JP3752483B2 - Fine pattern shape measurement system and shape measurement method - Google Patents
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Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for measuring the shape of a fine pattern formed in a semiconductor device such as a semiconductor memory or an integrated arithmetic circuit.
[0002]
[Prior art]
In order to achieve a high degree of integration of semiconductor devices, the line width of wiring patterns has been remarkably reduced. In addition, a new resist material used for exposing light having a short wavelength based on ArF (argon fluoride) to form a fine pattern has been developed (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, as a technique for measuring the fine width of a pattern formed on a semiconductor device, a length measuring SEM (scanning) that detects secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating an electron beam and measures the width using the signal intensity. (Electron microscope) is known (for example, see Patent Document 2).
[0003]
However, the length measurement SEM has a problem that even if a fine width can be measured, if the resist material is irradiated with an electron beam, the width becomes narrow.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-241964 A (page 3)
[Patent Document 2]
JP 2001-272219 A (5th page, FIG. 5)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a fine pattern shape measurement system and a shape measurement method capable of measuring the shape of a semiconductor device without changing the size of the fine pattern.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In an embodiment of the present invention, a test pattern area is provided in a scribe line area provided for dividing each semiconductor device on a wafer, which is composed of a measurement mechanism by electron beam irradiation and a measurement mechanism by a light beam. The pattern region is provided with a plurality of patterns having a plurality of widths that can be measured by a light beam created in the same manufacturing process as the pattern of the semiconductor device, and the semiconductor device is a dummy having the same width created in the same manufacturing process as the pattern. A pattern is provided, the width of the test pattern region is measured by irradiating the pattern with a light beam, and the width is measured by irradiating an electron beam to determine the amount of change in the width. Measure the width by irradiating with an electron beam, and use the amount of change in width caused by the irradiation of the electron beam previously obtained. And estimates the width of the pattern of a semiconductor device by calculating the width of before the irradiation.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device inspection apparatus showing an embodiment of the present invention.
[0008]
The semiconductor device inspection apparatus includes a portion that irradiates the
[0009]
The portion that irradiates the
[0010]
On the other hand, the portion that irradiates light to the
[0011]
As an example of a method for measuring the height of a pattern using a light beam, a method using scatterometry as described in JP-A-8-255751 is known.
[0012]
A procedure for measuring a three-dimensional shape of a fine pattern using the above-described semiconductor device inspection apparatus will be described below.
[0013]
FIG. 2 is a top view of the
[0014]
A
[0015]
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of pattern shape measurement.
[0016]
First, in
[0017]
Next, in
[0018]
Next, at
[0019]
Next, at
[0020]
Next, using the result obtained in
[0021]
In
[0022]
As described above, the width of the test pattern provided in the scribe area of the wafer is measured and stored with the light beam and the electron beam, the amount of change in the width is calculated, and the dummy pattern of the semiconductor chip is measured with the electron beam. By measuring the width and estimating the width before electron beam irradiation, the shape of the fine pattern of the semiconductor device can be measured.
[0023]
In this example, the test pattern created in the scribe area is intended for line-and-space, which is a repetition of elongated linear peaks and valleys. The shape can be measured.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fine pattern shape measuring system and a shape measuring method capable of measuring the shape of a semiconductor device without changing the dimension of the fine pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device inspection apparatus.
FIG. 2 is a top view of
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for measuring the shape of a pattern.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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