(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハー内の隣り合うチップ内の同一位置に第１のＴＥＧと第２のＴＥＧとを交互に配置し、
前記第１のＴＥＧには、パターン検査用パターンを構成する複数の要素パターンを複数の層に分散して形成し、
前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を、前記第１のＴＥＧで形成された層とは異なる層に形成して、
前記パターン検査用パターンを形成することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を第１の層に形成し、他の要素パターンを第２の層に形成し、
前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの全てを前記第２の層に形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のＴＥＧには、前記第１の層にドットパターンを形成したのち酸化膜を積層し、前記第２の層に前記ドットパターンを挟んで等しい距離だけ離れた位置に二つの配線パターンを平行に形成し、
前記第２のＴＥＧには、前記第１の層に酸化膜のみを積層し、前記第２の層に二つの配線パターンとドットパターンとを前記第１のＴＥＧの場合と同じ形状及び位置関係で形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体ウェハー内の隣り合うチップ内の同一位置に第１のＴＥＧと第２のＴＥＧとを交互に配置し、前記第１のＴＥＧには、パターン検査用パターンを構成する複数の要素パターンを複数の層に分散して形成し、前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を、前記第１のＴＥＧで形成された層とは異なる層に形成して、前記パターン検査用パターンを形成し、
前記第１及び第２のＴＥＧそれぞれについて前記複数の層が合成されて観測される平面像を比較して検査することを特徴とする半導体装置のパターン検査方法。
【請求項５】
前記第１のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を第１の層に形成し、他の要素パターンを第２の層に形成し、
前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの全てを前記第２の層に形成し、
前記第１及び第２のＴＥＧそれぞれについて前記第１及び第２の層が合成されて観測される平面像を比較して検査することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【請求項６】
前記第１のＴＥＧには、前記第１の層にドットパターンを形成したのち酸化膜を積層し、前記第２の層に前記ドットパターンを挟んで等しい距離だけ離れた位置に二つの配線パターンを平行に形成し、
前記第２のＴＥＧには、前記第１の層に酸化膜のみを積層し、前記第２の層に二つの配線パターンとドットパターンとを前記第１のＴＥＧの場合と同じ形状及び位置関係で形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【請求項７】
前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、
前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、
ａ＝ｂ、ｄ＝ｅ、ｃ＝ｆの条件が成り立つときに、パターンに異常がないと判定することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【請求項８】
前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、
前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、
ａ＞ｂ、ｄ＝ｅの条件が成り立つときに目ずれによるパターン異常と判定することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【請求項９】
前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、
前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、
ａ＞ｄ且つｂ＞ｅ、ｃ＜ｆの条件の一方または両方が成り立つときにパターン太りによるパターン異常と判定することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【請求項１０】
前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、
前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、
ａ＜ｄ且つｂ＜ｅ、ｃ＞ｆの条件が成り立つときにパターン細りによるパターン異常と判定することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置のパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン検査が容易な検査パターンを備えた半導体装置と、そのパターン検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハー製造工程においては、ウェハー内、あるいはウェハー内の各チップ内にＴＥＧ（テスト・エレメント・グループ）が設けられ、ＴＥＧ内に形成された検査パターンを用いて各種の検査が実施される。
【０００３】
パターン細り、パターン太り、目ずれに関しては、従来の明視野パターン付き欠陥検査装置を用いてこれらのパターン異常を検査できるＴＥＧがないため、欠陥検査を実施した後に、測長ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）や目ずれ検査装置を用いてパターン異常の検査を行っているのが現状である。
【０００４】
従って、これらのパターン異常を検出するための検査パターンも目視検査を前提にして、これに適した形態のものが使用されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、欠陥検査実施後に目視または目ずれ検査装置で欠陥分類を行ってパターン異常を検出する方法によるときには、ウェハー検査工程において、高いスループットを期待することは困難であるため、欠陥検査の工程でパターン異常の検出まで一貫して行えることが望ましい。一般に、同種のパターンが繰り返し用いられる回路パターンを効率的に自動検査する方法としては、同種の回路パターンを相互に比較して検査することが行われる。この方法は、半導体チップに限らず、例えば、ＬＣＤパターン等の検査でも行われている。特開平６−２０２１２９号（先行例１）においては、ＬＣＤパターン中央の左右対称位置を中心として線対称にパターンを配置するとともに、ＬＣＤパターンの欠陥検査を行う比較検査系がこのＬＣＤパターンの左右対称位置を中心として左右対称に移動可能に形成する検査方法が記載され、この方法によるときには、従来のように目視によらず、相互比較方式によって、自動検査を行うことが可能となる、という効果が強調されている。
しかし、いずれの場合にもパターン太り、パターン細り、目ずれは全体にわたって共通に発生する欠陥であるため、単純な比較判定では検出できないという問題がある。
本発明の目的は、比較判定に基づく従来の明視野パターン付き欠陥検査装置による欠陥検出手法では原理的に検出の難しかったパターン太り、パターン細り、目ずれに対しても、従来の欠陥検出手法を用いて検出が可能なＴＥＧを備えた半導体装置とそのパターン異常の検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による半導体装置においては、半導体ウェハー内の隣り合うチップ内の同一位置に第１のＴＥＧと第２のＴＥＧとを交互に配置し、前記第１のＴＥＧには、パターン検査用パターンを構成する複数の要素パターンを複数の層に分散して形成し、前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を、前記第１のＴＥＧで形成された層とは異なる層に形成して、前記パターン検査用パターンを形成するものである。
【０００８】
また、第１のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を第１の層に、他の要素パターンを第２の層に形成し、第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンのすべてを第２の層に形成するものである。
【０００９】
また、前記第１のＴＥＧには、第１の層にドットパターンを形成したのち酸化膜を積層し、第２の層に前記ドットパターンを挟んで等しい距離だけ離れた位置に二つの配線パターンを平行に形成し、前記第２のＴＥＧには、第１の層に酸化膜のみを積層し、第２の層に二つの配線パターンとドットパターンを前記第１のＴＥＧの場合と同じ形状及び位置関係で形成するものである。
【００１０】
また、本発明によるパターンの検査方法においては、半導体ウェハー内の隣り合うチップ内の同一位置に第１のＴＥＧと第２のＴＥＧとを交互に配置し、前記第１のＴＥＧには、パターン検査用パターンを構成する複数の要素パターンを複数の層に分散して形成し、前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を、前記第１のＴＥＧで形成された層とは異なる層に形成して、前記パターン検査用パターンを形成し、
前記第１及び第２のＴＥＧそれぞれについて前記複数の層が合成されて観測される平面像を比較して検査するものである。
【００１１】
また、前記第１のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの一部を第１の層に形成し、他の要素パターンを第２の層に形成し、前記第２のＴＥＧには、前記複数の要素パターンの全てを前記第２の層に形成し、前記第１及び第２のＴＥＧそれぞれについて前記第１及び第２の層が合成されて観測される平面像を比較して検査するものである。
また、前記第１のＴＥＧには、前記第１の層にドットパターンを形成したのち酸化膜を積層し、前記第２の層に前記ドットパターンを挟んで等しい距離だけ離れた位置に二つの配線パターンを平行に形成し、前記第２のＴＥＧには、前記第１の層に酸化膜のみを積層し、前記第２の層に二つの配線パターンとドットパターンとを前記第１のＴＥＧの場合と同じ形状及び位置関係で形成するものである。
また、前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、ａ＝ｂ、ｄ＝ｅ、ｃ＝ｆの条件が成り立つときに、パターンに異常がないと判定するものである。
【００１２】
また、前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、ａ＞ｂ、ｄ＝ｅの条件が成り立つときに目ずれによるパターン異常と判定するものである。
【００１３】
また、前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、
前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１の配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、
ａ＞ｄ且つｂ＞ｅ、ｃ＜ｆの条件の一方または両方が成り立つときにパターン太りによるパターン異常と判定するものである。
【００１４】
また、前記第１のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をａ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｂ、前記ドットパターンの幅をｃで表わし、前記第２のＴＥＧについて、前記二つの配線パターンのうちの一方の配線パターンである第１配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｄ、前記二つの配線パターンのうちの他方の配線パターンである第２配線パターンと前記ドットパターンとの間隔をｅ、前記ドットパターンの幅をｆで表わした場合に、ａ＜ｄ且つｂ＜ｅ、ｃ＞ｆの条件が成り立つときにパターン細りによるパターン異常と判定するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。図１にウェハーＷの平面図を示す。図１において、ウェハーＷ内にはチップ領域３が形成され、チップ領域３には、同等なチップＴ、Ｔ、・・・が隣接して配置される。図１はウェハーＷ内のチップ領域３に２６個のチップを含む場合の例を示している。本発明による半導体装置においては、半導体ウェハー内の隣り合うチップＴ、Ｔ、・・・内の同一位置に第１のＴＥＧ１と第２のＴＥＧ２とを交互に配置し、パターン太り、パターン細りまたは目ずれが発生した場合に、第１のＴＥＧ１と第２のＴＥＧ２の平面像に比較検出可能な差違を生じさせるように第１のＴＥＧ１と第２のＴＥＧ２とを形成するものである。
【００１６】
以下に、横方向に並んだ最下段の４個のチップＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を例にパターン検査の具体的な方法を説明する。最下段の４個のチップＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の各チップ内の同一位置に、パターン検査用パターンから成る第１のＴＥＧ１または第２のＴＥＧ２のための領域を確保し、横方向に互いに隣接したチップＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に対して第１及び第２のＴＥＧ１とＴＥＧ２を交互に配置する。
【００１７】
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４にパターン異常がない場合について、上記ＴＥＧ１とＴＥＧ２の詳細な構成を図２と図３により説明する。図２（ａ）はＴＥＧ１の断面図、図２（ｂ）はＴＥＧ２の断面図、図３（ａ）はＴＥＧ１の平面図、図３（ｂ）はＴＥＧ２の平面図である。本発明において，第１のＴＥＧ１には、パターン検査用パターンを構成する複数の要素パターンを複数の層に分散して形成し、第２のＴＥＧ２には、前記複数の要素パターンの一部を、第１のＴＥＧで形成された層とは異なる層に形成して前記パターン検査用パターンを形成する。
【００１８】
すなわち、図２（ａ）において、矩形状のドットパターン６が第１のＴＥＧ１の第１層１０ａに形成され、その上に酸化膜が積層される。また、ＴＥＧ１の第２層１１ａには、二つの配線パターンである第１の配線パターン４と、第２の配線パターン５とが互いに平行して形成される。
【００１９】
一方、図２（ｂ）において、ＴＥＧ２の第１層１０ｂには酸化膜のみが積層される。また、第２のＴＥＧ２の第２層１１ｂには、前記ＴＥＧ１の第２層１１ａに形成された第１および第２の配線パターン４、５とそれぞれ同じ形状及び位置関係で第１および第２の配線パターン７、８が互いに平行して形成され、同時に、前記ドットパターン６と同じ寸法のドットパターン９も形成される。ここにおいて、ドットパターン６は、配線パターン４と５からそれぞれ等しい距離の位置（配線パターン４と５との中央の位置）に形成され、ドットパターン９は配線パターン７と８からそれぞれ等しい距離の位置に形成される。
【００２０】
図３（ａ）において、ａは上記ＴＥＧ１についての配線パターン４とドットパターン６との間隔、ｂは配線パターン５とドットパターン６との間隔を表し、ｃはドットパターン６の幅を表す。同様に、図３（ｂ）において、ｄ、ｅは、それぞれ、上記ＴＥＧ２についての配線パターン７、８とドットパターン９との間隔を表し、ｆはドットパターン９の幅を表わしている。本発明においては、第１及び第２のＴＥＧそれぞれについて第１及び第２の層が合成されて観測される平面像を比較することにより、形成されたパターンの正常、異常の判定を行うものである。
【００２１】
パターン異常のない場合には、ａ＝ｂ、ｄ＝ｅ、ｃ＝ｆの条件が成り立つため、明視野パターン付き欠陥検査装置を用いて隣り合うＴＥＧ１とＴＥＧ２の像を比較した場合、欠陥は認識されず、パターン異常のないことが正しく判定できる。
【００２２】
次に目ずれのある場合についての判定要領を図４と図５により説明する。
【００２３】
図４（ａ）において、ＴＥＧ１の第１層１０ａと第２層１１ａとの間に目ずれが生じた場合、第１層１０ａに形成されたドットパターン６の位置は、第２層１１ａに形成される配線パターン４と５との中心から外れ、この例では配線パターン５側に偏った位置になる。
【００２４】
これに対して、ＴＥＧ２では、図４（ｂ）のＴＥＧ２の断面図から明らかなように、ドットパターン９、配線パターン７、８はすべて第２層１１ｂに形成されるため、ドットパターン９は、配線パターン７と８との中心位置に正しく位置している。
【００２５】
従って、図５（ａ）に示すＴＥＧ１の平面図において、配線パターン４とドットパターン６との間隔ａと、配線パターン５とドットパターン６との間隔ｂの間には、ａ＞ｂの関係が成り立つ。一方、図５（ｂ）のＴＥＧ２の平面図では目ずれの影響を受けることなしに、ｄ＝ｅの関係を保持しているため、ＴＥＧ１とＴＥＧ２の像を比較した場合に欠陥として認識され、目ずれによるパターン異常が判定できる。
【００２６】
次にパターンが太る場合について、図６と図７により説明する。
【００２７】
パターン太りがある場合には、図６（ａ）に示すように、ＴＥＧ１の第２層１１ａにはパターン太りの生じた配線パターン４、５が形成される。一方、ＴＥＧ２の第２層１１ｂには、図６（ｂ）に示すように、配線パターン７、８とドットパターン９とが共にパターン太りの生じたパターンとして形成される。
【００２８】
従って、図７（ａ）において、ＴＥＧ１の場合の間隔ａ、ｂは、配線パターン４、５のパターン太りの分だけ正常な場合より狭くなる。これに対して、図７（ｂ）におけるＴＥＧ２の場合の間隔ｄ、ｅは、配線パターン７、８のパターン太りにドットパターン９のパターン太りが加わってさらに狭くなる。
【００２９】
この結果、ａ＞ｄ且つｂ＞ｅとなり、同時に、ドットパターン９自身のパターン太りにより、ｃ＜ｆとなる。その結果、ＴＥＧ１とＴＥＧ２の像を比較した場合、この二つの条件の一方または両方を検出して欠陥として認識され、パターン太りによるパターン異常を判定できる。
【００３０】
パターンが細る場合について、図８と図９により説明する。
【００３１】
パターン細りがある場合、図８（ａ）に示すように、ＴＥＧ１の第２層１１ａにはパターン細りの生じた配線パターン４、５が形成される。一方、ＴＥＧ２の第２層１１ｂには、図８（ｂ）に示すように、配線パターン７、８とドットパターン９が共にパターン細りの生じたパターンとして形成される。
【００３２】
従って、図９（ａ）において、ＴＥＧ１の場合の間隔ａ、ｂは、配線パターン４、５のパターン細りの分だけ正常な場合より広くなる。これに対して、図９（ｂ）におけるＴＥＧ２の場合の間隔ｄ、ｅは、配線パターン７、８のパターン細りにドットパターン９のパターン細りが加わってさらに広くなる。
【００３３】
この結果、ａ＜ｄ且つｂ＜ｅとなり、同時に、ドットパターン９自身のパターン細りにより、ｃ＞ｆとなる。その結果、ＴＥＧ１とＴＥＧ２の像を比較した場合、この二つの条件の一方または両方を検出して欠陥として認識され、パターン細りによるパターン異常を判定できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるパターン検査用ＴＥＧを使用することにより、明視野パターン付き欠陥検査装置を用いた従来の欠陥検査手法を用いてウェハー拡散工程における目ずれ、パターン太り、パターン細りに対する欠陥検査が可能となる。
【００３５】
また、パターン太り、パターン細り、目ずれのいずれかが発生した場合、検査対象領域にある全チップで一様に欠陥として認識されるため、パターン異常以外の個々のチップで個別に発生する欠陥とは欠陥検査段階で明確に区別することができる。
【００３６】
以上の結果、欠陥検査後に目視や目ずれ検査装置等により欠陥分類をする必要はなくなり、欠陥検査装置のみで一貫してパターン異常の検出が可能となり高い検査スループットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウェハー内のチップ配置とチップ内のＴＥＧ１及びＴＥＧ２の配置を示すウェハー平面図である。
【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ、パターン異常のない場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の断面図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ、パターン異常のない場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の平面図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、目ずれが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の断面図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、目ずれが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の平面図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ、パターン太りが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の断面図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ、パターン太りが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の平面図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ、パターン細りが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の断面図である。
【図９】図９（ａ）、図９（ｂ）は、それぞれ、パターン細りが生じた場合のＴＥＧ１、ＴＥＧ２の平面図である。
【符号の説明】
１，２  ＴＥＧ
３  チップ領域
４，５，７，８  配線パターン
６，９  ドットパターン
１０ａ，１０ｂ  第１層
１１ａ，１１ｂ  第２層
【図１】
0004598298.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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