隣接孔の方向を避けてトレンチキャハシタの深さを順次測定した結果を、図5．7に示す一 測定値は、5．1±0．2μmとなり、断面形状との比較から、EXADによってこのようなメモ
リーアレーの孔パターン深さを精度良く計測できることが確認されたDT）．
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1も、壁開によってその断面を切り出すことは困 トー難iである 近年ではFIB（Focused lon Beam）
によって所望の断面を切り出す技術が開発され、
デバイスの不良箇所を切り出して観察する方法 などとして活用されているが9［、表面に保護膜 となる別の層が無いSi孔の状態では、FIBのビ ーム広がりの影響によって、壁開で得られるほ どのシャーフな切断面にすることは困難である、
EXADでは原理的には、孔径が電子ビームの位 置決め可能なサイズ（10 nm以上のレベル）で あれば、任意の孔を選択して深さを計測できる 図5．9は、アスヘクト比が10で孔ハターン が比較的まばらな状態の計測例である、、図中の 断面形状は、たまたま壁開にレ）て得られたも
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5．4pm
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m
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10pm
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図5．8 孔、溝内部のEXAD測定1）， 7）
のであるが、EXADでは任意の孔の底からのX線強度（図中の488〜535カウントの数値）
と表面からのX線強度（図中0）3281カウント）から、容易に深さの値を得ることができ
たD7）c
．1・
4．7pm
Io二328「 cOunt
Id＝488
〜535count
d＝4．5 〜4．3ノ」m
O．5，μm
図5．9 アスペクト比が約10の孔のEXAD計測1）・7）
121
5．4 電子プローブX線マイクロ分析による深孔内残膜の非破壊計測
半導体のテハイス構造が・」万体化するとトランジスタの配線を形成する際のコンタクト孔 も微細でアスヘクト比の大きな形状になる トラィエッチングのアスヘクト比依存性など にk・）てこのコンククト孔を完全にド地の導電層Eでエッチングできないと、非開口によ るコンタクトィヨ泉↓を起二す二とになる そのような不良をk然に防止するため、ドライエ
ッチング後のウr． 一一ハを非破壊で検査できるインライン型の残膜計測装置を開発した10）．
計測装｛貴は、5．3節で述べたEXAI）法と同様にSEMとEDXを用いて、電子フロー
ブX線マイクロ分W（EPMA：Electron Probe X−ray Micro Analysis）の分析を行う装置 構成にな ・ている た／1し、ここで開発した装置は、通常のEPMAとは検出器の位置が異なる，図5．10のLうに、EDXのX線検出器（検知面θ）大きさが6mmφ）はSEMの電
i「一ビ…ム光学系（ノ）中に位置し、電∫・ビームの光軸に近接して設置するc，通常のEPMAでは、
X線検出器は対物レンズの外側で試料表面と約30〔 の角度以下に設置されている、そして、
試料表面からのX線を測定して元素分析を行う。本残膜計測装置では孔底からのX線を直 接検出器C；捉えるために、試料面とほぼ垂直の真ヒに検出器を配置しているc，これはちょ
うど、人L衛川から深い井戸の底を観察しているような状況である／t
電子線丘，線検出器 対物レンズ1〜3・
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電子線 蛍光X線
残膜
試料〃z v／／／／
図5．10 深孔内残膜計測装置の電子ピー一・・LムプローブとX線検出器の位置関係10）
122
このようなX線検出器配置を可能にするたV）には、SEMの電子ビーム光学系の距離を 大きくする必要があり、電子ビームのレンズ系を弱励磁方式にしてx線検出器の挿入位置
（試料面から高さ160mmの位置）で電子ビームを一［［絞り込む構造にした そしてX線 検出器の検知面を、電子ビームに対して3Lの位置kで近づけることを可能にした この 見込み角の3㌔の検知位置からは、アスヘクト比20の孔底kで直接計測することが可能で
ある10｝．
本装置での計測する残膜は、電極・配線層間絶縁膜のSlO2、／，しくはレジストのC系 残渣であり、そこに含まれる原子の特性X線であるOKα（0．525 keV）、CK（1（O．277 keV）
が主な測定対象である、そのため、SEMの電fビームの条W｝・は、加速電圧・2keV、ビ…
ム電流：lnAに設定して計測を行！）た2keVの電子ビ…ムの進人深さは、Cご約40nm、
Slで約30 nm（SiOL）では約70 nmと推定）でありIP、このkうな進人深さを考慮Lて残
膜量を評価する．
残膜を計測するにあたっては、例えばSiO2残膜計測の］易合にはPめ膜厚を測定したs】（）L，
膜試料でOKα線強度との関係を求めておき、それと実際の計測日！rのOKα線強度と比申交 することによって残膜厚さを推定する、
図5．11は、SiO2膜厚が5
〜100nmの標準試料を用意
して、OKα線強度を調べた データである、、Sio2膜厚が10nmから50 nmの範囲で
は、膜厚とX線強度は比例関 係があり、それ以上の膜厚で はX線強度は飽和する傾向が 見られる一これは、電子ビー ムの進入深さよりも膜厚が厚くなると、発生するX線強度 が一定になることを反映して
いる．
0 0
1
10
︵∈⊂︶ωωΦ⊂﹀百≡↑NO一の
1 1
Electron Beam：
2keV，1nA 10 100
0KαX−ray lntensity
図5．11 SiO2膜厚とOKα線強度の関係
（残膜計測の検量線）
123
なお、厚：さ100nm（ノ）SiO2膜に
おけるEDXc7）スヘクトルは、図 5．12a）ようにな／）ている
OKα線のピークが強く、SiKα
線のピークは弱い「これは、電・r一
ビームの加速エネルギーが2keV であり、SiKα線のエネルキー1．7 keVに近いためにSi Kα線（ノ）励起 が／こ1一分なためで，脇る 図から、
電 r一ピL．一一t！、］j日」虫：11−払ノレ ギー−U） 2
keV以ヒ〔ノ）エネルギv−一（ノ）X線は発
生していないこ㌧もわかる
1？：さカミ1μmcノ）Si（）2月莫1こ｝重々〔ノ）
サイズの孔ハター・一ンを形成した後、
状態に1て、
OKα
SiKα
図5．12 Sio2膜のEDXスペクトル
（電子ビーム加速エネルギー：2keV）
ドライエッチングによってほぼジャストエッチングの 残膜計測を行・・た結果を図5．13に示す、、検出したSiKα線の強度と図5、
llの検量線によ・・て残膜厚の評価を行うと、孔径が0．3μm以上では残膜が無く、孔径 0．2μmにおいて約20nmの残膜があるという結果が得られた一この結果は、 SEMによる 断lh〒の詳細な観察結戊↓と合致した 図の0．2μInの孔は、レジストの膜厚とSio2膜厚の合 計で約2μmあり、γスヘクト比が10である、、このような高アスペクト比孔の底の残膜
を計測できることが確認できた10｝、
Sl
Hole Slze
L＿＿＿＿＿」1μm
（1）Profiies of Measured Pattern