KR102425377B1 - 패턴 평가 시스템 및 패턴 평가 방법 - Google Patents

패턴 평가 시스템 및 패턴 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 시료의 이차원 정보로부터, 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상을 평가하는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 개시의 패턴 평가 시스템은, 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상을 평가하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리로부터 상기 프로그램을 판독해서 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상기 컴퓨터 서브시스템은, 상기 시료의 화상을 취득하는 처리와, 상기 화상으로부터 신호 파형을 추출하는 처리와, 상기 신호 파형의 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하는 처리와, 상기 특징량과, 상기 특징량의 기준값을 비교하는 처리와, 상기 비교하는 처리에 있어서의 비교 결과에 의거해서, 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.

Description

패턴 평가 시스템 및 패턴 평가 방법{PATTERN EVALUATION SYSTEM AND PATTERN EVALUATION METHOD}
본 개시는, 패턴 평가 시스템 및 패턴 평가 방법에 관한 것이다.
반도체 제품의 제조 공정을 관리하기 위하여, 반도체 기판 상에 형성된 패턴의 치수를 계측해서 패턴의 제조 불균일이나 결함의 발생을 모니터링하고, 제조의 수율을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 반도체 제품에 있어서의 패턴의 치수를 계측하는 장치로서, 예를 들면 측장 SEM(CD-SEM : Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)이 이용된다.
특허문헌 1에는, 시료 표면의 결함을 검사하는 결함 검사 장치(주사형 전자현미경)에 있어서, 전자빔의 광축을 사이에 두고 대향하는 2방향의 화상 데이터의 차분을 취한 차분 화상을 생성하고, 차분 화상의 휘도값에 의거해서 시료 표면의 요철을 검출할 때에, 차분 화상에 있어서 요철을 포함하는 결함부와, 요철이 검출되지 않은 배경부에 대하여 각각 차분 프로파일을 구하고, 결함부의 차분 프로파일을 적산한 적분 프로파일로부터, 배경부의 차분 프로파일을 적산한 적분 프로파일을 감산한 적분 프로파일을 구하는 것이 기재되어 있다(동일 문헌의 청구항 1 참조).
일본 특허 제6084888호
최근, 반도체 제품에 있어서의 패턴의 3차원화에 수반하여, 깊이 방향으로 배열한 동일 형상의 복수의 3차원 패턴을 측장 SEM으로 계측해서, 제조 공정을 관리하는 니즈가 증가하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 결함 검사 장치에 있어서는, 시료 표면의 패턴에 대해서는 계측할 수 있지만, 시료 내부의 패턴을 계측해서 제조 공정을 관리하는 것에 대해서는 기재가 없고, 내부 패턴의 체적 변화를 계측해서 평가할 수 없다.
그래서, 본 개시는, 시료의 이차원 정보로부터, 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상(性狀)을 평가하는 기술을 제공한다.
본 개시의 패턴 평가 시스템은, 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상을 평가하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리로부터 상기 프로그램을 판독해서 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 컴퓨터 서브시스템을 구비하고, 상기 컴퓨터 서브시스템은, 상기 시료의 화상을 취득하는 처리와, 상기 화상으로부터 신호 파형을 추출하는 처리와, 상기 신호 파형의 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하는 처리와, 상기 특징량과, 상기 특징량의 기준값을 비교하는 처리와, 상기 비교하는 처리에 있어서의 비교 결과에 의거해서, 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 개시에 관련된 추가적인 특징은, 본 명세서의 기술, 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다. 또한, 본 개시의 태양은, 요소 및 다양한 요소의 조합 및 이후의 상세한 기술과 첨부되는 특허청구의 범위의 양태에 의해 달성되어 실현된다.
본 명세서의 기술은 전형적인 예시에 지나지 않으며, 본 개시의 특허청구의 범위 또는 적용예를 어떠한 의미에 있어서도 한정하는 것은 아니다.
본 개시에 의하면, 시료의 이차원 정보로부터, 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상을 평가할 수 있다.
상기 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 패턴 평가 시스템의 일례를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 제1 실시형태에 따른 패턴 평가 시스템의 일례를 나타내는 개략 구성도.
도 3은 제1 실시형태에 따른 신호 처리부 및 컴퓨터 서브시스템의 기능 블록도.
도 4는 제1 실시형태에 따른 계측 대상의 패턴의 일례를 나타내는 단면 사시도.
도 5는 도 4에 나타낸 패턴을 위쪽으로부터 관찰한 SEM 화상을 나타내는 모식도.
도 6은 도 5에 나타낸 SEM 화상의 휘도값을 Y방향으로 적산한 라인 프로파일을 나타내는 도면.
도 7은 휘도값의 라인 프로파일로부터 패턴 치수를 산출하는 방법을 설명하는 도면.
도 8은 제1 실시형태에 따른 패턴의 단면 사시도 및 라인 프로파일을 나타내는 도면.
도 9는 제1 실시형태에 따른 패턴 평가 방법의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 10은 계측 데이터를 기록한 파일의 GUI 화면을 나타내는 모식도.
도 11은 계측 데이터를 가시화해서 표시하기 위한 GUI 화면을 나타내는 모식도.
도 12는 계측 데이터를 관리하기 위한 GUI 화면을 나타내는 모식도.
도 13은 제2 실시형태에 따른 시료를 나타내는 단면 사시도.
도 14는 제2 실시형태에 따른 패턴 평가 방법의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 15는 가속 전압을 설정하는 GUI 화면을 나타내는 모식도.
도 16은 제3 실시형태에 따른 계측 대상의 패턴의 일례를 나타내는 단면도.
도 17은 제4 실시형태에 따른 시료의 일례를 나타내는 단면도 및 시료를 위쪽으로부터 관찰한 SEM 화상을 나타내는 모식도.
도 18은 제4 실시형태에 따른 패턴 평가 방법의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 19는 제5 실시형태에 따른 신호 처리부의 기능 블록도.
도 20은 제6 실시형태에 따른 계측 대상의 주상(柱狀) 패턴의 일례를 나타내는 단면도.
도 21은 제6 실시형태에 따른 주상 패턴에 대하여, 시뮬레이션으로 산출한 라인 프로파일을 나타내는 도면.
[제1 실시형태]
<패턴 평가 시스템의 구성>
도 1은, 제1 실시형태에 따른 패턴 평가 시스템의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 패턴 평가 시스템(1)은, 컴퓨터 서브시스템(100), 하전 입자빔 조사 서브시스템(101), 컴퓨터 서브시스템(502) 및 컴퓨터 서브시스템(512)을 구비한다.
하전 입자빔 조사 서브시스템(101)(촬상 툴)은, 예를 들면 주사형 전자현미경의 광학 소자를 포함하는 경통(鏡筒)부이고, 전자총(106), 집속 렌즈(108 및 109), 편향기(110), 대물 렌즈(111), 스테이지(113), 편향기(115), 검출 교축(絞縮)부(116), 반사판(117), 검출기(119 및 121), 셔터(130), 블랭킹 편향기(131) 및 블랭킹용 전극(132)을 구비한다. 집속 렌즈(108)는, 전자총(106)으로부터 조사된 전자빔(107)(하전 입자빔)을 집속하고, 집속 렌즈(109)는, 집속 렌즈(108)를 통과한 전자빔(107)을 더 집속한다. 편향기(110)는 전자빔(107)을 편향하고, 대물 렌즈(111)는 전자빔(107)이 집속하는 높이를 제어한다.
이상과 같은 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 광학 소자를 통과한 전자빔(107)은, 스테이지(113) 상에 재치(載置)된 시료(112)에 조사된다. 시료(112)는, 예를 들면 웨이퍼 상에 소정의 형상의 패턴을 갖는 층이 복수 적층된 반도체 제품이다.
전자빔(107)의 조사에 의해서 시료(112)로부터 방출되는 방출 전자(114)(이차전자(Secondary Electron : SE)나 반사 전자(Backscattered Electron : BSE) 등)는, 편향기(115)(이차전자 얼라이너)에 의해서 소정의 방향으로 유도된다. 편향기(115)는 소위 빈 필터(Wien filter)여도 되고, 전자빔(107)을 편향시키지 않고, 방출 전자(114)를 소정의 방향으로 선택적으로 편향시켜도 된다.
검출 교축부(116)는, 방출 전자(114)를 각도 변별하고, 반사판(117)에 충돌시킨다. 반사판(117)으로부터 방출되는 삼차전자(118)(방출 전자(114)의 이차전자)는, 빈 필터 등(도시하지 않음)에 의해서 검출기(119)에 유도된다. 검출기(121)는, 검출 교축부(116)에의 방출 전자(114)의 충돌에 의해서 발생하는 삼차전자(120)(방출 전자(114)의 이차전자)를 검출한다.
반사판(117)에는, 전자총(106)으로부터 조사된 전자빔(107)을 통과시키는 개구가 설치되어 있고, 당해 개구를 충분히 작게 함으로써, 시료(112)에 형성된 패턴의 구멍 저부 또는 홈 저부로부터 연직 상향으로 방출된 방출 전자(114)를 선택적으로 검출할 수 있다. 한편, 편향기(115)로 방출 전자(114)를 편향하여, 연직 상향으로 방출된 방출 전자(114)가 반사판(117)의 개구를 통과하지 않도록 할 수도 있다. 또한, 반사판(117)과 검출 교축부(116) 사이에 설치된 에너지 필터(122)에 의해, 연직 상향으로 방출된 방출 전자(114)의 에너지를 선별할 수도 있다.
셔터(130)는, 전자빔(107)의 통과를 일부 제한한다. 블랭킹 편향기(131)는, 전자빔(107)을 광축 외로 편향함에 의해서 시료(112)에의 전자빔(107)의 도달을 제한한다. 블랭킹용 전극(132)은, 블랭킹 편향기(131)에 의해서 편향된 전자빔(107)을 수용한다.
컴퓨터 서브시스템(100)은, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 동작을 제어하는 컴퓨터 시스템이고, 전체 제어부(102), 신호 처리부(103), 입출력부(104) 및 메모리부(105)를 구비한다.
전체 제어부(102) 및 신호 처리부(103)는, CPU나 MPU 등의 프로세서에 의해 구성할 수 있다. 전체 제어부(102)는, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)에 설치된 상기한 광학 소자를 제어해서, 시료(112)의 촬상에 필요한 처리를 실행한다.
신호 처리부(103)는, 검출기(119 및 121)로부터의 검출 신호의 출력에 의거해서, 시료(112)의 SEM 화상을 생성한다. 신호 처리부(103)는, 도시하지 않은 주사 편향기의 주사와 동기해서, 프레임 메모리 등에 검출 신호를 기억시킴으로써 화상 데이터를 생성한다. 프레임 메모리에 검출 신호를 기억시킬 때, 프레임 메모리의 주사 위치에 대응하는 위치에 검출 신호를 기억시킴으로써, 신호 프로파일(일차원 정보) 및 SEM 화상(이차원 정보)을 생성한다. 주사 편향기에 의한 주사는 임의의 크기, 위치, 및 방향에 대하여 가능하다.
도시는 생략하고 있지만, 입출력부(104)는, 패턴의 설계 치수나 제조 조건 등의 설계 데이터(시료 정보), 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 동작 개시의 지시 등을 유저가 입력하기 위한 입력 디바이스와, 이들을 입력하기 위한 GUI 화면 및 신호 처리부(103)에 의해 생성된 SEM 화상 등을 표시하는 표시 디바이스를 갖는다. 입력 디바이스는, 예를 들면 마우스, 키보드, 음성 입력 장치 등, 유저에 의해 데이터나 지시를 입력할 수 있는 것이면 된다. 표시 디바이스는, 예를 들면 디스플레이 장치이다. 입출력부(104)는, 데이터의 입력 및 표시가 가능한 터치패널이어도 된다.
메모리부(105)는, 전체 제어부(102)가 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 광학 소자를 구동함에 의한 촬상 처리를 실행하기 위한 프로그램이나, 패턴의 설계 데이터 및 관찰 개소의 위치 정보(시료 정보) 등, 촬상 처리에 필요한 각종 데이터를 저장한다.
컴퓨터 서브시스템(100)은, 예를 들면 네트워크(200)에 의해, 컴퓨터 서브시스템(502) 및 컴퓨터 서브시스템(512)과 접속되어 있다. 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)도 예를 들면 네트워크(200)에 의해 서로 접속되어 있다. 컴퓨터 서브시스템(100, 502 및 512)은, 서로 데이터나 신호를 송수신 가능하게 구성된다.
컴퓨터 서브시스템(502 및 512)의 상세에 대해서는 후술하지만, 컴퓨터 서브시스템(502)은, 신호 처리부(103)에 의해 생성된 SEM 화상에 의거해서, 시료(112)에 형성된 패턴의 치수 계측 및 성상 평가를 행하기 위한 처리를 실행한다.
컴퓨터 서브시스템(512)은 예를 들면 시뮬레이터이고, 패턴의 설계 데이터에 의거해서 이상적인 패턴의 SEM 화상이나 그 휘도값의 라인 프로파일을 생성하고, 컴퓨터 서브시스템(502)에 의한 패턴의 성상 평가에 있어서 참조되는 기준값을 산출한다. 또, 본 명세서에 있어서 「이상적인 패턴」이란, 치수, 형상, 체적 및 밀도 등의 성상이 설계 데이터±소정의 오차의 값의 범위에 있는 패턴을 의미하는 것으로 한다. 소정의 오차의 값은, 예를 들면 반도체 제품의 제조 불균일로서 허용할 수 있는 값이고, 유저가 적절하게 설정할 수 있다.
도 2는, 제1 실시형태에 따른 다른 패턴 평가 시스템(2)을 나타내는 개략 구성도이다. 패턴 평가 시스템(1)과, 패턴 평가 시스템(2)은, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 구성이 일부 다를 뿐이고, 본 실시형태에 있어서는 어느 구성을 채용해도 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 패턴 평가 시스템(2)에 있어서는, 검출기(119)가 전자빔(107)의 조사축 외에 배치되고, 방출 전자(114)(방출 입자)가 충돌하는 위치에 검출면을 갖는다. 또한, 방출 전자(114)를 검출기(119)에 유도하기 위한 편향기(123)(이차전자 얼라이너)가 설치되어 있다.
검출기(119)의 검출면에 입사한 방출 전자(114)는, 예를 들면 검출면에 설치된 신틸레이터(도시하지 않음)에 의해서 광신호로 변환된다. 이 광신호는, 포토멀티플라이어 등의 증폭기에 의해서 증폭됨과 함께 전기 신호로 변환되고, 검출기(119)의 출력으로서 신호 처리부(103)에 입력된다. 또한, 검출기(119)의 바로 앞에는 에너지 필터(122)가 설치되어, 광축 근방에 통과 궤도를 갖는 방출 전자(114)를 에너지 변별할 수 있다.
도 3의 (a)는, 신호 처리부(103) 및 컴퓨터 서브시스템(502)의 기능 블록도이다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 신호 처리부(103)는, SEM 화상 생성부(501) 및 SEM 화상 기억부(500)를 구비한다. SEM 화상 생성부(501)는, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 검출기(119 및 121)가 출력하는 검출 신호를 수신해서 SEM 화상을 생성한다. SEM 화상 기억부(500)는, 예를 들면 프레임 메모리를 포함하고, SEM 화상 생성부(501)가 생성한 SEM 화상을 기억한다. 또한, SEM 화상 생성부(501)는, 생성한 SEM 화상을 컴퓨터 서브시스템(502)에 출력한다.
컴퓨터 서브시스템(502)은, 휘도 평가부(503), 연산부(504), 메모리부(505), 표시부(506) 및 입력부(507)를 구비한다. 휘도 평가부(503) 및 연산부(504)는, CPU나 MPU 등의 프로세서에 의해 구성할 수 있다.
휘도 평가부(503)는, SEM 화상 생성부(501)로부터 SEM 화상을 수신하고, 그 휘도값의 라인 프로파일(신호 파형)을 취득하고, 연산부(504)에 출력한다.
연산부(504)는, 휘도 평가부(503)로부터 수신한 라인 프로파일에 의거해서, 시료(112)에 형성된 패턴의 치수값을 산출한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 연산부(504)는, 라인 프로파일의 피크(소정의 영역)에 있어서의 특징량을 산출하고, 패턴의 성상 평가에 있어서의 기준값으로 되는 기준 라인 프로파일의 특징량과 비교한다.
메모리부(505)는, 휘도 평가부(503) 및 연산부(504)에 있어서의 상기한 처리를 행하기 위한 프로그램을 저장하고, 또한, 연산부(504)에 의한 연산 결과를 보존한다.
표시부(506)는, 연산부(504)에 의한 연산 결과와, 각종 GUI 화면 등을 표시한다. 입력부(507)는, 예를 들면 키보드나 마우스 등의 입력 디바이스이고, 표시부(506)에 표시된 GUI 화면으로부터 유저가 시료 정보 등의 각종 데이터를 입력하기 위하여 이용된다. 입력부(507)를 설치하는 대신에, 예를 들면 표시부(506)를 터치패널로 해도 된다.
도 3의 (b)는, 컴퓨터 서브시스템(512)의 기능 블록도이다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 컴퓨터 서브시스템(512)은, 기준 SEM 화상 생성부(511), 휘도 평가부(513), 연산부(514), 메모리부(515), 표시부(516) 및 입력부(517)를 구비한다. 휘도 평가부(513) 및 연산부(514)는, CPU나 MPU 등의 프로세서에 의해 구성할 수 있다.
기준 SEM 화상 생성부(511)는, 이상적인 패턴의 SEM 화상인 기준 SEM 화상을 생성하고, 휘도 평가부(513)에 출력한다. 기준 SEM 화상은, 예를 들면, 유저에 의해 입력부(517)로부터 입력된 패턴의 설계 데이터(시료 정보)를 이용한 시뮬레이션에 의해 생성할 수 있다. 혹은, 기준 SEM 화상 생성부(511)는, 신호 처리부(103)의 SEM 화상 생성부(501)로부터 복수의 계측점에 있어서의 SEM 화상을 수신하고, 그들 SEM 화상 중 가장 이상적인 패턴에 가까운 SEM 화상을 기준 SEM 화상으로 해도 된다.
휘도 평가부(513)는, 기준 SEM 화상의 휘도값의 라인 프로파일인 기준 라인 프로파일(기준 신호 파형)을 취득한다.
연산부(514)는, 기준 라인 프로파일의 피크에 있어서의 특징량을 산출하고, 컴퓨터 서브시스템(502)의 연산부(504)에 출력한다. 기준 라인 프로파일의 특징량은, 컴퓨터 서브시스템(502)에 의한 패턴 성상 평가에 있어서의 기준값으로 된다. 또, 본 명세서에 있어서, 「기준 라인 프로파일의 특징량」을 단순히 「기준값」이라 하는 경우가 있다.
메모리부(515)는, 휘도 평가부(513) 및 연산부(514)에 있어서의 상기한 처리를 행하기 위한 프로그램을 저장하고, 또한, 연산부(514)의 연산 결과를 보존한다.
표시부(516)는, 연산부(514)에 의한 연산 결과와, 각종 GUI 화면 등을 표시한다. 입력부(517)는, 예를 들면 키보드나 마우스 등의 입력 디바이스이고, 표시부(516)에 표시된 GUI 화면으로부터 유저가 시료 정보 등의 각종 데이터를 입력하기 위하여 이용된다. 입력부(517)를 설치하는 대신에, 예를 들면 표시부(516)를 터치패널로 해도 된다.
또, 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)은, 각각 복수의 컴퓨터 서브시스템으로 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 컴퓨터 서브시스템은, 당해 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)에 의해서 실행되는 1 이상의 컴포넌트를 포함하고 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)이 각각 별개의 시스템인 예에 대하여 설명했지만, 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)의 각 기능을 하나의 컴퓨터 서브시스템에 의해 실행하도록 구성할 수도 있다.
또한, 컴퓨터 서브시스템(502 및 512)의 각 기능을 신호 처리부(103)에 도입하고, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 모듈로 할 수도 있다. 이 경우, 신호 처리부(103)는, SEM 화상 기억부(500), SEM 화상 생성부(501), 휘도 평가부(503), 연산부(504), 기준 SEM 화상 생성부(511), 휘도 평가부(513) 및 연산부(514)를 구비한다. 메모리부(505 및 515)는, 컴퓨터 서브시스템(100)의 메모리부(105)여도 되고, 표시부(506) 및 입력부(507), 그리고 표시부(516) 및 입력부(517)는, 컴퓨터 서브시스템(100)의 입출력부(104)여도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서는 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)이 주사형 전자현미경인 예에 대하여 설명했지만, 이것으로 한정되지 않으며, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)으로서 집속 이온빔 장치 등의 다른 하전 입자선 장치(하전 입자빔 조사 서브시스템)를 이용해도 된다.
<패턴 평가 방법>
반도체 제품(시료)의 양산 관리에 이용되는 측장 SEM은, 시료 표면의 패턴 형상을 관찰할 경우, 저가속 전압으로 전자빔을 패턴에 입사하고, 패턴의 표면 근방으로부터 얻어지는 이차전자 또는 반사 전자 등의 검출 신호로부터 패턴의 휘도값의 라인 프로파일을 추출하고, 라인 프로파일에 의거해서 치수를 계측한다.
예를 들면 제조 공정이 서로 다른 복수의 층이 적층되어 있고, 깊이 방향으로 매설(埋設)한 패턴을 계측하는 경우에는, 일반적으로, 전자빔을 고가속으로 패턴에 입사시켜서 입사 심도를 깊게 한다. 이것에 의해, 전자빔이 패턴을 통과했을 때에 얻어지는 이차전자 또는 반사 전자의 신호 파형으로부터, 적층한 패턴 사이에 발생하는 어긋남(오버레이)을 계측하는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태에 있어서도, 깊이 방향으로 매설된 패턴(「내부 패턴」이라 하는 경우가 있음)의 성상을 평가하기 위하여, 전자빔을 고가속 전압으로 시료에 입사시킨다.
도 4는, 시료 중의 계측 대상의 패턴의 일례를 나타내는 단면 사시도이다. 또, 패턴(4a∼4c) 이외의 시료의 구성에 대해서는, 도시를 생략하고 있다. 또한, 시료의 표면은 Z축 정방향측에 있는 것으로 한다.
도 4의 (a)는, 이상적인 패턴(4a)을 나타낸다. 패턴(4a)은, 깊이 방향으로 배열한 2개의 패턴(7a 및 8a)을 갖고, 모두 직경(X방향의 치수)이 10㎚인 원주 형상으로 형성되어 있다. 도 4의 (b)에 나타내는 패턴(4b)에 있어서는, 깊이 방향으로 매몰한 패턴(8b)의 직경이 7㎚로 되어 있고, 표면에 위치하는 패턴(7b)의 직경(10㎚)보다 작게 되어 있다. 도 4의 (c)에 나타내는 패턴(4c)에 있어서는, 깊이 방향으로 매몰한 패턴(8c)의 직경이 15㎚로 되어 있고, 표면에 위치하는 패턴(7c)의 직경(10㎚)보다 크게 되어 있다.
도 5는, 도 4에 나타낸 패턴(4a∼4c)을 위쪽으로부터 관찰한 SEM 화상(5a∼5c)을 나타내는 모식도이다. 도 5의 (a)∼(c)에 나타내는 바와 같이, SEM 화상(5a∼5c)으로부터는, 표면에 위치하는 패턴(7a∼7c)의 형상은 관찰할 수 있지만, 시료 내부의 패턴(8a∼8c)의 형상을 관찰하는 것은 곤란하다. 따라서, 도 4의 패턴(8b 및 8c)과 같이 내부 패턴의 체적이 변화되어 있어도, 시료 표면으로부터 촬상한 SEM 화상의 외관으로부터 체적 변화를 검지하는 것이 어렵다.
그래서, SEM 화상의 외관으로부터는 검지하는 것이 어려운 내부 패턴의 체적 변화를 모니터링하기 위하여 예의 검토했더니, 패턴 상에 전자빔을 주사함에 의해서 얻어지는 이차전자의 신호량은, 전자빔이 통과하는 패턴의 체적량에 의존하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 전자빔이 패턴을 통과했을 때에 얻어지는 신호 파형으로부터, 내부 패턴의 체적 변화를 추정할 수 있다.
도 6은, 도 5에 나타낸 SEM 화상(5a∼5c)의 휘도값을 Y방향으로 적산한 라인 프로파일(6a∼6c)을 나타내는 도면이다. 라인 프로파일(6a∼6c)(신호 파형)은, 각각 SEM 화상(5a∼5c)에 대응한다. 또, 라인 프로파일(6a∼6c)은, 도 4에 나타낸 패턴(4a∼4c)의 설계 치수 등의 조건을 실제로 시뮬레이션으로 출력한 결과를 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 패턴(4b)과 같이 내부 패턴의 형상(직경)이 작게 되어 있을(전자빔이 통과하는 패턴의 체적이 작아질) 때는, 라인 프로파일(6b)과 같이, 이상적인 패턴(4a)의 라인 프로파일(6a)과 비교해서 라인 프로파일의 형상이 전체적으로 작아진다. 한편, 패턴(4c)과 같이 내부 패턴의 형상(직경)이 크게 되어 있을(전자빔이 통과하는 패턴의 체적이 커질) 때는, 라인 프로파일(6c)과 같이, 이상적인 패턴(4a)의 라인 프로파일(6a)과 비교해서 라인 프로파일의 피크의 밑단 부근의 폭이 넓어져 있어, 체적 변화의 영향이 있는 것을 알 수 있었다.
도 7은, 휘도값의 라인 프로파일로부터 패턴 치수를 산출하는 일반적인 방법을 설명하는 도면이다. 도 7에는 도 6의 라인 프로파일(6a∼6c)이 나타나 있다.
우선, 라인 프로파일(6a)의 피크의 좌측 절반 및 우측 절반에 있어서, 가장 휘도값이 낮은 부분(201 및 204)을 각각 휘도값 0%로 하고, 가장 휘도값이 높은 부분(202 및 205)을 각각 휘도값 100%로 한다. 또, 라인 프로파일의 피크란, 가장 휘도값이 낮은 부분(201 및 204)으로서 설정한 개소 사이의 영역이다. 피크 파형에 있어서 휘도값이 증가하는 부분(좌측) 및 휘도값이 저하하는 부분(우측)은 각각 패턴의 에지 부분에 상당하기 때문에, 휘도값 50%의 개소(203 및 206)를 에지의 좌우에서 산출하고, 그 사이를 패턴의 X방향의 치수값으로 한다.
라인 프로파일(6b 및 6c)에 대해서도 상기와 마찬가지로 해서, 피크에 있어서의 휘도값 50%의 개소 사이(피크폭)를 패턴(4b 및 4c)의 치수값으로 할 수 있다.
그러나, 라인 프로파일(6b 및 6c)의 휘도값 50%에 있어서의 피크폭은, 모두 라인 프로파일(6a)의 휘도값 50%에 있어서의 피크폭과 거의 같기 때문에, 패턴(4a∼4c)의 치수는 모두 대략 동일하다고 판단되어 버린다. 이와 같이, 내부 패턴의 체적 변화에 의한 라인 프로파일의 형상 변화를 검지할 경우, 라인 프로파일의 상승부로부터 문턱값을 설정해서 화이트 밴드로부터 치수를 산출하는 일반적인 방법은, 설정하는 문턱값에 따라서 치수 변화를 관찰할 수 있거나 관찰할 수 없는 것이나, 최대 휘도값이 패턴마다 서로 다른 것 등으로부터, 효과적인 방법이라고는 할 수 없다.
도 8의 (a)는, 이상적인 패턴(14a)을 나타내는 단면 사시도이다. 패턴(14a)은, 깊이 방향으로 배열한 2개의 수평 나노와이어(17a 및 18a)를 갖는다. 수평 나노와이어(17a 및 18a)의 단면은 대략 원형이고, 직경이 서로 동등하게 되어 있다. 도 8의 (b)는, 시료에 형성된 패턴(14b)을 나타내는 개략 사시도이다. 패턴(14b)은, 깊이 방향으로 배열한 2개의 수평 나노와이어(17b 및 18b)를 갖는다. 위쪽(시료의 표면측)에 위치하는 수평 나노와이어(17b)의 단면은 대략 원형인 것에 대하여, 아래쪽에 위치하는 수평 나노와이어(18b)의 단면은 대략 타원 형상으로 되어 있고, 내부 패턴의 체적 변화가 발생하여, 이상적인 패턴이 아닌 경우를 나타내고 있다.
도 8의 (a) 및 (b)에 나타내는 형상의 패턴(14a 및 14b)을 실제로 작성해서 SEM 화상(도시하지 않음)을 취득하고, SEM 화상으로부터 휘도값의 라인 프로파일을 추출했다. 도 8의 (c)는, 패턴(14a 및 14b)의 SEM 화상으로부터 취득한 라인 프로파일(16a 및 16b)을 나타내는 도면이다. 라인 프로파일(16a 및 16b)을 비교하면, 라인 프로파일(16b)의 피크 좌측의 밑단 부근의 형상이, 라인 프로파일(16a)의 피크 좌측의 밑단 부근의 형상과 서로 다른 것을 알 수 있다. 이와 같이, 휘도값의 라인 프로파일로부터, 패턴(14a)의 내부 패턴 형상이 도 8의 (a)의 수평 나노와이어(18a)와 같은 형상으로 되어 있고, 패턴(14b)의 내부 패턴 형상은 도 8의 (b)의 수평 나노와이어(18b)와 같이 되어 있다고 추정할 수 있다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 패턴마다 라인 프로파일(신호 파형)의 피크(소정의 영역)에 있어서의 특징량을 산출하고, 이상적인 패턴으로부터 얻어지는 라인 프로파일의 피크에 있어서의 특징량(기준값)과의 차분을 산출한다. 이것에 의해, 시료의 SEM 화상의 라인 프로파일(이차원 정보)로부터, 깊이 방향으로 매몰한 패턴의 체적 변화를 검지할 수 있다. 라인 프로파일의 특징량의 상세에 대해서는 후술한다.
도 9는, 본 실시형태에 따른 패턴 평가 방법을 나타내는 플로우차트이다. 본 실시형태의 패턴 평가 방법은, 도 1의 패턴 평가 시스템(1) 또는 도 2의 패턴 평가 시스템(2)을 이용해서 실시된다.
우선, 유저는, 미리 웨이퍼 카세트 등의 시료 도입부(도시하지 않음)에 시료(112)를 도입해 둔다. 스텝 S1에 있어서, 유저가 입출력부(104)에 의해 패턴 평가 시스템의 동작 개시의 지시를 입력하면, 전체 제어부(102)는, 도시하지 않은 시료 반송 기구를 구동해서, 시료(112)를 시료 도입부로부터 취출해서 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)에 도입하고, 스테이지(113)에 재치(載置)한다(웨이퍼 로드).
스텝 S2에 있어서, 전체 제어부(102)는, 스테이지(113) 및 이미지 시프트(도시하지 않음)를 구동해서, 계측 대상의 패턴에 전자빔(107)을 조사 가능하도록 시료(112)를 이동한다.
스텝 S3에 있어서, 전체 제어부(102)는, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 각 광학 소자를 구동해서, 소정의 가속 전압으로 전자빔(107)을 시료(112)에 조사하고, 패턴을 스캔한다.
스텝 S4에 있어서, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)의 검출기(119 및 121)는, 검출한 이차전자 또는 반사 전자의 신호를 신호 처리부(103)의 SEM 화상 생성부(501)에 출력한다. 신호 처리부(103)의 SEM 화상 생성부(501)는, 이차전자 또는 반사 전자를 시계열로 배열함으로써, SEM 화상(이차원 화상)을 생성한다.
스텝 S5에 있어서, 컴퓨터 서브시스템(502)은, 신호 처리부(103)의 SEM 화상 생성부(501)로부터 SEM 화상을 수신하고, 휘도 평가부(503)는, SEM 화상의 휘도를 화상의 Y방향으로 적산하고, 라인 프로파일을 추출한다.
스텝 S6에 있어서, 연산부(504)는, 휘도 평가부(503)로부터 라인 프로파일을 수신하고, 라인 프로파일의 피크에 있어서의 특징량을 산출한다.
스텝 S7에 있어서, 연산부(504)는, 라인 프로파일의 특징량을 메모리부(505)에 기억시킨다. 또한, 연산부(504)는, 라인 프로파일의 특징량을 계측 데이터의 파일로서 표시부(506)에 출력한다. 또, 시료(112) 내의 복수의 계측점에서 스텝 S2∼S6을 실시해서, 각 계측점에 있어서의 SEM 화상으로부터 라인 프로파일의 특징량을 산출하고, 메모리부(505)에 기억시키고, 표시부(506)에 상기 파일로서 출력해도 된다.
스텝 S8에 있어서, 컴퓨터 서브시스템(502)은, 컴퓨터 서브시스템(512)의 연산부(514)로부터 이상적인 패턴의 기준 라인 프로파일의 특징량을 수신한다. 연산부(504)는, 기준 라인 프로파일의 특징량과, 스텝 S6에 있어서 산출한 라인 프로파일의 특징량을 비교해서, 이들 특징량의 차분을 산출한다. 또한, 연산부(504)는, 특징량의 차분을 메모리부(505)에 기억시키고, 계측 데이터의 파일로서 표시부(506)에 출력한다. 이하에 있어서, 「라인 프로파일의 특징량과 기준 라인 프로파일의 특징량의 차분」을 단순히 「특징량의 차분」이라 하는 경우가 있다.
기준 라인 프로파일의 특징량(기준값)으로서는, 컴퓨터 서브시스템(512)에 있어서의 시뮬레이션으로 취득한 패턴의 라인 프로파일이, 시료(112)를 촬상한 SEM 화상의 라인 프로파일과 높이나 폭 등의 형상이 잘 일치하는 것이면, 시뮬레이션의 결과를 채용할 수 있다.
혹은, 기준 라인 프로파일의 특징량은, 컴퓨터 서브시스템(512)에 의해 이하와 같이 취득할 수도 있다. 우선, 시료(112) 면내의 복수의 계측점에 대하여 스텝 S2∼S7을 실시해서, 연산부(504)에 의해 복수의 계측점에 있어서의 라인 프로파일의 특징량을 취득한다. 연산부(504)는, 복수의 계측점에 있어서의 라인 프로파일의 특징량을 컴퓨터 서브시스템(512)의 연산부(514)에 출력한다. 연산부(514)는, 복수의 계측점에 있어서의 라인 프로파일의 특징량의 평균값을 산출하고, 그 평균값에 가장 가까운 라인 프로파일의 특징량을 기준값으로서 채용하고, 컴퓨터 서브시스템(502)의 연산부(504)에 출력한다.
또한, 기준 라인 프로파일의 특징량은, 이하와 같이 취득할 수도 있다. 우선, 시료(112) 면내의 복수의 계측점에 대하여 스텝 S2∼S7을 실시해서, 연산부(504)에 의해 복수의 계측점에 있어서의 라인 프로파일의 특징량을 취득한다. 다음으로, FIB 장치 등의 가공 장치를 이용해서 각 계측점에 대하여 단면을 형성하고, 형성된 단면을 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)에 의해 관찰한다. 다음으로, 컴퓨터 서브시스템(512)의 연산부(514)에 의해 단면의 화상에 의거해서 단면의 패턴 치수를 산출한다. 다음으로, 연산부(514)는, 각 단면의 패턴 치수를 입력된 설계 데이터 등과 비교하여, 가장 이상적인 패턴에 가까운 패턴이었던 계측점에 있어서의 라인 프로파일의 특징량을 기준값으로서 채용하고, 컴퓨터 서브시스템(502)의 연산부(504)에 출력한다.
스텝 S9에 있어서, 연산부(504)는, 특징량의 차분으로부터, 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있는지 확인한다.
제조 사양을 충족시키고 있는지의 여부의 판단에 있어서, 연산부(504)는, 예를 들면 특징량의 차분과 소정의 문턱값을 비교해서, 특징량의 차분이 문턱값 미만(문턱값 이하로 해도 됨)이었을 경우에, 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있다고 판단할 수 있다. 다른 예로서, 연산부(504)는, 복수의 계측점에 대하여 산출한 특징량의 차분을 히스토그램화하고, 당해 히스토그램의 3σ를 산출하고, 특징량의 차분이 3σ의 범위 내에 있는 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있다고 판단하도록 해도 된다.
특징량의 차분과 비교되는 소정의 문턱값은, 예를 들면 스텝 S1에 있어서 시료(112)를 도입하기 전에, 혹은 스텝 S9에 있어서, 유저가 입력부(507) 등을 이용해서 입력함에 의해 메모리부(505)에 기억되고, 연산부(504)에 의해 판독된다. 또한, 유저에 의해 입력된 설계 데이터(시료 정보)에 의거해서, 연산부(504)가 자동적으로 소정의 문턱값을 산출하도록 해도 된다. 또, 상기 소정의 문턱값은 컴퓨터 서브시스템(502)에 의해 액세스 가능한 다른 기억 매체에 기억되어 있어도 되고, 또한, 컴퓨터 서브시스템(100)의 메모리부(105) 또는 컴퓨터 서브시스템(512)의 메모리부(515)에 기억되어 있어도 된다.
계측한 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있을 경우(스텝 S9에 있어서 Yes), 스텝 S10으로 이행하고, 연산부(504)는 패턴의 체적 변화가 없다고 판단하고, 결과를 표시부(506)에 출력한다. 제조 사양을 충족시키고 있지 않을 경우(스텝 S9에 있어서 No), 스텝 S11으로 이행하고, 연산부(504)는 패턴의 체적 변화가 발생하고 있다고 판단하고, 결과를 표시부(506)에 출력한다.
이와 같이, 라인 프로파일의 특징량을 산출하고, 기준 라인 프로파일의 특징량과의 차분을 산출하고, 특징량의 차분으로부터, 내부 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있는지를 판단할 수 있다.
라인 프로파일의 피크에 있어서의 특징량의 상세한 산출 방법에 대하여, 도 7에 나타낸 라인 프로파일(6a)을 이용해서 설명한다. 예를 들면, 라인 프로파일의 특징량을 면적값으로 하면, 면적값의 산출 방법은, 이하와 같다. 우선, 라인 프로파일(6a)의 피크에 있어서 가장 휘도값이 낮은 부분(201 및 204)을 이은 선분을 면적의 아랫변으로 하고, 1차의 점근선(도 7 중의 점선)을 긋는다. 다음으로, 예를 들면 가우시안 근사를 이용하는 등 해서, 피크만을 근사할 수 있는 함수로 피팅한다. 다음으로, 1차의 점근선과 피팅 함수(도시하지 않음) 사이에 있는 영역의 적분을 행함으로써, 라인 프로파일의 면적값으로 할 수 있다.
라인 프로파일의 면적값의 다른 산출 방법으로서, 상기한 1차의 점근선과 피팅 함수 사이에 있는 영역에 존재하는 화상의 픽셀수의 합을 산출하여, 라인 프로파일의 면적값으로 할 수도 있다.
또한, 라인 프로파일의 면적값의 다른 산출 방법은, 이하와 같다. 우선, 라인 프로파일(6a)의 피크에 있어서, 가장 휘도값이 낮은 부분(201 및 204)을 이은 선분을 면적의 아랫변으로 하고, 가장 휘도값이 높은 부분(202 및 205)을 이은 선분을 윗변으로 하여, 각각 1차의 점근선을 긋는다(도 7 중의 점선). 다음으로, 피크의 전후의 경사져 있는 부분에 있어서도 1차의 점근선(도시하지 않음)을 긋는다. 이와 같이 생성한 네 점근선으로 둘러싸인 영역에 존재하는 픽셀수의 합을 산출하여, 면적값으로 할 수 있다.
도 7 및 8로부터 명백한 바와 같이, 라인 프로파일의 면적값은, 전자빔이 통과한 패턴의 체적에 의존한다. 따라서, 라인 프로파일의 특징량으로서 면적값을 산출하고, 이상적인 패턴의 라인 프로파일의 면적값과의 차분을 취함으로써, 제조 공정에 있어서 내부 패턴에 체적 변화가 발생했는지의 여부를 판별할 수 있다. 또한, 복수의 계측점에 대하여 상기와 마찬가지의 판단을 행함으로써, 시료(112)의 면내에 있어서 체적 변화가 발생하고 있는 장소를 특정할 수도 있다.
또한, 라인 프로파일의 특징량으로서, 피크의 면적값뿐만 아니라, 라인 프로파일의 피크의 기울기, 라인 프로파일의 피크폭, 라인 프로파일의 피크에 있어서의 휘도값의 최대값과 최소값의 차 등을 각각 특징량으로 해도 된다.
도 10∼12를 참조해서, 표시부(506)에 표시되는 GUI 화면에 대하여 설명한다. 우선, 전술의 스텝 S7 및 S8에 있어서의 파일의 출력에 대하여 설명한다.
도 10의 (a)는, 시료(112) 내의 각 계측점에 있어서의 계측 데이터를 기록한 파일(300)을 나타내는 도면이다. 파일(300)에는, 화상명(301)(Image Name), 시료(112) 면내에서의 계측 지점(302)(Position X, Position Y), 계측 데이터(303) 등이 기재되어 있다. 도시는 생략하고 있지만, 계측 데이터(303)의 항목으로서, 연산부(504)에 의해 산출되는 패턴의 치수값, 라인 프로파일의 특징량 및 특징량의 차분이 포함된다.
도 10의 (b)는, 이미지 오퍼레이션 화면(310)을 나타내는 도면이다. 이미지 오퍼레이션 화면(310)은, 예를 들면 유저가 입력부(507)(예를 들면 마우스)를 이용해서 파일(300) 중의 셀(304)을 클릭함에 의해 표시된다. 이미지 오퍼레이션 화면(310)에는, 셀(304)에서 선택한 계측점에 있어서의 SEM 화상(311), Re-MS 버튼(312) 및 Save 버튼(313)이 표시된다. 유저가 Re-MS 버튼(312)을 클릭하면, 컴퓨터 서브시스템(100)의 전체 제어부(102)에 지시가 송신되고, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)을 구동해서, 동일한 계측점에 대하여 다시 SEM 화상을 취득하고, 패턴의 측장을 실행할 수 있다. 또한, 재측장의 결과를 파일(300)에 반영하는 경우는, 유저는 Save 버튼(313)을 클릭한다. 재측장의 결과를 신호 처리부(103)로부터 컴퓨터 서브시스템(502)에 출력하고, 패턴 성상을 해석할 수도 있다.
도 11은, 계측 데이터(303)를 가시화해서 표시하기 위한 GUI 화면을 나타내는 모식도이다. 도 11의 (a)는, 계측 데이터(303)의 가시화 방법을 선택하기 위한 선택 화면(350)을 나타낸다. 유저가 선택 화면(350)의 계측 데이터 버튼(351)을 클릭하면, 도 10의 (a)에 나타내는 파일(300)(계측 데이터 일람)이 표시된다.
도 11의 (b)는, 계측 데이터(303)에 의거해서 생성된 맵 화면(380)을 나타낸다. 맵 화면(380)에는, 시료(112)(웨이퍼)에 있어서의 계측 데이터(303)의 분포인 웨이퍼맵(381)이 표시되어 있다. 웨이퍼맵(381)은, 도 11의 (a)의 선택 화면(350)에 있는 맵 버튼(352)을 유저가 클릭했을 때에, 연산부(504)가 파일(300)에 기록된 정보를 참조해서 생성한다.
맵 화면(380)의 탭(382)은, 웨이퍼맵(381)으로서 가시화하는 계측 데이터(303)의 항목을 유저가 선택하기 위한 탭이다. 도 11의 (c)는, 탭(382)의 클릭에 의해 표시되는 화면이고, 유저가 웨이퍼맵(381)으로서 가시화를 원하는 계측 데이터(303)의 항목을 선택지로서 표시한다.
맵 화면(380)의 Range탭(384)은, 웨이퍼맵(381)으로서 계측 데이터(303)의 분포를 표시하는 범위를 선택하는 탭이고, Color탭(385)은, 그때의 색을 선택하는 탭이다. 유저가 Auto 버튼(386)을 클릭함에 의해, 자동으로 각 계측 데이터에 맞는 표시 범위나 색을 결정하는 것도 가능하다. 맵 화면(380)에 가시화한 결과(색이나 표시 범위 등)를 파일(300)에 추가 기록하는 경우에는, 도 11의 (a)의 선택 화면(350)에 있는 Save 버튼(354)을 클릭함으로써 보존한다.
도 11의 (d)는, 계측 데이터(303)에 의거해서 생성된 히스토그램 화면(390)을 나타낸다. 히스토그램 화면(390)에는, 계측 데이터(303)의 통계적인 분포인 히스토그램(391)이 표시되어 있다. 히스토그램(391)은, 도 11의 (a)의 선택 화면(350)에 있는 히스토그램 버튼(353)을 유저가 클릭했을 때에, 연산부(504)가 파일(300)에 기록된 정보를 참조해서 생성한다. 탭(392)은, 히스토그램(391)으로서 가시화하는 계측 데이터(303)의 항목을 유저가 선택하기 위한 탭이고, 탭(382)과 마찬가지의 기능을 갖는다.
히스토그램 화면(390)의 Range탭(393), Color탭(394) 및 Auto 버튼(395)에 대해서도, 전술의 맵 화면(380)의 Range탭(384), Color탭(385) 및 Auto 버튼(386)과 마찬가지이다. 히스토그램 화면(390)에 가시화한 결과를 파일(300)에 추가 기록하는 경우에는, 도 11의 (a)의 선택 화면(350)에 있는 Save 버튼(354)을 클릭함으로써 보존한다.
다음으로, 전술의 스텝 S9에 있어서의 판단을 위한 GUI 화면에 대하여 설명한다. 도 12는, 계측 데이터(303)를 관리하기 위한 GUI 화면(400)을 나타내는 모식도이다. GUI 화면(400)에는, 어느 계측점에 있어서의 SEM 화상(330) 및 그 라인 프로파일(320), 계측 데이터(303)의 맵 화면(380) 및 히스토그램 화면(390)을 표시할 수 있다.
GUI 화면(400)의 Read 버튼(411)을 클릭하면, 가시화할 데이터 파일을 선택할 수 있고, 선택한 데이터 파일은 맵 화면(380) 또는 히스토그램 화면(390)에 반영된다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 맵 화면(380)에는 탭(403) 및 문턱값 입력 화면(405)이 설치되고, 히스토그램 화면(390)에는 탭(404) 및 문턱값 입력 화면(406)이 설치되어 있다.
탭(403 및 404)은, 전술의 스텝 S9(도 9)에 있어서, 제조 사양을 충족시키고 있는지 판단하는 방법을 선택하기 위한 탭이다. 예를 들면, 탭(403 또는 404)의 Ref를 선택했을 경우, 연산부(504)는, 참조값과 계측 데이터(303)의 비교에 의해 상기 판단을 행한다. 참조값으로서는, 예를 들면 이상적인 패턴의 경우의 값이나 시뮬레이션으로 산출한 값으로 할 수 있다.
유저는, 문턱값 입력 화면(405 및 406)으로부터 계측 데이터(303)의 문턱값을 설정할 수 있다. 문턱값은, 계측된 특징량과 기준값과의 차분의 문턱값이다. 연산부(504)는, 전술의 스텝 S9(도 9)에 있어서 상기 문턱값을 참조하여, 문턱값 이상이었던 데이터에 대하여, 제조 사양을 충족시키고 있지 않고, 패턴의 체적 변화가 있다고(불량) 판단할 수 있다.
탭(403 및 404)의 Fre를 선택했을 경우, 통계적 처리에 의해 계측 데이터(303)를 관리할 수 있다. 이 경우, 연산부(504)는, 전술의 스텝 S9에 있어서 복수의 계측점에 있어서의 특징량의 차분에 대하여 히스토그램을 작성하고, 그 3σ를 산출한다. 3σ의 범위 내에 있는 데이터의 패턴에 대해서는, 체적 변화가 없고 제조 사양을 충족시키고 있다고(양호) 판단하고, 3σ의 범위 외에 있는 데이터의 패턴에 대해서는, 체적 변화가 있고 제조 사양을 충족시키고 있지 않다고(불량) 판단할 수 있다.
전술의 스텝 S10 및 S11(도 9)에 있어서, 예를 들면 도 12의 맵 화면(380) 및 히스토그램 화면(390)에 나타내는 바와 같이, 제조 사양을 충족시키고 있지 않은 데이터(407 및 408)의 색을, 제조 사양을 충족시킨 데이터와 다른 색으로 표시해도 된다. 또한, 제조 사양을 충족시키고 있지 않은 데이터(407 또는 408)를 클릭함으로써, 그 장소의 계측 번호(408), SEM 화상(330) 및 라인 프로파일(320)을 GUI 화면(400)에서 표시시킬 수도 있다.
이와 같이, 복수의 계측점에서 얻어진 라인 프로파일의 특징량을 웨이퍼맵으로서 가시화함으로써, 패턴의 체적 변화가 발생하고 있는 장소를 교축하는 것이 가능하다. 체적 변화가 발생한 장소를 교축할 수 있으면, 단면 관찰을 실시하는 장소를 교축하는 것도 가능하다.
또, GUI 화면(400)에 의해 관리되는 계측 데이터(303)로서, 라인 프로파일의 특징량과 기준값과의 차분인 예를 설명했지만, 패턴의 치수값 등의 다른 계측 데이터(303)에 대해서도 상기와 마찬가지로 웨이퍼맵이나 히스토그램을 작성해서, 제조 사양을 충족시키고 있는지를 판단할 수도 있다.
연산부(504)는, 패턴의 체적 변화가 있는 개소나 그 치수 등의 계측 데이터를 패턴의 제조 장치(노광 장치나 에칭 장치 등)에 피드백하는 것도 가능하다. 이것에 의해, 반도체 제품의 제조 공정에 있어서의 수율 향상에 공헌할 수 있다.
<기술적 효과>
종래, 반도체 제품의 패턴을 연구 개발하는 단계에 있어서, 패턴에 체적 변화가 발생하고 있지 않은지를 확인하기 위하여, FIB 장치 등을 이용해서 패턴을 가공하고, 단면을 TEM 장치나 AFM 장치를 이용해서 관찰하고 있다. 이 방법에서는, 단면을 1개소 관찰하는데 수 시간을 요하게 되어 버린다.
한편, 본 실시형태의 패턴 평가 시스템과 같이, SEM 화상의 정보(휘도값의 라인 프로파일의 특징량)만으로 내부 패턴의 성상을 평가함에 의해, 웨이퍼의 복수 개소의 관찰을 수 분으로 실시할 수 있기 때문에, 개발 기간의 단축에 공헌할 수 있다.
반도체 제품의 프로세스 제조 단계에 있어서도, 웨이퍼 면내의 복수의 계측점에서 라인 프로파일의 특징량을 취득하고, 기준값과의 차분이나 그 3σ를 웨이퍼맵으로서 가시화함으로써, 노광 장치나 에칭 장치에 피드백할 수 있다. 이것에 의해, 반도체 제품의 제조 공정에 있어서의 수율 향상에 공헌할 수 있다.
또한, 반도체 제품의 양산 단계에 있어서도 마찬가지로, 계측에 사용한 라인 프로파일로부터 특징량을 취득하고, 기준값과의 차분이나 그 3σ를 산출함으로써, 3σ로부터 벗어난 개소를 양산으로부터 생략할 수 있다. 이것에 의해, 반도체 패턴의 양산 불량을 저감하여, 수율 향상에 공헌할 수 있다.
[제2 실시형태]
<패턴 평가 시스템>
제2 실시형태에 있어서는, 시료의 동일 계측점에 있어서 전자빔의 가속 전압을 변경해서 두 SEM 화상을 취득하고, 두 SEM 화상으로부터 얻어지는 라인 프로파일의 차분을 산출하는 점에서, 제1 실시형태와 다르다. 이와 같이, 차분 라인 프로파일을 산출함으로써, 깊이를 한정한 패턴의 평가를 행할 수 있다.
제2 실시형태의 패턴 평가 시스템의 장치 구성에 대해서는, 제1 실시형태와 마찬가지의 것을 채용할 수 있기 때문에, 설명을 생략한다.
<시료>
도 13은, 제2 실시형태에 있어서의 시료를 나타내는 개략 사시도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 시료는, 복수의 패턴(24)이 관통한 게이트(28)가 웨이퍼(27) 상에 형성되고, 복수의 패턴(24)은, X축 방향 및 깊이 방향(Z축 방향)으로 배열한 수평 나노와이어이다.
예를 들면, 시료의 동일 계측점에 있어서 가속 전압을 1000V 및 5000V로 해서, 위쪽으로부터(Z축 양방향측으로부터 음방향측으로) 전자빔을 조사하면, 가속 전압 1000V에 있어서는 제1 깊이까지 전자빔이 통과하고, 가속 전압 5000V에 있어서는 제2 깊이(제1 깊이<제2 깊이)까지 전자빔이 통과한다. 각 가속 전압에 대하여 SEM 화상의 라인 프로파일을 추출하면, 어느 라인 프로파일에 있어서도, 게이트(28) 및 패턴(24)의 정보가 혼재한다. 전자빔이 통과한 게이트(28)의 체적은 같기 때문에, 1000V의 가속 전압으로 얻어진 라인 프로파일과, 5000V의 가속 전압으로 얻어진 라인 프로파일의 차분을 취한다. 이 차분 라인 프로파일은, 시료에 있어서 아래쪽(제1 깊이와 제2 깊이 사이)에 위치하는 패턴(24)의 체적에 대한 정보를 나타내는 것으로 된다. 따라서, 가속 전압을 변경하고, 차분 라인 프로파일에 대하여 해석함으로써, 깊이를 한정한 패턴(24)의 체적 변화를 검지할 수 있다.
<패턴 평가 방법>
도 14는, 제2 실시형태에 따른 패턴 평가 방법을 나타내는 플로우차트이다. 스텝 S21∼S25에 대해서는, 제1 실시형태에서 설명한 도 9의 스텝 S1∼S5와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
스텝 S26에 있어서, 전체 제어부(102)는, 스텝 S25에 있어서의 라인 프로파일의 취득이 1회째였는지의 여부를 판단한다. 1회째였을 경우(Yes), 스텝 S27로 이행하고, 전체 제어부(102)는, 예를 들면 입출력부(104)로부터의 유저의 입력에 의거해서, 가속 전압을 변경한다. 그 후, 다시 스텝 S23에 되돌아가서, 동일한 계측점에 있어서 스텝 S23∼S25를 실시한다.
2회째의 스텝 S23∼S25를 실시한 후, 스텝 S26에 있어서, 전체 제어부(102)는, 라인 프로파일의 취득이 2회째라고 판단하고(No), 스텝 S28로 이행한다.
스텝 S28에 있어서, 연산부(504)는, 가속 전압마다 취득한 라인 프로파일의 차분을 산출해서 차분 라인 프로파일로 한다.
스텝 S29에 있어서, 연산부(504)는, 차분 라인 프로파일에 대하여, 특징량을 산출한다.
스텝 S30에 있어서, 연산부(504)는, 차분 라인 프로파일의 특징량을 메모리부(505)에 기억시킨다. 또한, 연산부(504)는, 차분 라인 프로파일의 특징량을 계측 데이터의 파일로서 표시부(506)에 출력한다. 또, 시료(112) 내의 복수의 계측점에서 스텝 S22∼S29를 실시해서, 각 계측점에 있어서의 SEM 화상으로부터 차분 라인 프로파일의 특징량을 산출하고, 메모리부(505)에 기억시키고, 표시부(506)에 상기 파일로서 출력해도 된다.
스텝 S31에 있어서, 컴퓨터 서브시스템(502)은, 컴퓨터 서브시스템(512)의 연산부(514)로부터 이상적인 패턴의 기준 라인 프로파일의 특징량을 수신한다. 연산부(504)는, 기준 라인 프로파일의 특징량과, 스텝 S30에 있어서 산출한 차분 라인 프로파일의 특징량을 비교해서, 이들 특징량의 차분을 산출한다. 연산부(504)는, 특징량의 차분을 메모리부(505)에 기억시키고, 또한, 계측 데이터의 파일로서 표시부(506)에 출력한다.
스텝 S32∼S34에 대해서는, 제1 실시형태에서 설명한 도 9의 스텝 S9∼S11과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
도 15는, 동일 계측점의 촬상에 있어서 가속 전압을 설정하는 GUI 화면을 나타내는 도면이다. 스텝 S23에 있어서, 유저는, 입출력부(104)를 이용해서, 1회째에 입사하는 전자빔의 가속 전압(450)을 설정하고, SET 버튼(451)을 클릭한다. 전술의 스텝 S27에 있어서, 유저는, 2회째에 입사하는 전자빔의 가속 전압(453)을 설정하고, SET 버튼(454)을 클릭한다.
또, 1회째의 패턴의 스캔(스텝 S23)에 있어서 설정되는 가속 전압과, 스텝 S27에 있어서 변경되는 가속 전압의 값은, 전체 제어부(102)에 의해 자동으로 설정되도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들면 패턴(24) 및 게이트(28)의 설계 치수나, 깊이 방향의 패턴(24)끼리의 간격 등의 시료 정보에 의거해서, 패턴의 성상 평가를 행하는 깊이를 산출하고, 당해 깊이에 전자빔을 조사할 수 있는 가속 전압으로 설정한다.
<기술적 효과>
이상과 같이, 제2 실시형태에 있어서는, 동일 계측점에 있어서 가속 전압을 변경해서 SEM 화상을 취득하고, 가속 전압마다의 라인 프로파일의 차분을 취하는 구성을 채용하고 있다. 이것에 의해, 깊이를 한정한 패턴의 체적 변화를 검지할 수 있다.
[제3 실시형태]
<패턴 평가 시스템>
제3 실시형태에 있어서는, 패턴으로부터 얻어지는 신호량을 증가시키기 위하여, 패턴 표면에 금속막을 도포하는 공정을 구비하는 점에서, 제1 실시형태와 다르다.
도 16은, 제3 실시형태에 따른 계측 대상의 패턴의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 16의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 반도체의 돌기인 패턴(34b)이 웨이퍼(31) 상에 형성되어 있다. 웨이퍼(31) 상에 형성되는 돌기의 이상적인 단면 형상은, 패턴(34a)(도 16의 (a) 중의 점선)이지만, 제조 공정에 있어서, 패턴(34b)과 같이 역테이퍼 형상으로 변화해 버린 것으로 한다. 이 경우, 패턴(34a 및 34b)을 위쪽으로부터 촬상한 SEM 화상에 있어서는, 패턴(34a 및 34b)이 동일한 형상인 것과 같이 찍혀 버린다.
패턴(34a)과 패턴(34b)은, 전자빔이 통과하는 체적이 서로 다르기 때문에, 라인 프로파일의 형상은 서로 다른 것으로 상정된다. 그러나, 이상적인 패턴(34a)의 체적과, 형성된 패턴(34b)의 체적의 차가 미소(微小)하면, 얻어지는 라인 프로파일의 형상의 변화도 미소하게 되기 때문에, 라인 프로파일에 의거해서 패턴의 체적이 변화되어 있는지를 평가하는 것이 곤란하게 된다. 그래서, 본 실시형태에 있어서는, 계측 전에 미리 패턴 표면 상에 금속막(37)을 형성하고, 패턴으로부터 얻어지는 신호량을 증가시킴으로써, 보다 미세한 체적 변화를 검지한다.
도 16의 (b)는, 패턴(34b) 표면에 금속막(37)을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다. 금속막(37)은, 퇴적 장치(3)를 이용해서, 증착이나 원자층 퇴적법 등의 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
<패턴 평가 방법>
본 실시형태의 패턴 평가 방법은, 우선, 시료의 표면에 금속막(37)을 형성하는 공정을 실시하고, 그 후는 제1 실시형태의 패턴 평가 방법(도 9)과 마찬가지로, 각 공정을 실시할 수 있다.
또한, 반도체 제품(시료)의 제조 공정에 있어서, 매몰되어 있는 패턴의 표면에도 금속막을 도포하거나, 혹은 패턴의 내부에 금속을 도프시킴으로써, 내부 패턴으로부터의 신호량을 증가시키고, 보다 미세한 체적 변화를 검지하는 것도 가능하다.
최근, 미세 디바이스의 추가적인 고성능화를 위하여, 게이트 재료로서 금속을 이용하는 메탈게이트가 주목받고 있다. 게이트 재료를 금속 재료로 함에 의해, 전자빔이 게이트를 통과했을 때에 발생하는 신호량이 증폭하기 때문에, 라인 프로파일의 특징량을 이용해서 미소한 체적 변화를 검지할 수 있다. 이와 같이, 패턴 표면에 금속막을 도포하는 경우뿐만 아니라, 패턴의 주위가 금속 재료인 경우에 있어서도, 보다 미세한 체적 변화를 검지할 수 있다.
<기술적 효과>
이상과 같이, 제3 실시형태의 패턴 평가 시스템은, 시료 표면에 금속막(37)을 형성하기 위한 퇴적 장치(3)를 구비하고, 패턴 표면에 금속막을 도포하는 공정을 실시한다. 이것에 의해, 패턴으로부터 얻어지는 신호량을 증가시킬 수 있고, 패턴의 보다 미세한 체적 변화를 검지하는 것이 가능하게 된다.
[제4 실시형태]
제1 실시형태에 있어서는, 계측 대상의 패턴이 시료 내부에 형성된 수평 나노와이어인 예에 대하여 설명했지만, 제4 실시형태에 있어서는, 시료에 형성된 홀 패턴의 체적의 변화를 검지한다.
<시료>
도 17은, 제4 실시형태에 있어서의 시료의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 17의 (a)는, 홀 패턴(44a)의 단면도를 나타내고, 도 17의 (b)는, 홀 패턴(44b)의 단면도를 나타내고 있다. 도 17의 (a)에 나타내는 바와 같이, 홀 패턴(44a)은, 직경이 균일하게 형성된 이상적인 패턴인 것에 대하여, 도 17의 (b)에 나타내는 바와 같이, 홀 패턴(44b)은, Z방향 중간부에 있어서 직경이 넓어져 있다. 예를 들면 3D-NAND의 제조에 있어서, 드라이 에칭 등에 의해 적층체에 홀 패턴을 형성하는 공정에서, 홀 패턴의 표면의 형상이나 에칭 가스의 입사 각도가 불균일하게 되면, 도 17의 (b)의 홀 패턴(44b)과 같이 내부에 보잉 등의 체적 변화가 발생해 버린다.
도 17의 (c)는, 홀 패턴(44a)이 형성된 개소를 촬상한 SEM 화상(45a)을 나타내고, 도 17의 (d)는, 홀 패턴(44b)이 형성된 개소를 촬상한 SEM 화상(45b)을 나타내고 있다. 도 17의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 시료의 위쪽으로부터의 SEM 화상(45a 및 45b)에 있어서는, 시료 표면에 있어서의 홀 패턴(44a 및 44b)의 형상을 관찰할 수는 있지만, 내부의 형상을 관찰할 수 없다.
<패턴 평가 시스템>
그래서, 본 실시형태에 있어서, 계측 전에 미리 홀 패턴의 내부를 금속 재료로 채우고, SEM 화상을 취득하고, 라인 프로파일을 추출한다. 금속 재료를 충전함으로써 얻어지는 신호량을 크게 할 수 있고, 이것에 의해, 홀 패턴의 미세한 체적 변화를 검지할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 패턴 평가 시스템은, 시료에 형성된 홀 패턴을 금속 재료로 충전하기 위한 충전 장치를 더 구비한다. 도 17의 (e)는, 홀 패턴(44b) 및 충전 장치(9)를 나타내는 도면이다. 도 17의 (e)에 나타내는 바와 같이, 충전 장치(9)는, 예를 들면 홀 패턴(44b)의 위쪽에 배치된다.
<패턴 평가 방법>
도 18은, 제4 실시형태에 따른 패턴 평가 방법을 나타내는 플로우차트이다. 우선, 스텝 S41에 있어서, 유저는, 충전 장치(9)를 이용해서, 홀 패턴의 내부를 금속 재료로 채운다. 이것에 의해, 홀 패턴 내부의 금속 재료의 체적에 대한 정보를 포함한 라인 프로파일을 취득하는 것이 가능하게 된다. 스텝 S42∼S52는, 제1 실시형태의 패턴 평가 방법(도 9)에 있어서의 스텝 S1∼S11과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
또, 본 실시형태에 있어서 홀 패턴에 충전되는 재료는, 금속 재료로 한정되지 않으며, 그 밖의 재료여도 된다.
<기술적 효과>
이상과 같이, 제4 실시형태에 있어서는, 홀 패턴에 금속 재료를 충전하고, 그 SEM 화상으로부터 라인 프로파일을 추출하고, 특징량을 산출해서 홀 패턴의 체적 변화를 평가한다. 이와 같이, 홀 패턴의 체적 변화를 평가하고, 그 결과를 에칭 장치나 노광 장치에 피드백함으로써, 제조 공정의 수율 향상에도 공헌할 수 있다.
[제5 실시형태]
<패턴 평가 시스템>
제1 실시형태에 있어서는, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)에 의해 시료(112)를 촬상한 SEM 화상을 이용해서, 시료(112)에 형성된 패턴의 체적 변화를 검지하는 예를 설명했다. 제5 실시형태에 있어서는, 미리 취득 완료한 SEM 화상을 이용해서, 오프라인으로 패턴의 체적 변화를 검지하는 예에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태의 패턴 평가 시스템은, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)을 갖지 않고, 취득 완료한 SEM 화상에 의거해서 패턴의 성상의 평가를 행하는 점에서, 제1 실시형태와 서로 다르다.
도 19의 (a)는, 제5 실시형태에 따른 컴퓨터 서브시스템(602)의 기능 블록도이다. 도 19의 (a)에 나타내는 바와 같이, 컴퓨터 서브시스템(602)은, 휘도 평가부(603), 연산부(604), 메모리부(605), 표시부(606) 및 입력부(607)를 구비한다. 휘도 평가부(603) 및 연산부(604)는, CPU나 MPU 등의 프로세서에 의해 구성할 수 있다.
휘도 평가부(603)는, SEM 화상 기억부(601)로부터 취득 완료한 SEM 화상을 수신하고, 휘도값의 라인 프로파일을 추출하고, 연산부(604)에 출력한다. SEM 화상 기억부(601)는, 컴퓨터 서브시스템(602)에 의해 액세스 가능한 데이터베이스나 데이터센터 등이고, 과거에 취득한 SEM 화상을 저장한다.
연산부(604), 메모리부(605), 표시부(606) 및 입력부(607)에 대해서는, 제1 실시형태(도 3의 (a))의 컴퓨터 서브시스템(502)의 연산부(504), 메모리부(505), 표시부(506) 및 입력부(507)와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
도 19의 (b)는, 제5 실시형태에 따른 컴퓨터 서브시스템(612)의 기능 블록도이다. 컴퓨터 서브시스템(612)은, 컴퓨터 서브시스템(602)과 도시하지 않은 네트워크에 의해 접속되어 있다. 컴퓨터 서브시스템(612)은, 기준 화상 생성부(611), 휘도 평가부(613), 연산부(614), 메모리부(615), 표시부(616) 및 입력부(617)를 구비한다. 휘도 평가부(613) 및 연산부(614)는, CPU나 MPU 등의 프로세서에 의해 구성할 수 있다.
기준 화상 생성부(611)는, 이상적인 패턴의 SEM 화상인 기준 SEM 화상을 생성하고, 휘도 평가부(613)에 출력한다. 기준 SEM 화상은, 예를 들면, 유저에 의해 입력부(617)로부터 입력된 이상적인 패턴의 정보(설계값 등)를 이용한 시뮬레이션에 의해, 기준 SEM 화상을 생성한다. 혹은, 기준 화상 생성부(611)는, SEM 화상 기억부(601)로부터 복수의 SEM 화상을 수신하고, 가장 이상적인 패턴에 가까운 SEM 화상을 기준 SEM 화상으로 해도 된다.
휘도 평가부(613), 연산부(614), 메모리부(615), 표시부(616) 및 입력부(617)에 대해서는, 제1 실시형태(도 3의 (b))의 컴퓨터 서브시스템(512)의 연산부(514), 메모리부(515), 표시부(516) 및 입력부(517)와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
<패턴 평가 방법>
본 실시형태의 패턴 평가 방법에 있어서는, 제1 실시형태(도 9)에 있어서 설명한 스텝 S1∼S4를 실시하지 않고, 스텝 S5에 있어서, 컴퓨터 서브시스템(602)이 SEM 화상 기억부(601)로부터 SEM 화상을 수신한다. 그 밖의 스텝은 제1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
<기술적 효과>
이상과 같이, 제5 실시형태의 패턴 평가 시스템에 있어서는, 미리 취득 완료한 SEM 화상으로부터 라인 프로파일의 특징량을 취득하고, 기준 라인 프로파일의 특징량(기준값)과의 차분을 산출하고, 패턴의 성상을 평가하는 구성을 채용하고 있다. 이것에 의해, 하전 입자빔 조사 서브시스템(101)을 필요로 하지 않기 때문에, 패턴 평가 시스템의 대형화를 피할 수 있다.
[제6 실시형태]
<패턴 평가 시스템>
제1 실시형태에 있어서는, 계측 대상의 패턴이 시료 내부에 형성된 수평 나노와이어이고, 내부의 수평 나노와이어의 체적 변화를 검지하는 예에 대하여 설명했지만, 제6 실시형태에 있어서는, 시료에 형성된 주상 패턴에 대하여 밀도의 변화를 검지한다.
<시료>
도 20은, 제6 실시형태에 따른 계측 대상의 주상 패턴의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 20의 (a)는, 이상적인 주상 패턴(64a)을 나타내고, 도 20의 (b)는, 내부에 공동(67)이 발생한 주상 패턴(64b)을 나타내고 있다. 주상 패턴(64a)과 주상 패턴(64b)은, 형상(크기)은 대략 동일하지만, 주상 패턴(64b)에 공동(67)이 존재함에 의해, 밀도(체적)가 다르다.
도 21은, 주상 패턴(64a 및 64b)에 대하여, 시뮬레이션으로 산출한 라인 프로파일(66a 및 66b)을 나타내는 도면이다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 이상적인 주상 패턴(64a)으로부터 얻어진 라인 프로파일(66a)과, 공동이 있는 주상 패턴(64b)으로부터 얻어진 라인 프로파일(66b)을 비교하면, 라인 프로파일의 피크부분에 있어서, 휘도가 가장 높은 부분에 프로파일 형상의 차이가 있는 것을 알 수 있다. 라인 프로파일(66b)은, 라인 프로파일(66a)과 비교해서, 피크의 높이가 낮게 되어 있다.
제1 실시형태(도 4∼6)에 있어서 설명한 바와 같이, 이상적인 패턴(4a)에 대해서, 패턴(4b)과 같이 내부 패턴의 체적이 작게 되어 있을 경우에, 패턴(4b)의 라인 프로파일(6b)의 형상이 패턴(4a)의 라인 프로파일(6a)의 형상보다도 전체적으로 작게 되어 있다.
한편, 도 21에 나타내는 바와 같이, 이상적인 패턴의 형상(치수)과, 계측 대상의 패턴의 형상(치수)이 대략 동일하며 밀도가 서로 다른 경우는, 전자빔이 통과하는 패턴의 크기(표면적)는 대략 동일하기 때문에, 얻어지는 라인 프로파일의 형상은, 패턴의 에지에 상당하는 개소의 기울기가 패턴의 톱까지 거의 같은 것을 알 수 있었다. 이와 같이, 패턴의 크기(체적)가 변화되어 있는 경우(제1 실시형태)와, 패턴의 밀도가 변화되어 있는 경우(제6 실시형태)에서는, 라인 프로파일의 형상의 변화의 방식이 서로 다른 것을 알 수 있다.
이와 같이, 라인 프로파일의 형상 및 피크 높이를 이상적인 패턴의 기준 라인 프로파일과 비교함으로써, 패턴의 체적이 변화되어 있는지, 혹은 밀도가 변화되어 있는지를 추정할 수 있다.
또한, 라인 프로파일의 특징량으로서 피크폭이나 피크 형상에 근사한 피팅 함수의 기울기를 산출하고, 기준 라인 프로파일과 비교함으로써, 패턴의 체적이 변화되어 있는지, 혹은 밀도가 변화되어 있는지를 판단하도록 해도 된다. 또, 라인 프로파일의 피크폭을 복수의 피크 높이에 있어서 산출하고, 기준 라인 프로파일의 각 피크 높이에 있어서의 피크폭과 비교해도 된다.
또한, 라인 프로파일의 특징량으로서, 피크 면적, 피크폭, 피크 높이, 피크의 피팅 함수의 기울기 중 어느 하나, 혹은 둘 이상을 산출하고, 패턴의 성상(형상, 체적, 밀도 등)을 해석해도 된다. 이 경우, 메모리부(505)에는, 라인 프로파일의 특징량의 조합으로부터 패턴 성상에 어떠한 변화가 발생하고 있는지를 판단하기 위한 데이터가 기억되어 있다.
관찰한 패턴의 라인 프로파일의 특징량과, 기준 라인 프로파일의 특징량의 차가 작고, 패턴의 체적이 변화되어 있는지 밀도가 변화되어 있는지를 판단할 수 없는 경우는, 패턴을 절단한 단면을 투과형 전자현미경(TEM)이나 원자간력현미경(AFM) 등의 관찰 장치로 관찰하면 된다.
이와 같이, 제품의 제조 공정에 있어서 형성된 패턴에 체적 변화가 발생했는지, 밀도 변화가 발생했는지를 특정하고, 그 원인으로 된 제조 장치에 피드백함으로써, 제품의 수율을 향상할 수 있다.
<기술적 효과>
이상과 같이, 제6 실시형태에 있어서는, 패턴의 라인 프로파일의 형상 및 피크 높이와, 기준 라인 프로파일의 형상 및 피크 높이를 비교한다. 이것에 의해, 패턴의 치수가 변화되어 있지 않은 경우에 있어서도, 패턴의 밀도의 변화를 검지할 수 있다. 따라서, 제조 공정에 있어서 밀도의 불균일이 발생한 개소나 원인을 특정해서, 제조 공정을 관리할 수 있다.
[변형예]
본 개시는, 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예를 포함하고 있다. 예를 들면, 전술한 실시형태는, 본 개시를 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비할 필요는 없다. 또한, 어느 실시형태의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환할 수 있다. 또한, 어느 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더할 수도 있다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 실시형태의 구성의 일부를 추가, 삭제 또는 치환할 수도 있다.
1, 2 : 패턴 평가 시스템 3 : 퇴적 장치
4, 14, 24, 34, 44, 64 : 패턴 5, 45 : SEM 화상
6, 16, 66 : 라인 프로파일 9 : 충전 장치
27 : 웨이퍼 28 : 게이트
31 : 웨이퍼 37 : 금속막
67 : 공동
100, 502, 512, 602, 612 : 컴퓨터 서브시스템
101 : 하전 입자빔 조사 서브시스템(주사형 전자현미경)
102 : 전체 제어부 103 : 신호 처리부
104 : 입출력부 105 : 메모리부
106 : 전자총 107 : 전자빔
108 : 집속 렌즈 109 : 집속 렌즈
110 : 편향기 111 : 대물 렌즈
112 : 시료 113 : 스테이지
114 : 방출 전자 115 : 편향기
116 : 검출 교축부 117 : 반사판
118 : 삼차전자 119 : 검출기
120 : 삼차전자 121 : 검출기
123 : 편향기 130 : 셔터
131 : 블랭킹 편향기 132 : 블랭킹용 전극
200 : 네트워크 500 : SEM 화상 기억부
501 : SEM 화상 생성부 503, 513, 603, 613 : 휘도 평가부
504, 514, 604, 614 : 연산부 505, 515, 605, 615 : 메모리부
506, 516, 606, 616 : 표시부 507, 517, 607, 617 : 입력부

Claims (16)

  1. 시료의 내부에 형성된 패턴의 성상(性狀)을 평가하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리로부터, 상기 프로그램을 판독해서 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 컴퓨터 서브시스템을 구비하고,
    상기 패턴은, 상기 시료 표면에 대하여 깊이 방향을 Z축으로 한 경우, 동일 Z축상으로 매설된 복수의 패턴의 하방, 혹은 상기 시료 표면에 대하여 높이 방향의 하부인 것과,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 시료의 화상을 취득하는 처리와,
    상기 화상으로부터 신호 파형을 추출하는 처리와,
    상기 신호 파형의 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하는 처리와,
    상기 특징량과, 상기 특징량의 기준값을 비교하는 처리와,
    상기 비교하는 처리에 있어서의 비교 결과에 의거해서, 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특징량은, 상기 신호 파형의 상기 소정의 영역에 있어서의 면적, 높이, 폭 및 기울기 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은, 상기 패턴의 성상으로서 상기 패턴의 체적 및 밀도 중 어느 1 이상을 평가하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은, 상기 패턴의 성상을 평가하는 처리에 있어서, 상기 특징량과 상기 기준값의 차분에 의거해서, 상기 패턴의 성상을 평가하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 파형은, 상기 화상의 휘도값의 라인 프로파일인 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    이상적인 패턴의 설계 데이터에 의거한 시뮬레이션에 의해, 상기 이상적인 패턴의 신호 파형의 특징량을 산출하고, 상기 기준값으로 하는 처리를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 시료의 복수의 계측점에 있어서의 화상으로부터 각각 신호 파형을 추출하는 처리와,
    각각의 상기 신호 파형에 대하여 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하는 처리와,
    복수의 상기 특징량의 평균값을 산출하고, 상기 평균값에 가장 가까운 상기 특징량을 상기 기준값으로 하는 처리를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 패턴의 성상이 기지(旣知)의 개소에 있어서의 상기 신호 파형의 특징량을 상기 기준값으로 하는 처리를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 시료의 복수의 계측점에 대하여 상기 특징량과 상기 기준값을 비교해서 복수의 비교 결과를 취득하는 처리와,
    상기 복수의 비교 결과로부터, 상기 시료 내에 있어서 상기 패턴의 성상이 변화되어 있는 개소를 특정하는 처리를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    상기 특징량과 상기 기준값의 비교 결과에 의거해서, 상기 패턴이 제조 사양을 충족시키고 있는지를 판단하는 처리를 더 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 평가 시스템은, 상기 컴퓨터 서브시스템에 의해 제어되는 하전 입자빔 조사 서브시스템을 더 구비하고,
    상기 하전 입자빔 조사 서브시스템은,
    하전 입자빔을 상기 시료에 조사하는 하전 입자원과,
    상기 하전 입자빔을 편향해서 상기 시료 상(上)을 주사하는 편향기와,
    상기 하전 입자빔의 조사에 의해 상기 시료로부터 방출되는 방출 입자를 검출하는 검출기를 갖고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은, 또한, 상기 검출기의 검출 신호에 의거해서 상기 화상을 생성하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시료는, 깊이 방향으로 배열한 복수의 상기 패턴을 갖고,
    상기 하전 입자빔 조사 서브시스템은, 상기 하전 입자원 및 상기 편향기에 의해 상기 복수의 패턴을 포함하는 영역에 상기 하전 입자빔을 조사해서, 상기 검출기에 의해 상기 영역으로부터의 상기 방출 입자를 검출하고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은, 상기 검출기의 검출 신호에 의거해서 상기 화상을 생성하는 처리와, 상기 복수의 패턴의 성상을 평가하는 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 시료는, 깊이 방향으로 배열한 복수의 상기 패턴을 갖고,
    상기 컴퓨터 서브시스템은,
    제1 가속 전압으로 상기 하전 입자빔을 상기 시료에 조사해서 얻어진 검출 신호에 의거해서, 제1 화상을 생성하고, 상기 제1 화상으로부터 제1 신호 파형을 추출하는 처리와,
    제2 가속 전압으로 상기 하전 입자빔을 상기 시료에 조사해서 얻어진 검출 신호에 의거해서, 제2 화상을 생성하고, 상기 제2 화상으로부터 제2 신호 파형을 추출하는 처리와,
    상기 제1 신호 파형과 상기 제2 신호 파형의 차분인 제3 신호 파형을 취득하는 처리를 더 실행하고,
    상기 특징량을 산출하는 처리에 있어서, 상기 제3 신호 파형의 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하고,
    상기 비교하는 처리에 있어서, 상기 제3 신호 파형의 상기 특징량과 상기 기준값을 비교하고,
    상기 패턴의 성상을 평가하는 처리에 있어서, 상기 깊이 방향의 소정의 위치에 있는 상기 패턴의 성상을 평가하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 시료의 표면에 금속막을 형성하는 퇴적 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 패턴이 상기 시료에 설치된 홀 패턴이고,
    상기 홀 패턴에 제1 재료를 충전하는 충전 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 시스템.
  16. 내부에 패턴이 형성된 시료의 화상을 취득하는 것과,
    상기 패턴은, 상기 시료 표면에 대하여 깊이 방향을 Z축으로 한 경우, 동일 Z축상으로 매설된 복수의 패턴의 하방, 혹은 상기 시료 표면에 대하여 높이 방향의 하부인 것과,
    상기 화상의 신호 파형을 추출하는 것과,
    상기 신호 파형의 소정의 영역에 있어서의 특징량을 산출하는 것과,
    상기 특징량과, 상기 특징량의 기준값을 비교해서, 상기 패턴의 성상을 평가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 평가 방법.
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