JPWO2006120722A1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
本発明の課題は、半導体ウエハにホールを形成する工程を有するプロセスの管理において、非破壊検査を用いながら、従来よりも厳密にかつ簡便にプロセス管理することができる半導体デバイスの製造方法を提供することにある。本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体ウエハに複数形成されたホールにおける一つのホールを測定対象ホールとして特定し、前記測定対象ホールにおけるホールトップの形状又は直径と、該測定対象ホールにおけるホールボトムの形状又は直径と、該測定対象ホールにおける底の状態又は底の残渣物とについて、非破壊的に測定し、前記ホールトップの形状又は直径と、前記ホールボトムの形状又は直径と、前記底の状態又は底の残渣物とに基づいて、半導体デバイスのプロセス管理をすることを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of stricter and simpler process management than in the past while using a nondestructive inspection in the management of a process having a step of forming holes in a semiconductor wafer. There is. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention specifies one hole in a plurality of holes formed in a semiconductor wafer as a measurement target hole, the shape or diameter of the hole top in the measurement target hole, and the hole bottom in the measurement target hole. Non-destructively measuring the shape or diameter of the hole and the bottom state or bottom residue in the hole to be measured, and determining the shape or diameter of the hole top, the shape or diameter of the hole bottom, It is characterized in that the process management of the semiconductor device is performed based on the state or the residue on the bottom.
Description
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関するものである。また、本発明は、電子ビーム、イオンビーム、光又は電磁波などを利用して、半導体デバイスの製造工程途中のプロセス評価を行う技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. The present invention also relates to a technique for performing a process evaluation during the manufacturing process of a semiconductor device using an electron beam, an ion beam, light, or an electromagnetic wave.
半導体デバイスには、一般に、何千万個以上のコンタクトホール又はビアホールと呼ばれる穴(ホール)が形成される。これらのホールは通常エッチングというプロセスを行うことによって形成される。これらのホールは電気を通すための穴であるので、所望の出来上がり形状を持つかどうか確認する必要がある。 A semiconductor device generally has tens of millions or more holes called contact holes or via holes. These holes are usually formed by performing a process called etching. Since these holes are holes for conducting electricity, it is necessary to confirm whether or not they have a desired finished shape.
図16は、半導体ウエハに形成されたホールの一例を示す部分断面図である。半導体ウエハであるシリコン基板201の表面には、酸化膜202が形成されている。酸化膜202を貫くように、すなわちシリコン基板201の表面が露出するようにホールが形成されている。ホールの開口部の直径がホールトップ径d1である。ホールの底の直径がホール底径d2である。また、ホールの底には、酸化膜202のエッッチングの残り、ホールの底についてのシリコンの酸化による膜、又はレジスト残渣などからなる残渣203が存在する場合がある。 FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing an example of a hole formed in a semiconductor wafer. An oxide film 202 is formed on the surface of a silicon substrate 201 that is a semiconductor wafer. Holes are formed so as to penetrate the oxide film 202, that is, so that the surface of the silicon substrate 201 is exposed. The diameter of the opening of the hole is the hole top diameter d1. The diameter of the bottom of the hole is the hole bottom diameter d2. In addition, there may be a residue 203 made of the etching residue of the oxide film 202, a film formed by oxidation of silicon on the bottom of the hole, or a resist residue at the bottom of the hole.
コンタクトホール、ビアホールなどの出来栄えを非破壊で観察する方法としては、CDSEMによる観察が知られている。CDSEMは、高性能な電子顕微鏡の一種であり、電子ビームを試料(シリコン基板201)上に走査して生じる二次電子を集めて画像化し、ホールトップ径d1の測長及びそのホール開口部の形状を観察できる能力をもつ。 As a method for nondestructively observing the quality of contact holes, via holes, etc., observation by CDSEM is known. CDSEM is a kind of high-performance electron microscope, which collects and images secondary electrons generated by scanning an electron beam on a sample (silicon substrate 201), and measures the length of the hole top diameter d1 and the hole opening. Ability to observe the shape.
CDSEMによる観察又は測長は、現在の半導体プロセスにおけるホール形成プロセスの唯一の管理手段である。そして、工場など量産工場では、特にCDSEMによりホールトップ径d1についてホール形成工程後に測定されている。 Observation or length measurement by CDSEM is the only management means of the hole formation process in the current semiconductor process. In a mass production factory such as a factory, the hole top diameter d1 is measured by the CDSEM after the hole forming process.
一方、半導体ウエハに対して電子ビームを照射し、その照射時に半導体ウエハに流れる電流である基板電流を用いて、半導体デバイスのプロセスの良否を評価する方法(EBSCOPE基板電流法)が本願の発明者によって発明されている(例えば、特許文献1から3参照)。 On the other hand, the inventor of the present application is a method (EBSCOPE substrate current method) for irradiating a semiconductor wafer with an electron beam and using a substrate current, which is a current flowing through the semiconductor wafer at the time of irradiation, to evaluate the quality of the process of the semiconductor device. (See, for example, Patent Documents 1 to 3).
EBSCOPE基板電流法は、例えばエッチングを終えた状態の半導体ウエハに対して、一定のエネルギーを持つ電子ビームを数秒間、照射し、その時に生じる基板電流の大小あるいは極性からプロセスの状態を知る方法である。電子ビームエネルギーとしては例えば0から数Kevが利用され、電流量としてはピコアンペア(pA)あるいはナノアンペア(nA)の大きさが用いられる。 The EBSCOPE substrate current method is a method in which, for example, a semiconductor wafer that has been etched is irradiated with an electron beam having a constant energy for several seconds, and the state of the process is known from the magnitude or polarity of the substrate current generated at that time. is there. For example, 0 to several Kev is used as the electron beam energy, and a picoampere (pA) or nanoampere (nA) is used as the current amount.
このEBSCOPE基板電流法では、2つの半導体ウエハに対するプロセス結果が同じである場合、同じ基板電流が生じ、プロセス結果が異なる場合、異なった電流が生じることで行われたプロセスが標準状態と同じかどうかを判断できる。さらに、この方法では試料に電子ビームを走査した際に生じる基板電流の波形を用いて、ホール底径d2を直接測ることもできる。 In this EBSCOPE substrate current method, if the process results for two semiconductor wafers are the same, the same substrate current is generated, and if the process results are different, whether the process performed by generating different currents is the same as the standard state Can be judged. Furthermore, in this method, the hole bottom diameter d2 can also be directly measured using the waveform of the substrate current generated when the sample is scanned with the electron beam.
しかしながら従来においては、技術の制約があってCDSEMによるホールトップ径d1の管理だけが行われており、ホール形成の評価に必要なほかの諸量については、何も測定されていなかった。近年になって背景技術に掲げたように、ホール構造の個々の部位を計測する技術が、それぞれ考え出されつつある。しかし、ホール構造を全体的又は総合的に計測してプロセスの最適化がなされたか否かを、比較的に簡便に知る手段が実用化されていないという課題があった。 However, in the past, due to technical limitations, only the management of the hole top diameter d1 by CDSEM has been performed, and no other quantities required for the evaluation of hole formation have been measured. In recent years, as mentioned in the background art, techniques for measuring individual parts of a hall structure are being devised. However, there has been a problem that means for relatively easily knowing whether or not the process has been optimized by measuring the hole structure as a whole or comprehensively has not been put into practical use.
そのため、現在においても、ホール形成工程はホールトップ径d1という1つの測定量だけを用いてプロセス管理が実行されており、結果的に十分なプロセス管理は実行されず不良品を作り出す元になっていた。 For this reason, even in the hole forming process, process management is performed using only one measured quantity of the hole top diameter d1, and as a result, sufficient process management is not performed and a defective product is created. It was.
また、従来においては、破壊検査としてSEM(走査型電子顕微鏡)による断面観察が存在していた。図17は、SEMを用いた半導体デバイスのプロセス評価方法を示すフローチャートである。まず、エッチング特性の評価のためにフォトリソグラフィーを用いて、複数枚の半導体ウエハ上に同一パターンを形成する(ステップS101)。 Conventionally, cross-sectional observation by SEM (scanning electron microscope) has existed as a destructive inspection. FIG. 17 is a flowchart showing a process evaluation method for a semiconductor device using SEM. First, the same pattern is formed on a plurality of semiconductor wafers by using photolithography for evaluation of etching characteristics (step S101).
そして、それぞれの半導体ウエハに対して、エッチング水準を変えてプロセスを行う(ステップS102)。次いで、レジストを剥離して測定対象サンプルとする(ステップS103)。次いで、FIB(収束イオンビーム)又は人手により半導体ウエハを破断してホールの断面を露出させる(ステップS104)。次いで、SEM又はTEM(透過型顕微鏡)を用いてホールの断面を観察する(ステップS105)。この観察結果に基づいて、最適なエッチング条件を選択する(ステップS106)。 Then, a process is performed on each semiconductor wafer while changing the etching level (step S102). Next, the resist is peeled off to obtain a measurement target sample (step S103). Next, the semiconductor wafer is broken by FIB (focused ion beam) or manually to expose the cross section of the hole (step S104). Next, the cross section of the hole is observed using SEM or TEM (transmission microscope) (step S105). Based on this observation result, an optimum etching condition is selected (step S106).
しかしながら、SEM又はTEMによって検査した半導体ウエハは、FIB又は手で破断されているので、製品として利用することができない。そのため、SEM又はTEMを用いた半導体デバイスのプロセス評価では、ロット毎の少数抜き取り検査となる。また、SEM又はTEMによるプロセス評価では、サンプル作製にも多大な時間がかかるため、半導体ウエハあたり、数点という非常に少ない点数の測定が行われていた。さらにまた、試料作製によって貴重なホール構造の一部分を損失することも起こるため、観察したい場所が観察できないという課題もあった。 However, a semiconductor wafer inspected by SEM or TEM cannot be used as a product because it is broken by FIB or hand. Therefore, in the process evaluation of semiconductor devices using SEM or TEM, a small number sampling inspection is performed for each lot. In addition, in the process evaluation by SEM or TEM, since it takes a lot of time to prepare a sample, a very small number of points such as several points are measured per semiconductor wafer. Furthermore, since a part of a valuable hole structure may be lost due to the sample preparation, there is a problem that a place to be observed cannot be observed.
したがって、SEM又はTEMによるプロセス評価では、プロセスを真に最適化するために必要な分析サンプル数には到底達することは無く、測定されたサンプル点が代表である保障もなく、サンプルの切り出し方によってはサンプルそのものを傷めてしまうため、真の分析結果が得られないという課題があった。 Therefore, in the process evaluation by SEM or TEM, the number of analysis samples necessary for truly optimizing the process is not reached, there is no guarantee that the measured sample points are representative, and depending on how the samples are cut out Hurt the sample itself, and there was a problem that a true analysis result could not be obtained.
90nm以降の微細化プロセスでは、SEMの分解能では足りないためTEMを利用する必要が生じているが、この手法はさらに時間と手間がかかり、実用的ではなかった。 In the miniaturization process after 90 nm, since the resolution of SEM is insufficient, it is necessary to use TEM. However, this method takes more time and labor and is not practical.
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハにホールを形成する工程を有するプロセスの管理において、非破壊検査を用いながら、従来よりも厳密にかつ簡便にプロセス管理することができる半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem of the prior art. In the management of a process having a process of forming holes in a semiconductor wafer, the non-destructive inspection is used and more strictly than in the past. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be easily managed.
上記課題を解決するため、本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体ウエハに複数形成されたホールにおける一つのホールを測定対象ホールとして特定し、前記測定対象ホールにおけるホールトップの形状又は直径と、該測定対象ホールにおけるホールボトムの形状又は直径と、該測定対象ホールにおける底の状態又は底の残渣物とについて、非破壊的に測定し、前記ホールトップの形状又は直径と、前記ホールボトムの形状又は直径と、前記底の状態又は底の残渣物とに基づいて、半導体デバイスのプロセス管理をすることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、半導体ウエハに形成されたある一つのホールを測定対象ホールとする。そして、その測定対象ホールのホールトップの形状、ホールボトムの形状、ホール底の状態などを測定して、プロセス管理する。したがって、特定の測定対象ホールが正常に形成されているか否か等について、全体的かつ総合的に評価でき、従来よりも厳密に且つ正確なプロセス管理をすることができる。すなわち、従来のCDSEMでは、特定の測定対象ホールについてのホールトップの形状を測定しているだけであるので、厳密なプロセス管理をすることができなかった。また、従来のEBSCOPE基板電流法ではホールボトム径(ホール底径)を図ることができるが、特定の測定対象ホールの形状などを全体的に測定することは行っていなかった。また、SEM又はTEMを用いたプロセス管理では、膨大な時間及びコストが必要になるとともに、測定対象の半導体ウエハが破損してしまうという不都合があった。本発明によれば、これらの不都合を回避しながら、厳密且つ正確なプロセス管理をすることができる。したがって、本発明によれば、高性能な半導体デバイスを低コストで製造することができる。In order to solve the above-described problem, the semiconductor device manufacturing method of the present invention specifies one hole in a plurality of holes formed in a semiconductor wafer as a measurement target hole, and the shape or diameter of the hole top in the measurement target hole, The shape or diameter of the hole bottom in the measurement target hole and the bottom state or bottom residue in the measurement target hole are measured nondestructively, and the shape or diameter of the hole top and the shape of the hole bottom are measured. Alternatively, the process management of the semiconductor device is performed based on the diameter and the bottom state or the bottom residue.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, one hole formed in the semiconductor wafer is set as a measurement target hole. Then, the process management is performed by measuring the shape of the hole top, the shape of the hole bottom, the state of the hole bottom, and the like of the measurement target hole. Accordingly, whether or not a specific hole to be measured is normally formed can be evaluated comprehensively and comprehensively, and process management can be performed more strictly and accurately than in the past. That is, in the conventional CDSEM, since the shape of the hole top for a specific measurement target hole is only measured, strict process management cannot be performed. In addition, although the conventional EBSCOPE substrate current method can achieve a hole bottom diameter (hole bottom diameter), the shape of a specific measurement target hole or the like has not been measured as a whole. In addition, the process management using SEM or TEM has a problem that enormous time and cost are required and the semiconductor wafer to be measured is damaged. According to the present invention, strict and accurate process management can be performed while avoiding these disadvantages. Therefore, according to the present invention, a high-performance semiconductor device can be manufactured at low cost.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記ホールトップの形状又は直径の測定が、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより生じる二次電子及び反射電子を測定する処理を有することを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、1つのホールについての全体な測定において、ホールトップの形状などの測定を、CDSEMを用いて非破壊的に実行することができる。In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the measurement of the shape or diameter of the hole top includes a process of measuring secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam. It is characterized by.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the measurement of the shape of the hole top and the like can be performed nondestructively using the CDSEM in the entire measurement for one hole.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記ホールボトムの形状又は直径の測定が、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより該半導体ウエハに生じる電流である基板電流を測定する処理を有することを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、1つのホールについての全体な測定において、ホールボトムの形状などの測定を、EBSCOPE基板電流法を用いて非破壊的に実行することができる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the measurement of the shape or diameter of the hole bottom is a process of measuring a substrate current, which is a current generated in the semiconductor wafer by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam. It is characterized by having.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the measurement of the shape of the hole bottom and the like can be performed nondestructively using the EBSCOPE substrate current method in the entire measurement of one hole.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記底の状態又は底の残渣物の測定が、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより該半導体ウエハに生じる電流である基板電流を測定する処理を有することを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、1つのホールについての全体な測定において、ホールボトムの状態又は残渣物などの測定を、EBSCOPE基板電流法を用いて非破壊的に実行することができる。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the measurement of the bottom state or the bottom residue measures a substrate current which is a current generated in the semiconductor wafer by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam. It has the process to perform.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the entire measurement for one hole, measurement of the state of the hole bottom or a residue can be performed nondestructively using the EBSCOPE substrate current method. .
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記ホールトップの形状又は直径が所定値であり、前記ホールボトムの形状又は直径が所定値であり、さらに、前記底の状態又は底の残渣物が所定状態である場合に、前記測定対象ホールが正常に形成されていると判断することを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、ホールトップの形状等、ホールボトムの形状等及び底の状態等の3つ要素それぞれが全て適正である場合に、測定対象ホールが正常に形成されていると判断することができる。したがって、従来のように、1つの要素でプロセス管理していた場合に比較して、格段に高精度なプロセス管理をすることができる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the shape or diameter of the hole top is a predetermined value, the shape or diameter of the hole bottom is a predetermined value, and further, the bottom state or the bottom residue is When it is in a predetermined state, it is determined that the measurement target hole is normally formed.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, when all three elements such as the shape of the hole top, the shape of the hole bottom, and the state of the bottom are all appropriate, the measurement target hole is formed normally. Can be determined. Therefore, as compared with the conventional case where process management is performed by one element, process management can be performed with extremely high accuracy.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記非破壊的な測定が、電子ビームの軌跡が前記測定対象ホールを横切るように、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射し、前記照射の際に生じる二次電子の波形と、前記照射の際に前記半導体ウエハに生じる電流の波形である基板電流波形とを検出し、前記二次電子の波形を用いて、前記ホールトップの形状又は直径を測定し、前記基板電流波形を用いて、前記ホールボトムの形状又は直径を測定し、前記測定対象ホールを横切る電子ビームよりも太い電子ビームを前記測定対象ホールに対して一定時間照射し、この照射をしたとき生じた前記基板電流を前記太い電子ビームによって前記半導体ウエハに入射した電流で割った値であるEBS値とを測定し、半導体デバイスのプロセス管理は、前記ホールトップの直径と、前記ホールボトムの直径と、EBS値とに基づいて行うことを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、CDSEMによりホールトップの形状等を測定でき、EBSCOPE基板電流法のラインスキャンモードでホールボトムの形状等を測定でき、EBSCOPE基板電流法のブランケットモードでホールボトムの残渣などについて測定することができる。ここで、EBSCOPE基板電流法のラインスキャンモードとは、CDSEMと同じように電子ビームを細く絞ってサンプルに照射するモードである。また、EBSCOPE基板電流法のブランケットモードとは、一定エネルギーの太い電子ビームをサンプルに一定時間照射するモードである。In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the non-destructive measurement may be performed by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam such that an electron beam trajectory crosses the measurement target hole. And a substrate current waveform which is a waveform of a current generated in the semiconductor wafer during the irradiation, and the shape or diameter of the hole top is determined using the waveform of the secondary electrons. Measure, measure the shape or diameter of the hole bottom using the substrate current waveform, and irradiate the measurement target hole with an electron beam that is thicker than the electron beam that crosses the measurement target hole for a certain period of time. And an EBS value that is a value obtained by dividing the substrate current generated when the substrate is generated by the current incident on the semiconductor wafer by the thick electron beam. Is the diameter of the hole top, the diameter of the hole bottom, characterized by performing on the basis of the EBS value.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the shape and the like of the hole top can be measured by CDSEM, the shape and the like of the hole bottom can be measured in the line scan mode of the EBSCOPE substrate current method, and the hole in the blanket mode of the EBSCOPE substrate current method. The bottom residue can be measured. Here, the line scan mode of the EBSCOPE substrate current method is a mode in which the sample is irradiated with a finely focused electron beam as in the case of CDSEM. The blanket mode of the EBSCOPE substrate current method is a mode in which a thick electron beam with a constant energy is irradiated to a sample for a predetermined time.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記二次電子の波形及び基板電流波形が、前記半導体ウエハに対しての前記電子ビームの照射により同時に得られる波形であることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、一本の電子ビームの走査によって、ホールトップの形状等とホールボトムの形状等とを同時に測定することができる。したがって、本発明によれば、より迅速かつ低コストに、厳密なプロセス管理をすることができる。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the secondary electron waveform and the substrate current waveform are waveforms obtained simultaneously by irradiation of the electron beam onto the semiconductor wafer.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the shape of the hole top and the shape of the hole bottom can be measured simultaneously by scanning with one electron beam. Therefore, according to the present invention, it is possible to perform strict process management more quickly and at low cost.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記半導体デバイスのプロセス管理が、前記半導体ウエハにおけるホールの配置密度と前記測定の結果とに基づいて行われることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、測定対象ホールのホールトップの形状、ホールボトムの形状及びホール底の状態等と、ホールの配置密度とに基づいて、プロセス管理をすることができる。したがって、より厳密に且つ正確なプロセス管理をすることができる。The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that the process management of the semiconductor device is performed based on the hole arrangement density in the semiconductor wafer and the measurement result.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, process management can be performed based on the hole top shape, hole bottom shape, hole bottom state, and the like of the measurement target hole and the hole arrangement density. Therefore, more precise and accurate process management can be performed.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記半導体デバイスのプロセス管理が、前記半導体ウエハにおけるホールに関してのレイアウト(配列態様パターン又は配置態様パターン)と前記測定の結果とに基づいて行われることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、測定対象ホールのホールトップの形状、ホールボトムの形状及びホール底の状態等と、ホールに関してのレイアウトとに基づいて、プロセス管理をすることができる。したがって、より厳密に且つ正確なプロセス管理をすることができる。In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the process management of the semiconductor device is performed based on the layout (array pattern or layout pattern) regarding the holes in the semiconductor wafer and the result of the measurement. Features.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, process management can be performed based on the shape of the hole top of the hole to be measured, the shape of the hole bottom, the state of the hole bottom, and the like, and the layout of the hole. Therefore, more precise and accurate process management can be performed.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記ホールトップの形状又は直径の測定が、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより生じる二次電子及び反射電子を測定する処理を有し、前記ホールボトムの形状又は直径の測定が、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより該半導体ウエハに生じる電流を測定する処理を有し、前記ホールトップ及びホールボトムについての測定で取得したデータに基づいて、前記ホールトップの形状を示す画像及び数値と、前記ホールボトムの形状を示す画像及び数値とを、表示装置に表示させることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、特定の測定対象ホールについての前記ホールトップの形状及びホールボトムの形状を画面に表示させることができる。この表示は、測定対象の半導体ウエハを破損させることなく実行でき、SEM及びTEMに比較して、格段に低コスト且つ迅速に実行することができる。したがって、本発明によれば、高性能な半導体デバイスを低コストで製造することができる。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a process in which the measurement of the shape or diameter of the hole top measures secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam. The measurement of the shape or diameter of the hole bottom has a process of measuring a current generated in the semiconductor wafer by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam, and is obtained by measuring the hole top and the hole bottom. Based on the obtained data, an image and a numerical value indicating the shape of the hole top and an image and a numerical value indicating the shape of the hole bottom are displayed on a display device.
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the shape of the hole top and the shape of the hole bottom for a specific measurement target hole can be displayed on the screen. This display can be executed without damaging the semiconductor wafer to be measured, and can be executed at a much lower cost and faster than SEM and TEM. Therefore, according to the present invention, a high-performance semiconductor device can be manufactured at low cost.
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記ホールトップの形状又は直径と、前記ホールボトムの形状又は直径と、前記底の状態又は底の残渣物とを、表示装置に表示させることを特徴とする。
本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、特定の測定対象ホールについての全体的且つ総合的な構造を画面に表示させることができる。この表示は、測定対象の半導体ウエハを破損させることなく実行でき、SEM及びTEMに比較して、格段に低コスト且つ迅速に実行することができる。したがって、本発明によれば、高性能な半導体デバイスを低コストで製造することができる。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the shape or diameter of the hole top, the shape or diameter of the hole bottom, and the bottom state or bottom residue are displayed on a display device. And
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, it is possible to display the overall and overall structure of a specific measurement target hole on a screen. This display can be executed without damaging the semiconductor wafer to be measured, and can be executed at a much lower cost and faster than SEM and TEM. Therefore, according to the present invention, a high-performance semiconductor device can be manufactured at low cost.
本発明によれば、非常に厳密な非破壊ホールプロセス管理が可能となる。厳密なホールプロセス管理は半導体製造における歩留まりの向上に直接寄与する。管理対象としたい任意のホールを測定対象に選択できるので、あらゆるレイアウトを有する実際の半導体デバイスに適用できる。本発明は、製品デバイスを直接測定することも可能であり、テストウエハを用意する必要も無い。 According to the present invention, very strict non-destructive hole process management is possible. Strict hole process management directly contributes to improving yield in semiconductor manufacturing. Since any hole desired to be managed can be selected as a measurement target, it can be applied to an actual semiconductor device having any layout. In the present invention, a product device can be directly measured, and it is not necessary to prepare a test wafer.
本発明は、電子ビームの代わりにレーザー光線などを適用することもできる。
レーザー光線を電子ビームと同様にして用いて、電子ビームの場合と同様の測定結果を得ることも可能である。すなわち、ホールトップ径、ホールボトム径及びホールボトム残渣などの知るために、レーザー光線の回折現象を使ったスキャットロメトリーの測定値を利用してもよい。In the present invention, a laser beam or the like can be applied instead of the electron beam.
It is also possible to obtain the same measurement result as in the case of the electron beam by using the laser beam in the same manner as the electron beam. That is, in order to know the hole top diameter, the hole bottom diameter, the hole bottom residue, and the like, a scatterometry measurement value using a laser beam diffraction phenomenon may be used.
また、本発明は、電磁波又はイオンをプローブ(電子ビームの代わり)とすることもできるのは言うまでもない。また、本発明は、ホールトップ、ホールボトム、ホール底残渣の3つの要素に限らず、それ以外の他の要素を計測して評価の対象に加えてもよいことは言うまでもない。
また、本発明は、まったく同じホールでなくとも、実質的に同じプロセスを受けたと思われる近傍のホールやそれらの平均的な測定値をプロセス管理に使っても上記と同様の効果が得られることは言うまでも無い。In the present invention, it goes without saying that electromagnetic waves or ions can be used as probes (instead of electron beams). Further, the present invention is not limited to the three elements of the hole top, the hole bottom, and the hole bottom residue, and it goes without saying that other elements may be measured and added to the evaluation target.
In addition, even if the present invention is not the same hole, the same effect as described above can be obtained even if neighboring holes that are considered to have undergone substantially the same process and their average measured values are used for process management. Needless to say.
11,21,71,81…電子ビーム源
12,22,72…偏向電極
13,23,73…電子ビーム
14,24,74…測定サンプル
15,25,75…XYステージ
16,26,76…二次電子検出器
17,27,77…チャンバ
18,28,78…直流電源
29,79…電流計
40…半導体ウエハ
41…ショット
41a,41b,41c,41d…チップ
41ak…チップ原点
41k…ショット原点
42…ショット間隔
82…二次電子波形
85…基板電流波形11, 21, 71, 81 ... Electron beam source 12, 22, 72 ... Deflection electrode 13, 23, 73 ... Electron beam 14, 24, 74 ... Measurement sample 15, 25, 75 ... XY stage 16, 26, 76 ... Two Secondary electron detector 17, 27, 77 ... Chamber 18, 28, 78 ... DC power supply 29, 79 ... Ammeter 40 ... Semiconductor wafer 41 ... Shot 41a, 41b, 41c, 41d ... Chip 41ak ... Chip origin 41k ... Shot origin 42 ... shot interval 82 ... secondary electron waveform 85 ... substrate current waveform
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態では、既存の装置を組み合わせて利用することにより、本発明の目的を達成する方法を示している。図2は、本半導体デバイスの製造方法で用いられるCDSEMの概要を示す説明図である。図3は、本半導体デバイスの製造方法で用いられるEBSCOPE(EBSCOPE基板電流法)の概要を示す説明図である。(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a method for achieving the object of the present invention by using a combination of existing apparatuses is shown. FIG. 2 is an explanatory view showing an outline of a CDSEM used in the method for manufacturing a semiconductor device. FIG. 3 is an explanatory view showing an outline of EBSCOPE (EBSCOPE substrate current method) used in the manufacturing method of the semiconductor device.
先ず、半導体ウエハに複数形成されたホールにおける一つのホールを測定対象ホールAとして選択し特定する(ステップS1)。 First, one hole in the plurality of holes formed in the semiconductor wafer is selected and specified as the measurement target hole A (step S1).
すなわち、1枚の半導体ウエハ上に存在する非常に多数のホールから測定対象ホールAを選択することが必要である。測定対象ホールAを選択するためには、測定対象ホールAを識別するための情報が必要である。半導体ウエハ上に存在する特定のホールを選択するためには、半導体ウエハ上のある特定の点を座標原点に取ったときに構築されるXY直交座標系を利用する。半導体デバイスは、通常XY直交座標を用いた座標系で設計されている。 That is, it is necessary to select the measurement target hole A from a very large number of holes existing on one semiconductor wafer. In order to select the measurement target hole A, information for identifying the measurement target hole A is required. In order to select a specific hole existing on the semiconductor wafer, an XY orthogonal coordinate system constructed when a specific point on the semiconductor wafer is taken as the coordinate origin is used. A semiconductor device is usually designed in a coordinate system using XY orthogonal coordinates.
図4は、半導体ウエハに対するショットの配置の一例を示す平面図である。半導体デバイスは、写真露光技術を用いて製造される。すなわち、カメラのフィルムに相当するマスクと呼ばれるものに、半導体デバイスのレイアウト情報が全て記録されている。このマスクに光を当てる(露光する)ことで、マスク上にあるレイアウト情報を半導体ウエハ40に転写する。一回に露光可能な範囲は、ショット41と呼ばれ、2cm×3cm程度の大きさがある。したがって、1枚の8インチの半導体ウエハ40には、20個程度のショット41が存在する。それぞれのショット41は縦横に整然と並べられており、ショット位置は半導体ウエハ40内のコラム及びローの指定によって一義的に行われる。また、各ショット41の間にはショット間隔42が空けられている。 FIG. 4 is a plan view showing an example of shot arrangement on a semiconductor wafer. Semiconductor devices are manufactured using photographic exposure techniques. That is, all the layout information of the semiconductor device is recorded on what is called a mask corresponding to the film of the camera. By applying light to the mask (exposure), layout information on the mask is transferred to the semiconductor wafer 40. The range that can be exposed at one time is called a shot 41 and has a size of about 2 cm × 3 cm. Accordingly, there are about 20 shots 41 on one 8-inch semiconductor wafer 40. The shots 41 are arranged in an orderly manner in the vertical and horizontal directions, and the shot positions are uniquely determined by the designation of columns and rows in the semiconductor wafer 40. Further, a shot interval 42 is provided between the shots 41.
図5は、図4における1つのショット41についてさらに詳細に示した平面図である。図5に示すように、1つのショット41の中には、1つ又は複数のチップ41a,41b,41c,41dと呼ばれる最終的に1つの半導体デバイスとして機能する領域が作られている。ショット41とショット41の間隔であるショット間隔42は必ずしも一定でなく任意である。したがって、半導体ウエハ40全体に張られたXY座標軸で指定された座標は、1つのホールに対応するとは限らない。そこで、1つの測定対象ホールAを指定するには、半導体ウエハ40上にあるショット41又はチップ41a,41b,41c,41dの内部に独立に張られたXY座標系の原点を基準として指定する。 FIG. 5 is a plan view showing in more detail one shot 41 in FIG. As shown in FIG. 5, in one shot 41, an area called a chip or a plurality of chips 41a, 41b, 41c, 41d that finally functions as one semiconductor device is formed. A shot interval 42 which is an interval between the shots 41 and 41 is not necessarily constant and is arbitrary. Therefore, the coordinates designated by the XY coordinate axes stretched over the entire semiconductor wafer 40 do not necessarily correspond to one hole. Therefore, in order to designate one measurement target hole A, designation is made with reference to the origin of the XY coordinate system independently stretched inside the shot 41 or the chips 41a, 41b, 41c, 41d on the semiconductor wafer 40.
より具体的に述べると、1つのホールを正確に指定するためには、先ず、ショット41又はチップ41a,41b,41c,41dのコラム及びローを指定する。次いで、ショット原点41kあるいはチップ原点41akに対して得られる測定対象位置を表すXY座標位置に、精密ステージを用いて電子ビーム照射位置を移動させる。 More specifically, in order to accurately designate one hole, first, the column and row of the shot 41 or the chips 41a, 41b, 41c and 41d are designated. Next, the electron beam irradiation position is moved to the XY coordinate position representing the measurement target position obtained with respect to the shot origin 41k or the chip origin 41ak using the precision stage.
レイアウト上のホール位置(設計上の位置)と実際に作製されたホールの位置は、製造上の誤差のため必ずしも一致しない。そこで、パターンマッチング技術を用いて、XY座標位置に現れるホールの中から正確に測定対象ホールAを抽出する。1回のパターンマッチングだけで測定対象ホールAを抽出するのが困難な場合は、必要な回数のパターンマッチングを行い測定対象ホールAについての測定点を抽出する。 The position of the hole on the layout (design position) and the position of the hole actually produced do not necessarily match due to manufacturing errors. Therefore, using the pattern matching technique, the measurement target hole A is accurately extracted from the holes appearing at the XY coordinate positions. When it is difficult to extract the measurement target hole A by only one pattern matching, the pattern matching is performed as many times as necessary to extract the measurement points for the measurement target hole A.
次いで、ステップS1により選択された測定対象ホールAのホールトップ径をCDSEMにより測定する(ステップS2)。 Next, the hole top diameter of the measurement target hole A selected in step S1 is measured by CDSEM (step S2).
このステップS2で行われるCDSEMについて、図2を参照して説明する。CDSEMは、クリティカル・ディメンジョンSEMと呼ばれ走査型電子顕微鏡の一種である。CDSEMは、電子ビーム源11、偏向電極12、XYステージ15、二次電子検出器16、チャンバ17及び直流電源18を有して構成されている。また、真空容器をなすチャンバ17の中に、電子ビーム源11、偏向電極12、測定サンプル14、XYステージ15及び二次電子検出器16が配置されている。 The CDSEM performed in step S2 will be described with reference to FIG. The CDSEM is called a critical dimension SEM and is a kind of scanning electron microscope. The CDSEM includes an electron beam source 11, a deflection electrode 12, an XY stage 15, a secondary electron detector 16, a chamber 17, and a DC power source 18. An electron beam source 11, a deflection electrode 12, a measurement sample 14, an XY stage 15, and a secondary electron detector 16 are disposed in a chamber 17 that forms a vacuum container.
CDSEMは、もともと光学顕微鏡の分解能を補うために、従来用いられていた光の代わりに波長の短い電子ビーム13を用いた装置であり、数nm程度の画像分解能を得ることができる。動作原理は、ブラウン管テレビと類似している。ブラウン管テレビがガラスでできた画面に設けられた発光層を0.1mmほどの直径の電子ビームで順次走査して画像を形成するのに対して、CDSEMでは観察したい物体(測定サンプル14)そのものを電子ビームで走査する。ここで、測定サンプル14は、例えば半導体ウエハ40であり、上記のXYステージ15上に載置されている。 The CDSEM is an apparatus that uses an electron beam 13 having a short wavelength instead of light conventionally used to supplement the resolution of an optical microscope, and can obtain an image resolution of about several nanometers. The principle of operation is similar to that of a CRT television. While a cathode ray tube TV scans a light emitting layer provided on a glass screen sequentially with an electron beam having a diameter of about 0.1 mm to form an image, the CDSEM shows the object (measurement sample 14) itself to be observed. Scan with an electron beam. Here, the measurement sample 14 is, for example, a semiconductor wafer 40 and is placed on the XY stage 15 described above.
電子ビーム13は、電子ビーム源11から出射される。電子ビーム源11のエネルギー源は直流電源18である。また、電子ビーム源11から出射された電子ビーム13は、偏光電極12などにより、数nm程度に細く絞られる。電子ビーム13を細く絞るほど、画像分解能を高められる。 The electron beam 13 is emitted from the electron beam source 11. The energy source of the electron beam source 11 is a DC power source 18. Further, the electron beam 13 emitted from the electron beam source 11 is narrowed down to about several nm by the polarizing electrode 12 or the like. The narrower the electron beam 13 is, the higher the image resolution is.
この電子ビーム13を観察対象物体(半導体ウエハ40の測定対象ホールA)を順次塗りつぶすように照射する。この塗りつぶすような照射は、XYステージ15をXY方向に移動させることで実行される。そして、その照射によりサンプル表面で発生する二次電子を、二次電子検出器16にて検出する、その検出された信号を電気信号波形に変換した後、画像化する。 The electron beam 13 is irradiated so as to fill the observation target object (measurement target hole A of the semiconductor wafer 40) sequentially. Irradiation is performed by moving the XY stage 15 in the XY directions. Then, secondary electrons generated on the surface of the sample due to the irradiation are detected by the secondary electron detector 16, and the detected signal is converted into an electric signal waveform and then imaged.
このようなCDSEMにより得られる画像は、例えば、512×512ピクセルからなる画素の集合体であり、各ピクセルの輝度は検出した二次電子の量に対応する。この画像から、微分法、半値幅法、ラプラシアン法又はソーベル法を用いて測定対象ホールAのエッジを抽出することにより、測定対象ホールAのホールトップ径(表面の直径)を求めることができる。 An image obtained by such a CDSEM is, for example, an aggregate of pixels made up of 512 × 512 pixels, and the luminance of each pixel corresponds to the amount of secondary electrons detected. From this image, the hole top diameter (surface diameter) of the measurement target hole A can be obtained by extracting the edge of the measurement target hole A using a differential method, a half-width method, a Laplacian method, or a Sobel method.
次いで、ステップS1により選択された測定対象ホールAのホールボトム径(ホールの底の直径)をEBSCOPEのラインスキャンモードにより測定する(ステップS3)。 Next, the hole bottom diameter (hole bottom diameter) of the measurement target hole A selected in step S1 is measured by the EBSCOPE line scan mode (step S3).
このステップS3で行われるEBSCOPEのラインスキャンモードについて図3を参照して説明する。EBSCOPEは、「背景技術」の欄で挙げた特許3334750号公報、特許3292159号公報及び特許3175765号公報などに記載されているように、電子ビーム23を測定サンプル(半導体ウエハ40)に照射した際に生じる基板電流を電流計29などで測定する装置である。 The EBSCOPE line scan mode performed in step S3 will be described with reference to FIG. The EBSCOPE is performed when the measurement sample (semiconductor wafer 40) is irradiated with the electron beam 23 as described in Japanese Patent No. 3334750, Japanese Patent No. 3292159, Japanese Patent No. 3175765, and the like cited in the “Background Art” column. Is a device that measures the substrate current generated by the ammeter 29 or the like.
すなわち、EBSCOPEは、電子ビーム源21、偏向電極22、XYステージ25、二次電子検出器26、チャンバ27、直流電源28及び電流計29を有して構成されている。また、真空容器をなすチャンバ27の中に、電子ビーム源21、偏向電極22、測定サンプル24、XYステージ25、二次電子検出器26及び電流計29が配置されている。 That is, the EBSCOPE includes an electron beam source 21, a deflection electrode 22, an XY stage 25, a secondary electron detector 26, a chamber 27, a DC power supply 28, and an ammeter 29. An electron beam source 21, a deflection electrode 22, a measurement sample 24, an XY stage 25, a secondary electron detector 26, and an ammeter 29 are arranged in a chamber 27 that forms a vacuum container.
電子ビーム源21は、直流電源28をエネルギー源として電子ビーム23を出射する。電子ビーム源21から出射された電子ビーム23は、偏光電極22などにより細く絞られる。この電子ビーム23が測定サンプル(半導体ウエハ40)24に照射される。その照射によりサンプル表面で発生する二次電子を二次電子検出器16にて検出するとともに、その照射により測定サンプル24で生じた電流(基板電流)を電流計29で測定する。 The electron beam source 21 emits an electron beam 23 using a DC power supply 28 as an energy source. The electron beam 23 emitted from the electron beam source 21 is narrowed down by the polarizing electrode 22 or the like. The electron beam 23 is applied to the measurement sample (semiconductor wafer 40) 24. Secondary electrons generated on the sample surface by the irradiation are detected by the secondary electron detector 16, and a current (substrate current) generated by the measurement sample 24 by the irradiation is measured by an ammeter 29.
そして、EBSCOPEには、CDSEMと同じように電子ビーム23を細く絞って測定サンプル24に照射するラインスキャンモードと呼ばれる測定方法がある。EBSCOPEを用いて、CDSEMにて観察したホール(測定対象ホールA)と同一のホールをラインスキャンモード測定すると、測定された基板電流の波形からホールボトム径の相対的な値が求まる。また、測定サンプル24として標準試料を用いて長さを校正することにより、前記ホールボトム径の相対的な値を絶対値に変換することが可能である。 In EBSCOPE, there is a measurement method called a line scan mode in which the electron beam 23 is narrowed down and irradiated to the measurement sample 24 as in the CDSEM. When the same hole as the hole (measurement target hole A) observed by CDSEM is measured using EBSCOPE in the line scan mode, the relative value of the hole bottom diameter is obtained from the waveform of the measured substrate current. Further, by calibrating the length using a standard sample as the measurement sample 24, it is possible to convert the relative value of the hole bottom diameter into an absolute value.
次いで、ステップS1により選択された測定対象ホールAの底の状態又は底の残渣物について、EBSCOPEのブランケットモードにより測定する(ステップS4)。 Next, the bottom state or bottom residue of the measurement target hole A selected in step S1 is measured by the blanket mode of EBSCOPE (step S4).
このステップS3で行われるEBSCOPEのブランケットモードについて図3を参照して説明する。EBSCOPEには、ラインスキャンモードの他に、一定エネルギーの太い電子ビーム23を測定サンプル24に一定時間照射するブランケットモードと呼ばれる測定モードがある。 The EBSCOPE blanket mode performed in step S3 will be described with reference to FIG. In addition to the line scan mode, EBSCOPE has a measurement mode called a blanket mode in which a measurement sample 24 is irradiated with a thick electron beam 23 having a constant energy for a predetermined time.
このブランケットモードは、ホール底にある薄膜の状態を敏感に検出することができる。ブランケットモードの出力結果は、測定時に流れる基板電流値を平均的に評価したEBS値という値で表現される。すなわち、EBS値とは、測定サンプル24に比較的に太い電子ビーム23を一定時間照射したとき生じた基板電流を、その太い電子ビーム23によって測定サンプル24に入射した電流で割った値である。このEBS値により、測定対象ホールAの底の状態又は底の残渣物について測定することができる。すなわち、測定対象ホールAの底の状態が酸化している、又はエッチング残りなどの残渣物があるなどの異常がある場合のEBS値は、それらがない正常な場合のEBS値と異なる値となる。 This blanket mode can sensitively detect the state of the thin film at the bottom of the hole. The output result of the blanket mode is expressed by a value called an EBS value obtained by averagely evaluating the substrate current value flowing at the time of measurement. That is, the EBS value is a value obtained by dividing the substrate current generated when the measurement sample 24 is irradiated with the relatively thick electron beam 23 for a certain period of time by the current incident on the measurement sample 24 by the thick electron beam 23. With this EBS value, it is possible to measure the bottom state of the measurement target hole A or the bottom residue. That is, the EBS value when there is an abnormality such as the state of the bottom of the hole A to be measured being oxidized or there is a residue such as an etching residue is different from the normal EBS value without them. .
次いで、ステップS2,S3,S4で測定された測定対象ホールAのホールトップ径、ホールボトム径及びホール底の残渣について、標準値と比較し、測定対象ホールAが良品であるか判断する(ステップS5,S6)。 Next, the hole top diameter, hole bottom diameter and hole bottom residue of the measurement target hole A measured in steps S2, S3 and S4 are compared with standard values to determine whether the measurement target hole A is non-defective (step). S5, S6).
すなわち、測定されたホールトップ径、ホールボトム径及びホール底の残渣が設計許容値の範囲内であるか判定する。具体的には以下のように行う。まず、上記のステップS2に示すように、プロセス管理のために選定された測定対象ホールAに対して、CDSEMを用いてホールトップ径を測定し、その測定値を記憶装置に記憶する。CDSEMによる測定は正確を期すため自動測定で行われる。 That is, it is determined whether the measured hole top diameter, hole bottom diameter, and hole bottom residue are within the allowable design range. Specifically, it is performed as follows. First, as shown in step S2, the hole top diameter is measured using the CDSEM for the measurement target hole A selected for process management, and the measured value is stored in the storage device. The measurement by CDSEM is performed by automatic measurement for accuracy.
記憶装置に記憶されたホールトップ径は、CPUにより、設計基準値と比較される。例えば、直径0.1μmの設計値のホールであれば0.1μm±0.01μmの範囲を許容値とする。この許容値を超えた場合には警告信号を出す。 The hole top diameter stored in the storage device is compared with the design reference value by the CPU. For example, if the hole has a design value with a diameter of 0.1 μm, the allowable range is 0.1 μm ± 0.01 μm. When this allowable value is exceeded, a warning signal is issued.
次に、上記ステップS3に示すように、EBSCOPEを用いて測定対象ホールAのホールボトム径を測定し、記憶装置に記録する。測定点への移動(ナビゲーション)はCDSEMの場合と同じである。測定対象ホールAに電子ビームを照射し、基板電流波形を測定する。基板電流波形からエッジ抽出処理を行って、ホールボトム径を測定する。 Next, as shown in step S3, the hole bottom diameter of the measurement target hole A is measured using EBSCOPE and recorded in the storage device. The movement (navigation) to the measurement point is the same as in the case of CDSEM. The measurement target hole A is irradiated with an electron beam, and the substrate current waveform is measured. Edge extraction processing is performed from the substrate current waveform, and the hole bottom diameter is measured.
次に、測定されたホールボトム径を設計基準値と比較する。例えば、直径0.05μm設計のホールであれば0.05μm±0.005μmの範囲を許容値とする。もし、設計許容値から外れた場合には、警告を出す。 Next, the measured hole bottom diameter is compared with a design reference value. For example, if the hole is designed with a diameter of 0.05 μm, the allowable range is 0.05 μm ± 0.005 μm. If the design tolerance is not met, a warning is issued.
以上、ステップS2,S3の測定値についての2つの基準をパスしたホールを選べば、形状的には設計値どおりに製造されているホールを選択することができる。 As described above, if a hole that passes two criteria for the measurement values in steps S2 and S3 is selected, a hole manufactured according to the design value can be selected in terms of shape.
また、ホールには、幾何学的な定義を与えるホール形状の設計値には現れないが、最終的な電気特性に影響を与える重要な特性(要素)がある。それが、ホール底界面の状態である。ホール底(ボトム)にはナノメートルオーダーの酸化膜の残り、ホール底の材料自身の酸化による膜、あるいはレジスト残渣や洗浄残渣が存在し、これらは電子デバイスの動作に決定的な影響を与える。 In addition, the hole has an important characteristic (element) that does not appear in the design value of the hole shape that gives a geometric definition, but affects the final electric characteristic. That is the state of the hole bottom interface. At the bottom of the hole, there remains an oxide film of nanometer order, a film due to oxidation of the material at the bottom of the hole itself, or a resist residue or a cleaning residue, which has a decisive influence on the operation of the electronic device.
これらの諸特性は、上記ステップS4で行われるEBSCOPEのブランケットモードで測定可能であり、測定値は上記EBS値という単位で表される。この測定値は、酸化膜的なものがホール底にあるとマイナスの値になったり、レジスト的なものであれば、プラスになったりする性質を持つ。 These characteristics can be measured in the EBSCOPE blanket mode performed in step S4, and the measured values are expressed in units of the EBS values. This measured value has a property of being negative if an oxide film is at the bottom of the hole, or positive if it is a resist.
EBSCOPEのラインスキャンモードで測定されたホールと同一の測定対象ホールAをこのEBSCOPEのブランケットモードで測定し、記憶手段に記憶する。EBS値は図3に示す装置に特有な評価量であり、現在の半導体デバイス設計で用いられているCADデータにはEBS値に対応したものが無い。そこでEBS値についての基準値は、事前に実験などを行って求めておく。 The same measurement target hole A as the hole measured in the EBSCOPE line scan mode is measured in the EBSCOPE blanket mode and stored in the storage means. The EBS value is an evaluation amount unique to the apparatus shown in FIG. 3, and there is no CAD data used in the current semiconductor device design corresponding to the EBS value. Therefore, the reference value for the EBS value is obtained by conducting an experiment in advance.
例えば、良好なホール底状態を示す指標として100EBSという測定値が基準値に選ばれた場合、±10EBSを許容範囲として設定することができる。上記ステップS4で測定されたEBS値をこの基準値と比較し、さらに良品ホールを選択する。 For example, when a measurement value of 100 EBS is selected as a reference value as an index indicating a good hole bottom state, ± 10 EBS can be set as an allowable range. The EBS value measured in step S4 is compared with this reference value, and a non-defective hole is selected.
本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、ステップS2,S3,S4でのホールトップ径、ホールボトム径及びホール底の残渣等の各測定において一つずつ標準値と比較してもよく、ステップS2,S3,S4の測定を全て行った後に、まとめて3つの測定値を標準値と比較してもよい。また、ステップS2,S3,S4それぞれの順番は、上記順番に限定されず、相互に変更可能である。 The semiconductor device manufacturing method of this embodiment may be compared with the standard value one by one in each measurement of the hole top diameter, hole bottom diameter, hole bottom residue, etc. in steps S2, S3, S4. , S3, and S4, all three measurements may be compared with the standard value. Further, the order of steps S2, S3, and S4 is not limited to the above order, and can be changed mutually.
また、上記ステップS2,S3では、ホールトップ径及びホールボトム径を測定しているが、これの代わりに、ホールトップの形状及びホールボトムの形状を測定してもよい。この場合、ステップS5の基準値は、ホールトップの形状、ホールボトムの形状及び底の状態等についての基準値となる。 In steps S2 and S3, the hole top diameter and the hole bottom diameter are measured. Instead, the shape of the hole top and the shape of the hole bottom may be measured. In this case, the reference value in step S5 is a reference value for the shape of the hole top, the shape of the hole bottom, the state of the bottom, and the like.
図6は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法において管理すべき値をまとめた表の一例を示す図である。図6に示すように、良品ホールは、ホールトップ径、ホールボトム径及びEBS値の3つのプロセス指標で管理することができる。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a table summarizing values to be managed in the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment. As shown in FIG. 6, a non-defective hole can be managed with three process indexes of a hole top diameter, a hole bottom diameter, and an EBS value.
図7は、本実施形態の半導体デバイスの製造方法における最適プロセスを行うためのプロセス管理の集合を示す図である。図7に示すように、本実施形態ではホールトップ径の管理と、ホールボトム径の管理と、EBS値(残渣)管理とを1つの測定対象ホールAについて行っている。そこで、本実施形態によれば、従来の半導体デバイス工程管理で行われているCDSEMを用いたホールトップ径だけによる管理に比べて、著しく厳しい管理が可能になり、格段に信頼性の高い半導体デバイスを製造することができる。 FIG. 7 is a diagram showing a set of process managements for performing an optimum process in the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment. As shown in FIG. 7, in this embodiment, hole top diameter management, hole bottom diameter management, and EBS value (residue) management are performed for one measurement target hole A. Therefore, according to the present embodiment, it becomes possible to perform extremely strict management as compared with the management using only the hole top diameter using the CDSEM, which is performed in the conventional semiconductor device process management, and a semiconductor device with much higher reliability. Can be manufactured.
(第2実施形態)
図8は、本発明の第2実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図8では、上記第1実施形態のプロセス評価手法を用いてプロセスを最適化する例に付いて示している。(Second Embodiment)
FIG. 8 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 shows an example in which a process is optimized using the process evaluation method of the first embodiment.
先ず、フォトリソグラフ法を用いて、エッチング特性評価のための同一パターンを複数枚の同等の半導体ウエハ上に形成する(ステップS11)。
ステップS11で形成されるパターンには、配列密度、サイズなどをパラメータとする幾つかの異なったホールパターンが形成されている。First, the same pattern for evaluating etching characteristics is formed on a plurality of equivalent semiconductor wafers using a photolithographic method (step S11).
In the pattern formed in step S11, several different hole patterns having parameters such as arrangement density and size are formed.
次いで、それぞれの半導体ウエハに対してエッチング水準を変えてプロセスを行う(ステップS12)。 Next, a process is performed on each semiconductor wafer while changing the etching level (step S12).
次いで、厳密な測定のために、各半導体ウエハについてレジストを同じように剥離して測定対象サンプルとする(ステップS13)。 Next, for strict measurement, the resist is peeled off in the same manner for each semiconductor wafer to obtain a measurement target sample (step S13).
次いで、測定対象サンプルに形成された多くのホールの中から、第1実施形態に示したように、測定対象ホールAを選択し、測定する(ステップS14)。
この測定は、例えばホールトップ径、ホールボトム径、EBS値である。したがって、例えばホールトップ径をCDSEMで測定し、ホールボトム径及びEBS値をEBSCOPEで測定する。なお、SCI、SEMを用いて測定してもよい。Next, the measurement target hole A is selected from the many holes formed in the measurement target sample, as shown in the first embodiment, and measured (step S14).
This measurement is, for example, a hole top diameter, a hole bottom diameter, and an EBS value. Therefore, for example, the hole top diameter is measured by CDSEM, and the hole bottom diameter and the EBS value are measured by EBSCOPE. In addition, you may measure using SCI and SEM.
プロセスの最適化とは、1つの半導体ウエハ全体において、設計値通りのホールが均一にできていることを目標として行われる。したがって、ステップS14での測定対象箇所は、半導体ウエハの面内分布が測定可能な程度に複数箇所とられる。 The process optimization is performed with the goal that the holes as designed are made uniform in one semiconductor wafer as a whole. Accordingly, a plurality of measurement target locations in step S14 are set to such an extent that the in-plane distribution of the semiconductor wafer can be measured.
図9A,図9B,図9Cは、ステップS14で取得された測定値の一例を示す図である。そして、図9Aは、半導体ウエハ40の平面上に測定値を色の濃淡で示したものである。図9Bは、ホールトップ径についての各測定値をグラフで示したものである。図9Cは、ホールボトム径についての各測定値をグラフで示したものである。 FIG. 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C are diagrams illustrating an example of measurement values acquired in step S14. FIG. 9A shows the measurement values on the plane of the semiconductor wafer 40 in shades of color. FIG. 9B is a graph showing measured values for the hole top diameter. FIG. 9C is a graph showing measured values for the hole bottom diameter.
実験に供されたエッチング水準の中で、一番設計値に近いホールトップ径及びホールボトム径を有し、かつ、ホールトップ径、ホールボトム径及びEBS値の面内分布が最も小さいものを最良プロセスとして選択する。 Among the etching levels used in the experiment, the best is the one with the hole top diameter and hole bottom diameter closest to the design values and the smallest in-plane distribution of the hole top diameter, hole bottom diameter and EBS value. Select as a process.
最良プロセスには、ロバスト性というもう1つの尺度が存在する。半導体プロセスは多くの半導体ウエハに対して同じプロセスを行い、半導体デバイスの大量生産を行う。しかし、半導体製造装置は毎日の運転により装置性能が変動する。このような場合にも、所望の特性を有したホールが形成されることが望ましい。このようなプロセス条件を選択するには、プロセス条件を変動したときに現れるプロセス結果の変動量特性を調査すればよい。このための方法として一般に知られている方法が田口メソッドであり、その評価指標としてホールトップ径、ホールボトム径及びEBS値を利用すればよい。上記方法を用いることで、一番ロバストなプロセスを選択することができる(ステップS15)。 There is another measure of robustness in the best process. The semiconductor process performs the same process on many semiconductor wafers and mass-produces semiconductor devices. However, the performance of the semiconductor manufacturing apparatus varies depending on the daily operation. Even in such a case, it is desirable to form holes having desired characteristics. In order to select such a process condition, it is only necessary to investigate the variation characteristic of the process result that appears when the process condition is varied. A generally known method for this is the Taguchi method, and the hole top diameter, hole bottom diameter, and EBS value may be used as the evaluation index. By using the above method, the most robust process can be selected (step S15).
図3に示すEBSCOPEは二次電子検出器26を有しているので、EBSCOPEのみを用いてホールトップ径を測定できる。したがって、図1で示す製造方法のようにCDSEMを利用しなくても、EBSCOPEのみでホールトップ径、ホールボトム径及びホールの残渣物等の測定が可能である。このような場合、ホール管理は以下のように行われる。 Since the EBSCOPE shown in FIG. 3 has the secondary electron detector 26, the hole top diameter can be measured using only the EBSCOPE. Accordingly, the hole top diameter, hole bottom diameter, hole residue, and the like can be measured only by EBSCOPE without using CDSEM as in the manufacturing method shown in FIG. In such a case, hall management is performed as follows.
順番は変更可能であるが、先ず、ホール形成プロセス管理用に選択された測定対象ホールBに対して電子ビームをラインスキャンして、そのとき生じた二次電子を用いてホールトップ径について測定し、記憶装置に記憶する。次いで、上記と同じ測定対象ホールBに対してEBSCOPEのラインスキャンモードを適用し、ホールボトム径を測定し、記憶装置に記憶する。次いで、上記と同じ測定対象ホールBに対してEBSCOPEのブランケットモードを適用し、ホール底の情報を表すEBS値を得て記憶装置に記憶する。記憶された3つの値とそれぞれの値に対する基準値とを順次比較し、その比較結果からホールの出来栄えを評価する。 Although the order can be changed, first, the electron beam is scanned with respect to the measurement target hole B selected for the hole formation process management, and the hole top diameter is measured using the secondary electrons generated at that time. And store it in the storage device. Next, the EBSCOPE line scan mode is applied to the same measurement target hole B as described above, and the hole bottom diameter is measured and stored in the storage device. Next, the EBSCOPE blanket mode is applied to the same measurement target hole B as described above to obtain an EBS value representing the hole bottom information and store it in the storage device. The three stored values are sequentially compared with the reference value for each value, and the performance of the hall is evaluated from the comparison result.
図10は本実施形態の変形例を示す説明図である。すなわち、図10は、上記ステップS14の測定結果を、画像又は数値として表示装置に表示させた状態を示している。画面50は、SEMにより測定されたホールトップの形状等について示している。そして、画面50では、ホールトップの形状を示す画像51と、そのホールトップの形状についての数値データ52が表示されている。また、画像51の絶対値を視認するためのホールトップ計測用メモリMx2,My2も表示されている。なお、画面50は、図3に示すEBSCOPEにより測定されたデータにより表示されたものとしてもよい。 FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the present embodiment. That is, FIG. 10 shows a state in which the measurement result of step S14 is displayed on the display device as an image or a numerical value. The screen 50 shows the shape of the hole top measured by SEM. On the screen 50, an image 51 indicating the shape of the hole top and numerical data 52 regarding the shape of the hole top are displayed. Also, hole top measurement memories Mx2 and My2 for visually recognizing the absolute value of the image 51 are also displayed. The screen 50 may be displayed by data measured by EBSCOPE shown in FIG.
画面60は、EBSCOPEのラインスキャンモードにより測定されたホールボトムの形状等について示している。そして、画面60では、ホールボトムの形状を示す画像61と、そのホールボトムの形状についての数値データ62が表示されている。また、画像61の絶対値を視認するためのホールボトム計測用メモリMx1,My1も表示されている。 The screen 60 shows the shape of the hole bottom measured by the EBSCOPE line scan mode. On the screen 60, an image 61 indicating the shape of the hole bottom and numerical data 62 regarding the shape of the hole bottom are displayed. Also, hole bottom measurement memories Mx1 and My1 for visually recognizing the absolute value of the image 61 are also displayed.
画面50と画面60とは、1つの表示画面に同時に表示させてもよく、別々に表示させてもよい。また、画面50,60の他に、ホールの底の状態を示す画像及び数値などを表示装置に表示させることとしてもよい。 The screen 50 and the screen 60 may be displayed simultaneously on one display screen, or may be displayed separately. In addition to the screens 50 and 60, an image and a numerical value indicating the state of the bottom of the hole may be displayed on the display device.
本変形例によれば、特定の測定対象ホールについての全体的且つ総合的な構造を画面に表示させることができる。この表示は、測定対象の半導体ウエハを破損させることなく実行でき、格段に低コスト且つ迅速に実行することができる。 According to this modification, it is possible to display the overall and overall structure of the specific measurement target hole on the screen. This display can be executed without damaging the semiconductor wafer to be measured, and can be executed rapidly and at a much lower cost.
(第3実施形態)
図11は、本発明の第3実施形態に係る半導体デバイスの製造方法で用いられるEBSCOPEを示す図である。本実施形態のEBSCOPEは、図3のEBSCOPEと基本構成は同一である。そして、本実施形態のEBSCOPEは、
電子ビーム源71、偏向電極72、XYステージ75、二次電子検出器76、チャンバ77、直流電源78及び電流計79を有して構成されている。また、真空容器をなすチャンバ77の中に、電子ビーム源71、偏向電極72、測定サンプル74、XYステージ75、二次電子検出器76及び電流計79が配置されている。(Third embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing EBSCOPE used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration of the EBSCOPE of this embodiment is the same as that of the EBSCOPE in FIG. And EBSCOPE of this embodiment is
An electron beam source 71, a deflection electrode 72, an XY stage 75, a secondary electron detector 76, a chamber 77, a DC power supply 78, and an ammeter 79 are configured. An electron beam source 71, a deflection electrode 72, a measurement sample 74, an XY stage 75, a secondary electron detector 76, and an ammeter 79 are arranged in a chamber 77 that forms a vacuum container.
EBSCOPEは、照射電流量、照射速度及び照射エネルギーなど装置の内部パラメータを調整することによって、電子ビーム73の走査時に二次電子と基板電流とを同時に測定することが可能である。したがって、例えば、ホールエッチング工程管理用に選択された測定対象ホールCのホールトップ径とホールボトム径とを同時に測定することができる。 EBSCOPE can simultaneously measure the secondary electrons and the substrate current when scanning the electron beam 73 by adjusting internal parameters of the apparatus such as the amount of irradiation current, irradiation speed, and irradiation energy. Therefore, for example, the hole top diameter and the hole bottom diameter of the measurement target hole C selected for the hole etching process management can be measured simultaneously.
このようにすると、全く同じ測定対象ホールCについて、さらにその測定対象ホールC内部の同じ位置について、ホールトップ径とホールボトム径の測定値が得られる。したがって、ホールトップ径とホールボトム径の測定値について評価用データとしての有効性が高まり、より正確なホール出来栄え評価が可能となる。 In this way, the measured values of the hole top diameter and the hole bottom diameter are obtained for the same measurement target hole C and for the same position in the measurement target hole C. Accordingly, the effectiveness of the measured values of the hole top diameter and the hole bottom diameter as evaluation data is increased, and a more accurate evaluation of the hole performance is possible.
(第4実施形態)
図12は、本発明の第4実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す図である。本実施形態では、半導体ウエハであるSi基板84を測定サンプルとしている。そして、Si基板84の表面には酸化膜83が形成されていると共に、その酸化膜83を貫くホールが形成されている。このホールを横切るように電子ビーム81が走査(ラインスキャン測定)される。そして、EBSCOPEによりホールトップ径d1、ホールボトム径d2及びホール底の状態を測定する。(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the Si substrate 84 that is a semiconductor wafer is used as a measurement sample. An oxide film 83 is formed on the surface of the Si substrate 84, and a hole penetrating the oxide film 83 is formed. The electron beam 81 is scanned across the hole (line scan measurement). Then, the hole top diameter d1, the hole bottom diameter d2, and the state of the hole bottom are measured by EBSCOPE.
EBSCOPEでは、ラインスキャン測定時に測定された基板電流波形85の波の高さh1を測定することができる。この波の高さh1には、ブランケットモードで得られる情報と似たホール底状態を表す情報が含まれている場合がある。そこで、測定速度を向上させるなどの目的で、ラインスキャン測定を一度行う間に、二次電子波形82からホールトップ径d1を測定し、基板電流波形85からホールボトム径d2を測定し、基板電流波形の波の高さh1からホール底状態を測定する。これら3つの測定は同時に行い、その測定値は記憶装置に記憶する。その記憶した値と予め決められた基準値と比較することでホールを管理する。 In EBSCOPE, the wave height h1 of the substrate current waveform 85 measured during the line scan measurement can be measured. The wave height h1 may include information indicating the hole bottom state similar to the information obtained in the blanket mode. Therefore, for the purpose of improving the measurement speed, the hole top diameter d1 is measured from the secondary electron waveform 82, the hole bottom diameter d2 is measured from the substrate current waveform 85, and the substrate current is measured. The hole bottom state is measured from the wave height h1. These three measurements are performed simultaneously, and the measured values are stored in a storage device. The hall is managed by comparing the stored value with a predetermined reference value.
(第5実施形態)
図13A,図13B,図13Cは、本発明の第5実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す図である。すなわち、図13A,図13B,図13Cは、半導体デバイスにおけるホールの断面形状の例を示している。(Fifth embodiment)
13A, 13B, and 13C are views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. That is, FIG. 13A, FIG. 13B, and FIG. 13C show examples of the cross-sectional shape of holes in a semiconductor device.
最近の半導体デバイスにおけるホールの断面形状は、円のみならず、図13Aに示すような楕円あるいは他の形状も存在する。それらのホール径を正確に評価するためには、それぞれのホールに合った形状近似を行い、特徴量を抽出する必要がある。 The cross-sectional shape of a hole in a recent semiconductor device includes not only a circle but also an ellipse as shown in FIG. 13A or other shapes. In order to accurately evaluate the hole diameters, it is necessary to approximate the shape according to each hole and extract the feature amount.
EBSCOPEのラインスキャンモードでは、通常のCDSEMがある特定の箇所に対して直線状の電子ビーム走査行って長さを計るのに対して、ホール全体をカバーするように複数の電子ビーム走査を行い、ホールのエッジ抽出を行う。抽出されたホールエッジから、ホール形状にあった数学的な近似曲線を発生させて、その近似曲線特徴量から直径、短径、長径、中心位置、歪量、ラフネス(図13B参照)、ホールトップの中心座標とホールボトム中心座標あるいはそのずれ量(図13C参照)、ホール形成角度、ホール深さなどを求める。これらの指標もある基準値が存在し、許容量が厳密に存在する。したがって、これらプロセス管理に必要な測定量を表にして目標値を定め管理する。 In the line scan mode of EBSCOPE, a normal CDSEM performs a linear electron beam scan on a specific location and measures the length, whereas a plurality of electron beam scans are performed so as to cover the entire hole. Perform hole edge extraction. From the extracted hole edge, a mathematical approximation curve corresponding to the hole shape is generated, and the diameter, minor axis, major axis, center position, distortion amount, roughness (see FIG. 13B), hole top from the approximate curve feature amount Center coordinates and hole bottom center coordinates or their deviation (see FIG. 13C), hole formation angle, hole depth, and the like. There are also some reference values for these indicators, and there is a strict tolerance. Therefore, target values are determined and managed by using the measurement amounts necessary for the process management as a table.
(第6実施形態)
図14は、本発明の第6実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す図である。すなわち、図14は、半導体ウエハにおける1つのチップ90の平面図を示している。チップ90には、複数のホールH1,H2が形成されている。(Sixth embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. That is, FIG. 14 shows a plan view of one chip 90 in the semiconductor wafer. In the chip 90, a plurality of holes H1 and H2 are formed.
プロセス評価の指標は1つのホールの特性で決まることは少なく、幾つかのホールの集合体の特性が重要な意味を持つ。例えば、ホールの出来栄えはマイクロローディング効果と呼ばれる負荷効果によって変動することが知られている。そのため、ホールの形成されている密度によって同じプロセスを受けても異なったプロセス結果が一般的に得られる。 The process evaluation index is rarely determined by the characteristics of one hole, and the characteristics of several hole assemblies are important. For example, it is known that the performance of a hole varies depending on a load effect called a microloading effect. Therefore, different process results are generally obtained even if the same process is performed depending on the density at which holes are formed.
例えば、孤立ホール(H1)ほど仕上がりが小さくなる傾向があるというようなことが知れているとき、ホール出来栄えの基準をホールの粗密と連動させ、ホール粗密の関数として表すことができる。このようにすると、もともと平均的に小さくホールが出来やすい集団と、大きく出来やすい集団を区別して管理ができる、あるいはホール形成密度が異なるホールに置いては異なる評価基準を用いることができる。したがって、より決めの細かいプロセス管理が可能となる。例えば、ホール密度が小さいホールH1に関しては指標1を用い、ホール密度が大きいホールH2に関しては指標2を用いる。 For example, when it is known that the isolated hole (H1) tends to have a smaller finish, the hole performance standard can be linked with the hole density and expressed as a function of the hole density. In this way, it is possible to distinguish and manage a group that tends to be small and easy to create a hole on average from a group that tends to be large, or to use different evaluation criteria for holes having different hole formation densities. Therefore, more detailed process management is possible. For example, the index 1 is used for the hole H1 having a low hole density, and the index 2 is used for the hole H2 having a high hole density.
(第7実施形態)
図15A,図15Bは、本発明の第7実施形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す図である。すなわち、図15A,図15Bは半導体ウエハにおける1つのチップ100を示している。そして、図15Aは平面図を示し、図15Bは位置X1−X2の断面図を示している。(Seventh embodiment)
15A and 15B are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. That is, FIG. 15A and FIG. 15B show one chip 100 in a semiconductor wafer. 15A shows a plan view, and FIG. 15B shows a cross-sectional view at position X1-X2.
チップ100の表面には、溝101が形成されている。そして、溝101の形成領域には、複数のホールHがその溝101に沿って等間隔で形成されている。また、溝101の形成領域以外にも、複数のホールHが形成されている。溝101の形成領域以外でのホールHの配置(レイアウトR2)は、溝101の形成領域でのホールHの配置(レイアウトR1)とは異なっている。 A groove 101 is formed on the surface of the chip 100. A plurality of holes H are formed at equal intervals along the groove 101 in the formation region of the groove 101. In addition to the region where the groove 101 is formed, a plurality of holes H are formed. The arrangement of holes H (layout R2) outside the region where the groove 101 is formed is different from the arrangement of holes H (layout R1) in the region where the groove 101 is formed.
ホールHはエッチング工程によって半導体ウエハの全面に形成される。したがって、ホールHが設計どおりに形成されたかどうかを判断するには、半導体ウエハ全体に形成されたホールHの性質を知る必要がある。エッチングはプラズマを形成することで行われるが、一般的にウエハ面内で分布が生じることが知られている。その形状は同心円状であったり、一方向に傾いていたり、いろいろある。 The holes H are formed on the entire surface of the semiconductor wafer by an etching process. Therefore, in order to determine whether or not the hole H is formed as designed, it is necessary to know the nature of the hole H formed in the entire semiconductor wafer. Etching is performed by forming plasma, but it is generally known that distribution occurs in the wafer surface. The shape is concentric or inclined in one direction.
そこで、半導体ウエハの面内に例えば100点くらいの点をくまなく取り、ホールHのホールトップ径、ホールボトム径、ホール底残渣などを測定する。一般的にホールHの出来具合は、マイクロローディング効果と呼ばれる負荷効果が存在し、同じホール径のホールであっても、周辺レイアウトによって変化する。そこで、レイアウト上同一場所にあるホールHを測定点として選択し、ばらつきを評価する。ばらつきは3シグマ等の標準偏差をもちいた量で評価可能である。 Therefore, for example, about 100 points are taken in the surface of the semiconductor wafer, and the hole top diameter, hole bottom diameter, hole bottom residue, etc. of the hole H are measured. In general, the degree of completion of the hole H has a load effect called a microloading effect, and even a hole having the same hole diameter varies depending on the peripheral layout. Therefore, the holes H at the same place in the layout are selected as measurement points, and the variation is evaluated. The variation can be evaluated by an amount using a standard deviation such as 3 sigma.
例えば、1つのエッチングプロセスの出来具合の評価は、ホールトップ径の平均値、ホールボトム径の平均値、ホール残渣(EBS値)の平均値、ホールトップ径の面内ばらつきの3シグマ値、ホールボトム径の面内ばらつきの3シグマ値、ホール残渣(EBS値)の面内ばらつき3シグマ値によって評価する。 For example, the evaluation of the quality of one etching process is performed using the average value of hole top diameter, average value of hole bottom diameter, average value of hole residue (EBS value), 3 sigma value of in-plane variation of hole top diameter, hole Evaluation is based on 3 sigma value of in-plane variation of bottom diameter and 3 sigma value of in-plane variation of hole residue (EBS value).
1つの半導体デバイスには種々のレイアウトが含まれ、レイアウトごとに標準値が異なることも考えられる。そのときには、管理水準をレイアウト別に分離して管理を行う。例えば、レイアウトR1のホールHに対して、ホールトップ径の平均値、ホールボトム径の平均値、ホール残渣(EBS値)の平均値、ホールトップ径の面内ばらつきの3シグマ値、ホールボトム径の面内ばらつきの3シグマ値、ホール残渣(EBS値)の面内ばらつきの3シグマ値の許容値を設定する。 One semiconductor device includes various layouts, and the standard values may be different for each layout. At that time, management is performed by separating the management level by layout. For example, for hole H in layout R1, the average value of the hole top diameter, the average value of the hole bottom diameter, the average value of the hole residue (EBS value), the 3 sigma value of in-plane variation of the hole top diameter, the hole bottom diameter 3 sigma value of in-plane variation and 3 sigma value allowable value of in-plane variation of hole residue (EBS value) are set.
レイアウトR2のホールHに関しては、ホールトップ径の平均値、ホールボトム径の平均値、ホール残渣(EBS値)の平均値、ホールトップ径の面内ばらつきの3シグマ値、ホールボトムの径面内ばらつきの3シグマ値、ホール残渣(EBS値)の面内ばらつき3シグマ値の許容値を設定する。これらのように本実施形態によれば、個別に且つ細かくプロセス仕上がりの標準値又は指標を設けることが可能である。 Regarding the hole H in the layout R2, the average value of the hole top diameter, the average value of the hole bottom diameter, the average value of the hole residue (EBS value), the 3 sigma value of the in-plane variation of the hole top diameter, the in-plane diameter of the hole bottom An allowable value of 3 sigma value of variation and 3 sigma value of in-plane variation of hole residue (EBS value) is set. As described above, according to the present embodiment, it is possible to individually and finely provide a standard value or an index of the process finish.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体デバイスの製造方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
本発明は、電子ビームの照射により半導体ウエハなどの測定サンプルに流れる電流及び二次電子などを測定することにより、半導体ウエハに形成されたホールについて精密に測定でき、半導体デバイスの製造工程について厳密に管理することができる。したがって、本発明は、各種の半導体デバイスの製造方法のみならず、各種半導体デバイスの製造装置にも有用である。 The present invention can accurately measure the holes formed in the semiconductor wafer by measuring the current flowing in the measurement sample such as the semiconductor wafer and the secondary electrons by the irradiation of the electron beam, and strictly the semiconductor device manufacturing process. Can be managed. Therefore, the present invention is useful not only for various semiconductor device manufacturing methods but also for various semiconductor device manufacturing apparatuses.
Claims (11)
前記測定対象ホールにおけるホールトップの形状又は直径と、該測定対象ホールにおけるホールボトムの形状又は直径と、該測定対象ホールにおける底の状態又は底の残渣物とについて、非破壊的に測定し、
前記ホールトップの形状又は直径と、前記ホールボトムの形状又は直径と、前記底の状態又は底の残渣物とに基づいて、半導体デバイスのプロセス管理をすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。One hole in a plurality of holes formed in a semiconductor wafer is specified as a measurement target hole,
Non-destructively measuring the shape or diameter of the hole top in the measurement target hole, the shape or diameter of the hole bottom in the measurement target hole, and the bottom state or bottom residue in the measurement target hole,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: managing a process of the semiconductor device based on a shape or diameter of the hole top, a shape or diameter of the hole bottom, and a state of the bottom or a residue on the bottom.
電子ビームの軌跡が前記測定対象ホールを横切るように、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射し、
前記照射の際に生じる二次電子の波形と、前記照射の際に前記半導体ウエハに生じる電流の波形である基板電流波形とを検出し、
前記二次電子の波形を用いて、前記ホールトップの形状又は直径を測定し、
前記基板電流波形を用いて、前記ホールボトムの形状又は直径を測定し、
前記測定対象ホールを横切る電子ビームよりも太い電子ビームを、前記測定対象ホールに対して一定時間照射し、この照射をしたとき生じた前記基板電流を前記太い電子ビームによって前記半導体ウエハに入射した電流で割った値であるEBS値とを測定し、
半導体デバイスのプロセス管理は、
前記ホールトップの直径と、前記ホールボトムの直径と、EBS値とに基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。The non-destructive measurement is
Irradiating the semiconductor wafer with an electron beam so that a trajectory of the electron beam crosses the measurement target hole;
Detecting a waveform of secondary electrons generated during the irradiation and a substrate current waveform which is a waveform of a current generated in the semiconductor wafer during the irradiation;
Using the waveform of the secondary electrons, measure the shape or diameter of the hole top,
Using the substrate current waveform, measure the shape or diameter of the hole bottom,
An electron beam that is thicker than the electron beam that crosses the measurement target hole is irradiated to the measurement target hole for a certain period of time, and the substrate current generated by this irradiation is a current that is incident on the semiconductor wafer by the thick electron beam. Measure the EBS value divided by
Semiconductor device process management
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed based on a diameter of the hole top, a diameter of the hole bottom, and an EBS value.
前記ホールボトムの形状又は直径の測定は、前記半導体ウエハに対して電子ビームを照射することにより該半導体ウエハに生じる電流を測定する処理を有し、
前記ホールトップ及びホールボトムについての測定で取得したデータに基づいて、前記ホールトップの形状を示す画像及び数値と、前記ホールボトムの形状を示す画像及び数値とを、表示装置に表示させることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。The measurement of the shape or diameter of the hole top has a process of measuring secondary electrons and reflected electrons generated by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam,
The measurement of the shape or diameter of the hole bottom has a process of measuring a current generated in the semiconductor wafer by irradiating the semiconductor wafer with an electron beam,
An image and a numerical value indicating the shape of the hole top, and an image and a numerical value indicating the shape of the hole bottom are displayed on a display device based on data acquired by measurement of the hole top and the hole bottom. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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2005
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