JP2825875B2 - 寸法検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 半導体製品の製造のための半導体素子パターン形成工
程における寸法検査方法に関し、 各製品のパターン内容によらず、検査対象パターンを
探す必要などなく、全ての製品のパターンの寸法を同じ
手順で、精度よく、実パターン領域で検査できるように
することを目的とし、 ウェハー、マスク、レチクルなどのパターン形成体上
のパターンの寸法検査方法において、寸法検査範囲をパ
ターン形成体上に引いた線分で設定し、該検査範囲のパ
ターン像を検出し、検出信号を２値化してパターン部と
背景部に分け、２値化した検出信号より、該検査範囲内
の各パターン部の長さの和を求め、これを基準値と比較
して、パターン寸法精度の合否を決定する構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明、は半導体製品の製造のための半導体素子パタ
ーン形成工程における寸法検査方法に関する。

近年の半導体製品の素子パターンは益々高密度化し、
パターン形成後の寸法検査を、検査対象素子パターンを
特定してその素子パターン単体について行なうことが、
困難となっている。このため、スループット比の高い簡
便な検査方法が求められている。

〔従来の技術〕

従来の寸法検査においては、検査対象パターンとして
製品の機能パターン素子を指定してその寸法を測定する
方法、または寸法検査の基準パターンを製品の機能上影
響を及ぼさない位置に配置してそのパターンの寸法を測
定する方法などを採用している。

第５図はあるLSIのある製造工程でのパターンの一部
を示すが、このパターンの図面Ａ部の寸法が8.8±0.3μ
ｍになるようにマスクを作って欲しい、が半導体製品の
製造上の要求であり、この要求を満たすべくマスクを作
り、このマスクでウェハーをパターンニングし、指定さ
れた部位Ａの寸法を光波測長器などにより測定し、要求
通りか否か検査する。要求通りならOKであるが、要求通
りでなければマスクパターンの修正などを行なう。この
方法はLSIとして実際に動作する機能素子の部位Ａの寸
法を測定しているので直接的であり、この検査でOKであ
ったマスクは真実OKである確立が高い。

パターンの幅でなく、間隔を測定する方式もある。第
６図がこれを示し、複数のＬ字型パターンの間隔Ｂが指
定された測定対象である。本例では更に測定対象はLSI
として実際に機能する素子ではなく、測定専用である。
レチクルやマスクの測定専用パターンの各種の例を第７
図に示す。測定専用のパターンはスクライブライン上ま
たはチップ内であっても実パターンがない空き領域に形
成される。鍵括弧状のパターンＣは測定対象をこれで囲
って、測定対象を発見し易くするものである。鍵括弧で
囲まれたパターンであっても、その工程では測定対象と
するもの／しないものがあり、どれを測定対象とするか
は工程毎に決っている。

なおレチクルは１チップ分のパターンをもつもの、マ
スクは１ウェハ分のパターンを持つものである。第８図
に示すようにCADデータは磁気テープに入っており、こ
れよりレチクルを作り、ステッパでウェハー上にレチク
ルパターンを次々と転写して行く。マスクの場合は磁気
テープから１ウェハー分のパターンを作り、アライナー
でマスクをウェハーに１対１対応させ、各チップのパタ
ーンを同時に露光する。電子ビーム描画法ではレチクル
もマスクも使用せず、磁気テープデータで電子ビームの
偏向ウェハーステージの移動を行なって各チップのパタ
ーン描画を次々と行なって行く。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の検査方法では、実機能素子であるにせよ測定専
用パターンであるにせよ、測定対象が指定され、この指
定された特定のパターンを、高密度に配置されたパター
ンの中から判別し、測定しなければならない。顕微鏡を
のぞきながら極めて多数あるパターンから測定対象パタ
ーンを探し出し、幅または間隔を措定する作業は甚だ厄
介であり、検査対象でないものを検査してしまうという
誤りを犯しやすい。また、歩留り高い製造を行なうには
測定添も多数、分散して設定しなければならず、大量の
それぞれ配置位置、パターン寸法、形状が異なる、指定
された測定対象パターンを高いスループット比で検査す
ることは極めて困難になっている。

スクライブライン上に測定専用パターンを置く場合
は、該パターンの判別が容易である。しかし測定専用パ
ターンは実機能素子パターンではないから、検査結果に
確実さが欠ける。またスクライブラインはチップ中心か
らは離れており、露光系の精度は落ちる領域であるか
ら、これを基準に合否判定するのは不都合でもある。

また素子パターンの寸法は、素子パターンが配置され
る位置、素子パターンの形状、大きさにより、その製造
工程による変化の程度が異なり、全ての高集積度半導体
製品において、同一の配置位置、形状、寸法の検査基準
パターンを用いて、高精度検査を行なうことは困難であ
る。このため、製品毎の検査対象パターンを設定しなけ
ればならず、高いスループット比の検査を阻んでいる。

本発明は、各製品のパターン内容によらず、検査対象
パターンを探す必要などなく、全ての製品のパターンの
寸法を同じ手順で、精度よく、実パターン領域で検査で
きるようにすることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に示すように本発明では、ウェハー、マスク、
レチクルなどのパターン形成体10上に線分PQを引いて、
この線分領域が寸法検査範囲であるとする。そしてこの
線分PQ上をレーザビーム又は電子ビームで走査し、その
反射光または反射電子、２次電子を検出して走査出力を
得、それを２値する。第１図（ｂ）の矩形波Ｓはこの２
値化した走査出力であり、Ｈレベル部分がパターン12、
Ｌレベル部分がその背景領域14に対応する。パターン12
はLSIの機能素子のパターンであり、背景領域14は該パ
ターンが形成されていない部分である。

本例では線分PQはパターン12を２箇所で横切るので、
２値化出力ＳにはＨレベル部分がb,dの２箇所あり、そ
れ以外の３箇所a,c,eがＬレベルである。Ｈレベル部分
b,dの長さの和を求め、これを基準値と比較する。許容
誤差範囲内でこれらが一致しておれば合格、不一致なら
不合格とする。

なお第１図（ａ）の16はダイシング領域で、この部分
でウェハーを切断して個々のチップにする。

基準値は設計データなどから得られる。即ち線分PQを
定めれば、この線分が通るパターン部分の長さの和は設
計図などからも容易に求まる。パターン部分の長さの和
でチェックする代りに、背景部分の長さの和でチェック
してもよく、結果は同じである。

〔作用〕

本発明では、指定された個々のパターンの寸法または
パターン間の間隔を測定するのではなく、製品の機能パ
ターンの寸法精度が高く要求される領域または露光系で
精度が落ちる部分などに線分を引いて、この線分領域の
パターン２値化像の合計を求めるので、検査に際して検
査対象パターンを探す必要がなく、検査能率を上げるこ
とができる。

検査範囲は線分PQの両端点P,Qの座標を決めることで
設定でき、両端点がP,Qの線分PQ上のパターン長の和
は、半導体製品のマスクパターンレイアウト設計データ
または該データからデータ変換されたパターン描画装置
（電子ビーム露光装置、パターンジェネレータ、レーザ
露光装置など）用描画データから容易に算出できる。

〔実施例〕

第２図に示すように、検査範囲を設定する線分PQは任
意でよい。（ａ）では、第１図のように背景領域14の端
から端ではなく、中間部に、但しパターン12を通るよう
にして垂直に引いている。なおこゝでは線分を引くと言
っても実際に線を引くのではなく、仮想上のものである
ことは勿論である。第２図（ｂ）でも同様であるが、線
分は水平に引いており、（ｃ）では斜めに引いている。
また（ｄ）では線分をP₁Q₁,P₂Q₂の２本引く。かゝる線
分検査範囲も、設計データ等から容易に求まる。

第３図に本発明を実施する寸法検査装置の概要を示
す。試料10即ちレチクル、マスク、ウェハー等のパター
ン形成体はステージ20にのせられ、駆動モータ22,24に
よりX,Y方向に移動する。この移動の制御はステージ制
御系32が行ない、X,Y方向移動量はレーザ干渉計26,28に
より測定される。

検出計34は、反射／透過光学系と受光素子などからな
り、前述の線分検査領域上のパターンの光電変換出力が
生じる。これは２値化回路36で２値化され、パターン長
計算回路38はこの２値化出力と測距系30の出力を用い
て、線分検査領域上のパターン長の和を算出する。これ
は基準値と比較され、合否判定される。

基準値の算出例を第４図で説明する。第４図（ａ）の
如きパターン形成体10上のパターン12をドットに分解し
て、同図（ｂ）に示すようにメモリ上に展開する。こゝ
ではパターンを１、背景を０としている。かゝるメモリ
があれば端点Ｐ（x₁,y₁）,Q（x₂,y₂）である線分PQ上の
パターンは、コラムx₁上の全メモリセルを読出すことで
同図（ｃ）の如く簡単に得られ、その１のビームの合計
を求めることで簡単にパターン長従って基準値が得られ
る。

CADなどではパターンデータは矩形分解データとして
持っている。例えばパターンが文字Ｆなら、第４図
（ｄ）に示すようにこれを矩形A,B,C,Dに分解し、各矩
形の左下端の座標（x_a,y_a），（x_b,y_b），……と縦、横
辺の長さl_ya,l_xa、l_yb,l_xb,……で該パターンのデータ
を持っている。データ群としてはx_a,y_a,l_xa,l_ya;x_b,y_b,
l_xb,l_yb;……となる。最初の４データがＡ矩形用、次の
４データがＢ矩形用、……である。このデータから第４
図（ｂ）のメモリへの展開は簡単にできる。

線分検査領域上のパターン総長は、メモリに展開しな
くても、計算で求めることができる。即ち矩形Ａのx,y
方向領域AX,AYは x_aAXx_a＋l_xa y_aAYy_a＋l_ya であるから端点Ｐ（x₁,y₁）,Q（x₁,y₂）の線分PQのx₁,y
₁〜y₂が上記２条件を満足すれば矩形Ａは線分PQと重な
り、その重なり長はl_yaである。矩形B,C,Dについても同
様に判定し、重なり長を求めることができる。

CADでは領域を最小グリッド間隔で区切り、各区分の
パターンデータ1,0を持つものもある。例えば該区分を
（11），（12），（13），……（21），（22），（23）
……で表わし（括弧内の最初の数値は最小グリッド間隔
を単位とするｘ座標、次の数値は同ｙ座標）、パターン
データを0,0,0,……1,1,……（各0,0,……は（11），
（12），……のデータ）として持つものもある。この場
合は、第４図（ｂ）のメモリに展開したものと同様にな
っている。

ウェハーやマスクには位置合せ用のパターンが形成さ
れているのが普通であり、線分検査領域の端点P,Qはこ
の位置合せ用マークからのステージ移動量及び又はビー
ム偏向量で設定できる。

線分検査領域上のパターン部の合計を基準値と比較す
る代りに、線分検査領域上の各パターン部の長さを個々
にその基準値と比較することも可能で、この場合は相殺
し合って合格となるようなケースを排除できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、指定された検査対象
パターンを探し出す必要はなく、実際の機能素子が形成
された領域上で、線分の端点指定という簡単な、全ての
検査対象に共通な方法で検査領域を指定して測長し、基
準値と比較するという方法でレチクル、マスク、ウェハ
ーのパターンの合否判定をすることができ、高能率、高
精度の寸法検査を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は各種の検査範囲の説明図、 第３図は検査装置のブロック図、 第４図は基準値算出要領の説明図、 第５図〜第７図は各種寸法測定箇所の説明図、 第８図はレチクル、マスクの説明図である。 第１図で10はパターン形成体、PQは線分、Ｓは２値化し
た検査信号、b,dはパターン部、a,c,eは背景部である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハー、マスク、レチクルなどのパター
   ン形成体（10）上のパターンの寸法検査方法において、 寸法検査範囲をパターン形成体上に引いた線分（PQ）で
   設定し、 該検査範囲のパターン像を検出し、検出信号を２値化し
   てパターン部と背景部に分け、 ２値化した検出信号（Ｓ）より、該検査範囲内の各パタ
   ーン部の長さの和を求め、 これを基準値と比較して、パターン寸法精度の合否を決
   定することを特徴とする寸法検査方法。