JP6427571B2 - パターン測定方法、及びパターン測定装置 - Google Patents
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Description
図10は、上記演算式に基づいて、深さ情報を得る具体的な工程を示すフローチャートである。予め、FIBを用いて図8、9に例示したような傾斜加工面を形成しておき、その加工情報(加工位置、傾斜角度(イオンビームの照射方向等))を取得しておく。傾斜加工面が形成されたウエハをSEMのステージに配置し、加工情報に基づいて、FIB加工された部分が電子顕微鏡の低い倍率視野に入るように、ウエハステージを動かす(ステップ1)。上述のように、FIB加工された部分の座標データ(加工位置情報)は、FIB加工装置から送られているため、例えば3000倍程度の倍率で、加工部分をSEM視野内にとらえることができる。その際、FIB加工部分の明るさやコントラストは、明らかに周囲の未加工部分とは異なるので、画像の自動識別機能により、その加工部分がSEM視野の中心に来るようにステージ位置や視野移動(ビームシフト)を自動的に行い、このあとの高倍率測定で視野が狭くなってもその中に加工部分をとらえることができるようになる。
なく、画像取得条件や測定条件の設定が可能となっている。測定対象設定領域403は主に、ターゲットの画像取得条件等を設定するための設定領域409、高倍率画像の取得条件を設定する設定領域410、測定条件を設定する設定領域411の3つに分かれている。設定領域409の測定目的(Category)を入力するウィンドウには、本実施例における測定目的の1つである高さ測定(Height Measurement)が選択されている。この測定目的の入力に応じて、設定領域410、411における設定項目が変化する。先述したように、高さ測定の場合、測定始点と測定終点が大きく離間し、1つの視野内に測定始点と終点を収めようとすると、高倍率観察ができなくなるため、複数の高倍率画像の取得条件が設定できるように、設定領域410の設定項目が設けられる。設定領域410では少なくとも2つの高倍率取得領域(Sub Taget 1、2)の設定を可能としている。また、図示はしないが、視野(Field Of Veiw)の大きさ(FOV size)の大きさを設定可能とするようにしても良い。設定領域411では測定目的に応じた測長ボックス407内の処理条件の設定が可能となっている。図4に例示するGUI画面では、高さ測定の中でもホールの深さ(Hole Depth)が測定目的として設定されている。
パターン重心を抽出する手法として、種々の方法が考えられるが、例えばパターン認識に基づいて、パターンの輪郭線を抽出し、当該輪郭線の距離画像に基づいて、重心位置を求めることが考えられる。また、傾斜境界を抽出する手法としては、エッジ効果により、平坦面より傾斜面の方が輝度が大きくなる現象を利用して、輝度差に応じて両者の境界を決定する手法が考えられる。例えば、測長ボックス414のX方向の輝度変化を示す波形プロファイルを取得し、輝度が変化する位置を特定するようにしても良い。また、傾斜境界を抽出する場合、ホールパターンの存在が正確な境界抽出の妨げになる可能性もあるため、パターン認識や周期性のある構造物の抽出処理等に基づいて、パターンを除外、或いは隣接する背景部と画素値を一致させる等の処理等を行うようにしても良い。なお、複数配列されているホールパターンと異なり、画像処理等によって、傾斜境界の特定は容易であるため、測長カーソル406の設定なしに、傾斜境界を特定するようにしても良い。
リングするためには多大な時間と労力が必要となる。一方、上述のような手法によれば、数分でできるFIB斜め切り加工と、10秒程度でできるCD−SEM計測で断面形状を知ることができるので、生産プロセスにおける時間と労力を大幅に節約することができる。
積層方向の高低差」を算出する。計測の出力データは、その高低差のみ、または高低差と線幅寸法計測値とをペアにしたものである。
これは、斜断面の傾きθにより、斜断面に露出している側壁角度が見かけ上変わることを考慮したものである。
Roughness)がFinの高さ方向に対して変化しているのが、観測されている。これは、従来の、斜め掘りをしていないFinパターンのトップダウンSEM像で測定する方式に比べて、側壁のLERをより明瞭に観測することが可能である。なぜなら、斜め掘りされた表面は側壁を切り取っていて、その部分はほぼ90°のエッジが表れているからである。このようなエッジはSEM像においては明瞭に写るが、斜め掘りをしない場合には、このようなエッジは存在しない。さらに、Finラインパターンの長手方向に進むにつれて、Finの高さ方向に変化している側壁LERが写っている。これは、長手方向のLERと、側壁の高さ方向のLERとの両方を含んだLERであるから、これを側壁の凹凸を示す指標値として、プロセス管理に応用することができる。
半径数ミクロン程度の大きさであるから、大きさが約10ミリ以上もあるショットごとその部分を廃棄してしまえば、他のショットはそのような影響を受けずに、後に良品として得ることが可能である。
101 電子源
102 引出電極
103 電子ビーム
104 コンデンサレンズ
105 走査偏向器
106 対物レンズ
107 真空試料室
108 試料台
109 試料
110 電子
111 二次電子
112 変換電極
113 検出器
120 制御装置
200 FIB装置
201 液体金属イオン源
202 引き出し電極
203 放出イオン
204 アパーチャ
205 集束レンズ
206 試料
207 ブランカ
208 絞り
209 アライナ
210 偏向器
211 対物レンズ
212 試料台
214 二次電子検出器
215 制御装置
301 演算処理装置
302 設計データ記憶媒体
Claims (15)
- 走査電子顕微鏡によって得られた検出信号に基づいて、試料に形成された深穴、深溝を含む立体構造を有するパターンの測定を実行するパターン測定方法であって、
集束イオンビームの照射によって、前記パターンが複数配列された試料領域に、前記パターンの底より深い領域が含まれるように傾斜面を形成するステップと、
前記傾斜面と前記試料表面との間の境界を含むように、前記走査電子顕微鏡の視野を設定し、当該視野への電子ビームの走査によって得られる検出信号に基づいて、前記視野の画像を取得するステップと、
当該取得された画像を用いて、前記傾斜面と非傾斜面との境界となる第1の位置を特定するステップと、
前記傾斜面内に位置する前記パターンの底部を示す第2の位置をパターンサーチにより特定するステップと、
前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法と、前記傾斜面の角度とに基づいて、前記パターンの深さ方向の寸法を求めるステップとを有することを特徴とするパターン測定方法。 - 請求項1において、
前記深穴は、半導体ウェハに形成されたコンタクトホールであることを特徴とするパターン測定方法。 - 請求項2において、
前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法を測定するにあたり、前記第2の位置として前記コンタクトホールの重心位置を特定することを特徴とするパターン測定方法。 - 走査電子顕微鏡によって得られた検出信号に基づいて、試料に形成されたフィン状パターンの測定を実行するパターン測定方法であって、
前記フィン状パターンの両側は他の層によって埋められ、かつ前記フィン状パターンの上端は前記他の層から突き出しており、
集束イオンビームの照射によって、前記フィン状パターン及び前記他の層の断面がその表面に露出するように、前記フィン状パターンを含む試料領域に傾斜面を形成するステップと、
前記フィン状パターンの上端及び前記他の層の上面を含むように、前記走査電子顕微鏡の視野を設定し、当該視野への電子ビームの走査によって得られる検出信号に基づいて、前記視野の画像を取得するステップと、
当該取得された画像に対してテンプレートマッチングにより位置合わせを行うステップと、
前記テンプレートマッチングにより特定された第1の領域において、前記フィン状パターンの上端を示す第1の位置を特定するステップと、
前記テンプレートマッチングにより特定された第2の領域において、前記他の層の上面を示す第2の位置を特定するステップと、
前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法と、前記傾斜面の角度とに基づいて、前記フィン状パターンの上端と前記他の層の上面との間の高さ方向の寸法測定を実行するステップとを有することを特徴とするパターン測定方法。 - 請求項4において、
前記フィン状パターンはFinFETに含まれる構造であることを特徴とするパターン測定方法。 - 請求項5において、
前記第2の位置について、前記フィン状パターンの幅の寸法を測定することを特徴とするパターン測定方法。 - 請求項4において、
前記他の層は酸化シリコン層であることを特徴とするパターン測定方法。 - 走査電子顕微鏡によって得られた検出信号に基づいて、試料上に形成された深穴、深溝を含む立体構造を有するパターンの寸法を測定するパターン測定装置において、
前記パターンが複数配列された試料領域に前記パターンの底より深い領域が含まれるように形成された傾斜面について前記走査電子顕微鏡によって取得した画像に基づいて、前記傾斜面と非傾斜面との間の境界となる第1の位置を特定し、前記傾斜面内に位置する前記パターンの底部を示す第2の位置をパターンサーチにより特定し、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法を測定し、当該寸法値と、前記傾斜面と前記試料表面との間の相対角とに基づいて、前記パターンの深さ方向の寸法を測定する演算装置を備えたことを特徴とするパターン測定装置。 - 請求項8において、
前記演算装置は、前記第2の位置として前記パターンの重心位置を特定し、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法を測定することを特徴とするパターン測定装置。 - 請求項8において、
前記演算装置は、前記画像の一部を切り出して形成したテンプレートを用いて、前記傾斜面の深さ方向に向かって前記パターンサーチを行い、前記傾斜面の画像と前記テンプレートとのマッチングスコアが所定値以下となる位置を特定することにより、前記第2の位置を特定することを特徴とするパターン測定装置。 - 走査電子顕微鏡によって得られた検出信号に基づいて、フィン状パターンの両側が酸化シリコン層によって埋められ、かつ前記フィン状パターンの上端が前記酸化シリコン層から突き出した構造を有する試料上に形成された前記フィン状パターンの寸法を測定するパターン測定装置において、
前記フィン状パターン及び前記酸化シリコン層の断面がその表面に露出するように形成された傾斜面について前記走査電子顕微鏡によって取得した画像に基づいて、テンプレートマッチングにより特定された第1の領域において前記フィン状パターンの上端を示す第1の位置を特定し、前記テンプレートマッチングにより特定された第2の領域において前記酸化シリコン層の上面を示す第2の位置を特定し、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記試料表面方向の寸法と、前記傾斜面の角度とに基づいて、前記フィン状パターンの上端と前記酸化シリコン層の上面との間の高さ方向の寸法を求める演算装置を備えたことを特徴とするパターン測定装置。 - 請求項11において、
前記試料は、第1、第2及び第3のフィン状パターン、前記第1のフィン状パターンと前記第2のフィン状パターンとの間に位置する前記酸化シリコン層の第1の上面、及び前記第1のフィン状パターンと前記第3のフィン状パターンとの間に位置する前記酸化シリコン層の第2の上面を有しており、
前記演算装置は、前記第1のフィン状パターンの上端と前記酸化シリコン層の上面との間の高さ方向の寸法を、前記第1のフィン状パターンの上端と前記酸化シリコン層の前記第1の上面との間の高さ方向の寸法と前記第1のフィン状パターンの上端と前記酸化シリコン層の前記第2の上面との間の高さ方向の寸法との平均として求めることを特徴とするパターン測定装置。 - 請求項11において、
前記演算装置は、前記第1の領域における輝度分布に基づき前記第1の位置を特定し、前記第2の領域における輝度分布に基づき前記第2の位置を特定することを特徴とするパターン測定装置。 - 請求項13において、
前記演算装置は、前記第1の領域における前記フィン状パターンの幅方向であるX方向の輝度分布に基づき前記第1の位置を特定し、前記第2の領域における前記X方向に直交するY方向の輝度分布に基づき前記第2の位置を特定することを特徴とするパターン測定装置。
- 請求項11において、
前記テンプレートマッチングに用いるテンプレートは、前記傾斜面に露出した前記フィン状パターン、前記傾斜面に露出した前記酸化シリコン層、及び前記フィン状パターンの両側の空間の像を含むことを特徴とするパターン測定装置。
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