刻时产生的抗蚀剂渣子、微粒或在其他处理过程中产生的灰尘等各种各样的异物。如果这些异物存在，为了电导通而作为插头被填在接触孔中的钨或铝、多晶硅等的充填变得不充分，引起电接触不良。因此，在半导体处理过程中，必须在插头形成之前检测出这些异物。
因成问题的异物其厚度虽然与其材质有关但一般在500以上，这将影响照射电子束到达接触孔底部。因此，如果异物存在于接触孔底，则观察到的补偿电流其值比在正常接触孔上产生的补偿电流小。
在图19(a)、(b)的例子中，在圆柱状的接触孔43的外侧存在有小灰尘71。当使由图1或图2的方法所产生的细电子束31从图19(a)的左侧沿接触孔43垂直地对样品进行扫描时，在电子束31被照射到接触孔43的周围的绝缘膜41上的期间检测不到补偿电流，当电子束31到达接触孔43的边缘时补偿电流才开始被检测到。在电子束31被照射到接触孔43的底部上的期间，补偿电流被检测到，但如果电子束31被照射到灰尘71上，则变得检测不到补偿电流。在图19(a)的例子中，灰尘71集中在接触孔43的底的一端，但如果存在于中央区，则当电子束31越过灰尘区时，补偿电流又能被观测到。对应着电子束31的照射位置测定补偿电流的变化，得到图19(b)那样的结果。通过把此结果和无灰尘时的测定结果进行比较可以求出灰尘71的大小。这样，通过测定补偿电流可以得知接触孔底是否有灰尘或可以求出灰尘的大小。
图20(a)、(b)表示在圆锥状的接触孔44的底上沉积有灰尘72的情形的例。在从图20(a)的左侧开始电子束31的扫描的情况下，在电子束31被照射到接触孔44的周围的绝缘膜41上的期间检测不到补偿电流。因绝缘体的厚度厚，因此，在被照射到锥部上的期间也检测不到补偿电流。另一方面，当电子束31要被照射到接触孔44的底部时，补偿电流被检测到。在从底部出来期间可以检测到大小的补偿电流，但是当电子束31被照射到灰尘72存在的区域上的期间检测不到补偿电流。通过与无灰尘的样品的曲线进行比较可以调查是否有灰尘存在或可以得知其大小。
图21(a)、(b)表示在倒圆锥状的接触孔45的中心部存在有灰尘73的情形。当扫描电子束31时，在电子束31被照射到接触孔44的周围的绝缘膜41上的期间检测不到补偿电流。当电子束31到达接触孔45的边缘时，补偿电流才开始被观测到，在电子束31被照射到接触孔45的底部上的期间，大的补偿电流被检测到。当照射照射到灰尘73时，检测不到补偿电流。当电子束31通过灰尘73再次照射到接触孔45的底时，补偿电流又被检测到。当电子束31到达接触孔45的对侧边缘时，又检测不到补偿电流。补偿电流检测不到的位置与灰尘73存在的区域相对应，可以由此宽度估计灰尘73的大小。
在以上的灰尘检测方法中，二次电子射出比因材料而异，且其大小对照射电子束的能量的依存性因原子序号而异。因此，在特定了接触孔底是否有灰尘后，照射具有各种加速能量的电子束并观察补偿电流的变化。预先对假想的异物进行同样的实验并事先确定好补偿电流对加速能量的依存性，通过利用神经网络等技术求出该依存性的近似程度可以特定测定对象。
(基于截面形状大的电子束的测定)图22为表示利用了截面形状大的电子束的测定例的图，(a)为表示接触孔81与电子束82之间的位置关系的俯视图、(b)为剖视图、(c)表示相对于电子束的扫描位置所得到的补偿电流及其微分值。
在此例中，截面形状为长方形，使用面积比一个接触孔的大小大且垂直地入射到样品上的电子束82。如图22(a)、(b)所示，从包括一个接触孔81的区域的一方朝另一方扫描这样的电子束82并保持照射轴垂直于样品且使束流轴不旋转。此扫描既可以是扫描电子束82自身，也可以把电子束82的照射轴以一定角度相对于样品固定好并使晶片水平移动。这里所用的电子束82为平行束，但即便是这样的平行束，也可以通过利用2个偏转器使束流平行移动来扫描束流。此时检测出的补偿电流的大小与被照射到接触孔81的底的电子束面积成正比。因此，其微分值表示在将要被长方形的电子束82照射的束流边缘83附近的位置上的补偿电流。
如图22(a)、(b)所示，在此例中，使电子束82从接触孔81的周围的区域开始慢慢地照射到接触孔81的底上进行扫描。在电子束82照射接触孔81的周围的区域的期间检测不到补偿电流。当电子束82被照射到接触孔81的底上的位置时，补偿电流急剧增加。在电子束82通过接触孔81的底的过程中补偿电流逐渐变大，在全部包含接触孔81之处达到最大。当电子束82通过接触孔81且另一侧的束流边缘来到接触孔81时，补偿电流开始减少，当电子束82照射不到接触孔81的区域上时就检测不到补偿电流了。
被测定的补偿电流的上升位置和表示补偿电流的最大值的峰顶之间的距离与从接触孔81的底的一端到另一端的距离相对应。由此方法测定的距离与用2根平行线夹住圆时所得到的距离相当，因此，即便不使电子束82精确地对准接触孔81也可以精确地测定圆的直径。
还有，如果假设接触孔81为圆形，则圆的面积增加率在圆的中心线处为最大，因此，成为补偿电流增加率最大的位置与圆的中心线的位置相当。由此，即便不全部扫描接触孔81，也可以通过对成为补偿电流增加率最大的位置进行测定求出接触孔81的底径。即以大约一半的时间就可以测定接触孔底径。还有，微分值清楚地显示顶点的位置，因此，可以精确地求出距离。
与使用细电子束的情形相比，使用粗电子束的优点是检查装置的电子束系统的构成更简单。
(组合细电子束和粗电子束的测定)
图23及图24为用于说明组合基于细电子束的测定精度高的测长模式和用粗电子束在短时间内求出接触孔底径的总体测定模式的测定方法的图，图23表示流程图，图24表示晶片91上的测长模式对象区92和总体测定模式对象区93之间的位置关系的一例。
在半导体器件的制造中必须快速且精确地测定接触孔底径。一般来说，在对一个接触孔进行精密的细电子束扫描并从其补偿电流量变化位置的间隔测定接触孔底径的测长模式中，因使用补偿电流的相对变化，衬底上的微妙的不均匀的影响小，接触孔径的测定精度高。但是，由于对一个接触孔要进行精密的细电子束扫描并获取很多的信息，因此，为了对很多接触孔进行检查就需要长的时间和大量的数据处理。
于是，把测定精度高的扫描细电子束的测长模式和通过用粗电子束测定流过整个接触孔底的补偿电流来测定接触孔径的总体测定模式进行组合。由此，可以保持高的检查精度，并使检查速度快速化。
下面参照图23及图24对具体例进行说明。首先，对作为被测定对象的接触孔之中的1个或较少的(测长模式对象区92)接触孔用测长模式高精度地进行接触孔底径测定。其次，把总体测定模式应用于同样的接触孔，并求出流过接触孔底的补偿电流和接触孔底径的关系，并进行总体测定模式中的面积的标准化。由此测定可以确定测定对象中的接触孔径和补偿电流的关系。然后，把总体测定模式应用于其他(体测定模式对象区93)的接触孔并测定相对于各接触孔的补偿电流，根据前面求出的补偿电流和接触孔底径的关系把测得的补偿电流转换为接触孔底面积或直径。由此，可以以高测定精度快速地测定接触孔底径。
(两个区域的比较检查)图25表示为了利用2个被检查样品进行比较检查的装置构成例。图26表示该检查流程。还有，图27为说明比较检查的原理的图。图28为其放大图。
半导体LSI的电路模样是利用一种称为分挡器的暴光装置制作的，因此，相邻芯片的间隔或芯片内部的布局精确地相同。比如参照图27及图28进行说明，第一被检查样品101的以角为原点(0，0)并以相对坐标表示的芯片内部的布局与在同一芯片上的第二被检查样品102的以角为原点(0，0)所表示的芯片内部的布局精确地一致。对两者进行比较，如果断定差别超过一定的基准则可以认为该区域含有不正常部分。通过使用这样的检查，不论布线的配置状态，不必从CAD数据得知检查样品的布局信息也可以特定布线不正常的位置。还有，第一、第二被检查样品101、102为被形成于同一基板上的最终要作为一个芯片被切下的区域。
如图25所示，用于进行比较检查的装置具备有使电子束垂直地照射到晶片111上的检查样品上的电子枪112、被配设成与晶片111的底连接的补偿电流测定用的电极113、确定装在此电极113上的晶片111和照射电子束之间的位置关系的XY支持台114、精确地测定被电子束照射的位置的电子束照射位置检测装置115、用于根据此电子束照射位置检测装置115的检测结果控制电子束的照射位置的生成控制信号的电子束照射位置控制装置116、根据此电子束照射位置控制装置116输出的控制信号控制电子枪112的电子枪控制装置117、根据此电子束照射位置控制装置116输出的控制信号控制XY支持台114的支持台控制器118、放大电极113的电流的电流放大器119、把电流放大器119的输出转换为数字信号的D/A变换器120、把数字信号作为与位置坐标对应的电流波形存储的第一及第二存储装置121及122、比较被存储的电流波形的波形比较装置123、根据比较结果判断布线的好坏的缺陷判断装置124、记录有用于判定的信息的判定用数据库125、用于存储缺陷位置的缺陷位置存储装置126以及显示或打印该缺陷位置或把该缺陷位置输出到网络上的其他处理装置上的缺陷位置输出装置127。可以把例如光学式精密距离测定装置用作电子束照射位置检测装置125。
存储装置121及122分别存储与各芯片对应的电流波形，在图25中虽然表示为别的存储器，但这些可以作为公用的存储装置。还有，对于缺陷位置存储装置126，在图25中表示为另外的装置，但可以使用与存储装置121及122同样的装置的别的存储区域。
缺陷位置存储装置126可以根据需要对缺陷分级并带着分级记录位置信息。
电子束的扫描可以通过事先把电子枪112固定在特定的位置上并使XY支持台114相对于电子枪112的位置移动而进行。通过由电子束照射位置检测装置115测定XY支持台114的位置可以以100的精度精确地测定被电子束照射的位置。在电子束相对于晶片111的第一被检查样品101被进行线状扫描期间，借助于电流放大器119及D/A变换器120把在该样品上产生的电流作为第一电流波形测定、与从XY支持台114的位置算出的第一电子束照射位置坐标组成1组记录到第一存储装置121上。对处于别的芯片的同一模样形成处的第二被检查样品102也进行同样的测定，取得第二电流波形，并与第二电子束照射位置坐标组成1组记录到第二存储装置122上。通过缺陷判断装置124从存储在第一及第二存储装置121、122上的电流波形之差判定模样缺陷并记录到缺陷位置存储装置125上。在需要时，可以从缺陷位置输出装置127输出到网络上的其他装置上，使之可以用于显示器、打印机或其他分析。
与使用二次电子的情形不同，在使用了补偿电流的测定的情况下，被照射到布线区之外的电子束不产生有效的电流，因此，与用二次电子的情形相比，包含在被检测出的信号中的噪声更小。
在什么时间对合格芯片和不合格芯片进行比较会因用于波形存储装置121、122的存储装置的容量而异。在每行都对合格和不合格芯片进行比较的情况下，只要可以记录1行的波形的存储容量就足够了。在测定完1个合格的芯片后再测定不合格芯片的情况下，只需要可以存储1个芯片分额的所有信息的存储容量。为了在有物理上距离的芯片之间移动电子束照射位置需要花长时间，因此，为了提高检查速度，最好在对1个的测定结束之后再进行下一芯片的测定，因此，最好用容量尽量大的存储装置。
图29为表示检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。图的左侧的数字表示带状扫描电子束的行号，右侧的W表示1次扫描的电子束的宽度。还有，在图29(a)、(b)的下侧表示在进行与模样缺陷关联的第4行的电子束扫描时观测到的补偿电流。在此例中，如在通常的半导体器件上看到的那样，假设检查对象布线的大小为一定(例如0.15μm)。一般来说，半导体器件受暴光技术和蚀刻技术等的限制，布线和布线的间隔比布线的直径大。在此例中，布线是随机排列的，并没有一定的周期。
图29(a)、(b)所示的芯片具有参照图27、28所说明的性质，从同时形成于半导体晶片上的多个芯片中任意选择。把哪个芯片作为比较测定的对象因情况而异，但一般来说把相邻芯片或容易取到合格品的特定的芯片指定为第一被检查样品，然后依次替代第二被检查样品进行检查。比较3个以上的芯片的检查结果，可以把相同检查结果多的判断为合格品。
利用了电子束对布线的好坏的判定是利用在照射电子束时产生的电流大小或极性的变化的。为简单起见，这里假设由于在不合格的布线上存在模样缺陷，与合格的布线的情形相比，对不合格的布线观测到的电流要少得多。
下面对具体的检查方法进行说明。首先，使成为检查样品的芯片的位置坐标和用于进行电子束照射的位置坐标一致。成为检查样品的最尖端的器件的布线尺寸在0.2μm以下，因此，要以足以再现此位置坐标的比1000更高的位置精度进行对准。为此，需要利用形成于晶片上的对准标记。
利用对准标记的方法有几种。其中之一是利用在半导体工艺中通常被使用的用于掩模对准的对准标记的方法。此对准标记由氧化膜、金属膜等作成，形成于基板的表面上，因此，可以利用设在检查装置内部的扫描显微镜转换为二次电子图象。图象上看到的位置是被电子束正确照射的位置，因此，要把对准标记的位置作为原点并使之与电子束扫描系统的位置坐标一致。
作为不使用扫描显微镜的另外的方法，有测定在对准标记上的电流的方法。另外制作与检查样品同样的布线形状样品作为对准标记。布线的大小可以与检查样品的布线的大小一样，为了提高测定精度，也可以使用更小的。与布线的测定原理一样，电子束照射布线以为的地方的期间，观测到的电流小，当电子束被照射到布线的位置上时，电流增加。当电子束照射位置与对准标记一致时，观测到的电流达到最大，因此，可以利用此位置作为对准位置。
在对准结束后，对于形成第一被检查样品132的区域，使大小与布线宽度相当的线状电子束131沿行“1”垂直地从左到右扫描在检查样品表面上。当扫描到检查区域的端部时，在与扫描方向垂直的方向上使电子束131的照射位置挪动宽度W，然后再沿行“2”进行电子束131的扫描。扫描的方向可以是s字形或蜿曲状，也可以回到最初的位置后再从左到右扫描。垂直方向的移动宽度W大致取布线的宽度。同样进行沿行“3”、“4”、“5”、“6”、“7”进行扫描，使扫描遍及整个检查样品。
如图29(a)、(b)所示，在沿第4行的扫描中，当电子束扫描位置来到合格品中相当于布线132的位置时有电流被观测到，但在不合格品的布线133中没有观测到电流。也就是说，合格品和不合格品在模样缺陷134的位置上产生电流波形的差别，由此可知存在着缺陷。
在以上的检查方法中，即便检查样品的布线位置是未知的，也可以特定不合格布线的位置。
(基于细电子束的比较检查)图30作为比较检查的其他例表示使用了细电子束例，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。图的左侧的数字表示电子束的行号。还有，图30的下侧表示在进行与模样缺陷关联的第4行的电子束扫描时观测到的补偿电流。
在测定补偿电流的情况下，当布线的材质均匀时，具有这样性质，即不管电子束被照射到布线的哪个部分上都可以得到相同的单位面积的电流。因此，为了对布线进行好坏检查，不一定非要对全部布线都进行电子束照射。还有，模样缺陷是从模样周围部分产生的，因此，如果把电子束照射的位置设定在布线的周围部分，则缺陷检测灵敏度将提高。相反，如果电子束被设定为照射在布线的中心，则缺陷检测灵敏度降低。在图30的例中，使用比布线宽度细得多的点状平行电子束141，以与布线宽度相当的扫描间隔进行扫描。
此检查也与图29所示的检查一样使用图25所示的装置，可以依照图26所示的检查流程进行检查。这里，假设电子枪112可以产生宽度比布线宽度细得多的点状平行电子束。
在此检查中，与参照图29所说明的检查一样进行对准，对于形成有第一被检查样品142的区域，使具有大小比布线宽度小得多的的电子束141沿行“1”垂直地入射到检查样品表面上并进行扫描。如上所述，电子束照射位置对缺陷检测灵敏度有影响，因此，在要提高灵敏度的情况下，可以设定扫描电子束使之通过线的边缘部分，在要降低灵敏度的情况下，可以设定扫描电子束使之通过布线的中心部分。当扫描到检查区域的端部时，在与扫描方向垂直的方向上使电子束的照射位置错开扫描间隔L，然后再沿行“2”进行电子束的扫描。扫描的方向可以是s字形，也可以回到最初的位置后再在相同方向上进行扫描。扫描间隔L大致取布线的宽度的大小。同样进行沿行“3”、“4”、“5”、“6”、“7”进行扫描，使扫描遍及整个检查样品。对处于别的芯片的同一模样形成处的第二检查样品也进行以上测定，并与电子束的照射位置坐标对应地存储各自的电流波形。
在图28(a)、(b)的例中，在第4行的扫描中，当电子束141扫描到合格品中相当于布线142的位置时有补偿电流被观测到，但在扫描过不合格品的布线143时没有观测到补偿电流，通过检测出此差别可以检测出布线的样式缺陷143。
(基于线状电子束的比较检查)图31为作为比较检查的其他例的用于说明同时把线状电子束照射在随机配设的多个布线上的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。这里所用的电子束其形状为线状，在扫描方向上非常细，比如100，在与扫描方向垂直的方向上有几微米长，可以包含多个布线。电子束165的照射电流量从几皮可安到几纳安，加速电压从几百到几千伏。
在图31(a)所示的合格样品中，当电子束151在位置a要扫过布线152时，电流开始产生。还有，当电子束151到达位置b时，被电子束151照射的布线152的范围增大，因此，产生更大的电流。当电子束151到达位置c时，被电子束151照射的布线152的范围减小，电流也减小。当电子束151到达位置d时，没有布线被电子束151照射，因此，电流为零。另一方面，在图31(b)所示的不合格样品中，从布线154得到的电流值小，通过比较合格品和不合格品在形成有相同样式的位置上得到的2个电流波形可知，因样式缺陷156导致波形不同。另一方面，在形成有合格布线153、155的位置e、f、g、h上，合格品和不合格品双方的芯片得到相同的电流波形。
这样，在对多个布线进行电子束照射的情况下，当布线位置错位时，各布线所产生的电流相对于测定位置独立地被测定、在合格芯片和不合格芯片的电流波形上产生大的差别，通过比较电流波形可以检测出布线的问题。
此检查与图29、图30所示的检查一样可以使用图25所示的装置并依照图26所示的检查流程进行检查。这里，假设电子枪112可以产生线状电子束。
图32为用于说明布线在纵向具有相同形状的情形的检查例的图，(a)表示合格芯片的测定例、(b)表示不合格芯片的测定例。照射的电子束是线状电子束，在扫描方向上大小有100程度，在横向有几微米的宽度。
由作为本发明的测定原理的电流测定法测得的电流值是被同时照射的各布线所产生的电流的总和的值。也就是说，在细电子束被照射到各布线部分上的情况下所产生的电流值的总电流量通过线状电子束被测定。
在图32(a)、(b)的例中，当电子束161通过位置a到位置b时，不论是合格品还是不合格品，分别由布线162、164产生的相同的电流被观测到。与此相对，当电子束161通过位置c到位置d时，与在合格品中观测到的由布线163所产生的电流相比，在不合格品中观测到的由布线165所产生的电流较小。因此，产生大的电流波形的差别，检测出样式缺陷166的存在。也就是说，即便在布线的位置相对于电子束的扫描重叠的情况下，也可以用图25的装置及图26的检查流程进行缺陷的检测及缺陷位置的特定。
图33为用于说明轴对称地存在布线宽度不同的布线的情形的检查例的图，(a)表示合格品的测定例、(b)表示不合格品的测定例。在此检查例中使用与图32所示的检查例同样的线状电子束，测定在把细电子束照射到各布线部分上的情况下所产生的电流值的总电流量。
在图33(a)所示的合格样品中，当电子束171要扫过位置a时得到由布线172产生的电流，与此相对，在图33(b)所示的不合格品中，因布线173上存在样式缺陷174，即便电子束171要扫过位置a也观测不到电流，在电流波形上产生差别。在位置b上也因为在不合格品中存在样式缺陷174导致所观测到的电流波形比合格品的情形小。这样，在轴对称地存在布线宽度不同的布线的情况下，因在合格芯片和不合格芯片之间产生波形的差别，即便对这些布线同时进行检查也可以检测出缺陷。
图34为表示宽度不同的布线不规则地存在的情形的检查例的图，(a)表示合格品的测定例、(b)表示不合格品的测定例。当用线状电子束181进行扫描时，在合格芯片的布线182和不合格芯片的布线183中，有样式缺陷184的位置b上的电流变化量不同。通过检测出此差别可以检测出缺陷。
(基于积分的电流波形的比较)在以上的说明中，以直接比较把电子束照射在样品上所得到的电流波形的情形为例进行了说明。为了比较电流波形，还可以考虑除此之外的各种各样的方法。
图35表示对电流波形通过其积分值进行比较的检查装置的构成例，图36表示其检查流程。此检查装置具备有脉冲积分器191、192及积分值比较装置193取代图25所示的装置的波形比较装置123，通过脉冲积分器191、192求出对应于布线检查取得的1个电流波形的脉冲所产生的电流值的积分值，并在积分值比较装置193上对这些积分值进行比较。
(基于单位面积的电流值的比较)在比较检查中，因不利用CAD等的位置坐标，检查所利用的电子束不必非要完全被照射在布线上。于是，可以以单位面积的电流值为比较基准。
图37表示通过平均单位面积的电流值进行比较检查的检查装置的构成例，图38表示其检查流程。此检查装置具备有存储装置201、脉冲积分器202、脉冲宽度检测器203、除法装置204以及存储装置205取代图25所示的构成中的存储装置121、122及波形比较装置123。所测定的电流波形被存储在存储装置201上，脉冲积分器202对属于被存储的电流波形的一个脉冲的从上升沿到下降沿为止流过的电流量进行积分，求出1个脉冲期间流过的总电流量。脉冲宽度检测器203从存储在存储装置201上的电流波形的脉冲宽度求出布线的横断距离。除法装置204把由脉冲积分器202求得的总电流量除以由脉冲宽度检测器203求得的布线横断距离。根据此除法可以得到与布线宽度无关的单位面积上流过的电流值。缺陷判断装置124通过把由除法装置204所得到的值和预先求得的存储在判定用数据库125上的基准值进行比较并根据其大小的差别判断合格品和不合格品。
图39为用于说明电子束对布线的覆盖率和电流波形之间的关系的图，(a)表示电子束完全通过一个布线的覆盖率100％的例、图(b)表示通过一半区域的覆盖率50％的例。当布线212被完全包含在作为电子束扫描范围的电子束扫描带211内时，每次扫描都能得到同样的电流波形。与此相对，在布线212错开电子束扫描带211时，在有的扫描中可能由布线212得到电流波形，在另外的扫描中可能得不到。但是，流过合格接触布线的单位面积的电流量是一定的，通过比较该电流量可以判定好坏。
这里所用的用于缺陷判定的基准值为表示合格布线的单位面积的电流量。因此，可以利用经过了同一工序的其他晶片的芯片布线所表示的值或由测试样式所得到的数据或进行模拟等后推测的值作为该基准值。利用来自另外的晶片的基准值在工艺开发之初晶片内部的合格率非常低时有效。
(在批量生产工厂中的基于单位面积的电流值的比较)图40表示为了使用在同一基板上的多个芯片进行比较检查的检查装置的构成例。图41表示其检查流程。此检查装置具备有与图37所示的存储装置201、脉冲积分器202、脉冲宽度检测器203、除法装置204以及存储装置205同样的电路的双系统，即具备有存储装置221、231、脉冲积分器222、232、脉冲宽度检测器223、233、除法装置224、234以及存储装置225、235，还具备有对存储在存储装置225、235上的值进行除法运算的除法运算装置236，这点与图37所示的装置构成不同。
此装置为在产生比较稳定的批量生产工厂中利用的装置，用同一基板上的多个芯片进行比较检查。即，把电子束照射在第一被检查样品上所得到的电流波形存储在存储装置221上，通过脉冲积分器222对属于所测定的电流波形的一个脉冲的从上升沿到下降沿为止流过的电流量进行积分并求出1个脉冲期间流过的总电流量。通过脉冲宽度检测器223求出与布线的横断距离相等的从脉冲波形的上升沿到下降沿为止宽度，把由脉冲积分器222求得的总电流量除以由脉冲宽度检测器223求得的脉冲宽度得到与布线宽度无关的单位面积上流过的电流量。把此电流量存储在存储装置225上。对第二被检查样品也进行同样的检查，并把得到的单位面积的电流量存储在存储装置235上。用除法运算装置236对存储装置225、235的值进行除法运算，用缺陷判断装置124和预先记录在存储在判定用数据库125上的基准值进行比较。此基准值定义了芯片之间允许的差别程度。如果比较结果大，则说明该位置上存在缺陷。
(电流波形的上升沿及下降沿的比较)图42表示根据所取得的电流波形的上升沿及下降沿判定布线是否合格的检查流程。在此检查中，利用电流波形中的上升沿及下降沿与布线样式的边缘相对应的性质判定布线的好坏。也就是说，扫描第一检查样品取得电流波形并确定第一检查样品的布线位置。然后，扫描第二检查样品取得电流波形并确定第二检查样品的布线位置。通过比较两个波形的上升沿及下降沿的差异得知布线位置的偏差。当此位置偏差超过一定值时判定该布线不合格并把该位置存储在存储装置上。
图43为表示检查例的图，(a)表示合格品、图(b)表示不合格品。在合格品中布线241周期性地被形成，与此相对应，在电子束照射位置T1～T8上周期性地测得电流波形的上升沿及下降沿。与此相对，在不合格品中，T3的上升沿位置与偏离合格品中的位置。
图44表示通过电流波形的上升沿和下降沿的中心位置判定布线是否合格的检查流程。在此检查中，扫描第一检查样品取得电流波形，算出该电流波形中的脉冲的上升沿及下降沿位置坐标的中心坐标并特定布线的中心位置。同样，扫描第二检查样品取得电流波形，算出该电流波形中的脉冲的上升沿及下降沿位置坐标的中心坐标并特定布线的中心位置。比较两者的布线中心位置，如果在该结果上出现一定值以上的差，则至少把其中一方的布线中心位置存储在存储装置上。
(电子束的副扫描)图45表示在利用细电子束进行检查的情况下使检查速度飞跃性地提高的装置构成例。在此构成例中，具备有使电子束偏转的副扫描用偏转装置251，除了通过XY支持台114使晶片位置移动的主扫描外，还同时进行基于副扫描用偏转装置251的副扫描。
主扫描是通过XY支持台114的移动进行的，以现在的技术很难以超过1m/秒的速度稳定地移动。因此，即便电流测定系统的处理速度非常高，最后也导致检查速度的上限由电子束扫描速度决定。于是，在进行主扫描的同时，在与主扫描方向垂直的方向上进行高速副扫描，使得扫描速度实质性地得到提高。副扫描是通过电子束偏转进行的，因此，比XY支持台114的移动速度快几万倍。
在小的副扫描距离的情况下，电子束的入射角实际上是垂直的，对检查没有影响，因此，利用通常的电子束偏转器。在进行大振幅的副扫描的情况下，利用使束流平行移动的束流移相器。
图46表示扫描轨迹的一例。当主扫描262相对于布线251缓慢地行进在一定的方向上的期间，同时以一定的宽度进行高速往返的副扫描263。副扫描263以与测定对象的宽度相当的间隔平行地进行扫描。这样，就以与把副扫描的速度合在主扫描的速度上的速度同样的速度进行扫描，使检查速度飞跃性地提高。
(阵列区域的检查的高速化)图47表示使阵列区的检查高速化的检查流程。在SOC器件等中存在有随机逻辑区和阵列区，在该区域中等间隔长距离地配设有存储器等的接触布线。无需来自CAD等的阵列信息即可从检查样品中自动抽出这样的阵列区，并以阵列特有的另外的高速化手法检查该部分。为此，首先检查最初的芯片并取得全部检查对象区域的电流波形。其次，从电流波形的上升沿及下降沿检测出出现在扫描方向上的布线的位置并存储好。然后，在每特定的区间(例如几十到几百微米)对布线的位置的空间分布进行频谱分析。
图48表示通过频谱分析得到的功率谱的一例。在此功率频谱上有位置依存性。功率大的区域相当于电流波形的相关性强，检测出在该区域上存在阵列。相反，相关性小的区域被认为是随机逻辑区。
对于这样检测出的阵列部，把电子束同时照射在多个布线上总体求出不合格比例。由此使检查高速化。
(三维形状的测定)根据本发明，不但可以测定孔底的直径，还可以测定孔的三维形状。也就是说，利用因改变电子束的加速电压和改变晶片的倾角所导致的被照射在孔底上的电子束强度及分布的变化。参照图49、图50对此进行说明。在照射孔底510的电子束的加速电压低的情况下，如图49所示，电子基本上穿不过绝缘膜512，除了孔510的底部即晶片511露出的部分外，对测定电流没有贡献。如果提高照射电子束的加速电压，如图50所示，电子会穿过孔510的底的周围的绝缘膜512，所测定的电流值会改变。通过利用此性质可以测定孔边缘或绝缘膜的厚度。
图49及图50所示的孔的形状是向上扩大的，但在图51及图52所示那样向下扩大的情况下也可以得到同样的测定结果。在此情况下，只通过此测定无法区分孔的形状是向上扩大的还是向下扩大的。于是，如图53及图54所示，改变晶片的倾角并反复测定。从检测出的晶片的电流强度分布随角度的变化可以区分孔的形状是向上扩大的还是向下扩大的。
为了求出孔的三维形状，对构成被测定样品的各材料要事先求出电子束吸收系数相对于电子束的加速电压的依存性并作为数据库保存好。
可以考虑用付利叶变换法、逐步逼近法及重迭积分法作为从测定的电流值以图像重构三维形状。参照图55至图58对其中的逐步逼近法进行说明。图55表示处理流程，图56至图58为说明各处理的图。
1)首先，如图56所示，把被测定样品的二维图像分解为(M×N)象素，并把均匀的吸收系数以适当的初值赋给各象素。
2)其次，求出照射电子束的径迹上的单元的吸收系数Cmn的总和。这里假设总和值与实际测的基板电流值的关系I=I0·exp[-∑Cmn](1)成立。改变相应单元的吸收系数Cmn，使式(1)成立。3)依次改变电子束的照射角度Θ，并依次进行2)的操作。也就是说，不管在什么样的测定条件(照射角度Θ、加速电压E)下，都依次改变各单元的吸收系数Cmn，使式1)总保持成立。4)依次改变电子束的加速电压E并重复2)、3)的操作，如图57所示，通过逼近求出各加速电压下的吸收系数地图(分布)。5)如图58所示，对各单元把吸收系数对加速电压的依存性与数据库上的数据进行比较。6)由此得到被测定样品的定性三维图像。
在以上的图像构成方法中，图像分辨率是由电子束探针直径、电子束斑间隔及逐步逼近法中的单元的大小所决定的。还有，定性分析的精度是由电子束加速电压的间隔变化范围、振幅及基板电流计的灵敏度所决定。
(格错位检查)在本发明中，利用电子束穿透绝缘层可以无损地检测出在层间产生的错位(格错位)。也就是说，随着加速电压的逐步提高，通过使电子束穿过绝缘膜并照射到扩散层和布线等上可以获得下层的构造，同时也得到上层的扩散层和布线等的信息。从同时得到的不同层的信息可以检测出孔位置和下层构造之间的错位，并可以评价格错位。还有，通过改变加速电压改变电子束的到达深度也可以对比如从表面到第2层和第3层之间、到第3层和第4层之间或到第2层和第4层之间的错位进行评价。在提高加速电压测定下层的情况下，上层的信息被包含在下层的信息中，但通过图象处理可以分开这些信息。还有，在布线等导电层不与基板导电连接地被配设在上层的情况下，在进行下层的测定时可以作为负象检测出来。
图59表示格错位评价的一例，(a)表示器件的剖面图、(b)表示测定结果的电流象。在此例中，在设有扩散层的晶片上设有绝缘层，扩散层的一部分由设在此绝缘上的孔露出。当加速电压低而电子束不能穿过绝缘膜时，可以从电子束的照射位置和基板电流的测定值得知孔的位置。当加速电压提高到可以穿过绝缘膜时，根据半导体基板的杂质的差异同样可以知道扩散层整体的位置。通过评价孔和扩散层的中心位置的偏离或孔和扩散层的外周距离可以评价该错位。
图60及图61为表示格错位评价的另一例的图，图60为没有格错位的情形，图61为有格错位的情形，各图中，(a)器件剖视图、(b)表示测定结果的电流象。在此例中，布线被设在晶片的表面上，在此之上设有绝缘层，此绝缘层中设有孔。布线的位置和孔的位置原来就偏离着，但在图61的例中，该偏离变大。在此情况下也与图59所示的例一样，通过低加速电压的电子束得知孔的位置，通过高加速电压的电子束得知布线的位置，通过测定这些间距可以评价该错位。
在图62的例中，在晶片的表面上设有扩散层，在此之上夹着第一绝缘膜设有下层布线，然后，在此之上夹着第二绝缘膜设有上层布线。再在此之上设有第三绝缘膜。通过改变电子束的加速电压依次测定基板电流值可知各层的位置。
为了检测出格错位，必须调整加速电压进行测定，使电子束能够到达所希望的层。图63表示当主绝缘层只有1种材质时的测定流程。首先，根据CAD数据选定各层的布线或扩散层不重迭的地方，然后，决定所需要的放大倍数。在重迭的地方无法观测，如果放大倍数过低也看不到构造，如果放大倍数过高则有可能会白白地检查没有布线或扩散层的地方，因此，最好能从事先设计的数据确定最佳位置。由此，判定处理也变得容易。接着，读入各层的处理数据，算出到各层的下端为止的绝缘层的厚度，从数据库读入与该绝缘层的厚度对应的加速电压，以该加速电压测定补偿电流。此测定需要进行的次数与层数相同。
如果绝缘层的材质为1种，则对于电子束的响应是一样的。还有，即便在多种绝缘层的情况下，如果二次电子出射量等相对于电子束的物理上的响应是一样的，则可以作为相同的材料处理。要对各材料通过事先的测定进行数据库化，在读入处理数据时自动判定。
作为在加速电压调整之前应准备的数据，有相对于绝缘层的种类及厚度的补偿电流或在布线上检测出的电流值、与每种绝缘层的种类及厚度的相对应的补偿电流或在布线上检测出的电流值。这些数据要在事前测定好，并记录在数据库中。图64表示相对于膜厚的补偿电流的一例，图65表示相对于加速电压的补偿电流的一例。
图66表示有多绝缘层时的测定流程。在此情况下，首先，根据CAD数据选定各层的布线或扩散层不重迭的地方，确保适合于该测定区范围的放大倍数。然后，根据处理数据分别计算到各层为止的多种绝缘层的厚度，在数据库中检索是否有与这些组合一致的设定。在有一致设定的情况下，从数据库读入与多种绝缘层的总的绝缘层厚度对应的加速电压，并在该加速电压下测定补偿电流。在没有一致设定的情况下，根据处理数据计算总的绝缘层厚度，并假设其中一种电子束最难穿过的材质，求出在该情况下也能穿透至最下层的加速电压。然后，以500V程度的低加速电压测定补偿电流，并使之图象化。如果是这种程度的低加速电压，只能看到表层。然后，把上面求得的能穿透至最下层的加速电压除以“层数×n”，在得到的每个加速电压下测定补偿电流，并使之图象化。关于n的值可以用1～9中的最合适的值。在此时得到的下层图象中包含有上层的信息。比较得到的图象，在有一致的图象的情况下，在其前后更细地改变加速电压再进行测定。在第2、第3个图象一致的情况下，用取第1、第2个图象时的加速电压的中间电压和取第3、第4个图象时的中间电压进行测定，反复操作直至得到不同的图象。然后，在得到由处理数据得到的层数的不同图象后，结束测定。
图67表示在得到每层的图象之后的格错位判定流程。比较各层的图象(电流象的模样)和CAD数据的布局信息，确定各个图象是否与CAD数据上的什么相对应，即，比如哪个布线、哪个扩散层等。然后，所得到的样式用CAD数据调查设计时被指定的坐标位置并计算自上表面到投影象的距离。由此计算得到的理想值和由图象得到的实测值进行比较。此时的偏差部分与格错位相当。
也可以不是通过改变电子束的加速电压得到分层信息，而是整体地取得信息。图68表示该情形的测定流程。在此测定流程中，首先，与图65及图66所示的流程一样，根据CAD数据选定各层的布线或扩散层不重迭的地方，并确定需要的放大倍数。接着，根据处理数据计算总的绝缘层厚度，并假设其中一种电子线最难穿过的材质，求出在该情况下也能穿透至最下层的加速电压，用该加速电压获得电流象。从CAD数据获得认为对电流象有贡献的各层的样式并与所测定的电流象进行比较。此时，用从CAD数据得到的信息对电流象各属于哪个层进行分离，把电流象上的位置坐标和从CAD数据得到的理想状态进行比较并求出偏差。根据CAD数据对电流象进行分类的工作是必要的，但可以用单一的图象评价错位，因此，可以认为精度提高了。
(本底校正)在以上的检查中，使电子束扫描照射到压迫表面上并把在基板上产生的电流作为电子束扫描位置的函数进行记录，以此用作图象显示用的亮度信号，由此形成与基板面对应的电流图象。还有，在把图象用于接触孔检查的情况下，以在接触孔中流过的直流电流的大小为好坏判定的基准。但是，实际上，照射电子束可能是周期性的脉冲电子束，因扫描电子束，因此，会产生交流成分。因此，在所测的电流中，除了实际流过压迫的直流成分之外还包含电容上产生的成分。当有这样的成分时，图象的亮度和对象物的物理上的对应不成立，对接触孔的好坏判定变得不精确，三维形状的还原变得困难。
于是，最好通过改变电子束的照射频率或扫描频率测定电流并对流过被检查样品本身的电容的电流成分进行修正。图69及图70各表示用于进行这样的修正的2个处理流程的例子。
在图69所示的处理流程中，在重复照射脉冲状的电子束的情况下，改变该重复周期进行反复测定，从得到的电流波形外插在电子束被连续照射的情形的值并求出直流成分。如果以图1所示的装置构成为例进行说明，则电子枪1为重复产生脉冲状的电子束的构成，通过束流控制部11改变此电子束的重复周期，用数据处理装置10从以不同重复周期照射电子束时各自测定的电流值外插在电子束被连续照射的情形的值并求出直流成分。
在图70所示的流程中，切换电子束的扫描速度反复测定，从得到的电流波形求出把扫描速度外插到零时的值。如果以图45所示的装置构成为例进行说明，则电子束照射位置控制装置116可以通过副扫描用偏转装置251切换电子束的扫描速度，在接受D/A变换器120的输出的数据处理装置(例如图1的方框10)中，从在以不同的扫描速度扫描电子束时各自所测定的电流值求出把扫描速度外插到零时的值。
如以上所详细说明那样，本发明的半导体器件检查装置可以无损地得到与被检查样品的深度方向的构造有关的信息，在用于判定所制造的半导体器件的好坏和检查制造工艺是否最佳时特别有效。
还有，对于在以往只能在截面处切开样品并用SEM观察的接触孔截面的距离信息，通过组合从二次电子象得到的接触孔开口部的信息不但可以结合接触孔底部形状得到接触孔上下的距离信息、还可以结合以不同的加速电压得到的与被检查样品的深度方向的构造有关的信息得到更精确的信息。
在使用长方形的电子束的情况下，该电子束的边缘的位置可以容易地特定，可以容易且高精度地测定电子束所穿过的区域的面积。在实施例中只说明了对接触孔的应用，但也可以应用在具有与接触孔同样构造的通孔、抗蚀膜、布线、槽的开口判别检查和形状测定上。同样，还可以在各种蚀刻处理后或洗净处理后进行形状检查或底部状态检查。
由于本发明是无损检查，即便不用象以往那样用SEM观察样品截面也可以得到接触孔深度方向的信息，因此，可以直接测定产品，不需要监测晶片，分步成本降低。
还有，可以以模拟方式快速测定在处理过程中的接触孔底的面积、直径或其三维形状，因此，可以当场进行工艺改进。例如，在进行蚀刻条件提出的情况下，需要控制开口形状和接触孔底的形状，但如果用本方法就可以当场测定整个晶片上的接触孔底面积的分布。
还有，以往只对接触孔的缺陷进行判断有无开口的数字方式检查，因此，在没开口时才检测出异常，与此相对，根据本发明，可以一直监测所制成的接触孔的深度方向的直径，因此，实际上在接触孔开口缺陷发生之前可以发现象接触孔的底径或深度方向的信息这样的模拟量的变化的异常。因此，可以比以往更早地对异常采取措施。特别是在与基于总体电流法的接触孔底径的测定组合并由总体电流法检测出了异常的情况下进行进行更高精度的测定。因只要调节电子束位置使之可以打到一个孔上即可，因此，总体电流法可以以低对位精度进行测定。
在电流测定的情况下，只有流入布线的电流才对测定值有贡献，因此，无须进行在以往的检查法中需要进行的检查结果的平均化等，可以提高检查速度。
在测定流过对准标记的电流并进行对准的情况下，可以不要只用于对准的高价的二次电子图象获取装置。
在本发明中的电流波形测定中，不论电子束穿过的位置是布线的哪一部分都可以取得对检查有效的信息，未必非要使电子束照射到布线的特定位置上。相反，通过改变电子束照射位置可以调节缺陷样式检测灵敏度。还有，利用由电子束照射所产生的电流波形的上升沿和下降沿得到的布线的边缘位置信息进行布线好坏的检查，因此，即便在只靠取得电流波形的大小无法明确地得出检查结果的情况下也可以检查。
一般来说，与对随机配设的布线的检查相比，对以阵列状排列的布线的检查更可以实现高速化，但两者混合在同一个芯片内。在此情况下，可以在最初的检查中事先调查布线的排列，从所测定的电流的频率分布估计以阵列状排列的布线的位置，并根据该信息选择最适用的检查方法，因此，可以使检查高速化。
本发明中的电流波形测定不但可以连续地照射电子束、还可以间断地进行。还有，通过进行电子束的副扫描可以提高实际的扫描速度，有提高检查速度的效果。被扫描的电子束未必非要扫描不同的位置，也可以稍微重叠着扫描检查区的边缘部分。可以根据样品适当选择最适合的加速电压、注入电流并进行利用。即便在样式缺陷是局部的情况下，与缺陷面积成比例的电流被检测出，因此，如果缺陷面积产生的电流变化超过检查装置的SN则作为缺陷被检测出。
本发明中的电流波形测定在检查对象的布线和基板之间有某种连接的情况下有效，但对布线具有大的流域面积的情形和对漏电流大的情形或通过大电容与基板导电连接的情形也可以进行检查。可以同时检查多个布线，因此，与以往的方法相比可以进行更快速的检查。还有，可以从表面直接观察器件的截面构造。
权利要求
1．一种半导体器件检查装置，具备有使电子束在被检查样品的半导体器件上边扫描边照射的电子束照射机构、测定在被检查样品上因电子束的照射所产生的电流的电流测定机构和对此电流测定机构的测量结果进行数据处理的数据处理机构，其特征在于上述电子束照射机构包括使电子束平行的准直机构和改变电子束的加速电压的机构，上述数据处理机构包括从用不同的加速电压扫描电子束时电子束对被检查样品的穿透率的不同求出与被检查样品的深度方向的构造有关的信息的机构。
2．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含电子枪，上述准直机构包括使由上述电子枪射出的电子束变成平行的聚束透镜和为了限制打到被检查半导体器件上的电子束斑大小而在上述聚束透镜和被检查样品之间被插入的能使电子束打到开口部的限束圈，具备有为了扫描电子束而使被检查样品相对于电子束移动的机构。
3．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含电子枪，上述准直机构包括使由上述电子枪射出的电子束变成平行的第一聚束透镜、被配置为构成无焦系统的第二聚束透镜、物镜和在上述第一聚束透镜和上述第二聚束透镜之间被插入的用于限制电子束斑的大小的限束圈，具备有为了扫描电子束而使被检查样品相对于电子束移动的机构。
4．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含使束斑大小比测定区域面积小的电子束沿通过测定区中心的线段垂直地照射到被检查样品上的机构，上述数据处理机构包含从沿着上述线段所测定的电流的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的底部距离的机构。
5．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括从以在对测定区域的面积已知的标准样品照射了一定条件的电子束时流动的电流值去除对未知测定区域照射了一定条件的电子束时流动的电流值得到的值求出上述未知测定区面积的面积算出机构。
6．根据权利要求5所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括用圆周率除由上述面积算出机构所得到的面积并把得到的值的平方根作为上述未知测定区的两端的距离的距离算出机构。
7．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包括把电子束斑大小设定为使之同时包含全部测定区域的大小的机构，上述数据处理机构包括算出以上述大小的束斑尺寸在测定区域的面积已知的标准样品上照射电子束时产生的电流值和以上述大小的束斑尺寸在未知样品的测定区域上照射电子束时产生的电流值之间的大小比例的机构和由该比例算出未知样品的测定区域面积的机构。
8．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括把在标准样品上照射束斑大小已知的电子束时产生的电流值作为标准样品单位面积平均的电流量的机构。
9．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括把对应于被电子束照射的测定对象晶片的位置坐标所测定的电流值和在合格的晶片的情况下在该位置坐标所测定的电流值进行比较并根据该比较结果设定接着进行工序种类的机构。
10．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于具备有检测出从被检查样品的表面射出的二次电子的二次电子检测器，上述数据处理机构包括使由此二次电子检测器所检测出的二次电子量与上述电流测定机构的测定结果对应并进行处理的机构。
11．根据权利要求10所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含使束斑大小比测定区域面积小的电子束沿通过测定区中心的线段垂直地照射到被检查样品上的机构，上述进行对应处理的机构包含从沿着上述线段所测定的电流的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的底部距离的机构、由上述二次电子检测器检测出的二次电子量的上升沿和下降沿的间隔求出测定区的上部距离的机构。
12．根据权利要求11所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述进行对应处理的机构包含从所测定的测定区的底部距离、上部距离及膜厚信息对分别把底部距离、上部距离及膜厚作为底部直径、上部直径及高度的圆柱或圆锥进行3维显示的机构。
13．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于具备有使装着被检查样品的样品台倾斜的机构，上述数据处理机构包括把被检查样品相对于此倾斜机构所产生的电子束的倾斜角考虑进去并进行处理的机构。
14．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构也包括存储与被检查样品的在无灰尘场所得到的电子束照射位置对应的电流值的机构、把此存储机构存储着的电流值和与未知样品的在同一格局部位上的电子束照射位置对应的电流值进行比较的机构、从该比较所得到的电流值的上升沿和下降沿的位置之差确定有无灰尘及确定其大小的机构。
15．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含设定电子束的剖面形状使之可总体照射整个测定区域且至少使其一端为直线状的机构，上述数据处理机构包括根据从电流值的上升沿到最大值的间隔求得测定区域的距离的机构。
16．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含设定电子束的剖面形状使之可总体照射整个测定区域且至少使其一端为直线状的机构，上述数据处理机构也包括计算电流值相对于距离的微分曲线的机构和根据从该微分曲线的上升沿到表示顶点的位置的间隔求得测定区域的半径的机构。
17．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括把所测定的电流值显示在与测定位置对应的地图上的机构。
18．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括把晶片上的两个区域分别作为被检查样品并以在第一区所得到的测定值为基准值与在第二区所得到的测定值进行比较的比较机构和当该比较结果超过预先规定好的一定差值时抽出该位置坐标的机构。
19．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含使长度与被检查样品的布线宽度几乎相同的线状电子束沿与线的长度方向垂直的方向扫描并在扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动布线宽度的距离的机构，上述比较机构包含把各自在上述2个区域上所测定的作为相对于电子束照射位置的电流值的变化的电流波形进行比较的机构。
20．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含使大小比被检查样品的布线的最小布线宽度还要小的电子束在第一方向上扫描且每当扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动布线宽度的距离的机构，上述比较机构包含从各自在上述2个区域上所测定的作为相对于电子束照射位置的电流值的变化的电流波形抽出位于与同一格局位置对应的上升沿和下降沿的中心的瞬时电流量并进行比较的机构。
21．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包含使可同时照射被检查样品的多根布线的线状电子束沿与线的长度方向垂直的方向扫描且每当扫描完1线之后使扫描位置沿与扫描方向垂直的方向只移动照射电子束宽度的距离的机构，上述比较机构包含把各自在上述2个区域上所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形进行比较的机构。
22．根据权利要求21所述的半导体器件检查装置，其特征在于在此情况下，上述比较电流波形的机构包含对电流波形进行积分并比较该积分值的机构。
23．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述比较机构包括对所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形的一个脉冲的从上升沿到下降沿所流的电流进行积分的机构、把所得到的积分值除以该脉冲的从上升沿到下降沿的宽度的除法机构和对上述2个区域比较由此除法机构所得到的单位长度的平均电流值的机构。
24．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述比较机构包括比较所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形脉冲的上升沿及下降沿的位置的机构。
25．根据权利要求18所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述比较机构包括比较所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形脉冲的上升沿的位置及下降沿的位置的中心位置的机构。
26．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构包括使被检查样品相对于电子束移动的主扫描机构和与基于此主扫描机构的主扫描叠加并在与主扫描的方向不同的方向上反复使电子束偏转的副扫描机构。
27．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构能切换使电子束照射在被检查样品的各个布线上的第一模式和同时照射在多个上述被检查样品的布线上的第二模式，上述数据处理机构包括在上述第一模式中对所测定的作为电流值相对于电子束照射位置的变化的电流波形在每一定的位置区间进行空间频率分析并检测出具有同一空间频率的区间持续一定期间的位置的机构、和假设多个布线在所检测出的位置上被配设成阵列状并把上述电子束照射机构的模式设定为上述第二模式并集中地求出不合格比例的机构。
28．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述求出与深度方向的构造相关的信息的机构包括对设在绝缘膜上的孔从借助于电子束随着加速电压的提高穿过该孔的周围的绝缘膜所测定的电流值求出该孔的三维形状的机构。
29．根据权利要求28所述的半导体器件检查装置，其特征在于具备有使装着被检查样品的样品台倾斜的机构，上述求出三维形状的机构包括根据使电子束和电子束相对于被检查样品的入射角度改变时的测定值区分孔的形状是向上扩大还是向下扩大的机构。
30．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述求出与深度方向的构造相关的信息的机构包括从借助于电子束穿过绝缘层得到的测定值检测出该绝缘层内的电路布局的偏差的机构。
31．根据权利要求30所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述检测机构包含根据在改变加速电压并改变电子束的到达深度时的测定值评价各层的电路布局的偏差的机构。
32．根据权利要求30所述的半导体器件检查装置，其特征在于为了在绝缘层内求出电路布局重叠的部位，具备有从CAD数据取入与该电路布局相关的信息的机构。
33．根据权利要求1所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述数据处理机构包括对因电子束的照射频率或扫描频率所导致流过被检查样品所带的电容的电流成分进行修正的机构。
34．根据权利要求33所述的半导体器件检查装置，其特征在于上述电子束照射机构是反复产生脉冲状的电子束的构成，具备有改变此电子束的重复周期的机构，上述修正机构包含从在以不同的重复周期照射电子束时根据上述电流测定机构所各自测定的电流值外插电子束被连续照射时的电流值并求出直流成分的机构。
35．根据权利要求33所述的半导体器件检查装置，其特征在于具备有切换基于上述电子束照射机构的电子束扫描速度的机构，上述修正机构包含从以不同的扫描速度扫描电子束时根据上述电流测定机构所各自测定的电流值求出把扫描速度外插到零时的电流值的机构。
全文摘要
一种半导体器件检查装置用电流计9测定把平行电子束2照射在样品5上而在样品5上产生的电流。改变电子束3的加速电压反复测定,在数据处理装置10中,加速电压的差异导致电子束对样品5的透射率不同,由此求出与样品5的深度方向的构造有关的信息。利用这种装置可进一步改善检测由电子束的照射产生的基板电流的技术,对接触孔的详细形状和半导体器件的内部状态进行无损检查。
文档编号G01R31/02GK1296287SQ0013343
公开日2001年5月23日 申请日期2000年11月6日 优先权日1999年11月5日
发明者山田惠三, 板垣洋辅, 牛木健雄, 辻出彻 申请人:日本电气株式会社