JP4971050B2 - 半導体装置の寸法測定装置 - Google Patents
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Description
また、フィードフォワードにより素子分離領域の寸法を制御する方法が、特許文献3に記されている。この特許文献3には、素子分離領域と活性化領域の表面の段差のモデル式を作成し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)後の膜厚計測データから、モデル式を用い、埋め込み酸化膜を除去する洗浄工程の時間を制御することにより、上記段差を一定に制御する方法が開示されている。
一方、近年のリソグラフィ技術では、配線幅の微細化に対応するため、光源波長が短くなり、それに伴いレジスト材料も変更されている。非特許文献1に記すように、特に光源波長193nmのArFエキシマレーザに対応したレジスト材料(以下、ArFレジスト)では、ラインエッジラフネス(LER:Line Edge Roughness)という配線幅の変動が顕著になっている。その配線幅の変動は3σで6nm程度ある。そのため、配線幅の寸法計測では、たとえ同一配線上であっても、異なる箇所の配線幅を測定した場合には、それぞれ測定した寸法が異なる問題が発生する。そのため、このLERが大きいレジストパターンを用いた半導体装置の製造工程の寸法検査工程では、寸法の測定精度が悪化するという問題がある。また、配線幅が0.1μm以下の微細なパターンを高精度、かつ高速に測定する方法が必要とされる。
このような状況の中、配線幅の測定方法がいくつか提案されている。そのうちの一つは、現在最も広く使用されている走査型電子顕微鏡CD−SEM(Critical Dimension−Scanning Electron Microscope)を用いた配線幅の測定方法である。このCD−SEMの特徴は、電子線を使用するため、配線幅が0.1μm以下であっても高解像度の画像を取得することが可能であり、また任意の測定対象を計測することが可能である。また、一般的にArFレジストは電子線照射によりシュリンクする事が知られており、そのシュリンク量は電子線の照射量に依存する。しかし、最新型のCD−SEMでは、測定を自動化することにより、測定対象毎のシュリンク量を最低限にする機能や、電子線の走査間隔を広くとることによりシュリンク量を低減する機能(Rectangular Scan)を有している。このRectangular Scan機能は電子線の走査間隔を変えることにより、縦方向と横方向の倍率が異なる画像を取得することが可能である。このCD−SEMによる配線幅の測定方法は比較的高速であり、任意な測定対象に対し高精度な測定ができる特徴を持つ。CD−SEMではこのように取得した配線パターンの画像を用いて、その輝度プロファイルから、配線の両端のエッジポイントを多数検出し、そのエッジ間の距離の平均値を配線寸法とする処理が行われている。またこのように測定する際、測定領域の長さが長いほどLERによる測定バラツキを低減できる。このようにCD−SEMを用いた計測方法は、電子線を使うために、非常に高精度で計測することが可能である。
また別の計測方法として、非特許文献3に分子間力顕微鏡(AFM)を使用した方法が記載されている。この方法は計測パターンの3次元像を取得するには有効な手法である。しかし、1点あたりの計測時間が長くかかること、また活性化領域上の寸法を抽出する機構がないため、半導体装置の製造工程における配線寸法の検査装置としては不十分である。
上記の実施形態では、半導体装置の製造工程におけるラインパターンの寸法を計測する方法について述べたが、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)やCCD(Charge Coupled Devices)等の半導体装置の製造方法と同様の技術を用いて製造するデバイスの製造工程に適用することも可能である。
202 設計データ記憶装置
203 解析装置
204 演算部
205 入力部
206 出力部
401 ゲート電極
402 活性化領域
403 素子分離領域
404 活性化領域の幅
405 活性化領域のピッチ
406 ゲート電極の配線寸法
406' 配線幅(エッジ間距離)
407 ゲート絶縁膜
408 ポリシリコン膜厚
409 素子分離領域の段差
EP エッジポイント
Δx 解析領域のずらし量
902 解析領域
Claims (12)
- 下層レイヤに周期構造を有し、その周期構造を跨いで形成されたラインパターンを有する半導体装置の寸法測定に用いられる寸法測定装置であって、
前記ラインパターンを含む領域の顕微境画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得した画像を用いて、前記ラインパターンの幅方向のエッジ点からライン幅を求め、エッジ点の位置とライン幅とを対応つけたデータ系列を生成するエッジプロファイル生成手段と、
前記ラインパターンの長手方向に沿った前記周期構造を構成する領域の幅とピッチの情報を取得する手段と、
前記エッジプロファイル生成手段で生成したデータ系列上で、前記周期構造を構成する領域の幅とピッチに対応させた解析領域を配置し、当該解析領域に含まれるエッジ点の位置に対応付けられたライン幅を抽出し、当該解析領域内における前記ラインパターンのライン幅の代表値を計算する一連の処理を、前記解析領域の位置を前記ラインパターンの長手方向に沿って前記データ系列上で所定の長さだけ移動させながら行い、当該解析領域の配置位置ごとのライン幅の代表値を計算する代表値算出手段と、
得られた代表値を用いて、予め定めた規則に従って、前記ラインパターンの寸法を決定する寸法決定手段と
を備えることを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記代表値算出手段は、
前記一連の処理を、前記解析領域の幅をずらしながら行い、当該解析領域の配置位置及び幅ごとのライン幅の代表値を計算する
を備えることを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記代表値算出手段は、
前記一連の処理を、前記解析領域のピッチをずらしながら行い、当該解析領域の配置位置及びピッチごとのライン幅の代表値を計算する
を備えることを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記代表値算出手段は、
前記一連の処理において、
前記エッジプロファイル生成手段で生成したデータ系列上で、前記周期構造を構成する領域の幅とピッチに対応させた第1の解析領域と、前記周期構造を構成する領域以外の領域に対応させた第2の解析領域とを配置し、
当該第1の解析領域に含まれるエッジ点の位置に対応付けられたライン幅を抽出し、抽出したライン幅を用いて、ライン幅の第1の代表値を計算するとともに、
当該第2の解析領域に含まれるエッジ点の位置に対応付けられたライン幅を抽出し、抽出したライン幅を用いて、ライン幅の第2の代表値を計算し、
前記寸法決定手段は、
前記第1の代表値と前記第2の代表値とを用いて、予め定めた規則に従って、前記ラインパターンの寸法を決定する
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項4に記載の寸法測定装置であって、
前記代表値算出手段は、
前記第1の解析領域と前記第2の解析領域との間に所定の幅の非解析領域を設ける
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記寸法決定手段は、
前記代表値の最大値を用いて、前記ラインパターンの寸法を決定する
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項4に記載の寸法測定装置であって、
前記寸法決定手段は、
前記第1の代表値と前記第2の代表値との差を用いて、予め定めた規則に従って、前記ラインパターンの寸法を決定する
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記下層レイヤの周期構造は、
活性化領域と素子分離領域からなる
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記ラインパターンは、ゲート電極のパターンである
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記ラインパターンは、ゲート電極加工前のレジストパターンである
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記ラインパターンは、オフセットスペーサのパターンである
ことを特徴とする寸法測定装置。 - 請求項1に記載の寸法測定装置であって、
前記ラインパターンは、LDD(Lightly Doped Drain)スペーサのパターンである
ことを特徴とする寸法測定装置。
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