JP2006258516A - 形状測定装置および形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
従来は、二次元又は三次元形状計測の際に用いた計測手法固有の形状算出式のパラメータと形状指標値とを関連づけ,前記パラメータを調整することにより,形状を補正する場合、補正による形状変形の自由度も形状の算出に用いられるモデル式に依存するため,多くの形状バリエーションをもつ補正対象には不向きであった。
【解決手段】
本発明では、任意の三次元形状計測手法によって計測された半導体パターンの三次元形状に曲線式を当てはめ,別途算出した形状指標値に基づいて前記曲線式のパラメータを調整することによって前記三次元形状を補正するようにした。前記形状指標値と前記パラメータとの関係をデータベースに蓄積し,計測時は前記関係をもとに計測形状の補正が実施されるようにした。
【選択図】 図1
Description
図1(a)のフローに沿って学習時の処理を説明する。
まず,図1(a)のステップ101において対象の二次電子像(以降,SEM(scanning electron microscopy)像と呼ぶ)あるいは反射電子像(以降,BSE(backscattered electron)像と呼ぶ)のいずれか又は両方を取得する。ここで取得される画像は測定対象を垂直方向から観察したトップダウン画像,あるいは任意の傾斜角方向から観察したチルト画像の一部または全てを含む。
前述のようにして得られたSEM像あるいはBSE像を用いて図1(a)のステップ102において測定対象の三次元形状を計測する。三次元形状の計測方法としては,複数の観察方向から撮像したチルトSEM画像から三角測量の原理を利用して奥行き情報を算出するステレオ法や,SEM信号量と測定対象形状の勾配との関係を利用し,得られた各測定点における勾配を積算することにより奥行き情報を得るShape from shading法(例えば特許文献3)や,BSE信号量と測定対象形状の勾配との関係を利用し,得られた各測定点における勾配を積算することにより奥行き情報を得る方法(例えば特許文献4)等が挙げられる。
図1(a)のステップ103においてSEM像あるいはBSE像を用いて測定対象の任意の三次元形状に対し相関をもつ形状指標値を算出する。前記形状指標値の算出方法は補正対象とする半導体パターンの形状種によって異なるが(前記形状種については後述する),例えば,配線パターンのフッティング(ボトム部の裾引き部分)を補正対象とする場合を特に取り上げ,フッティングの丸まり度合いを表わす形状指標値をSEM像から算出する方法を図4に示す。
図1(a)のステップ104において,ステップ102で得られた三次元形状における補正範囲を設定する。補正範囲は,測定範囲内の補正すべき箇所に対して選択的に設定される。そのことにより,補正領域内の対象形状を曲線式で表現する際,より前記補正領域内の対象形状に特化した曲線式を選択することができ,かつ前記補正領域外の対象形状を表現するための余分な自由度を曲線式に持たせる必要がなくなる。補正範囲は,前記三次元形状あるいは形状指標値の算出範囲を基に決定する。図5(a)は配線パターンのフッティングを補正対象とする場合について,補正範囲の設定方法の一例を示す図である。形状501は図1(a)のステップ102において計測された対象の三次元形状を示す。
まず,計測された対象の三次元形状を基に補正範囲を決定する方法の一例を示す。点504は断面形状のボトム部付近において曲率が最大となる箇所を示している。フッティングはおよそこの近傍に発生するものと考えると,点504を基準に点504から任意の距離離れた領域(例えば点502から点506までの範囲)を補正範囲とする方法がある。
図1(a)のステップ105において,ステップ102で得られた三次元形状(三次元点群)の内,ステップ104において設定された補正範囲内の点群に対して曲面あるいは曲線を当てはめる。前記曲面あるいは曲線を当てはめる点群は,例えば図5(b)における三次元形状501の内,補正範囲509内に含まれる点群,あるいは三次元形状507の内,補正範囲508内に含まれる点群等である。前者の場合は曲線を当てはめる。後者の場合は曲面を当てはめるか,あるいは各測定ライン毎に曲線を当てはめる。前者について詳細を説明する。
図1(a)のステップ106においてステップ105で求めた曲線を基に形状を補正する。図6に補正後の形状例を黒点605で示す。測定形状の補正の仕方について処理の流れを図7を用いて説明する。
データベース108には形状指標値(形状指標値の算出範囲に関する情報を必要に応じて含む),補正範囲の設定方法,あるいは補正範囲を膨張させる度合いを示す補正範囲設定時のパラメータ,あるいは測定形状に当てはめた曲線式,あるいは曲線パラメータと形状指値との関係等の情報の一部または全てが測定した対象サンプルに関連付けられて保存される。これらの方式やパラメータ群をまとめて、以後,補正方式情報と呼ぶ。
(曲線パラメータ1(始点における強度))= A*(形状指標値)+ B ...(数1)
(曲線パラメータ2(終点における強度))= C*(形状指標値)+ D ...(数2)
勿論,(数1),(数2)は補正の仕方の一例である。また,曲線パラメータは形状指標値に関する二次式以上の関係で結ばれる場合もある。また,始点,終点における接線ベクトルの強度比を一定とする(例えば,補正前の計測形状に当てはめた曲線の前記強度比を補正後も変更しない)等の条件を設定した場合,(数1),(数2)はどちらか一方の係数を求めれば良い。学習により前記線形関係902が求まると計測時において,形状指標値(例えば903)を算出することにより,曲線パラメータ(例えば904)が求まり,補正形状を求めることができる。
次に,図1(b)のフローに沿って計測時の処理を説明する。
まず,図1(b)のステップ101’において対象のSEM像あるいはBSE像のいずれか又は両方を取得する。本処理は図1(a)におけるステップ101と同一なので詳細説明は省略する。
前述のようにして得られたSEM像あるいはBSE像を用いてステップ102’において測定対象の三次元形状を計測する。本処理は図1(a)におけるステップ102と同一なので詳細説明は省略する。
図1(b)のステップ103’においてSEM像あるいはBSE像を用いて測定対象の任意の三次元形状と相関のある形状指標値を算出する。本処理は図1(a)におけるステップ103と同一なので詳細説明は省略する。
図1(b)のステップ109において計測された対象の三次元形状における補正範囲を設定する。補正範囲は,前記三次元形状あるいは形状指標値の算出範囲を基に決定する。補正範囲の設定方法は基本的に図1(a)におけるステップ104と同様であるが,事前にデータベース108に設定された補正範囲の設定規則に基づいて補正を行うところが異なる。すなわち,例えば工程条件に依存して補正したい部位(フッティング部,トップラウンディング部等)を設定し,前記部位を補正するのに適切な補正方法(三次元形状を基に決定する,あるいは形状指標値の算出範囲を基に決定する等)とパラメータ(例えば補正範囲の膨張幅510,511等)を読み込んで補正範囲を設定する。
図1(b)のステップ105’において,ステップ102’において計測された対象の三次元形状(三次元点群)の内,ステップ109において設定された補正範囲内の点群に対して曲面あるいは曲線を当てはめる。本処理は図1(a)におけるステップ105と同一なので詳細説明は省略する。
図1(b)のステップ110においてステップ105で求めた曲線を基に形状を補正する。補正方法は基本的に図1(a)におけるステップ106と同様であるが,事前にデータベース108に設定された補正方法の規則に基づいて補正を行うところが異なる。すなわち,ステップ103’で求めた形状指標値から,例えば(数1),(数2)を用いることによって補正形状を決定するための曲線パラメータが得られる。また(数1),(数2)等の曲線パラメータを得るための関係式は事前に学習等により与えられている。前記関係式は必要に応じて工程条件別に選択される場合がある。
前述の手順により得られた高精度な対象形状の計測結果を半導体デバイス特性の推定に活用し,半導体製造プロセスの制御等に活用することができる。すなわち,前記デバイス特性と相関の高い計測形状をモニタリングすることによって,デバイス特性の推定,あるいはデバイス特性の変動をモニタリングすることが可能となる。
ここまでフッティング形状の補正方法及び活用方法について説明してきたが,本発明は図12に示した補正箇所および補正形状種のバリエーションについても同様に処理を行うことが可能である。図12(a)は配線パターンの断面像における代表的な補正箇所,図12(b)〜(h)は同じく代表的な補正形状種を示している。図12(a)に示す断面形状1201の補正箇所の例としてトップ部1202,側壁部1203,ボトム部1204の大まかな位置を示した。トップ部1202の形状種として,図12(b)に示すトップラウンディングの丸み形状1205,図12(c)に示すT字型に突き出たTトップ形状1206。側壁部の1203の形状種として,図12(d)に示す順テーパ形状1207,図12(e)に示す逆テーパ形状1208,図12(f)に示す弓形に反ったボーイング形状1209。ボトム部1204の形状種として,図12(g)に示すフッティングの丸み形状1210,図12(h)に示すノッチ形状1211が挙げられる。勿論,本発明はこのような配線パターン以外の半導体パターン(例えばコンタクトホール等)にも適用することが可能である。
図13に本発明における処理内容および計測結果を表示するGUIの一例を示す。以下GUI上での代表的な表示機能および操作作業について説明する。本発明におけるGUIは以下の表示機能および操作作業の一部または全てを含むものである。
前述の計測形状1301,比較形状1302,1302B,形状指標値1303,補正範囲1304,1305の表示はチェックボックス1306により表示のON/OFFを切り替えることができる。また,図10の1006〜1011に示した形状パラメータの算出範囲,体積等の図示を,測定形状1301,比較形状1302,1302Bの表示に対しても同様に行うことができる。
Claims (11)
- 半導体パターンを走査型電子顕微鏡で観察して前記半導体パターンのSEM画像を取得し、該半導体パターンのSEM画像から前記半導体パターンの形状を求め、該求めた形状と相関がある形状指標値を求め,前記形状指標値を基に前記SEM画像から求めた前記半導体パターンの形状を補正することを特徴とする形状測定方法。
- 前記求めた形状の補正領域を設定し,該設定した補正領域における前記半導体パターンの形状を補正することを特徴とする請求項1記載の形状測定方法。
- 半導体パターンを走査型電子顕微鏡で観察して前記半導体パターンのSEM画像を取得し、該半導体パターンのSEM画像から前記半導体パターンの形状を求め、該求めた形状を予め記憶しておいた比較形状と比較して補正することを特徴とする形状測定方法。
- 前記求めた形状と前記予め記憶しておいた比較形状とを、画面上に並べて表示することを特徴とする請求項3記載の形状測定方法。
- 前記求めた形状に当てはめる曲線又は曲面を決定し、前記求めた形状を予め記憶しておいた比較形状と比較して前記決定した曲線又は曲面を用いて補正することを特徴とする請求項3記載の形状測定方法。
- 前記曲線又は曲面を、前記求めた形状上に設定した補正領域に当てはめることを特徴とする請求項3記載の形状測定方法。
- 前記求めた形状を前記決定した曲線又は曲面を用いて補正することが、前記決定した曲線又は曲面の式のパラメータを調整することにより補正することを特徴とする請求項5記載の形状測定方法。
- 前記補正した前記半導体パターンの形状から、該半導体パターンのボトム部における裾引きの丸み度合いの情報を得ることを特徴とする請求項1又は3に記載の形状測定方法。
- 半導体パターンのSEM画像を取得するSEM画像取得手段と、該SEM画像取得手段で取得したSEM画像を処理して前記半導体パターンの形状と該形状と相関がある形状指標値とを求める画像処理手段と、該画像処理手段で求めた前記形状指標値を基に前記半導体パターンの形状を補正する形状補正手段と、該形状補正手段で補正した前記半導体パターンの形状を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする形状測定装置。
- 前記形状指標値を基に前記形状補正手段で前記半導体パターンの形状を補正する補正領域を設定する領域設定手段を更に設けたことを特徴とする請求項8記載の形状測定装置。
- 試料を予め測定して得た該試料の形状情報を記憶する記憶手段を更に備え、前記表示手段に、前記記憶手段に記憶した前記試料の形状情報と前記形状補正手段で補正した前記半導体パターンの形状とを並べて表示することを特徴とする請求項8記載の形状測定装置。
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