JP2004259851A - Evaluation method of semiconductor device - Google Patents

Evaluation method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2004259851A
JP2004259851A JP2003047351A JP2003047351A JP2004259851A JP 2004259851 A JP2004259851 A JP 2004259851A JP 2003047351 A JP2003047351 A JP 2003047351A JP 2003047351 A JP2003047351 A JP 2003047351A JP 2004259851 A JP2004259851 A JP 2004259851A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor wafer
electron beam
resist pattern
substrate current
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003047351A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Tsujiide
徹 辻出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fab Solutions Inc
Original Assignee
Fab Solutions Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fab Solutions Inc filed Critical Fab Solutions Inc
Priority to JP2003047351A priority Critical patent/JP2004259851A/en
Publication of JP2004259851A publication Critical patent/JP2004259851A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation method of a semiconductor device, which can measure quickly and statistically the dimensions of each part formed in a semiconductor wafer. <P>SOLUTION: Parallel electron beams ESW passing the aperture of an electron gun arranged in a measurement device are made to radiate in the shape of shower on the surface of a semiconductor wafer, and substrate current Ik is generated with this radiation. In the radiation region of the parallel electron beams ESW, a plurality of resist patterns REG1(1)-REG(4) which correspond to a plurality of gate electrodes in which variation of dimensions may be generated are contained, the variation of each dimension of the plurality of resist patterns is reflected on the substrate current Ik. As a result, dimension of each part of the resist patterns REG can be evaluated statistically by measuring the substrate current Ik. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ上に形成された微細加工物の寸法を評価する評価方法に関し、特に電子線の照射に伴って基板に発生する基板電流を観測することにより寸法のバラツキを測定するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
高速化が求められる半導体装置では、ゲート長寸法、コンタクト・ビア寸法、配線幅寸法および配線間隔寸法などの管理が重要になっている。特にゲート長寸法については、露光光源により決まる最小のデザインルールよりさらに細い寸法が要求されるため、そのレジストパターンの管理を厳格に行う必要がある。即ち、ゲート電極を形成する場合、一旦、現状の半導体露光装置の解像度の限界内で露光処理を行ってレジストパターンを形成した後、いわゆるトリミング処理によりレジストパターンを所望の寸法にまで細らせる手法が採られている。このトリミング処理では、レジストパターンをアッシングするため、その仕上がり寸法にバラツキが生じ易く、ゲート長寸法のバラツキの原因となっている。従って、このような場合には、レジストパターンの寸法を管理することが一層重要になる。
【0003】
上述のクリティカルディメンジョンを管理するための従来装置として、一般にはCDSEM(Critical Dimension SEM)が用いられている。この従来装置によれば、電子ビームを被測定部位に照射し、その表面から放出された二次電子を検出することにより、被測定部位の寸法を非接触で測定することができる。
また、この種の他の従来装置として、電子ビームを半導体ウエハの表面に照射したときに発生する基板電流を観測することによりホール径等の寸法を非接触で測定する装置がある(特許文献1参照)。この従来装置によれば、半導体ウエハの基板にまで到達した電子による基板電流を観測するため、表面側に放出される上述の二次電子を観測する場合に比較すると、ホールの内部の形状を精度よく測定することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−83849号公報(段落番号0062〜0081、図6〜図12)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の微細化に伴い、半導体ウエハに形成される各部の微細加工物の寸法のバラツキを統計的に管理する必要が生じてきた。即ち、例えばゲート寸法を管理する場合、同一半導体ウエハ上の数カ所の部位をサンプリングして測定し、この限られた測定値により全体のゲート長寸法を管理していたが、これでは、微細化により単位面積当たりの素子数が飛躍的に増大すると、サンプリングの母集団も飛躍的に増加する。このため、サンプリングにより得られた測定値が同一半導体ウエハに形成された全体のゲート長寸法を代表しているとは限らなくなり、サンプリング数を増やして更に多くの部位について寸法を測定する必要が生じる。
【0006】
しかしながら、上述の二次電子を観測する従来技術によれば、各部の寸法を個別に測定しなければならず、多くの部位を測定するには多大な時間を要するという問題がある。加えて、二次電子を観測する必要上、電子ビーム(一次電子)の加速エネルギーを高く設定したり、その照射量を増やす必要があるため、被測定対象物がダメージを受けることがある。特に、被測定対象物がレジストパターンである場合、このような電子ビームを照射することにより化学的に変質して収縮し、その寸法のバラツキが助長される場合もある。
また、上述の基板電流を観測する従来技術によれば、電子ビームの照射エネルギーを低く設定し、電子の照射量を抑えることができるので、被測定対象物に与えるダメージを抑えることはできるが、上述の従来と同様に、各部の寸法を個別に測定するものであるため、サンプリングの母集団が増えると、多大な測定時間を要するという問題を抱えている。
【0007】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、半導体ウエハに形成された各部の寸法を迅速かつ統計的に評価することが可能な半導体装置の評価方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の構成を有する。
即ち、第1の発明に係る半導体装置の評価方法は、MOS電界効果トランジスタのゲート電極となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記ゲート電極に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする。
【0009】
第2の発明に係る半導体装置の評価方法は、MOS電界効果トランジスタのゲート電極となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記ゲート電極に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする。また、例えば、前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの像を形成し、この像の形成状態に基づき前記電子ビームの加速エネルギーを補正するステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの寸法を評価するステップをさらに含むことを特徴とする。
【0010】
第3の発明に係る半導体装置の評価方法は、配線となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記配線に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする。
【0011】
第4の発明に係る半導体装置の評価方法は、配線となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記配線に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする。また、例えば、前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの像を形成し、この像の形成状態に基づき前記電子ビームの加速エネルギーを補正するステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの寸法を評価するステップをさらに含むことを特徴とする。
【0012】
第5の発明に係る半導体装置の評価方法は、配線が形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板の基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第1のステップでは、前記配線の複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする。
【0013】
第6の発明に係る半導体装置の評価方法は、配線が形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、を含む。上記半導体装置の評価方法において、例えば、前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記第1のステップでは、前記配線の複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする。また、例えば、前記第2のステップで測定された基板電流から前記配線パターンの間隔を評価するステップをさらに含むことを特徴とする。また、例えば、前記配線がダマシン構造を有することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る測定装置100の概略構成図である。同図において、電子銃10は、電子を放出するものであり、電子の放出口を下方に向けて設置される。電子銃10の下方にはコンデンサレンズ11が配置され、電子銃10から放出された電子線を平行電子線に変換し、この平行電子線は、被測定対象物が形成された半導体基板からなる半導体ウエハWFの表面に向けて照射される。コンデンサレンズ11を通過した平行電子線の断面積は比較的広く設定され、例えば、そのビーム径が数10〜数100ミクロン程度に設定される。
【0015】
コンデンサレンズ11の下方には、所定の開口部120を有するアパーチャ12が配置され、コンデンサレンズ11を通過した平行電子線の一部を遮り、残りを平行電子線ESWとして半導体ウエハWFの表面に実際に照射させる。図2は、アパーチャ12の上視図であり、上述の開口部120の一例を示している。同図(a)に、開口部120が円形状に形成された場合を示し、同図(b)に、正方形状に形成された場合を示す。開口部120の面積は、上述のコンデンサレンズ11を通過した平行電子線のビームの断面積よりも狭い値に設定され、アパーチャ12は、半導体ウエハWFの表面における平行電子線の照射領域を所定領域に設定する。アパーチャ12は金属等から構成されており、電子が蓄積しないように接地されている。この実施形態では、図2(b)に示すように、開口部120は正方形状に形成されるものとする。
【0016】
アパーチャ12を通過した平行電子線の照射方向には、半導体ウエハWFを載置するための可動ステージ14が配置されている。可動ステージ14は、アパーチャ12を通過した平行電子線ESWが半導体ウエハWFの表面に対してほぼ垂直に照射されるように、この半導体ウエハWFを載置し、平行電子線EWSの放出方向とほぼ直交する平面(XY平面)内を移動可能なように構成されている。また、可動ステージ14の表面には、半導体ウエハWFの裏面に接触するように基板電流収集用の電極13が取り付けられている。また、図示しないが、可動ステージ14にはウエハWFを吸着するための機構が設けられており、半導体ウエハWFは、電極13の上に載置された状態で吸着固定される。電極13は電流計15に電気的に接続されており、この電流計15により、後述する半導体ウエハの基板SUBに発生する基板電流Ikが測定される。
【0017】
図3(a)は、シリコン単結晶からなる半導体ウエハWFの外観を示す。この半導体ウエハWFの主面には、同一パターンを有する複数のチップが行列状に形成されている。図3(b)は、半導体ウエハWF上の領域WFAの拡大図である。この領域WFAは、半導体ウエハ上の一つのチップの中の更に一部であり、同一半導体ウエハ上の他のチップにもこの領域WFAと同一のパターンを有する領域が存在している。この第1の実施形態では、領域WFAを上述の図1に示す平行電子線ESWの照射領域とし、この照射領域を定めるアパーチャ12の開口部120の形状は、上述の領域WFAの形状に合うように設定される。また、照射領域WFAは、被測定対象物が存在する領域であり、測定にあたって予め決められた所定領域である。
【0018】
図3(b)に示す例では、領域WFAには、pチャネルMOS電界効果トランジスタのアクティブ領域ACP1,ACP2,ACP3と、nチャネルMOS電界効果トランジスタのアクティブ領域ACN1,ACN2とが形成され、この上にはMOS電界効果トランジスタのゲート電極となる後述のポリシリコン層POL(図3では図示省略)が半導体ウエハWFの全面にわたって形成されており、更にこの上には、ゲート電極を形成する際のマクスとなるレジストパターンREGが形成されている。この第1の実施形態では、このように、MOS電界効果トランジスタのゲート電極となる導電層であるポリシリコン層が半導体ウエハ全面に形成され、且つ、ポリシリコン層をゲート電極に加工するためのマスクとなるレジストパターンREGが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハWFを被測定対象物とする。
【0019】
上述のレジストパターンREGを形成した後の工程で、レジストパターンREGをマスクとしてポリシリコン層をエッチングすることにより、レジストパターンREGで覆われた領域のポリシリコン層がゲート電極として残る。従って、レジストパターンREGの寸法のバラツキはゲート電極の寸法のバラツキとなってそのまま現れる。このため、レジストパターンREGの寸法のバラツキを管理することは、製品の歩留まりを管理する上で極めて重要となる。この例では、平行電子線ESWが照射される所定の領域WFAには、後述の基板電流Ikの測定値に影響を与える部位であってゲート長寸法に影響を与えるレジストパターンREGの部位が複数含まれている。この複数の部位は、後述の基板電流Ikの測定値に影響を与える部位と一致する。
【0020】
図4は、上述のアクティブ領域ACN1周辺の詳細を示し、同図(a)は上面図であり、同図(b)は同図(a)のA−A線での断面図であり、同図(c)は同図(a)に示すB−B線での断面図である。同図(b)および(c)に示すように、半導体ウエハの基板SUBには、素子分離用の絶縁物TRが埋め込み形成され、この絶縁物で囲まれた領域が上述のアクティブ領域ACN1となる。絶縁物TRが形成された基板SUBの表面にはゲート酸化膜OXが形成され、この上にゲート電極となるポリシリコン層POLが積層されている。ポリシリコン層POLの上には、このポリシリコン層をエッチングする際のマスクとなる感光体であるレジストがウエハ全面に形成された後、半導体露光装置によりゲートパターンが転写され、ゲート電極に対応した形状を有するレジストパターンREGがエッチング形成される。この例では、アクティブ領域ACN1に着目すると、4つのゲート電極に対応するレジストパターンREG(1〜4)が形成された状態を示している。MOS電界効果トランジスタの電流特性はゲート幅に比例するので、限られた領域に所望の電流特性を有するMOS電界効果トランジスタを形成する場合、一般にはこの例のように一つのアクティブ領域に複数のゲート電極を形成し、電気的に並列接続された複数のMOS電界効果トランジスタとして形成する手法が採られている。
【0021】
次に、図5および図6を参照して、この第1の実施形態に係る測定装置の動作(評価方法)を説明する。図5は、上述の図4(b)に示す領域に平行電子線ESWを照射したときの基板電流Ikの分布を示し、また、図6は、レジストREGをマスクとしてポリシリコンPOLをエッチングにより除去した後の基板電流Ik(波線)と、除去する前の基板電流Ik(実線)の分布を示す。
先ず、図1に示すように、電極13の上に半導体ウエハWFを載置し、図3に示す領域WFAにシャワー状の平行電子線ESWを照射する。このとき、上述のアパーチャ12の開口部120の形状は、領域WFAの形状と一致しているから、領域WFAの全体に平行電子線ESWが照射され、他の領域には平行電子線ESWは照射されない。この領域WFAに平行電子線ESWが照射されることに伴って基板SUBに基板電流Ikが発生し、この基板電流Ikが電極13を介して電流計15で測定される。
【0022】
ここで、半導体ウエハの領域WFAに照射された平行電子線ESWのうち、レジストパターンREGを除く領域、即ちポリシリコン層POLが表面に露出している領域に入射した電子は、導電部材であるポリシリコン層POLの全体に速やかに拡散する。ポリシリコン層と基板SUBとの間には、絶縁物であるゲート酸化膜OXが電気的な抵抗成分として存在するが、ポリシリコン層POLは半導体ウエハWFの全面に亘って形成されているので、等価的には無数の並列抵抗として振る舞う。従って、ポリシリコン層POLと基板SUBとの間は電気的に接続された状態とみることができ、ポリシリコン層POLに入射した電子はゲート酸化膜OXを介して基板SUBに流れ込み、基板電流Ikとなる。
【0023】
平行電子線ESWの加速エネルギーを適切に設定すれば、図5(a)に示すレジストパターンREGが存在する領域では電子線が基板SUBまで到達せず、レジストREGが存在しない領域では電子線が基板SUBにまで到達する。このため、同図(b)に示すように、基板SUBにおける基板電流Ikの分布は、レジストパターンREGが存在する領域での基板電流が小さく、レジストパターンREGが存在しない領域での基板電流は逆に大きくなる。各領域で発生した基板電流は合流して基板電流Ikとなり、電流計15で測定される。図5に示す例では、電流計15で測定される基板電流Ikは、絶縁物TR(L)とレジストREG(1)との間の領域R1、レジストREG(1)〜REG(4)の間の領域R2,R3,R4、レジストREG(4)と絶縁物TR(R)との間の領域R5にそれぞれ照射された電子線によって各領域に発生した基板電流の合算値となる。
【0024】
続いて、上述の基板電流Ikの値からレジストパターンREGの寸法を評価する。ここで、測定された基板電流Ikの値自体は、レジストパターンREGが存在しない領域R1〜R5の寸法を表すものであって、レジストパターンREG(1)〜(5)の領域の寸法を直接的に表す基板電流は、このレジストパターンREGが存在しない場合に測定されるであろう基板電流の値から上述の基板電流Ikを差し引くことにより得られる。しかし、アクティブ領域ACN1に着目すれば、領域R1〜R5とレジストパターンREG(1)〜REG(5)の領域とは相補的な関係にあるから、基板電流IkがレジストパターンREGの寸法を間接的に表していることになり、事実上、測定された基板電流IkからレジストパターンREGの寸法を評価することができる。
【0025】
また、上述の領域R1〜R5で発生する各基板電流は、各領域の面積に依存し、各領域の面積はレジストパターンREG(1)〜REG(4)の各寸法に依存するから、電流計15で測定される基板電流Ikは、基板電流Ikの測定値に影響を与えるレジストパターンREGの複数の部位(ゲート長寸法に影響を与えるレジストREG(1)〜REG(4)の各部位)の寸法のバラツキを全て含んだものとなり、従って基板電流IkからレジストREGの各部位のバラツキを包括的に把握することができる。
【0026】
ここで、厳密には、基板電流Ikには、レジストパターンREGの寸法のバラツキに加え、アクティブ領域ACN1の寸法のバラツキが含まれている。しかしながら、電子ビームの照射領域内にレジストパターンREGの複数の部位を存在させることにより、アクティブ領域ACN1の外周長に対してレジストパターンREGのエッジの線分を相対的に大きくすることができる。このため、アクティブ領域ACN1の寸法のバラツキは無視することができ、基板電流IkからレジストパターンREGの寸法のバラツキを有効に把握することができる。領域WFAに含まれるレジストパターンREGの部位が多いほど、アクティブ領域のバラツキの影響は抑制され、レジストパターンのバラツキを一層精度よく把握することが可能になる。
【0027】
なお、この第1の実施形態では、平行電子線ESWを領域WFAの全体に照射しているので、電流計15で測定される基板電流Ikには、領域WFAにおいて基板電流値Ikの値に影響を与えるレジストパターンREGの全部位(即ち、領域WFAにおいてゲート長寸法に影響を与えるレジストパターンREGの全部位)の寸法が反映され、この領域WFAを単位としてバラツキが評価される。
同様の測定を、半導体ウエハWFの面内で同一パターンを有する他の幾つかのチップについても実施し、各領域で測定された基板電流Ikを比較することにより、半導体ウエハWFの面内でのレジストパターンREGの寸法のバラツキを相対的に把握することができる。なお、絶対的なバラツキを評価するのであれば、予め基準となる半導体ウエハを用いて同一パターンの領域での基板電流を測定し、この基板電流を基準として評価を行えばよい。
【0028】
以上のように、基板電流Ikの測定値に影響を与えるレジストパターンREGの複数の部位を平行電子線ESWの照射領域に含ませることにより、この複数の部位の寸法のバラツキの影響を基板電流Ikに包括的に含ませることができる。従って、1回の測定で複数の部位の寸法のバラツキを一括して測定することができ、結果として、サンプリングの母集団を増やしたとしても、統計的なバラツキを短時間で評価することが可能になる。しかも、この第1の実施形態によれば、平行電子線ESWの照射領域を拡大すれば、より多くの部位でのバラツキが基板電流Ikの測定値に反映されることになり、サンプリング数を飛躍的に増やした場合の測定結果を得ることが可能になる。よって、微細化により単位面積あたりの素子数が増加しても、バラツキの評価を短時間で的確に行うことができる。
【0029】
また、図6に示すように、レジストパターンREGをマスクとしてポリシリコンPOLをエッチングする前後において、上述の基板電流Ikの測定を行えば、レジストパターンの寸法とゲート寸法のバラツキを比較評価することもできる。即ち、同図(a)において、破線は、ポリシリコン層POLをエッチングにより剥離された領域を示し、また、同図(b)において、破線で示す基板電流Ikは、同図(a)に示すポリシリコン層POLをレジスパターントREGをマスクとしてエッチングした後に測定される電流を示し、実線で示す基板電流Ikは、ポリシリコン層POLをエッチングする前に測定される基板電流Ikを示す。この図から理解されるように、この第1の実施形態に係る測定方法を用いてエッチング前後での基板電流Ikを測定すれば、レジストパターンの寸法のみのバラツキと、ゲート寸法のバラツキを対比して評価できる。
【0030】
上述の例では、ゲート電極を形成する際のマスクとなるレジストパターンREGを例に説明したが、図7に示すように、金属配線を形成する際のマスクとなるレジストパターンREGHについても同様に適用することができる。同図に示す例は、2層配線構造であり、基板SUBの上に形成された絶縁層Fに第1層目の配線H1が形成されている。絶縁層Fの上には第2層目の配線となる配線層H2が半導体ウエハの全面に形成され、配線層H2の上には、この配線層H2を第2層目の配線に加工する際のマスクとなるレジストパターンREGHが形成されている。第2層目の配線層はビアコンタクトを介して第1層目の配線に接続され、第1層目の配線も同様にコンタクトを介して基板SUBに接続されている。一般には、レジストパターンREGHを用いて配線を形成するプロセスの場合、配線層H2が半導体ウエハの全面に形成されたエッチング前の状態では、配線層H2がビアコンタクトを介してどこかの第1層目の配線H1に接続され、この第1層目の配線H1が更にその下層側の基板SUBに接続されている。このため、配線H2が半導体ウエハの全面に形成された状態では、最上層の配線層H2と基板SUBを電気的に接続する経路がどこかに必ず存在する。このことは配線層の数が増えても同様である。
【0031】
このようなプロセス状態にある半導体ウエハの表面に平行電子線ESWを照射すると、配線層H2に入射した電子は、ビアコンタクトおよび第1層目の配線H1を介して基板SUBに流れ込んで基板電流を形成する。従って、上述のゲート電極を形成する場合と同様に基板電流Ikを測定するができ、この測定値から第2層目の配線を形成するためのレジストパターンREGHのバラツキを評価することが可能になる。この2層配線構造の例に限らず、任意の層数の配線構造にも適用可能であり、管理対象となるレジストパターンを形成したプロセス状態で基板電流Ikを適宜測定すればよい。なお、半導体ウエハの全面に形成された配線層を介して電子を基板に導く点において、基板上に形成されたホール径を測定する前述の従来技術による方法とは、評価原理が本質的に相違している。このように最上層の配線層を半導体ウエハの全面に形成した状態で電子を照射することにより、配線層数の制約を受けることなく、レジストパターンの寸法の評価を可能としている。
【0032】
次に、図8を参照して、金属層からなる配線Mの寸法(幅および間隔)の評価方法を説明する。なお、基板電流を測定するための測定装置は上述のレジストパターンREGを測定する場合に使用されるものと同様である。
図8に示す例は、いわゆるダマシン構造を有する配線の例である。即ち、基板SUBの上に絶縁層Fが形成され、この絶縁層FにはコンタクトホールCHが開口され、このコンタクトホールには導電部材であるプラグが埋め込まれる。このコンタクトホールCHの上端側に位置するように、半導体ウエハの上面にはトレンチCTが形成され、配線となる銅等の導電部材が埋め込まれる。この後、余分な配線金属が化学機械研磨法(薬品を併用した研磨技術)により除去され、配線Mが形成される。
【0033】
上述のダマシン構造を有する配線Mの寸法を測定する場合、この配線Mが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に上述のシャワー状の平行電子線ESWを照射し、同様に基板電流Ikを測定する。この場合、平行電子線ESWのうち、配線Mに入射した電子は、この配線Mに収集されて基板SUBに流れ込む。従って、この場合も配線Mの寸法のバラツキの影響が基板電流Ikに反映され、この基板電流Ikから配線Mの寸法のバラツキを把握することが可能になる。この配線Mの寸法のバラツキを測定する場合にも、基板電流Ikの値に影響を与える複数の部位を含むように、平行電子線ESWの照射領域を所定領域に決めておけばよい。
【0034】
また、基板電流Ikの値自体は、直接的には配線Mの寸法(面積)に応じたものとなるが、この例でも配線Mの幅と間隔は互いに相補的な関係にあるから、測定された基板電流Ikから配線Mの間隔(領域RMに対応する寸法)を評価することができる。なお、図8に示す例では、1層配線構造を示したが、これに限らず、多層配線構造についても同様に適用可能である。即ち、例えば2層配線構造の場合、1層目の配線パターンについては上述と同様に測定する。また、2層目の配線パターンについても、1層目とビアコンタクト等を介して電気的に接続されていれば、2層目の配線パターンに入射した電子が基板にまで到達するので、同様に基板電流Ikを測定することができる。以下、配線層数に関係なく、同様の測定が可能である。さらに、図8に示す例では、ダマシン構造を示したが、これに限らず、通常の配線構造についても適用できることは言うまでもない。
【0035】
(第2の実施形態)
以下、この発明の第2の実施形態を説明する。
上述の第1の実施形態では、一定の領域に平行電子線ESWを照射するものとしたが、この実施形態では、領域WFAを電子ビームで走査することにより、同様にレジストREGの寸法のバラツキを統計的に測定する。
図9は、この第2の実施形態に係る測定装置である。この測定装置は、上述の図1に示す第1の実施形態に係る測定装置に比較して、ミクロンオーダーにまで細く絞った電子ビームで半導体ウエハWF上の領域WFAを走査する機能と、この走査の際に、半導体ウエハの基板SUBに発生する基板電流Ikを積分して総電流を算出する機能を有している点で構成が異なっている。
【0036】
即ち、図9において、電子銃20は、上述の電子銃10と同様のものであり、電子を下方に向けて放出する。電子銃20の下方には上述のコンデンサレンズ11と同様の第1コンデンサレンズ21が配置され、電子銃20から放出された電子線を平行電子線に変換する。第1コンデンサレンズ21の下方には、小さめの開口部220を有するアパーチャ22が配置され、コンデンサレンズ21を通過した平行電子線を細いビーム径の平行電子線に変換する。アパーチャ22の下方には第2コンデンサレンズ23が配置され、アパーチャ22を通過した平行電子線のビーム径を絞って対物レンズ24に入射させる。この対物レンズ24により100オングストロームオーダーの細いビーム径を有する電子ビームEBが形成され、ウエハWFの表面に照射される。
【0037】
電子ビームEBの照射方向には、半導体ウエハWFを載置するための可動ステージ26が配置されている。可動ステージ26は、基本的には上述の可動ステージ14と同様のものであるが、電子ビームEBに対して相対的に移動することにより、電子ビームEBが半導体ウエハWFの表面上の所定領域を走査するように構成されている。また、可動ステージ26の上面には、上述の電極13と同様の基板電流収集用の電極25が取り付けられており、この電極25は上述の電流計15と同様の基板電流測定用の電流計27に電気的に接続される。さらに、この電流計27には、電流計27により測定された電流波形を積分する積分器28が接続される。
【0038】
この第2の実施形態の動作を説明する。
なお、被測定対象物の半導体ウエハWFは、第1の実施形態と同様にレジストパターンREGが形成されたプロセス状態にあるものとする。
上述の対物レンズ24を通過した電子ビームEBで半導体ウエハWFの表面を走査し、この走査に伴って半導体ウエハの基板SUBに発生する基板電流Ikkを電流計27で測定する。この場合の走査領域は、上述の第1の実施形態と同様の照射領域(所定領域)に設定され、この領域を電子ビームEBが走査するように可動ステージ26の移動量を図示しない制御部により制御する。これにより、上述の図5(b)に示す基板電流波形と同様の波形を有する基板電流Ikkが、電子ビームEBの走査に伴って時系列的に測定される。ただし、この第2の実施形態では、上述の第1の実施形態のようなシャワー状の平行電子線ESWではなく、ビーム径の小さな電子ビームEBを用いて半導体ウエハの表面を走査しているため、測定される基板電流Ikkは各走査位置について測定された部分的な電流値が時系列的に現れるものとなる。
【0039】
このようにして測定された基板電流Ikkは積分器28で積分され、各部位でのバラツキの影響を含む基板電流Ikが得られる。原理的には、この積分によって得られた基板電流Ikは、上述の第1の実施形態と同様に所定領域に平行電子線ESWを照射した場合と同様の値となる。この基板電流Ikの値から、上述の第1の実施形態と同様に、レジストパターンREGの寸法を評価する。従って、この第2の実施形態によっても、上述の第1の実施形態と同様に、レジストパターンREGの寸法のバラツキを統計に的確に評価することが可能になる。また、ゲート電極のレジストパターンのバラツキに限らず、上述の配線Mのレジストパターンや、この配線Mの幅および間隔の各寸法のバラツキについても、積分器28により得られた基板電流Ikを用いて評価することができる。その原理は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0040】
次に、第2の実施形態の変形例を説明する。
上述の第2の実施形態では、積分器28により基板電流Ikkを積分するものとしたが、測定値そのものである基板電流Ikkからバラツキを評価するものとしてもよく、積分器28は評価形態に応じて用いればよい。この場合、測定された基板電流Ikkそのものを走査位置(照射位置)に対応づけて測定データとして記憶装置に記憶しておき、この測定データを読み出して用いることにより、以下に例示するような各種の評価が可能となることが挙げられる。即ち、第1の例として、上述の測定データからレジストパターンREGや配線Mの像を形成する。例えば、走査位置に対して測定値をプロットして得られる波形から、レジストパターンの像を得る。この像の形成状態から電子ビームの加速エネルギーを補正する。即ち、上述の測定データは、各走査位置に対して測定された基板電流であるから、その値は図5(b)に示す例のように、レジストパターンREG(あるいは配線M)の有無に応じて増減する傾向を示す。ただし、電子ビームの加速エネルギーに応じてレジストパターン等を貫通する電子の量が変化するので、加速エネルギーが高すぎたり低すぎると、プロセス上のレジストパターンの形状と測定値による像とが整合しなくなる。そこで、像が実際のレジストパターンの形状と整合するように、電子ビームの加速エネルギーを最適に補正する。これにより、基板電流の測定値に対し実際の寸法のバラツキを適切に反映させることが可能になる。
【0041】
第2の例として、上述の測定データから個々のレジストパターンREGの縦構造を把握することが挙げられる。この場合、電子ビームの加速エネルギーを異なる複数の値(例えば、500eV,1KeV等)に設定して複数回の走査を行う。これにより、レジストパターンREGの膜厚に対して複数の基板電流Ikkが測定され、この測定値からレジストパターンREGの縦構造を把握することができる。前述したように、トリミング処理によりレジストパターンREGは、図6(a)に示すように丸みを帯びて裾野を引いた形状を呈し、その裾野の形状がゲート寸法のバラツキに大きな影響を与える要因となっている。従って、レジストパターンREGの縦構造を把握することは、レジストパターンREGのバラツキを評価する上で重要であり、上述のように電子ビームの加速エネルギーを制御することで、縦構造の解析が可能になり、真のレジストパターンREGの寸法を把握できる。
【0042】
第3の例として、上述の測定データからレジストパターンや配線パターン等の粗密の影響、即ちローディング効果を分析することが挙げられる。ローディング効果は露光の段階とエッチングの段階で独立に発生することが知られている。上述の測定データから得られるレジストパターンREGの像を分析することで、露光の段階で発生するローディング効果を把握することができる。また、レジストパターンREGをマスクとしてポリシリコン層POLをエッチングした段階での測定データからは、ポリシリコン層POLをエッチングする段階で発生するローディング効果を把握することができる。このようにして、各プロセス段階での測定データからローディング効果を比較検討することが可能になる。
【0043】
第4の例として、電子ビームによる走査を同一領域に対して複数回行い、各走査による基板電流Ikkを累積することにより、各走査位置における測定値のS/N比を改善することが挙げられる。即ち、例えば、全体的なバラツキを測定する段階では1回の走査を行い、この測定結果を分析する。この結果、詳細な分析を必要とする領域を部分的に再走査し、その領域での基板電流Ikkの測定値を累積し、S/N比が良好測定データを得る。この測定データを用いて詳細な分析を行う。
第5の評価例として、上述の測定データから、例えば、pチャネルMOS電界効果トランジスタとnチャネルMOS電界効果トランジスタとを分けて、各レジストパターンの基板電流を分離して分析することが挙げられる。これにより、nチャネルとpチャネルMOS電界効果トランジスタのそれぞれについて、レジストパターンのバラツキを分離して評価することができる。もちろん、MOS電界効果トランジスタ単体に対応する測定値を用いれば、個々のトランジスタに対応するバラツキの評価も可能であり、その評価対象に応じて測定データから必要なデータを抜き出して用いればよい。
【0044】
以下、上述の実施形態による効果を述べる。
(1)基板電流を観測しているので、レジストがマスクとしての作用を発揮できる限界の厚さを有する部位を特定することができ、その部位での電流変化からクリティカルディメンジョンの寸法を規定することができる。
(2)クリティカルディメンジョンとなる多数のゲート寸法や配線寸法を短時間で測定することができ、半導体ウエハ面上でのバラツキの分布を容易に取得することができる。また、3D・CDSEM或いはEBスコープ(3次元構造解析装置)等の技術と組み合わせ、これらの技術をレビュー的に使用することで、バラツキの管理を一層的確に行うことができる。
(3)レジストのエッチング前後でのバラツキに関する測定を同一原理に従って行い、ウエハ面内でのゲート寸法等のマッピングを行うことができる。
(4)基板電流を観測しているので、電子の加速エネルギーを低く設定し、かつ電子線の照射量(ドーズ量)も小さく設定して測定を行うことができる。従って、被測定物に与えるダメージを極めて小さく抑えることができ、事実上、ダメージフリーを実現することができる。
(5)電子ビームで走査する第2の実施形態によれば、従来技術の基板電流測定装置を利用して、半導体ウエハ上の微細加工物の寸法のバラツキを統計的に評価することが可能になる。また、この電子銃の出力は小さくてもよい。
【0045】
【発明の効果】
第1の発明によれば、ゲート電極のマスクとなるレジストパターンが形成された半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定するようにしたので、ゲート電極となるレジストパターンの寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
また、第2の発明によれば、ゲート電極のマスクとなるレジストパターンが形成された半導体ウエハの表面を電子ビームで走査し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定して積分するようにしたので、小出力の電子ビームを用いて、ゲート電極となるレジストパターンの寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
【0046】
また、第3の発明によれば、配線のマスクとなるレジストパターンが形成された半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定するようにしたので、配線のマスクとなるレジストパターンの寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
また、第4の発明によれば、配線のマスクとなるレジストパターンが形成された半導体ウエハの表面を電子ビームで走査し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定して積分するようにしたので、小出力の電子ビームを用いて、配線のマスクとなるレジストパターンの寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
【0047】
第5の発明によれば、配線パターンが形成された半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定するようにしたので、配線の寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
第6の発明によれば、配線パターンが形成された半導体ウエハの表面を電子ビームで走査し、この半導体ウエハに発生する基板電流を測定して積分するようにしたので、小出力の電子ビームを用いて、配線の寸法を迅速かつ統計的に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る測定装置のアパーチャに設けられた開口部の一例を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る被測定対象物である半導体ウエハとその一部の領域を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る被測定対象物である半導体ウエハに形成されたnチャネルMOS電界効果トランジスタの構造を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る測定装置を用いた評価方法(レジストパターンの評価方法)を説明するための図である。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る測定装置を用いた評価方法(ポリシリコンのエッチングの前後での評価方法)を説明するための図である。
【図7】本発明の第1の実施形態に係る測定装置を用いた評価方法(配線の評価方法)を説明するための図である。
【図8】本発明の第1の実施形態に係る測定装置を用いた評価方法(ダマシン構造を有するの配線の評価方法)を説明するための図である。
【図9】本発明の第2の実施形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
10;電子銃、11;コンデンサレンズ、12;アパーチャ、13;電極、14;可動ステージ、15;電流計、20;電子銃、21;第1コンデンサレンズ、22、アパーチャ、23;第2コンデンサレンズ、24;対物レンズ、25;電極、26;可動ステージ、27;電流計、28;積分器、ESW;平行電子線、EB;電子ビーム、WF;半導体ウエハ、WFA;領域、REG,REGH;レジストパターン、POL;ポリシリコン層、OX;ゲート酸化膜、ACN1;アクティブ領域、TR;絶縁物、SUB;基板、F;絶縁層、M,H1;配線、H2;配線層、Ik,Ikk;基板電流。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an evaluation method for evaluating the size of a microfabricated product formed on a semiconductor wafer, and in particular, for measuring a size variation by observing a substrate current generated in a substrate due to irradiation with an electron beam. About technology.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor device that requires high speed, it is important to manage a gate length dimension, a contact / via dimension, a wiring width dimension, and a wiring interval dimension. In particular, as for the gate length dimension, a dimension smaller than the minimum design rule determined by the exposure light source is required, and it is necessary to strictly manage the resist pattern. That is, when forming a gate electrode, a method of once performing an exposure process within the limit of the resolution of the current semiconductor exposure apparatus to form a resist pattern, and then narrowing the resist pattern to a desired size by a so-called trimming process. Is adopted. In this trimming process, since the resist pattern is ashed, the finished dimensions are likely to vary, which causes the gate length dimension to vary. Therefore, in such a case, it becomes more important to control the dimensions of the resist pattern.
[0003]
As a conventional device for managing the above-described critical dimension, a CDSEM (Critical Dimension SEM) is generally used. According to this conventional device, the size of the measured portion can be measured in a non-contact manner by irradiating the measured portion with the electron beam and detecting the secondary electrons emitted from the surface.
As another conventional apparatus of this kind, there is an apparatus that measures a dimension such as a hole diameter in a non-contact manner by observing a substrate current generated when an electron beam is irradiated on a surface of a semiconductor wafer (Patent Document 1). reference). According to this conventional device, since the substrate current due to the electrons reaching the substrate of the semiconductor wafer is observed, the internal shape of the hole is more accurate than when the above-mentioned secondary electrons emitted to the surface side are observed. Can be measured well.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-83849 (paragraph numbers 0062 to 0081, FIGS. 6 to 12)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, with the recent miniaturization, it has become necessary to statistically manage the dimensional variation of the microfabricated product of each part formed on the semiconductor wafer. That is, for example, when managing gate dimensions, several sites on the same semiconductor wafer were sampled and measured, and the overall gate length dimension was controlled by the limited measurement values. As the number of elements per unit area increases dramatically, the sampling population also increases dramatically. For this reason, the measured value obtained by sampling is not always representative of the entire gate length dimension formed on the same semiconductor wafer, and it is necessary to increase the number of samplings and measure the dimensions of more parts. .
[0006]
However, according to the above-described conventional technique of observing secondary electrons, there is a problem in that the dimensions of each part must be measured individually, and it takes a lot of time to measure many parts. In addition, since it is necessary to observe the secondary electrons and set the acceleration energy of the electron beam (primary electrons) high or increase the irradiation amount, the object to be measured may be damaged. In particular, when the object to be measured is a resist pattern, irradiation with such an electron beam may cause chemical deformation and shrinkage, which may promote variations in dimensions.
Further, according to the conventional technique of observing the above-described substrate current, the irradiation energy of the electron beam is set low, and the irradiation amount of the electrons can be suppressed, so that the damage to the object to be measured can be suppressed. As in the above-described conventional case, since the dimensions of each part are individually measured, there is a problem that a large measurement time is required when the sampling population increases.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device evaluation method capable of quickly and statistically evaluating the size of each part formed on a semiconductor wafer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
That is, in the method for evaluating a semiconductor device according to the first aspect, a conductive layer serving as a gate electrode of a MOS field-effect transistor is formed, and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the gate electrode is formed. A first step of irradiating electrons to the surface of the semiconductor wafer in a processed state in a shower shape, and measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer by the irradiation of the electrons in the first step. A second step. In the above-described method for evaluating a semiconductor device, for example, in the first step, the predetermined area of the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is irradiated with the electrons.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for evaluating a semiconductor device, wherein a conductive layer serving as a gate electrode of a MOS field effect transistor is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the gate electrode is formed. A first step of irradiating an electron beam toward the surface of the semiconductor wafer in a state, and scanning the surface of the semiconductor wafer with the electron beam; and scanning the semiconductor wafer with the electron beam in the first step. A second step of measuring a substrate current generated in the substrate. The semiconductor device evaluation method may further include, for example, a third step of integrating the substrate current measured in the second step. Further, for example, in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is scanned by the electron beam. The method may further include, for example, forming an image of the resist pattern from the substrate current measured in the second step, and correcting acceleration energy of the electron beam based on a state of formation of the image. . The method may further include, for example, evaluating a size of the resist pattern from the substrate current measured in the second step.
[0010]
The method for evaluating a semiconductor device according to a third aspect of the present invention is directed to a method for evaluating a surface of a semiconductor wafer in a process state in which a conductive layer serving as a wiring is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the wiring is formed. And a second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer with the irradiation of the electrons in the first step. In the above-described method for evaluating a semiconductor device, for example, in the first step, the predetermined area of the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is irradiated with the electrons.
[0011]
The method for evaluating a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the method of the present invention, wherein a conductive layer serving as a wiring is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the wiring is formed. A first step of irradiating an electron beam toward the substrate and scanning the surface of the semiconductor wafer with the electron beam, and a substrate current generated on the substrate of the semiconductor wafer by the scanning of the electron beam in the first step Measuring a second step. The semiconductor device evaluation method may further include, for example, a third step of integrating the substrate current measured in the second step. Further, for example, in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is scanned by the electron beam. The method may further include, for example, forming an image of the resist pattern from the substrate current measured in the second step, and correcting acceleration energy of the electron beam based on a state of formation of the image. . The method may further include, for example, evaluating a size of the resist pattern from the substrate current measured in the second step.
[0012]
A method for evaluating a semiconductor device according to a fifth aspect includes a first step of irradiating electrons in a shower shape toward a surface of a semiconductor wafer in a process state in which wiring is formed, and a step of irradiating the electrons by the first step. A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer with the irradiation. In the above-described method for evaluating a semiconductor device, for example, in the first step, the predetermined area of the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the wiring is irradiated with the electrons.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for evaluating a semiconductor device, the first method includes irradiating an electron beam toward a surface of the semiconductor wafer in a process state where wiring is formed, and scanning the surface of the semiconductor wafer with the electron beam. And a second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer in accordance with the scanning of the electron beam in the first step. The semiconductor device evaluation method may further include, for example, a third step of integrating the substrate current measured in the second step. Further, for example, in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the wiring is scanned by the electron beam. Further, for example, the method further includes a step of evaluating an interval between the wiring patterns from the substrate current measured in the second step. Further, for example, the wiring has a damascene structure.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring device 100 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an electron gun 10 emits electrons, and is installed with an electron emission port facing downward. A condenser lens 11 is disposed below the electron gun 10 and converts an electron beam emitted from the electron gun 10 into a parallel electron beam. This parallel electron beam is formed by a semiconductor formed of a semiconductor substrate on which an object to be measured is formed. Irradiation is performed toward the surface of the wafer WF. The cross-sectional area of the parallel electron beam that has passed through the condenser lens 11 is set relatively wide, for example, the beam diameter is set to several tens to several hundreds microns.
[0015]
An aperture 12 having a predetermined opening 120 is arranged below the condenser lens 11 to block a part of the parallel electron beam that has passed through the condenser lens 11, and the rest is actually formed as a parallel electron beam ESW on the surface of the semiconductor wafer WF. Irradiation. FIG. 2 is a top view of the aperture 12 and shows an example of the opening 120 described above. FIG. 7A shows a case where the opening 120 is formed in a circular shape, and FIG. 7B shows a case where the opening 120 is formed in a square shape. The area of the opening 120 is set to a value smaller than the cross-sectional area of the beam of the parallel electron beam that has passed through the condenser lens 11, and the aperture 12 sets the irradiation area of the parallel electron beam on the surface of the semiconductor wafer WF to a predetermined area. Set to. The aperture 12 is made of metal or the like, and is grounded so that electrons do not accumulate. In this embodiment, as shown in FIG. 2B, the opening 120 is formed in a square shape.
[0016]
A movable stage 14 for mounting the semiconductor wafer WF is arranged in the direction of irradiation of the parallel electron beam passing through the aperture 12. The movable stage 14 places the semiconductor wafer WF such that the parallel electron beam ESW passing through the aperture 12 is irradiated substantially perpendicularly to the surface of the semiconductor wafer WF, and is substantially in the emission direction of the parallel electron beam EWS. It is configured to be able to move in an orthogonal plane (XY plane). Further, an electrode 13 for collecting a substrate current is attached to the front surface of the movable stage 14 so as to be in contact with the back surface of the semiconductor wafer WF. Although not shown, the movable stage 14 is provided with a mechanism for adsorbing the wafer WF, and the semiconductor wafer WF is adsorbed and fixed while being placed on the electrode 13. The electrode 13 is electrically connected to an ammeter 15, and the ammeter 15 measures a substrate current Ik generated in a substrate SUB of a semiconductor wafer described later.
[0017]
FIG. 3A shows an appearance of a semiconductor wafer WF made of a silicon single crystal. On the main surface of the semiconductor wafer WF, a plurality of chips having the same pattern are formed in a matrix. FIG. 3B is an enlarged view of a region WFA on the semiconductor wafer WF. The area WFA is a part of one chip on the semiconductor wafer, and another chip on the same semiconductor wafer has an area having the same pattern as the area WFA. In the first embodiment, the region WFA is the irradiation region of the parallel electron beam ESW shown in FIG. 1 described above, and the shape of the opening 120 of the aperture 12 that defines the irradiation region matches the shape of the region WFA described above. Is set to Further, the irradiation area WFA is an area where an object to be measured exists, and is a predetermined area determined in advance for measurement.
[0018]
In the example shown in FIG. 3B, active areas ACP1, ACP2, and ACP3 of p-channel MOS field-effect transistors and active areas ACN1 and ACN2 of n-channel MOS field-effect transistors are formed in the area WFA. A polysilicon layer POL (not shown in FIG. 3) which will be described later as a gate electrode of a MOS field effect transistor is formed over the entire surface of the semiconductor wafer WF, and a mask for forming the gate electrode is further formed thereon. Is formed. In the first embodiment, as described above, the polysilicon layer which is the conductive layer serving as the gate electrode of the MOS field effect transistor is formed on the entire surface of the semiconductor wafer, and the mask for processing the polysilicon layer into the gate electrode is formed. The semiconductor wafer WF in the process state where the resist pattern REG to be formed is formed is an object to be measured.
[0019]
By etching the polysilicon layer using the resist pattern REG as a mask in a step after the formation of the resist pattern REG, the polysilicon layer in a region covered by the resist pattern REG remains as a gate electrode. Accordingly, variations in the size of the resist pattern REG appear as variations in the size of the gate electrode. For this reason, managing the dimensional variation of the resist pattern REG is extremely important in managing the product yield. In this example, the predetermined region WFA irradiated with the parallel electron beam ESW includes a plurality of portions of the resist pattern REG that affect the measured value of the substrate current Ik described later and that affect the gate length dimension. Have been. The plurality of portions coincide with portions that affect a measured value of substrate current Ik described later.
[0020]
4A and 4B show details of the periphery of the active area ACN1 described above. FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3C is a sectional view taken along line BB shown in FIG. As shown in FIGS. 7B and 7C, an insulator TR for element isolation is buried in the substrate SUB of the semiconductor wafer, and a region surrounded by the insulator becomes the above-described active region ACN1. . A gate oxide film OX is formed on the surface of the substrate SUB on which the insulator TR is formed, and a polysilicon layer POL serving as a gate electrode is stacked thereon. A resist, which is a photoreceptor serving as a mask when etching this polysilicon layer, is formed on the entire surface of the wafer on the polysilicon layer POL, and then a gate pattern is transferred by a semiconductor exposure apparatus to correspond to the gate electrode. A resist pattern REG having a shape is formed by etching. In this example, focusing on the active region ACN1, a state is shown in which resist patterns REG (1 to 4) corresponding to four gate electrodes are formed. Since the current characteristics of a MOS field-effect transistor are proportional to the gate width, when a MOS field-effect transistor having desired current characteristics is formed in a limited area, a plurality of gates are generally provided in one active area as in this example. A technique has been adopted in which electrodes are formed and a plurality of MOS field-effect transistors electrically connected in parallel are formed.
[0021]
Next, the operation (evaluation method) of the measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the distribution of the substrate current Ik when the region shown in FIG. 4B is irradiated with the parallel electron beam ESW. FIG. 6 shows the removal of the polysilicon POL by etching using the resist REG as a mask. The distribution of the substrate current Ik (broken line) after the removal and the distribution of the substrate current Ik (solid line) before the removal are shown.
First, as shown in FIG. 1, a semiconductor wafer WF is placed on the electrode 13, and a region WFA shown in FIG. 3 is irradiated with a shower-like parallel electron beam ESW. At this time, since the shape of the opening 120 of the aperture 12 matches the shape of the area WFA, the entire area WFA is irradiated with the parallel electron beam ESW, and the other areas are irradiated with the parallel electron beam ESW. Not done. A substrate current Ik is generated in the substrate SUB with the irradiation of the region WFA with the parallel electron beam ESW, and the substrate current Ik is measured by the ammeter 15 through the electrode 13.
[0022]
Here, of the parallel electron beams ESW applied to the region WFA of the semiconductor wafer, the electrons incident on the region excluding the resist pattern REG, that is, the region where the polysilicon layer POL is exposed on the surface are poly-electrodes serving as conductive members. It diffuses quickly throughout the silicon layer POL. Between the polysilicon layer and the substrate SUB, a gate oxide film OX, which is an insulator, exists as an electrical resistance component, but since the polysilicon layer POL is formed over the entire surface of the semiconductor wafer WF, Equivalently, they behave as countless parallel resistors. Therefore, it can be considered that the polysilicon layer POL and the substrate SUB are electrically connected to each other, and electrons incident on the polysilicon layer POL flow into the substrate SUB via the gate oxide film OX, and the substrate current Ik It becomes.
[0023]
If the acceleration energy of the parallel electron beam ESW is appropriately set, the electron beam does not reach the substrate SUB in the region where the resist pattern REG shown in FIG. 5A exists, and the electron beam does not reach the substrate SUB in the region where the resist REG does not exist. It reaches SUB. Therefore, as shown in FIG. 3B, the distribution of the substrate current Ik in the substrate SUB is such that the substrate current in the region where the resist pattern REG exists is small, and the substrate current in the region where the resist pattern REG does not exist is opposite. Become larger. The substrate currents generated in the respective regions merge into a substrate current Ik, which is measured by the ammeter 15. In the example shown in FIG. 5, the substrate current Ik measured by the ammeter 15 is a region R1 between the insulator TR (L) and the resist REG (1) and a region R1 between the resists REG (1) to REG (4). Are the sum of the substrate currents generated in each of the regions R2, R3, R4, and the region R5 between the resist REG (4) and the insulator TR (R).
[0024]
Subsequently, the dimension of the resist pattern REG is evaluated from the value of the substrate current Ik described above. Here, the measured value of the substrate current Ik itself indicates the dimensions of the regions R1 to R5 where the resist pattern REG does not exist, and directly determines the dimensions of the regions of the resist patterns REG (1) to (5). Can be obtained by subtracting the above-described substrate current Ik from the value of the substrate current that would be measured when the resist pattern REG does not exist. However, focusing on the active region ACN1, since the regions R1 to R5 and the regions of the resist patterns REG (1) to REG (5) have a complementary relationship, the substrate current Ik indirectly determines the size of the resist pattern REG. In effect, the dimensions of the resist pattern REG can be evaluated from the measured substrate current Ik.
[0025]
The substrate currents generated in the regions R1 to R5 depend on the area of each region, and the area of each region depends on the dimensions of the resist patterns REG (1) to REG (4). The substrate current Ik measured at 15 is a value of a plurality of portions of the resist pattern REG that affect the measured value of the substrate current Ik (each portion of the resists REG (1) to REG (4) that affect the gate length). This includes all the dimensional variations, and therefore, it is possible to comprehensively grasp the variances of the respective portions of the resist REG from the substrate current Ik.
[0026]
Here, strictly speaking, the substrate current Ik includes the dimensional variation of the active region ACN1 in addition to the dimensional variation of the resist pattern REG. However, by providing a plurality of portions of the resist pattern REG in the electron beam irradiation region, the line segment of the edge of the resist pattern REG can be made relatively large with respect to the outer peripheral length of the active region ACN1. Therefore, the variation in the size of the active region ACN1 can be ignored, and the variation in the size of the resist pattern REG can be effectively grasped from the substrate current Ik. As the number of portions of the resist pattern REG included in the region WFA increases, the influence of the variation in the active region is suppressed, and the variation in the resist pattern can be grasped more accurately.
[0027]
In the first embodiment, since the parallel electron beam ESW is applied to the entire area WFA, the substrate current Ik measured by the ammeter 15 has an effect on the value of the substrate current value Ik in the area WFA. The dimensions of the entire portion of the resist pattern REG (ie, the entire portion of the resist pattern REG that influences the gate length dimension in the region WFA) that reflects the pattern are reflected, and the variation is evaluated in units of the region WFA.
The same measurement is performed on several other chips having the same pattern in the plane of the semiconductor wafer WF, and by comparing the substrate current Ik measured in each region, the same measurement is performed in the plane of the semiconductor wafer WF. Variations in the dimensions of the resist pattern REG can be relatively grasped. If absolute variations are to be evaluated, a substrate current in a region of the same pattern may be measured in advance using a reference semiconductor wafer, and evaluation may be performed based on the substrate current.
[0028]
As described above, by including a plurality of portions of the resist pattern REG that affect the measured value of the substrate current Ik in the irradiation region of the parallel electron beam ESW, the influence of the dimensional variation of the plurality of portions is reduced by the substrate current Ik. Can be included comprehensively. Therefore, the dimensional variation of a plurality of parts can be collectively measured by one measurement, and as a result, even if the sampling population is increased, it is possible to evaluate the statistical variation in a short time. become. In addition, according to the first embodiment, if the irradiation area of the parallel electron beam ESW is enlarged, the variation in more parts is reflected on the measured value of the substrate current Ik, and the number of samplings is greatly increased. It is possible to obtain a measurement result when the number is increased. Therefore, even if the number of elements per unit area increases due to miniaturization, it is possible to accurately evaluate variations in a short time.
[0029]
Further, as shown in FIG. 6, by measuring the substrate current Ik before and after etching the polysilicon POL using the resist pattern REG as a mask, it is also possible to compare and evaluate variations in the size of the resist pattern and the gate size. it can. That is, in FIG. 3A, a broken line indicates a region where the polysilicon layer POL is peeled off by etching, and in FIG. 3B, a substrate current Ik indicated by a broken line is shown in FIG. A current measured after etching the polysilicon layer POL using the resist pattern REG as a mask is shown, and a substrate current Ik indicated by a solid line indicates a substrate current Ik measured before etching the polysilicon layer POL. As can be understood from this figure, if the substrate current Ik before and after etching is measured using the measurement method according to the first embodiment, the variation in only the size of the resist pattern and the variation in the gate size can be compared. Can be evaluated.
[0030]
In the above example, the resist pattern REG serving as a mask when forming a gate electrode has been described as an example. However, as shown in FIG. 7, the same applies to a resist pattern REGH serving as a mask when forming a metal wiring. can do. The example shown in the drawing has a two-layer wiring structure, and a first-layer wiring H1 is formed on an insulating layer F formed on a substrate SUB. A wiring layer H2 serving as a second layer wiring is formed on the entire surface of the semiconductor wafer on the insulating layer F. When the wiring layer H2 is processed into a second layer wiring on the wiring layer H2. A resist pattern REGH serving as a mask is formed. The second wiring layer is connected to the first wiring via a via contact, and the first wiring is also connected to the substrate SUB via the contact. Generally, in the case of a process of forming a wiring using the resist pattern REGH, in a state before the etching in which the wiring layer H2 is formed on the entire surface of the semiconductor wafer, the wiring layer H2 is connected to the first layer somewhere via a via contact. The first-layer wiring H1 is further connected to the substrate SUB on the lower layer side. Therefore, when the wiring H2 is formed on the entire surface of the semiconductor wafer, there is always a path for electrically connecting the uppermost wiring layer H2 and the substrate SUB. This is the same even when the number of wiring layers increases.
[0031]
When the surface of the semiconductor wafer in such a process state is irradiated with the parallel electron beam ESW, the electrons incident on the wiring layer H2 flow into the substrate SUB via the via contact and the first-layer wiring H1, and the substrate current is reduced. Form. Therefore, the substrate current Ik can be measured as in the case of forming the gate electrode described above, and it is possible to evaluate the variation of the resist pattern REGH for forming the second-layer wiring from the measured value. . The present invention is not limited to the example of the two-layer wiring structure, and can be applied to a wiring structure having an arbitrary number of layers. The substrate current Ik may be appropriately measured in a process state in which a resist pattern to be managed is formed. It should be noted that the principle of evaluation is essentially different from the above-described conventional method of measuring the diameter of a hole formed on a substrate in that electrons are guided to the substrate via a wiring layer formed over the entire surface of the semiconductor wafer. are doing. By irradiating electrons with the uppermost wiring layer formed on the entire surface of the semiconductor wafer in this way, the size of the resist pattern can be evaluated without being restricted by the number of wiring layers.
[0032]
Next, with reference to FIG. 8, a method for evaluating the dimensions (width and interval) of the wiring M made of a metal layer will be described. The measuring device for measuring the substrate current is the same as that used for measuring the above-described resist pattern REG.
The example shown in FIG. 8 is an example of a wiring having a so-called damascene structure. That is, an insulating layer F is formed on the substrate SUB, a contact hole CH is opened in the insulating layer F, and a plug serving as a conductive member is embedded in the contact hole CH. A trench CT is formed on the upper surface of the semiconductor wafer so as to be located on the upper end side of the contact hole CH, and a conductive member such as copper serving as a wiring is embedded therein. Thereafter, excess wiring metal is removed by a chemical mechanical polishing method (polishing technique using chemicals together), and a wiring M is formed.
[0033]
When measuring the dimensions of the wiring M having the above-described damascene structure, the surface of the semiconductor wafer in the process state where the wiring M is formed is irradiated with the shower-like parallel electron beam ESW described above, and the substrate current Ik is similarly reduced. Measure. In this case, of the parallel electron beams ESW, electrons incident on the wiring M are collected by the wiring M and flow into the substrate SUB. Therefore, also in this case, the influence of the variation in the dimensions of the wiring M is reflected on the substrate current Ik, and the variation in the dimensions of the wiring M can be grasped from the substrate current Ik. Even when measuring the variation in the dimensions of the wiring M, the irradiation region of the parallel electron beam ESW may be determined to be a predetermined region so as to include a plurality of portions that affect the value of the substrate current Ik.
[0034]
Further, the value of the substrate current Ik itself directly depends on the size (area) of the wiring M. However, in this example, the width and the interval of the wiring M are complementary to each other, and thus are measured. The interval (dimension corresponding to the region RM) of the wiring M can be evaluated from the substrate current Ik thus obtained. In the example shown in FIG. 8, a one-layer wiring structure is shown, but the present invention is not limited to this and can be similarly applied to a multi-layer wiring structure. That is, for example, in the case of a two-layer wiring structure, measurement is performed on the first-layer wiring pattern in the same manner as described above. Similarly, if the second-layer wiring pattern is electrically connected to the first-layer wiring via a via contact or the like, the electrons incident on the second-layer wiring pattern reach the substrate. The substrate current Ik can be measured. Hereinafter, the same measurement is possible regardless of the number of wiring layers. Further, although the damascene structure is shown in the example shown in FIG.
[0035]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
In the above-described first embodiment, a predetermined region is irradiated with the parallel electron beam ESW. However, in this embodiment, by scanning the region WFA with an electron beam, a variation in the size of the resist REG is similarly reduced. Measure statistically.
FIG. 9 shows a measuring device according to the second embodiment. The measuring apparatus has a function of scanning an area WFA on a semiconductor wafer WF with an electron beam narrowed down to a micron order as compared with the measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. In this case, the configuration is different in that it has a function of calculating the total current by integrating the substrate current Ik generated in the substrate SUB of the semiconductor wafer.
[0036]
That is, in FIG. 9, the electron gun 20 is the same as the above-described electron gun 10 and emits electrons downward. A first condenser lens 21 similar to the condenser lens 11 described above is disposed below the electron gun 20, and converts an electron beam emitted from the electron gun 20 into a parallel electron beam. An aperture 22 having a smaller opening 220 is disposed below the first condenser lens 21 to convert a parallel electron beam passing through the condenser lens 21 into a parallel electron beam having a smaller beam diameter. A second condenser lens 23 is disposed below the aperture 22, and the beam diameter of the parallel electron beam that has passed through the aperture 22 is narrowed to be incident on the objective lens 24. An electron beam EB having a small beam diameter on the order of 100 angstroms is formed by the objective lens 24, and is applied to the surface of the wafer WF.
[0037]
A movable stage 26 on which the semiconductor wafer WF is mounted is arranged in the irradiation direction of the electron beam EB. The movable stage 26 is basically the same as the movable stage 14 described above, but moves relative to the electron beam EB so that the electron beam EB moves a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer WF. It is configured to scan. On the upper surface of the movable stage 26, an electrode 25 for collecting a substrate current similar to the above-described electrode 13 is attached, and this electrode 25 is connected to an ammeter 27 for measuring a substrate current similar to the above-described ammeter 15. Is electrically connected to the Further, an integrator 28 for integrating the current waveform measured by the ammeter 27 is connected to the ammeter 27.
[0038]
The operation of the second embodiment will be described.
It is assumed that the semiconductor wafer WF to be measured is in a process state in which the resist pattern REG is formed as in the first embodiment.
The surface of the semiconductor wafer WF is scanned with the electron beam EB that has passed through the above-described objective lens 24, and the substrate current Ikk generated on the substrate SUB of the semiconductor wafer due to the scanning is measured by the ammeter 27. The scanning area in this case is set to the same irradiation area (predetermined area) as in the first embodiment described above, and the control unit (not shown) controls the moving amount of the movable stage 26 so that the electron beam EB scans this area. Control. Thus, the substrate current Ikk having the same waveform as the substrate current waveform shown in FIG. 5B is measured in time series with the scanning of the electron beam EB. However, in the second embodiment, the surface of the semiconductor wafer is scanned using the electron beam EB having a small beam diameter, instead of the shower-shaped parallel electron beam ESW as in the first embodiment. The measured substrate current Ikk is such that partial current values measured for each scanning position appear in time series.
[0039]
The substrate current Ikk measured in this way is integrated by the integrator 28, and the substrate current Ik including the influence of variations at each part is obtained. In principle, the substrate current Ik obtained by this integration has a value similar to that in the case where the predetermined region is irradiated with the parallel electron beam ESW, as in the first embodiment. From the value of the substrate current Ik, the size of the resist pattern REG is evaluated in the same manner as in the first embodiment. Therefore, according to the second embodiment as well, it is possible to accurately and statistically evaluate the dimensional variation of the resist pattern REG, as in the first embodiment. Further, not only the variation in the resist pattern of the gate electrode but also the variation in the resist pattern of the wiring M described above and the variation in the width and the interval of the wiring M using the substrate current Ik obtained by the integrator 28. Can be evaluated. The principle is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0040]
Next, a modification of the second embodiment will be described.
In the above-described second embodiment, the integrator 28 integrates the substrate current Ikk. However, the integrator 28 may evaluate the variation from the measured substrate current Ikk. Can be used. In this case, the measured substrate current Ikk itself is stored in a storage device as measurement data in association with a scanning position (irradiation position), and by reading and using the measurement data, various types of data as exemplified below can be obtained. Evaluation is possible. That is, as a first example, an image of the resist pattern REG and the wiring M is formed from the above measurement data. For example, an image of a resist pattern is obtained from a waveform obtained by plotting measured values with respect to a scanning position. The acceleration energy of the electron beam is corrected based on the state of image formation. That is, since the above-described measurement data is the substrate current measured for each scanning position, the value depends on the presence or absence of the resist pattern REG (or the wiring M) as in the example shown in FIG. Shows a tendency to increase or decrease. However, since the amount of electrons penetrating through the resist pattern etc. changes according to the acceleration energy of the electron beam, if the acceleration energy is too high or too low, the shape of the resist pattern in the process will match the image based on the measured values. Gone. Therefore, the acceleration energy of the electron beam is optimally corrected so that the image matches the shape of the actual resist pattern. As a result, it is possible to appropriately reflect the actual dimensional variation on the measured value of the substrate current.
[0041]
A second example is to grasp the vertical structure of each resist pattern REG from the above measurement data. In this case, a plurality of scans are performed with the acceleration energy of the electron beam set to a plurality of different values (for example, 500 eV, 1 KeV, etc.). Thereby, a plurality of substrate currents Ikk are measured for the film thickness of the resist pattern REG, and the vertical structure of the resist pattern REG can be grasped from the measured values. As described above, as a result of the trimming process, the resist pattern REG exhibits a rounded and skirted shape as shown in FIG. 6A, and the shape of the skirt greatly affects the variation in gate dimensions. Has become. Therefore, it is important to understand the vertical structure of the resist pattern REG in evaluating the variation of the resist pattern REG. By controlling the acceleration energy of the electron beam as described above, the vertical structure can be analyzed. That is, the dimensions of the true resist pattern REG can be grasped.
[0042]
A third example is to analyze the influence of the density of the resist pattern, the wiring pattern, and the like, that is, the loading effect, from the above-described measurement data. It is known that the loading effect occurs independently at the exposure stage and the etching stage. By analyzing the image of the resist pattern REG obtained from the above measurement data, it is possible to grasp the loading effect that occurs at the stage of exposure. Also, from the measurement data at the stage of etching the polysilicon layer POL using the resist pattern REG as a mask, it is possible to grasp the loading effect that occurs at the stage of etching the polysilicon layer POL. In this way, it is possible to compare and examine the loading effect from the measurement data at each process stage.
[0043]
A fourth example is to improve the S / N ratio of the measurement value at each scanning position by performing scanning with the electron beam a plurality of times on the same region and accumulating the substrate current Ikk for each scanning. . That is, for example, at the stage of measuring the overall variation, one scan is performed, and the measurement result is analyzed. As a result, an area requiring detailed analysis is partially re-scanned, the measured value of the substrate current Ikk in that area is accumulated, and measurement data with a good S / N ratio is obtained. Detailed analysis is performed using the measurement data.
As a fifth evaluation example, for example, p-channel MOS field-effect transistors and n-channel MOS field-effect transistors are separated from the above measurement data, and the substrate current of each resist pattern is separated and analyzed. This makes it possible to separately evaluate the variations in the resist pattern for each of the n-channel and p-channel MOS field-effect transistors. Of course, if the measured value corresponding to a single MOS field-effect transistor is used, it is possible to evaluate the variation corresponding to each transistor, and necessary data may be extracted from the measured data and used according to the evaluation target.
[0044]
Hereinafter, effects of the above-described embodiment will be described.
(1) Since the substrate current is observed, it is possible to specify a portion having a critical thickness at which the resist can act as a mask, and to determine the dimension of the critical dimension from a change in current at that portion. Can be.
(2) A large number of gate dimensions and wiring dimensions serving as critical dimensions can be measured in a short time, and the distribution of variations on the semiconductor wafer surface can be easily obtained. In addition, by combining with a technology such as a 3D CDSEM or an EB scope (three-dimensional structural analysis device) and using these technologies in a review manner, it is possible to more accurately manage the variation.
(3) Measurements before and after the etching of the resist are performed in accordance with the same principle, and mapping of gate dimensions and the like within the wafer surface can be performed.
(4) Since the substrate current is observed, measurement can be performed with the electron acceleration energy set low and the electron beam irradiation amount (dose amount) set small. Therefore, damage to the object to be measured can be extremely small, and damage-free can be practically realized.
(5) According to the second embodiment of scanning with an electron beam, it is possible to statistically evaluate the dimensional variation of a fine workpiece on a semiconductor wafer using a conventional substrate current measuring device. Become. The output of the electron gun may be small.
[0045]
【The invention's effect】
According to the first aspect, electrons are irradiated in a shower shape toward the surface of the semiconductor wafer on which the resist pattern serving as a mask of the gate electrode is formed, and the substrate current generated in the semiconductor wafer is measured. In addition, it is possible to quickly and statistically measure the dimension of a resist pattern serving as a gate electrode.
According to the second aspect, the surface of the semiconductor wafer on which the resist pattern serving as a mask for the gate electrode is formed is scanned with an electron beam, and the substrate current generated in the semiconductor wafer is measured and integrated. Therefore, the size of the resist pattern serving as the gate electrode can be quickly and statistically measured using a small output electron beam.
[0046]
According to the third aspect of the present invention, electrons are emitted in a shower shape toward the surface of the semiconductor wafer on which the resist pattern serving as a wiring mask is formed, and the substrate current generated on the semiconductor wafer is measured. Therefore, it is possible to quickly and statistically measure the dimension of a resist pattern serving as a wiring mask.
According to the fourth aspect, the surface of the semiconductor wafer on which the resist pattern serving as a wiring mask is formed is scanned with an electron beam, and the substrate current generated on the semiconductor wafer is measured and integrated. Using a small output electron beam, it is possible to quickly and statistically measure the dimension of a resist pattern serving as a wiring mask.
[0047]
According to the fifth aspect of the invention, electrons are irradiated in a shower shape toward the surface of the semiconductor wafer on which the wiring pattern is formed, and the substrate current generated on the semiconductor wafer is measured. And it can be measured statistically.
According to the sixth aspect, the surface of the semiconductor wafer on which the wiring pattern is formed is scanned with the electron beam, and the substrate current generated on the semiconductor wafer is measured and integrated. With this, it is possible to measure the dimensions of the wiring quickly and statistically.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measuring device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an opening provided in an aperture of the measuring device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor wafer as an object to be measured and a partial area thereof according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a structure of an n-channel MOS field-effect transistor formed on a semiconductor wafer which is an object to be measured according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining an evaluation method (a method of evaluating a resist pattern) using the measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining an evaluation method (an evaluation method before and after etching of polysilicon) using the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining an evaluation method (a wiring evaluation method) using the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining an evaluation method (a method of evaluating a wiring having a damascene structure) using the measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a measuring device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10; electron gun, 11; condenser lens, 12; aperture, 13; electrode, 14; movable stage, 15; ammeter, 20; electron gun, 21; first condenser lens, 22, aperture, 23; 24, objective lens, 25; electrode, 26; movable stage, 27; ammeter, 28; integrator, ESW; parallel electron beam, EB; electron beam, WF; semiconductor wafer, WFA; Pattern, POL; polysilicon layer, OX; gate oxide film, ACN1; active area, TR; insulator, SUB; substrate, F; insulating layer, M, H1; wiring, H2; .

Claims (21)

MOS電界効果トランジスタのゲート電極となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記ゲート電極に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
Electrons are showered toward a surface of a semiconductor wafer in a process state where a conductive layer serving as a gate electrode of a MOS field effect transistor is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the gate electrode is formed. A first step of irradiating the shape,
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer with the irradiation of the electrons in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする請求項1に記載された半導体装置の評価方法。2. The method according to claim 1, wherein in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is irradiated with the electrons. 3. MOS電界効果トランジスタのゲート電極となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記ゲート電極に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
An electron beam is directed toward the surface of a semiconductor wafer in a process state where a conductive layer serving as a gate electrode of a MOS field effect transistor is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the gate electrode is formed. Irradiating and scanning the surface of the semiconductor wafer with the electron beam;
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer along with the scanning of the electron beam in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載された半導体装置の評価方法。4. The method according to claim 3, further comprising a third step of integrating the substrate current measured in the second step. 前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする請求項3または4に記載された半導体装置の評価方法。5. The method according to claim 3, wherein in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is scanned by the electron beam. 6. 前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの像を形成し、この像の形成状態に基づき前記電子ビームの加速エネルギーを補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項3ないし5の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。4. The method according to claim 3, further comprising forming an image of the resist pattern from the substrate current measured in the second step, and correcting acceleration energy of the electron beam based on a state of formation of the image. 6. The method for evaluating a semiconductor device according to any one of 5. 前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの寸法を評価するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。7. The method according to claim 1, further comprising the step of: evaluating a size of the resist pattern from a substrate current measured in the second step. 配線となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記配線に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
A first step of irradiating electrons in a shower shape onto a surface of a semiconductor wafer in a process state where a conductive layer serving as a wiring is formed and a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the wiring is formed; Steps and
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer with the irradiation of the electrons in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする請求項8に記載された半導体装置の評価方法。9. The semiconductor device evaluation method according to claim 8, wherein in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is irradiated with the electrons. 配線となる導電層が形成され且つ前記導電層を前記配線に加工するためのマスクとなるレジストパターンが形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
A conductive layer serving as a wiring is formed, and an electron beam is irradiated toward a surface of a semiconductor wafer in a process state in which a resist pattern serving as a mask for processing the conductive layer into the wiring is formed. A first step of scanning the surface of the semiconductor wafer;
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer along with the scanning of the electron beam in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載された半導体装置の評価方法。11. The method according to claim 10, further comprising a third step of integrating the substrate current measured in the second step. 前記第1のステップでは、前記レジストパターンの複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする請求項10または11に記載された半導体装置の評価方法。The method according to claim 10, wherein in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the resist pattern is scanned with the electron beam. 前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの像を形成し、この像の形成状態に基づき前記電子ビームの加速エネルギーを補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項10ないし12の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。11. The method according to claim 10, further comprising forming an image of the resist pattern from the substrate current measured in the second step, and correcting acceleration energy of the electron beam based on a state of formation of the image. 13. The method for evaluating a semiconductor device according to any one of 12. 前記第2のステップで測定された基板電流から前記レジストパターンの寸法を評価するステップをさらに含むことを特徴とする請求項8ないし13の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。14. The method according to claim 8, further comprising the step of: evaluating a size of the resist pattern from the substrate current measured in the second step. 配線が形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子をシャワー状に照射する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子の照射に伴って前記半導体ウエハの基板の基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
A first step of irradiating electrons in the form of a shower toward the surface of the semiconductor wafer in a process state where the wiring is formed;
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer with the irradiation of the electrons in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第1のステップでは、前記配線の複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域に前記電子を照射することを特徴とする請求項15記載された半導体装置の評価方法。The method according to claim 15, wherein, in the first step, a predetermined region on a surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the wiring is irradiated with the electrons. 配線が形成されたプロセス状態にある半導体ウエハの表面に向けて電子ビームを照射し、該電子ビームで前記半導体ウエハの表面を走査する第1のステップと、
前記第1のステップによる電子ビームの走査に伴って前記半導体ウエハの基板に発生する基板電流を測定する第2のステップと、
を含む半導体装置の評価方法。
A first step of irradiating an electron beam toward a surface of the semiconductor wafer in a process state where wiring is formed, and scanning the surface of the semiconductor wafer with the electron beam;
A second step of measuring a substrate current generated in the substrate of the semiconductor wafer along with the scanning of the electron beam in the first step;
A semiconductor device evaluation method including:
前記第2のステップにより測定された前記基板電流を積分する第3のステップをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載された半導体装置の評価方法。The method according to claim 17, further comprising a third step of integrating the substrate current measured in the second step. 前記第1のステップでは、前記配線の複数の部位を含む前記半導体ウエハ表面の所定領域を前記電子ビームで走査することを特徴とする請求項17または18に記載された半導体装置の評価方法。19. The semiconductor device evaluation method according to claim 17, wherein in the first step, a predetermined region on the surface of the semiconductor wafer including a plurality of portions of the wiring is scanned by the electron beam. 前記第2のステップで測定された基板電流から前記配線パターンの間隔を評価するステップをさらに含むことを特徴とする請求項15ないし19の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。20. The method for evaluating a semiconductor device according to claim 15, further comprising a step of evaluating an interval between the wiring patterns from a substrate current measured in the second step. 前記配線がダマシン構造を有することを特徴とする請求項15ないし20の何れか1項に記載された半導体装置の評価方法。21. The method for evaluating a semiconductor device according to claim 15, wherein the wiring has a damascene structure.
JP2003047351A 2003-02-25 2003-02-25 Evaluation method of semiconductor device Pending JP2004259851A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003047351A JP2004259851A (en) 2003-02-25 2003-02-25 Evaluation method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003047351A JP2004259851A (en) 2003-02-25 2003-02-25 Evaluation method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004259851A true JP2004259851A (en) 2004-09-16

Family

ID=33113630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003047351A Pending JP2004259851A (en) 2003-02-25 2003-02-25 Evaluation method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004259851A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5619959B2 (en) Detection of microstructural defects
US6700122B2 (en) Wafer inspection system and wafer inspection process using charged particle beam
KR101013346B1 (en) Monitoring of contact hole production
EP1305815A1 (en) Film thickness measurement using electron-beam induced x-ray microanalysis
JP2007500954A (en) High current electron beam inspection
JP4891036B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor inspection apparatus
US7112288B2 (en) Methods for inspection sample preparation
KR20200052347A (en) Low dose charged particle measurement system
US11626306B2 (en) Method for analyzing a semiconductor device
US6420702B1 (en) Non-charging critical dimension SEM metrology standard
US6573498B1 (en) Electric measurement of reference sample in a CD-SEM and method for calibration
US7473911B2 (en) Specimen current mapper
US20210350507A1 (en) Image enhancement for multi-layered structure in charged-particle beam inspection
JP2004259851A (en) Evaluation method of semiconductor device
JP2008034475A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH08255817A (en) Line-width measurement of integrated circuit structure
US7170056B2 (en) Methodology and apparatus for leakage detection
US20050067582A1 (en) System and method for inspecting charged particle responsive resist
KR20040094422A (en) Control of film growth using auger electron spectroscopy for measuring film thickness and chemical composition
TWI292601B (en) Defect inspection device and inspecting method thereof
CN114577151B (en) Thickness measuring method and device
JP3907943B2 (en) Defect inspection method and device manufacturing method using the method
WO2023194014A1 (en) E-beam optimization for overlay measurement of buried features
WO2023241870A1 (en) Systems and methods of defect detection by voltage contrast imaging
WO2021198394A1 (en) Image enhancement based on charge accumulation reduction in charged-particle beam inspection

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060106

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20070621

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20090915

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091116

A02 Decision of refusal

Effective date: 20091208

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02