(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム照射による測定機構と光ビームによる測定機構とから構成され、ウェハ上の複数の半導体デバイスを分割するために設けられたスクライブライン領域に設けられたテストパターン領域の複数のパターンに前記光ビームを照射して得られた前記パターンの高さと、前記電子ビームを照射して得られた前記パターンの幅とコントラストとを記憶する記憶部と、前記パターンの高さ，幅，コントラストの相関関係を演算するとともに、前記半導体デバイスのパターンを前記電子ビームで照射して得られた幅とコントラストと前記相関関係とから該パターンの高さを求める演算部とを備えたことを特徴とする微細パターンの３次元形状測定システム。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記テストパターン領域のパターンは前記半導体デバイスのパターンと同じ製造工程で作成されることを特徴とする微細パターンの３次元形状測定システム。
【請求項３】
ウェハ上の複数の半導体デバイスを分割するために設けられたスクライブライン領域に設けられたテストパターン領域の複数のパターンに光ビームを照射して該パターンの高さを測定し、電子ビームを照射して前記パターンの幅とコントラストとを測定し、前記パターンの高さと幅とコントラストとを記憶し、前記パターンの高さ，幅，コントラストの相関関係を演算して記憶し、前記半導体デバイスのパターンを前記電子ビームで照射して得られた幅とコントラストと前記相関関係とから該パターンの高さを求めることを特徴とする微細パターンの３次元形状測定方法。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記テストパターン領域のパターンは前記半導体デバイスのパターンと同じ製造工程で作成されることを特徴とする微細パターンの３次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体メモリや集積演算回路などの半導体デバイスに形成された微細パターンの３次元形状を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスに形成された微細パターンの幅を測定する技術として電子ビームを照射して発生する二次電子や反射電子を検出しその信号強度を用いる測長ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）が知られている。しかしながら、測長ＳＥＭでは、微細な幅を測定できても、そのパターンの高さは測定できないため、ウェハに形成された半導体デバイスの回路パターンの対象部分を切断し断面を電子顕微鏡等で観察する方法が行われている。
【０００３】
例えば、特開平１１−７４３２６号公報に記載されたようなものがある。このような切断面を電子顕微鏡等で観察する方法では、パターンの高さ寸法を測定することはできるが、ウェハを切断することから、その観察部分を製品にすることは不可能であり、さらに、切断していない他の半導体デバイスが観察部分と同様な寸法形状である補償はない。また、切断から観察までに長時間を要するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ウェハを切断せずに、半導体デバイスの微細パターンの３次元形状を測定できる微細パターンの３次元形状測定システム及び３次元形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施態様においては、電子ビーム照射による測定機構と光ビームによる測定機構とから構成され、ウェハ上の各半導体デバイスを分割するために設けられたスクライブライン領域にテストパターン領域を設け、該領域のパターンは半導体デバイスのパターンと同じ工程で製造された同様の線幅，代表形状であり、テストパターン領域のパターンに光ビームを照射して高さを測定するとともに電子ビームを照射して幅とコントラストとを測定し、これらの相関関係を演算して記憶し、次にウェハの半導体デバイスのパターンを電子ビームで照射して幅を測定するとともにコントラストを測定し、得られたコントラストから記憶された上記相関関係を用いてパターンの高さを推定し、３次元形状を求めるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施例を示す半導体デバイス検査装置の縦断面図である。
【０００７】
この半導体デバイス検査装置は、電子ビームをウェハ１００に照射する部分と、光をウェハ１００に照射する部分とから構成されている。ウェハ１００はステージ１０２に搭載され、矢印１１４で示すように両方の間を往復できる。両者の間にはインターロック１１５が設けられ、電子ビームをウェハ１００に照射する部分の真空度を保つようにしている。
【０００８】
電子ビームをウェハ１００に照射する部分は、主に、電子源１０３，電子ビームの引き出し電極１０４，電子ビームを成形する絞り１０５，電子ビームを収束させるコンデンサ電磁レンズ１０６と対物電磁レンズ１０７，電子ビームを偏向してウェハ１００上で走査させたり照射非照射させる偏向器１０８とから構成され、電子ビームの走査によってウェハ１００から発生した二次電子・反射電子１０９を検出器１０１で検出し、画像処理装置１１６で画像信号を生成してモニタ１１７へその画像を表示させる。
【０００９】
一方、光をウェハ１００に照射する部分は、光ビーム源１１０で発生した光ビーム１１２をウェハ１００へ照射し、検出器１１１で光１１３を検出し、画像処理装置１１６で画像信号を生成してモニタ１１７へその画像を表示させる。
【００１０】
光ビームを用いたパターンの高さ測定のための方法の一例として、特開平８−２５５７５１号公報に記載されたようなスキャテロメトリーを使用する方法が知られている。
【００１１】
上述した半導体デバイス検査装置を用いた微細パターンの３次元形状の測定の手順を、以下説明する。
【００１２】
図２はウェハ１００およびその細部の上面図である。ウェハ１００には多数の半導体チップ２０１が形成される。これら半導体チップ２０１の間にはスクライブ領域が設けられ、この領域で切断されて半導体チップが完成する。このスクライブ領域にテストパターン領域２０２を設ける。該領域のパターンは、半導体チップ２０１の検査すべき主要な領域２０３における代表的なパターン２０４と同じ工程で製造された同様の線幅，代表形状とする。
【００１３】
図３はテストパターン領域２０２におけるパターン３０１の縦断面図である。また、図４は、メモリの測定値を記憶するデータ領域を示す構成図である。また、図５は３次元形状の測定の手順を示すフローチャートである。
【００１４】
はじめに、図５のステップ５０２において、光ビームによるテストパターン領域２０２のパターンを測定し、図４に示す高さＨ１を得る。さらに、テストパターン領域２０２には高さの異なるパターン３０１を形成させておき、例えば、高さＨ２，高さＨ３を得る。そして、メモリのデータ記憶領域４０１に高さＨ１を、データ記憶領域４０２に高さＨ２を、データ記憶領域４０３に高さＨ３を記憶させる。
【００１５】
次に、図５のステップ５０３で電子ビームをテストパターン領域２０２のパターンへ照射して、図３に示すパターン３０１の頂部の幅Ａと斜面部３０３の幅Ｂを測定する。また、パターン３０１と谷部３０２の二次電子・反射電子の発生の違いによるコントラストを画像データとして記憶する。さらに、図４に示した高さの異なるパターンについて同様に測定を行う。
【００１６】
以上の測定によって得られた寸法データおよびコントラストのデータをメモリへ記憶する。次に、ステップ５０４で画像処理装置１１６等のコンピュータによって寸法データとコントラストとの相関関係を計算し、結果をメモリへ記憶する。相関関係の計算では、図５の矢印５１１に示すように、光ビームによる測定データと電子ビームによる測定データとをステップ５０４の計算で使用する。
【００１７】
さらに、矢印５１２に示すようにステップ５０４で得られた結果を用いて、ステップ５０５で実際には測定していない寸法のパターンのコントラストとの相関関係を推定して、一群の相関関係を計算する。
【００１８】
次に、ステップ５０６で、図２の半導体チップ２０１の代表的なパターン204に電子ビームを照射して、図３に示すパターン３０１の幅Ａ，幅Ｂ，コントラストを測定する。
【００１９】
次に、矢印５１３に示すように、ステップ５０５で求めた一群の相関関係とステップ５０６で測定したパターン３０１の幅Ａ，幅Ｂ，コントラストとから、ステップ５０７で両者を比較し、ステップ５０８で最も一致度の高い測定値を選択し、パターン３０１の高さを求める。
【００２０】
次に、ステップ５０８で求めた幅，高さを有する３次元形状のパターンをステップ５０９でモニタ１１７に表示する。
【００２１】
以上のように、ウェハのスクライブ領域に設けたテストパターンを光ビームと電子ビームで測定してデータを記憶し、半導体チップのパターンを電子ビームで測定してその高さをウェハを切断せずに推定することによって、半導体デバイスの微細パターンの３次元形状を測定することができる。
【００２２】
本実施例では、スクライブ領域に作成したテストパターンは細長い線状の山と谷の繰り返しであるライン・アンド・スペースを対象としたが、ホール等の任意形状の繰り返しパターンでも、同様の考え方で３次元形状を測定することができる。そして、ウェハを割ることにより発生する時間及びコストの削減を実現できる。
【００２３】
なお、高さの正確な推定のためには、スクライブ領域に作成したテストパターンと半導体デバイスのパターンとを同じ製造工程で作成して、同じ形状に作成することが必要である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ウェハを切断せずに半導体デバイスの微細パターンの３次元形状を測定できる微細パターンの３次元形状測定システム及び３次元形状測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体デバイス検査装置の縦断面図。
【図２】ウェハ１００およびその細部の上面図。
【図３】テストパターン領域２０２におけるパターン３０１の縦断面図。
【図４】メモリの測定値を記憶するデータ領域を示す構成図。
【図５】３次元形状の測定の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１００…ウェハ、１１６…画像処理装置、２０１…半導体チップ、２０２…テストパターン領域、２０４，３０１…パターン。
【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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