(57)【要約】【課題】測長装置にて半導体装置を構成するパターンの寸法を測定する際、複数のパターンの中からあらかじめ指定した特定のパターンの寸法を容易に測定できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に、周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターン１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉと、当該配列における所定の位置に第１のパターンに代えて設けられ、第１のパターンの平面形状の一部が変更されて第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターン１２ｅとを備える。第２のパターン１２ｅは、第２のパターン１２ｅから構成される半導体装置の部分が、第１のパターンから構成される半導体装置の部分と、電気的特性が実質的に同一になる平面形状を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、
周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターンと、
前記配列における所定の位置に前記第１のパターンに代えて設けられ、前記第１のパターンの平面形状の一部が変更された前記第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターンと、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２のパターンは、該第２のパターンから構成される前記半導体装置の部分が、前記第１のパターンから構成される前記半導体装置の部分と、電気的特性が同一になる平面形状を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体装置は、複数のフォトダイオードが配列された固体撮像装置であり、前記第１および前記第２のパターンは、当該固体撮像装置に対する入射光を遮断する遮光膜の、前記各フォトダイオード上部分に設けられた開口部である請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
パターンに荷電粒子を照射し、当該荷電粒子照射により取得される画像からパターン寸法測定する装置を用いるパターン寸法測定工程を含む、半導体装置の製造方法であって、
前記パターン寸法測定工程が、
周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターンと、前記配列における所定の位置に前記第１のパターンに代えて設けられ、前記第１のパターンの平面形状の一部が変更された前記第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターンとが形成された半導体基板を前記装置に設置する工程と、
前記第１のパターンと前記第２のパターンとが配列された領域内で、前記第２のパターンを前記装置に認識させる工程と、
前記第２のパターンに前記荷電粒子を照射し、前記第２のパターンの寸法測定を行う工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２のパターンは、該第２のパターンから構成される前記半導体装置の部分が、前記第１のパターンから構成される前記半導体装置の部分と、電気的特性が同一になる平面形状を有する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２のパターンの寸法測定を行う工程は、前記第２のパターンの、前記第１のパターンから平面形状が変更されていない所定の部分の寸法を測定する、請求項４または５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体装置は、複数のフォトダイオードが配列された固体撮像装置であり、前記第１および前記第２のパターンは、当該固体撮像装置に対する入射光を遮断する遮光膜の、前記各フォトダイオード上部分に設けられた開口部である請求項４から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、固体撮像素子等の半導体装置を構成する素子パターンの形状およびそのパターン形状を利用した微細パターンの寸法測定工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）に代表される固体撮像素子では、画素数の増加に伴い、固体撮像素子を構成する各パターンの微細化が進んでいる。固体撮像素子を含む半導体集積回路装置（以下、半導体装置という）の製造工程では、高品質な加工を実現するために、半導体基板上に形成されたパターンの寸法測定が一連の製造工程中の一工程として行われている。近年の回路パターン微細化に伴い、寸法測定には、測長ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等の荷電粒子線を利用した高倍率の測長装置が使用されている（例えば、特許文献１、２等参照。）。測長ＳＥＭは、半導体基板上に形成された所定のパターンに電子線を照射することにより二次電子画像を取得し、当該二次電子画像に基づいてパターン寸法を計測する。この種の測長装置は、寸法測定を行うべきパターンを自動的に検出する機能を備えている。このようなパターン検出は、あらかじめ測長装置に画像として登録されている寸法測定対象パターンの画像と、測長装置により取得された実際の測長対象画像とをパターンマッチングすることにより行われている。
【０００３】
以下、従来の固体撮像素子の構造と、固体撮像素子を構成する素子パターンの寸法測定方法について図を用いて説明する。図８は、従来の固体撮像素子の構造を示す断面図である。また、図９は、当該固体撮像素子の構造を示す平面図である。なお、図８は、図９に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【０００４】
図８に示すように、半導体基板１００には、複数のフォトダイオード２と、各フォトダイオード２において生成された信号電荷を垂直方向（図８では、紙面に垂直な方向）に転送する垂直電荷転送チャネル３が形成されている。図８および図９に示すように、垂直電荷転送チャネル３上には、第１の絶縁膜４を介して第１の電荷転送電極５および第２の電荷転送電極６が設けられている。電荷転送電極５、６が設けられた半導体基板１００上には第１の層間絶縁膜７が設けられ、第１の層間絶縁膜７上に遮光膜８が設けられている。当該遮光膜８のフォトダイオード２と対向する位置には開口部３２が設けられており、当該開口部３２を通じてフォトダイオード２に光が入射する。各開口部３２の上方には、第２の層間絶縁膜９およびカラーフィルタ１０を介してマイクロレンズ１１が配置されている。
【０００５】
なお、図９では、マイクロレンズ１１、カラーフィルタ１０および第２の層間絶縁膜９の記載を省略している。また、図９では、パターン形状を示すため、第１の電荷転送電極５および第２の電荷転送電極６を示しているが、開口部３２以外の領域は遮光膜８により被覆されている。
【０００６】
次に、上述の構造を有する固体撮像素子を構成する素子パターンの寸法測定の一例として、遮光膜８に形成される開口部３２の寸法測定を説明する。図１０は、当該寸法測定が実施される半導体基板１００の全体を示す概略平面図である。半導体基板１００上には、上述の構造を有する固体撮像素子を含む半導体装置が全面に多数形成される。当該寸法測定は、半導体基板１００上に成膜された遮光膜８に開口部３２を形成する工程が完了した後、第２の層間絶縁膜９が形成されるまでの間に実施される。
【０００７】
このような寸法測定は、半導体基板１００の面内で選択された、いくつかの半導体装置について実施するのが一般的である。ここでは、図１０に示す５つの半導体装置３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ）について寸法測定を実施する。また、図１０に示すように、半導体基板１００上には、半導体基板１００上の基準点を認識するための位置認識パターン２２（２２ａ、２２ｂ）が設けられている。
【０００８】
従来の寸法測定では、まず遮光膜８の開口部３２を形成する工程が完了した段階で、半導体基板１００が測長ＳＥＭのステージに載置される。半導体基板１００がステージに載置されると、測長ＳＥＭは、１００倍程度の低倍率の光学顕微鏡を用いて、位置認識パターン２２ａの光学顕微鏡画像を取得する。そして、取得した光学顕微鏡画像と、あらかじめ測長ＳＥＭに登録されている位置認識パターン２２ａの画像とをパターンマッチングすることにより、ステージ上に固定された絶対座標系における位置認識パターン２２ａの位置を認識する。ここで、ステージ上に固定された絶対座標系とは、測長ＳＥＭがステージの移動を制御する際に使用する座標系である。
【０００９】
このように、光学顕微鏡による位置認識パターンの位置認識を行うことにより、測長ＳＥＭは、半導体基板１００がステージ上に設置された際に、ステージ上に固定された絶対座標系に対して生じる、１００μｍから２００μｍ程度の半導体基板１００の設置位置ずれを補正する。
【００１０】
次に、測長ＳＥＭは、光学顕微鏡画像により位置認識した位置認識パターン２２ａに電子線を照射し、２０００倍から５０００倍程度の比較的低い倍率で、位置認識パターン２２ａの二次電子画像を取得する。そして、取得した二次電子画像と、あらかじめ測長ＳＥＭに登録されている位置認識パターン２２ａの画像とを比較することにより、ステージ上に固定された絶対座標系における、位置認識パターン２２ａのより精度を上げた位置を認識する。
【００１１】
このように、比較的低倍率な二次電子画像による位置認識を行うことにより、測長ＳＥＭは、前記光学顕微鏡の光軸と、電子顕微鏡の光軸との間の数１０μｍ程度の位置ずれを補正する。また、このように比較的低倍率で位置認識パターン２２ａの二次電子画像を取得することで、光学顕微鏡の光軸と電子顕微鏡の光軸との間のずれのために、位置認識パターン２２ａが測長ＳＥＭの二次電子画像収集範囲（すなわち、表示画面）から外れることが防止できる。なお、一般的な測長ＳＥＭの倍率と二次電子画像収集範囲との関係は、２０００倍で１００μｍ×１００μｍ程度、５０００倍で２０μｍ×２０μｍ程度である。次に位置認識パターン２２ａと同様に、位置認識パターン２２ｂに対しても光学顕微鏡による位置認識と、比較的低倍率の二次電子画像による位置認識が行われる。
【００１２】
以上のようにして、位置認識パターン２２ａ、２２ｂの位置認識を行った後、測長ＳＥＭはいずれかの半導体装置３１（例えば、半導体装置３１ａ）が二次電子画像収集範囲内に位置する状態にステージを移動させる。当該移動は測長ＳＥＭにあらかじめ登録されている、位置認識パターン２２ａ、２２ｂを基準とした各半導体装置３１の相対座標に基づいて行われる。ステージの移動が完了すると、測長ＳＥＭは半導体装置３１ａに電子線を照射することにより、５０００倍程度の倍率で半導体装置３１ａの固体撮像素子部の二次電子画像を取得する。
【００１３】
図１１は、遮光膜８に形成された複数の開口部３２（ここでは、開口部３２ａ〜３２ｉ）を含む領域の二次電子画像を示す模式図である。測長ＳＥＭは、取得した二次電子画像と、あらかじめ登録されている、図１２に示すような、寸法測定対象の開口部３２ｅを含む領域の画像とをパターンマッチングする。これにより、寸法測定対象の開口部３２ｅの位置を認識する。この後、測長ＳＥＭは、認識した寸法測定対象の開口部３２ｅが、二次電子画像収集範囲の中央に位置する状態にステージを移動させる。ステージの移動が完了すると、測長ＳＥＭは、図１３に示すように、寸法測定を行う倍率（ここでは１０００００倍）で寸法測定対象の開口部３２ｅに電子線を照射して二次電子画像を取得し、開口部３２ｅの寸法として、測長ＳＥＭにあらかじめ設定されている部位（例えば、図１３に示す開口幅Ｗ）の寸法測定を行う。以降、半導体基板１００上に形成されている他の半導体装置３１ｂ〜３１ｅ上に形成されている特定の開口部３２ｅに対する寸法測定が同様に行われる。
【特許文献１】特開平１１−２５７９３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の固体撮像素子の構造と、前記固体撮像素子を構成するパターンの寸法測定方法では以下のような課題が生じる。図１１に示すように、遮光膜８の開口部３２ａ〜３２ｉは、同一形状のパターンが配列されている。このため、複数の開口部３２ａ〜３２ｉの中の、いずれか１つの開口部の寸法を測定することは容易であるが、あらかじめ指定した特定の開口部３２（ここでは、開口部３２ｅ）の寸法を測定することは困難である。これは、測長ＳＥＭのステージが移動する際の位置精度に起因し、位置認識パターン２２ａ、２２ｂで位置を合わせた後、半導体基板１００上の位置認識パターン２２ａ、２２ｂから離れた位置にある半導体装置３１ａ〜３１ｅに移動する際に、位置ずれが生じるためである。
【００１５】
図１４は、上述の位置ずれが発生した状態の一例を示す図である。図１４では、寸法測定対象である開口部３２ｅが、測長ＳＥＭの二次電子画像収集範囲内で右下方向にずれた状態を示している。このような位置ずれが生じた場合、二次電子画像収集範囲の中央部（図１４中に示す点Ｃ）の近傍には、寸法測定対象の開口部３２ｅだけでなく、開口部３２ｂや開口部３２ｄが存在している。このため、測長ＳＥＭは、寸法測定対象の開口部３２ｅではなく、開口部３２ｂや開口部３２ｄの寸法を測定する可能性がある。これは、あらかじめ登録されている寸法測定対象の開口部３２ｅの形状（平面形状）と、他の開口部（開口部３２ａ〜３２ｄ、３２ｆ〜３２ｉ）の形状とが設計上同一であるため、図１４に示すような位置ずれが発生じた場合に、寸法測定対象の開口部３２ｅと、開口部３２ｂや開口部３２ｄとの区別ができないためである。
【００１６】
半導体基板１００上にパターンを形成するリソグラフィ工程では、ステッパあるいはスキャナと呼ばれる露光装置が使用される。この種の露光装置は、あらかじめ回路パターンが形成されているレチクルと呼ばれる原版に、ｉ線あるいはエキシマレーザ等を照射し、透過したｉ線あるいはエキシマレーザを半導体基板１００上のレジスト膜に照射することで、レチクル上に形成されている回路パターンを半導体基板１００上に転写する。このリソグラフィ工程で使用するレチクルは、回路パターンを構成する金属膜パターンがガラス基板上に配置された構造を有しているが、このレチクルの製造する際にも、電子ビーム露光装置など別の露光装置を用いてガラス基板上のレジスト膜を露光し、レジストパターン現像、エッチングなどの工程を経てガラス基板上に回路パターンが形成される。
【００１７】
このレチクル製造の過程では、露光装置における露光エネルギーの局所的なばらつき、あるいは、レジスト膜厚、現像液流量、現像液温度などの局所的なばらつきにより、レチクル上に、設計上同一の平面形状を有する複数のパターンを繰り返し形成した場合であっても、各パターンの寸法に個体差が生じ得る。このため、厳密な精度が要求される微細なパターンを有する半導体装置の製造工程での寸法管理においては、同一形状のパターンの繰り返し配列されている場合でも、その中の特定のパターンの寸法を測定し、当該特定のパターンの寸法に基づいて工程管理を行う必要がある。
【００１８】
したがって、上述のような特定のパターンの寸法測定が困難な状況下では、厳密な工程管理を行うことができなくなる。また、このような問題は、上述した固体撮像素子を含む半導体装置に限らず、設計上同一の平面形状を有する複数のパターンが周期的に繰り返して配列された領域を有するいかなる半導体装置においても発生し得る。
【００１９】
本発明の目的は、測長装置にて半導体装置を構成するパターンの寸法を測定する際、複数のパターンの中からあらかじめ指定した特定のパターンの寸法を容易に測定できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に、周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターンと、当該配列における所定の位置に第１のパターンに代えて設けられ、第１のパターンの平面形状の一部が変更された第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターンとを備える。
【００２１】
この半導体装置では、測長装置にて半導体装置を構成するパターンの寸法を測定する際、複数のパターンの中からあらかじめ指定した特定のパターンを容易に特定し、当該特定のパターンの寸法を容易に測定することができる。
【００２２】
上記半導体装置において、上記第２のパターンは、該第２のパターンから構成される半導体装置の部分が、上記第１のパターンから構成される半導体装置の部分と、電気的特性が、実質的に同一になる平面形状を有する構成を採用することができる。
【００２３】
一方、他の観点では、本発明は、パターンに荷電粒子を照射し、当該荷電粒子照射により取得される画像からパターン寸法測定する装置を用いるパターン寸法測定工程を含む、半導体装置の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法が含むパターン寸法測定工程では、まず、周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターンと、当該配列における所定の位置に第１のパターンに代えて設けられ、第１のパターンの平面形状の一部が変更された第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターンとが形成された半導体基板が、上記装置に設置される。次いで、上記第１のパターンと上記第２のパターンとが配列された領域内で、上記第２のパターンを上記装置に認識させる。そして、上記第２のパターンに荷電粒子を照射し、取得された画像に基づいて上記第２のパターンの寸法測定を行う。
【００２４】
この半導体装置の製造方法において、上記第２のパターンは、該第２のパターンから構成される半導体装置の部分が、上記第１のパターンから構成される半導体装置の部分と、電気的特性が、実質的に同一になる平面形状を有する構成を採用することができる。また、上記第２のパターンの寸法測定を行う際には、上記第２のパターンの、第１のパターンから平面形状が変更されていない所定の部分の寸法を測定することが好ましい。
【００２５】
例えば、上記半導体装置が、複数のフォトダイオードが配列された固体撮像装置である場合、上記第１および上記第２のパターンは、当該固体撮像装置に対する入射光を遮断する遮光膜の、上記フォトダイオード上部分に設けられた開口部とすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、固体撮像素子を含む半導体装置のような、従来、設計上同一の平面形状を有するパターンが繰り返し配列される領域を有する半導体装置について、当該配列に属する複数のパターンのうち、あらかじめ指定した特定のパターンの寸法を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、固体撮像素子を含む半導体装置（以下、固体撮像装置という。）に適用した事例により本発明を具体化している。
【００２８】
図１は、本実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。また、図２は、図１に示す固体撮像装置の構造を示す平面図である。なお、図１は、図２に示すＸ−Ｘ線における断面図である。
【００２９】
図１に示す固体撮像装置２１は、半導体基板１の表面部に、複数のフォトダイオード２と、フォトダイオード２において生成された信号電荷を垂直方向（図１では、紙面に垂直な方向。図２では、上下方向。）に転送する垂直電荷転送チャネル３を備える。図１および図２に示すように、垂直電荷転送チャネル３上には、シリコン酸化膜等からなる第１の絶縁膜４を介して、ドープドポリシリコン等からなる第１の電荷転送電極５および第２の電荷転送電極６が設けられている。電荷転送電極５、６が設けられた半導体基板１上には、シリコン酸化膜等からなる第１の層間絶縁膜７が設けられ、第１の層間絶縁膜７上にタングステン等からなる遮光膜８が設けられている。当該遮光膜８のフォトダイオード２と対向する位置には開口部１２が設けられており、当該開口部１２を通じてフォトダイオード２に光が入射する。各開口部１２の上方には、アクリル樹脂等からなる第２の層間絶縁膜９およびカラーフィルタ１０を介してアクリル樹脂等からなるマイクロレンズ１１が配置されている。
【００３０】
なお、図２では、マイクロレンズ１１、カラーフィルタ１０および第２の層間絶縁膜９の記載を省略している。また、図２では、パターン形状を示すため、第１の電荷転送電極５および第２の電荷転送電極６を示しているが、開口部１２以外の領域は遮光膜８により被覆されている。図２において、第２の電荷転送電極６上に第１の電荷転送電極５が重なる領域では、第２の電荷転送電極６の表面に形成された酸化膜により、両電極間は電気的に絶縁されている。
【００３１】
本発明の半導体装置の特徴は、周期的に繰り返して配列された複数個の第１のパターンと、当該配列における所定の位置に第１のパターンに代えて設けられた、第１のパターンの平面形状の一部が変更された第１のパターンとは異なる平面形状を有する第２のパターンとを備える点にある。すなわち、図２には示されていないが、後に説明するように具体例として遮光膜８の開口部１２に特徴がある。
【００３２】
次に、上述の構造を有する固体撮像装置２１を構成する素子パターンの寸法測定の一例として、遮光膜８に形成される開口部１２の寸法を測定する方法を説明する。このパターン寸法測定工程は、固体撮像装置２１のような半導体装置を製造する一連の製造工程中に組み込まれたものであって、半導体装置を歩留りよく製造するための工程管理に必要なものである。
【００３３】
図３は、固体撮像装置２１の遮光膜８の開口部１２の寸法測定を行う半導体基板１の全体を示す概略平面図である。半導体基板１上には、上述の構成を有する固体撮像装置２１が全面に多数形成されている。当該寸法測定は、半導体基板１上に成膜された遮光膜８に開口部１２を形成する工程が完了した後、第２の層間絶縁膜９が形成されるまでの間に実施される。
【００３４】
このような寸法測定は、半導体基板１上に形成される全ての固体撮像装置２１について実施してもよいが、半導体基板１の面内で選択された、いくつかの固体撮像装置２１について実施するのが一般的である。ここでは、図３に示す５つの固体撮像装置２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）について寸法測定を実施する。また、図３に示すように、半導体基板１上には、半導体基板１上の基準点を認識するための位置認識パターン２２（２２ａ、２２ｂ）が設けられている。
【００３５】
本実施形態では、まず、遮光膜８の開口部１２を形成する工程が完了した段階で、半導体基板１がパターン寸法測定装置である測長ＳＥＭのステージに載置される。半導体基板１がステージに載置されると、測長ＳＥＭは、１００倍程度の低倍率の光学顕微鏡を用いて、位置認識パターン２２ａの光学顕微鏡画像を取得する。そして、取得した光学顕微鏡画像と、あらかじめ測長ＳＥＭに登録されている位置認識パターン２２ａの画像とをパターンマッチングすることにより、ステージ上に固定された絶対座標系における位置認識パターン２２ａの位置を認識する。ここで、ステージ上に固定された絶対座標系とは、測長ＳＥＭがステージの移動を制御する際に使用する座標系である。
【００３６】
このように、光学顕微鏡による位置認識パターンの位置認識を行うことにより、測長ＳＥＭは、半導体基板１がステージ上に設置された際に、ステージ上の絶対座標系に対して生じる、１００μｍから２００μｍ程度の設置位置ずれを補正する。
【００３７】
次に、測長ＳＥＭは、光学顕微鏡画像により位置認識した位置認識パターン２２ａに電子線を照射し、２０００倍から５０００倍程度の比較的低い倍率で、位置認識パターン２２ａの二次電子画像を取得する。そして、取得した二次電子画像と、あらかじめ測長ＳＥＭに登録されている位置認識パターン２２ａの画像とを比較することにより、ステージ上の絶対座標系における、位置認識パターン２２ａのより精度を高めた位置を認識する。
【００３８】
このように、比較的低倍率な二次電子画像による位置認識を行うことにより、測長ＳＥＭは、前記光学顕微鏡の光軸と、電子顕微鏡の光軸との間の数１０μｍ程度の位置ずれをさらに補正する。また、このように比較的低倍率で位置認識パターン２２ａの二次電子画像を取得し、位置ずれを補正することで、光学顕微鏡の光軸と電子顕微鏡の光軸との間のずれのために、位置認識パターン２２ａが測長ＳＥＭの二次電子画像収集範囲（すなわち、表示画面）から外れることが防止できる。なお、一般的な測長ＳＥＭの倍率と二次電子画像収集範囲との関係は、２０００倍で１００μｍ×１００μｍ程度、５０００倍で２０μｍ×２０μｍ程度である。続いて、位置認識パターン２２ａと同様に、位置認識パターン２２ｂに対しても光学顕微鏡による位置認識と、比較的低倍率の二次電子画像による位置認識が行われる。
【００３９】
以上のようにして、位置認識パターン２２ａ、２２ｂの位置認識を行った後、測長ＳＥＭはいずれかの固体撮像装置２１（例えば、固体撮像装置２１ａ）が二次電子画像収集範囲内に位置する状態にステージを移動させる。当該移動は測長ＳＥＭにあらかじめ登録されている、位置認識パターン２２ａ、２２ｂを基準とした各固体撮像装置２１の相対座標に基づいて行われる。ステージの移動が完了すると、測長ＳＥＭは固体撮像素子２１ａに電子線を照射することにより、５０００倍程度の倍率で固体撮像素子２１ａの遮光膜８に形成された開口部１２の二次電子画像を取得する。
【００４０】
図４（ａ）は、遮光膜８に形成された複数の開口部１２（１２ａ〜１２ｉ）の一例を示す模式図である。図４（ａ）では、上述の測長ＳＥＭの動作により、寸法測定対象の開口部１２ｅが二次電子画像収集範囲の中央部に位置している。図４（ａ）に示すように、本実施形態では、周期的に配列された複数の開口部１２ａ〜１２ｉのうち、寸法測定対象の開口部１２ｅ（第２のパターン）については、他の開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉ（第１のパターン）と異なる平面形状を有している。
【００４１】
特に限定されないが、図４（ａ）の例では、第１のパターンである開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉが図中の上下方向に非対称な平面形状（ここでは、２つの矩形を左右方向に結合した６角形の平面形状）を有しており、第２のパターンである開口部１２ｅは、第１のパターンである開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉの平面形状を図中の上下方向に反転させた平面形状になっている。したがって、開口部１２ｅと、開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉとは、開口面積が同一で、平面形状の一部のみが異なっている。この例では、図中の左右方向および上下方向の最大開口幅を構成する辺は両パターン間で変更されていない。
【００４２】
固体撮像装置を構成する各画素が備えるフォトダイオード２に対向して設けられる遮光膜８の開口部１２については、開口部１２の面積が同一であれば、平面形状が異なっていても開口部１２を通じてフォトダイオード２に到達する光の量は同一になる。このため、本構成によれば、開口部１２ｅのパターンから構成される半導体装置の部分である画素セルの電気的特性と、他の開口部１２（例えば、開口部１２ａ）のパターンから構成される半導体装置の部分である画素セルの電気的特性とは実質的に同一になる。なお、この例では、第２のパターンである開口部１２ｅは、第１のパターンである開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉの平面形状を図中の左右方向に反転させた平面形状になっていてもよい。
【００４３】
測長ＳＥＭは、取得した５０００倍程度の二次電子画像と、あらかじめ登録されている、図５に示すような、寸法測定対象の開口部１２ｅを含む領域の画像とをパターンマッチングする。これにより、寸法測定対象の開口部１２ｅの位置を認識する。上述したように、測長ＳＥＭのステージ位置精度により、固体撮像素子２１ａにステージを移動させた際、寸法測定対象の開口部１２ｅが図４（ｂ）に示すように二次電子画像の中央部Ｃからずれる場合がある。しかしながら、本実施形態では、寸法測定対象の開口部１２ｅの平面形状が他の開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉの平面形状と異なるため、このようなずれが発生し、開口部１２ｅが中央部に存在しない場合であっても、上記パターンマッチングにより、寸法測定対象の開口部１２ｅの位置を正確に認識することができる。
【００４４】
この後、測長ＳＥＭは、図６に示すように、認識した寸法測定対象の開口部１２ｅが、二次電子画像収集範囲の中央に位置する状態にステージを移動させる。ステージの移動が完了すると、測長ＳＥＭは、図７に示すように、寸法測定を行う倍率（ここでは１０００００倍）で寸法測定対象の開口部１２ｅに電子線を照射して二次電子画像を取得し、開口部１２ｅの寸法として、測長ＳＥＭにあらかじめ設定されている部位（例えば、図１３に示す開口幅Ｗ）の寸法測定を行う。この寸法測定部位は、開口部１２ｅと他の開口部１２ａ〜１２ｄ、１２ｆ〜１２ｉとの双方において、設計上の寸法が同一である部位（平面形状が変更されていない部位）であることが好ましい。この場合、測定した寸法により、各開口部１２の寸法を代表させることができる。以降、半導体基板１上に形成されている他の固体撮像素子２１ｂ〜２１ｅの開口部１２ｅに対する寸法測定が同様に行われる。
【００４５】
以上のように、本発明によれば、固体撮像素子を含む半導体装置のような、従来、設計上同一の平面形状を有するパターンや、類似した平面形状を有するパターンが繰り返し配列される領域を有する半導体装置について、当該配列に属するパターンのうち、あらかじめ指定した特定のパターンを正確に捕捉し、その寸法を測定することができる。
【００４６】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上述の実施形態では、類似した形状、同一形状の繰り返しパターンが、固体撮像素子の遮光膜の開口部である事例について説明したが、本発明が適用可能なパターンは、遮光膜の開口部に限定されない。固体撮像素子としての特性に影響を与えることがない、あるいは実用上無視できるほど影響が小さい範囲内で、パターンの面積を変えずに平面形状を変更可能なパターンであれば、任意のパターンに適用可能である。例えば、固体撮像素子を構成するパターンでは、フォトダイオードを構成する複数の拡散層、電荷転送チャネルおよび画素セルを電気的に分離する分離層を構成する複数の拡散層、層内レンズ、反射防止膜などのパターンに適用可能である。
【００４７】
また、本発明は、固体撮像素子を備える半導体装置に限らず、半導体装置の特性に影響を与えることがない、あるいは実用上無視できるほど影響が小さい範囲内で、パターンの面積を変えずに平面形状を変更可能なパターンを備える任意の半導体装置に適用可能である。例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリなどの各種メモリデバイスのメモリセルを構成するパターンなどに適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、測長装置にて半導体装置を構成するパターンの寸法を測定する際に、複数のパターンの中からあらかじめ指定した特定の位置のパターンの寸法を容易に測定できるという効果を有し、半導体装置および半導体装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態における半導体装置を示す平面図
【図３】本発明の一実施形態における半導体装置が形成された半導体基板を示す概略平面図
【図４】本発明の一実施形態における測長部の二次電子像を示す図
【図５】本発明の一実施形態における登録された測長部の画像を示す図
【図６】本発明の一実施形態における測長部の二次電子像を示す図
【図７】本発明の一実施形態における測長部を拡大した二次電子像を示す図
【図８】従来の半導体装置を示す断面図
【図９】従来の半導体装置を示す平面図
【図１０】従来の半導体装置が形成された半導体基板を示す概略平面図
【図１１】従来の半導体装置の測長部の二次電子像を示す図（位置ずれなし）
【図１２】従来の登録された測長部の画像を示す図
【図１３】従来の半導体装置の測長部を拡大した二次電子像を示す図
【図１４】従来の半導体装置の測長部の二次電子像を示す図（位置ずれあり）
【符号の説明】
【００５０】
１  半導体基板
２  フォトダイオード
３  垂直電荷転送チャネル
４  第１の絶縁膜
５  第１の電荷転送電極
６  第２の電荷転送電極
７  第１の層間絶縁膜
８  遮光膜
９  第２の層間絶縁膜
１０  カラーフィルタ
１１  マイクロレンズ
１２  開口部
１２ａ〜１２ｄ  開口部（第１のパターン）
１２ｆ〜１２ｉ  開口部（第１のパターン）
１２ｅ  開口部（第２のパターン）
２１、２１ａ〜２１ｅ  固体撮像装置（半導体装置）
２２、２２ａ、２２ｂ  位置認識パターン
３１、３１ａ〜３１ｅ  半導体装置
３２、３２ａ〜３２ｉ  開口部
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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