(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幅と、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を記憶する記憶部と、前記パターンの電子ビーム照射前後の幅の変化量を演算するとともに、前記半導体デバイスに設けたダミーパターンを前記電子ビームで照射して得られた幅と前記変化量とから該ダミーパターンの電子ビーム照射前の幅を演算する演算部とを備えたことを特徴とする微細パターンの形状測定システム。
【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、その幅は前記光ビームで測定可能であることを特徴とする微細パターンの形状測定システム。
【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幅を測定し記憶し、電子ビームを照射して前記パターンの幅を測定し記憶し、前記パターンの幅の変化量を演算して記憶し、前記半導体デバイスのダミーパターンを前記電子ビームで照射して得られた幅と前記変化量とから該ダミーパターンの電子ビーム照射前の幅を求めることを特徴とする微細パターンの形状測定方法。
【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、その幅は前記光ビームで測定可能であることを特徴とする微細パターンの形状測定方法。
【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】
半導体デバイスの高集積度を達成するために配線パターンの線幅の微細化が著しい。また、微細なパターンを形成するためにＡｒＦ（フッ化アルゴン）に基づく短い波長の光を露光するときに用いられる新しいレジスト材料の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。一方、半導体デバイスに形成されたパターンの微細な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て幅を測定する測長ＳＥＭ(走査電子顕微鏡)が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、測長ＳＥＭでは、微細な幅を測定できても、電子ビームを上記レジスト材料へ照射すると幅が細くなってしまうという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４１９６４号公報（第３頁）
【特許文献２】
特開２００１−２７２２１９号公報（第５頁，図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体デバイスの微細パターンの寸法を変化させることなくその形状を測定できる微細パターンの形状測定システム及び形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、テストパターン領域には半導体デバイスのパターンと同じ製造工程で作成された光ビームで測定可能な複数の幅を有する複数のパターンを設け、半導体デバイスにはパターンと同じ製造工程で作成され同じ幅を有するダミーパターンを設け、テストパターン領域のパターンに光ビームを照射して幅を測定するとともに電子ビームを照射して幅を測定して、幅の変化量を求め、次にウェハの半導体デバイスのダミーパターンを電子ビームで照射して幅を測定し、先に求めた電子ビーム照射による幅の変化量を用いて電子ビームで照射する前の幅を演算して半導体デバイスのパターンの幅を推定するものである。
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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，テストパターン領域２０３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２０４における代表的なパターン２０６と同じ製造工程で作成される。また、テストパターン領域２０２，テストパターン領域２０３のパターンの寸法、特に幅は、光ビームで照射して測定可能な複数の幅とする。
【００１４】
また、半導体チップ２０１の主要な領域２０４にはパターン２０６とともにダミーパターン２０５が設けられている。ダミーパターン２０５はパターン２０６と同じ製造工程で作成され、同じ幅を有する。
【００１５】
図３はパターンの形状測定の手順を示すフローチャートである。
【００１６】
はじめに、図３のステップ３０２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、その幅を得、メモリへ記憶する。さらに、同じテストパターン領域２０２または別のテストパターン領域２０３の幅の異なるパターンを測定し、その幅を得、メモリへ記憶する。
【００１７】
次に、図３のステップ３０３で電子ビームをテストパターン領域２０２のステップ３０２で測定したパターンへ照射して、パターンの幅を測定し、メモリへ記憶する。この幅寸法は、電子ビームの照射によって細くなった後の寸法を示している。同様に、同じテストパターン領域２０２または別のテストパターン領域２０３の幅の異なるパターンを測定し、その幅を得、メモリへ記憶する。
【００１８】
次に、ステップ３０４で、図３の矢印３０９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からテストパターンの変化量を計算する。テストパターンの幅寸法は光ビームで測定できる大きさとする。具体的には、画像処理装置１１６内のコンピュータによって、光ビーム照射によって測定した幅寸法データをａ、電子ビーム照射によって測定した幅寸法データをｂとすると、ｂ／ａの値を画像処理装置１１６内の図示しないメモリへ記憶する。
【００１９】
次に、ステップ３０５で、図２に示す半導体チップ２０１のダミーパターン２０５へ電子ビームを照射して、その幅ｃを測定する。このダミーパターン205の幅は、代表的なパターン２０６と同じ微細な寸法で、光ビームでは測定できない。
【００２０】
次に、矢印３１０に示すようにステップ３０４で得られた結果を用いて、ステップ３０６でダミーパターン２０５の電子ビーム照射前の幅ｄを計算して推定する。すなわち、ステップ３０４でメモリへ記憶された光ビームと電子ビームの変化量ｂ／ａを用いて、ｄ＝ｃ×（ａ／ｂ）で求めることができる。この幅寸法はダミーパターン２０５の推定値であるが、電子ビーム照射前は、代表的なパターン２０６と同じ製造工程で作成された同じ幅を有していたので、代表的なパターン２０６の幅であるとみなすことができる。
【００２１】
そして、ステップ３０７で、この推定された幅、またはその幅を有するパターンの形状をモニタ１１７へ表示する。
【００２２】
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の幅を光ビームと電子ビームで測定して記憶するとともにその幅の変化量を演算し、半導体チップのダミーパターンを電子ビームで測定してその幅を測定し、電子ビーム照射前の幅を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形状を測定することができる。
【００２３】
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、同様の考え方でその形状を測定することができる。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、半導体デバイスの微細パターンの寸法を変化させることなくその形状を測定できる微細パターンの形状測定システム及び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】パターンの形状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、２０２，２０３…テストパターン領域、２０５…ダミーパターン。
【図１】
0003752483.tif 000002
【図２】
0003752483.tif 000003
【図３】
0003752483.tif 000004