JP2007101288A - 走査プローブ顕微鏡を用いた試料測定における測定条件設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査プローブ顕微鏡を用いて、凹凸形状を有する試料（特に急峻なエッジを有する試料）を測定する際には、ユーザによる測定パラメータの設定により、測定形状に誤差が発生する場合がある。本発明は、ユーザの判断によって測定パラメータを設定することなく、容易に、適切な各測定パラメータを設定することができる手法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明では、走査プローブ顕微鏡を用いた試料測定において、スキャン速度、フィードバックゲイン、接触力等の各測定パラメータを変化させて実際の測定対象を測定し、その測定形状から得られた特徴量を用いて適切な測定パラメータを設定する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡を用いた試料測定における測定パラメータ調整方法、段差計測方法、ＣＤ・断面計測方法、走査プローブ顕微鏡、及び半導体デバイス製造方法に関する。

微細立体形状の計測技術の一つとして、走査探針顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が知られている。これは、先鋭化された探針（プローブ）を、試料表面に近接もしくは接触させ、その際、探針と試料間に生じる原子間力等の物理的な相互作用の計測量を画像として表示するものである。

その中のひとつであるＡＦＭ（Atomic Force Microscope）は、カンチレバーと呼ばれる微小な片もち梁（板ばね）の先端にとりつけられた探針と試料の間に働く原子間力、つまり探針・試料間の接触力を、カンチレバーのたわみによる変位量によって検出し、これが一定になるように制御しながら試料表面を走査することにより、試料表面の微細形状を計測する技術である。

ＡＦＭは、生物、物理、半導体、ストレージ等の多岐の分野に亘って広く用いられている。特に半導体およびストレージの分野においては、パターンの微細化が年々進んでいるため、微細立体形状を原子オーダーで測定できる技術としてＡＦＭへの期待が高まっている。

ＡＦＭの探針走査の方式としては、幾つかの方式が一般に知られており、それそれ測定の目的によって使い分けられる。最も一般的な走査方式であるコンタクトスキャンは、探針を常に測定試料に接触させた状態で走査を行う方式で、主にナノのオーダーで平坦な試料の測定に用いられる。

これに対して、高アスペクト比を有するパターンの測定には、高アスペクトパターンに適した以下の測定方式が用いられる。一つは特許文献１に開示されているサイクリックコンタクトと呼ばれている方式で（以下、サイクリックコンタクト）あり、カンチレバーを共振点近傍の振動数で振動させ、探針が試料に接触した際のカンチレバーの振動振幅（セットポイント）が一定になるように制御をしながら走査していく方式である。これは、探針走査の際、探針が試料に断続的に接触し、コンタクト測定のように探針が試料を連続的に引きずることがないため、軟脆試料および探針へのダメージが軽減される。

また、高アスペクトパターンの測定に非常に有効な測定方式として、特許文献２に開示されている方式が挙げられる。こちらは、探針走査の際に探針を試料から完全に引き離し、次測定点まで移動した後、探針を試料に再接近させて測定を行う方式である。

これらは、いずれも、探針を試料に断続的に接触させることを特徴とした測定方式であるが、サイクリックコンタクト方式の場合、探針が試料に対して動的接触をした状態で測定するのに対し、特許文献２に開示される方式は探針が試料に対して静的接触をした状態で測定する点が異なる。こちらの方式では、探針走査の際に探針が試料を全く引きずることがなく、さらに測定点でのみ探針が試料に接触するため、上記方式に比べてさらに探針の試料への接触回数が少なく、軟脆試料および探針へのダメージが少ない。また、探針を引きずらないために段差部での形状を忠実に計測できるという利点がある。

また、特許文献３には、走査プローブ顕微鏡による測定にあたり、測定パラメータの最適化のために事前スキャン（計測）を行ない、パラメータの設定を行うことが示されている。特許文献３に記載の発明では、モニター画面上に試料ラインプロファイルを表示しているが、操作者がプロファイルの形状を見ながら判断して測定パラメータ値を変更することが必要である。
また、特許文献４には、走査プローブ剣舞鏡の測定パラメータの最適化設定手段を、パターンの識別情報に分類されたパラメータデータベースからの選択・設定により行うことが示されている。特許文献４に記載の発明では、事前測定は行っていない。
特開平１１−３５２１３５号公報 特開２００１−３３３７３号公報 特開２００５−１８８９６７号公報 特開２００３−１４６１０号公報

前記測定方式を用いて高アスペクトのパターンを測定する際には、探針と試料間の接触力とスキャン速度の設定が非常に重要となってくる。その理由は、探針と試料間の接触力が大きいと、急峻な勾配を持つパターンを測定する場合に探針がすべりを生じ、形状精度が悪化するからである。ただし、接触力を必要以上に小さくして測定した場合、スキャン速度を小さくする必要が生じるため、測定時間が大幅に長くなってしまう。測定時間が長くなると外乱の影響を受けやすくなるとともに、測定の効率が悪くなるという問題が生じる。

最初にサイクリックコンタクト方式について説明する。
この方式の接触力はカンチレバーを加振させた加振振幅からの減衰量（セットポイント）の設定によって決定される。例えばセットポイントを自由振幅に近い振幅に設定した場合をセットポイントＡ、自由振幅に比べて十分小さい振幅に設定した場合をセットポイントＢとすると、セットポイントＡは振動振幅が自由振動に近いため、探針がサンプル表面に与えるエネルギーは小さく接触力は小さくなる。逆にセットポイントＢでは探針がサンプル表面に与えるエネルギーが大きく、接触力は大きくなる。

また、セットポイントＡ，Ｂそれぞれにおける振動振幅変化の応答性についてみてみると、セットポイントＡはセットポイントＢに比べて同じ量の振幅変化ΔＸにかかる時間が長く、振幅変化の応答性が遅くなることがわかる。つまり、接触力を大きくした場合、試料形状変化に対する応答性は速く、接触力を小さくした場合は、試料形状変化に対する応答性は遅いことになる。

以上のことを踏まえた上で、凸パターンを測定する場合を考える。
接触力を大きくして測定した場合、スキャン速度を速くすることが可能であるが、探針がパターンのエッジ部ですべりを生じてしまうため、凸パターンは、実際より急峻な形状として測定されてしまう。一方、接触力が小さい場合、低い所から高い所へ変化するサンプルの形状に対しては、カンチレバーの振幅は物理的な現象ですぐに減少するため、適切な接触力で測定した場合と比べて形状に顕著な違いはみられない。ただし、高い所から低い所へと続く形状に対しては、形状変化に対する応答性が遅くなるため、スキャン速度に対してカンチレバーの振動振幅変化が追いつかない場合、測定形状は実際の形状よりもなだらかな形状４０３として測定されてしまう。このためスキャン速度を大幅に小さくする必要があり、測定時間が長くなってしまうことになる。

次に、特許文献２で開示されている方式では、探針を試料に接近させる際、探針と試料間の接触力が設定接触力になるように接触力サーボ制御を行う。接触力を大きくした場合は、探針が試料へ接触する前の接触力偏差が大きくなるため、制御のフィードバック量が大きくなり、探針の試料への接近速度は速くなる。逆に接触力が小さい場合、接触力偏差が小さくなるため、制御のフィードバック量は小さくなり、接近速度は遅くなる。

この方式においても、接触力を大きくした場合、サイクリックコンタクト方式と同様に探針がパターンエッジ部ですべりを生じてしまうため、測定形状は実際の形状よりも急峻な形状として測定されてしまう。逆に接触力が小さいと接近速度が遅くなるため、スキャン速度が速く、探針が試料に接触して設定接触力に達することができない場合、左右のエッジとも実際の形状に比べてなだらかな形状５０３として測定されてしまうことになる。

これらのことから、高アスペクトパターンを測定する場合、上記二つの方式に共通する問題点が生じる。つまり、接触力を大きくした場合、スキャン速度を上げることは可能であるが、探針がパターンエッジ部においてすべりを生じる可能性が大きく、形状精度が悪くなるとともにサンプルに与えるダメージも大きくなる。逆に接触力を小さくした場合、パターンエッジ部における探針のすべりを軽減でき、サンプルに与えるダメージも小さくできるが、スキャン速度を遅くしないと形状変化に対して応答が追いつかなくなり、接触力を大きくした場合と同様、実際の形状と異なった形状が測定されしまうことになる。また、これらの現象は制御のフィードバックゲインの値によっても変わってくる。

以上のように、高アスペクトパターンの測定においては、測定の際の接触力、スキャン速度、フィードバックゲインによって、また、測定パターンの凹凸の大きさの他、探針の材質や形状にも関係して、測定形状に誤差を生じる場合がある。
そして、ユーザの判断による測定パラメータの設定により、測定形状に誤差が発生する場合があるため、一般のユーザが自ら判断して最適なパラメータの値を設定することは困難となっている。

本発明は、ユーザの判断によって測定パラメータを設定することなく、測定形状の誤差を抑えることができ、高精度かつ高効率な測定が可能となる適切な各測定パラメータを、容易に設定することができる手法を提供することを目的とする。

本発明では、走査プローブ顕微鏡を用いたパターン形状測定において、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量、例えば、実測定形状の変化の傾向を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整することを特徴とする。

本発明では、各測定パラメータを変化させて実際の測定対象を測定し、その測定形状の解析結果を基に適切な測定パラメータを設定するため、形状誤差を最小限に抑えることができ高精度かつ高効率な測定が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１ａ，図１ｂには、本発明が適用されるＡＦＭの測定方式の例を示す。
図１ａは、ＡＦＭの一つであるサイクリックコンタクト方式を示している。サイクリックコンタクト方式では、カンチレバー１０１を共振点近傍の振動数で振動させ、探針が試料１０２に接触した際のカンチレバーの振動振幅（セットポイント）が一定になるように制御をしながら走査していく。これは、探針走査の際、探針が試料に断続的に接触し、コンタクト測定のように探針が試料を連続的に引きずることがないため、軟脆試料および探針へのダメージが軽減される。

また、高アスペクトパターンの測定に非常に有効な測定方式として、図１ｂに示されている方式がある。こちらは、探針走査の際に探針１０３を試料から完全に引き離し、次測定点まで移動した後、探針１０３を試料１０２に再接近させて測定を行う方式である。
なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。

本発明の実施例１として、本発明を、上記図１ａに示されるサイクリックコンタクト方式を用いたコンタクトホールの深さ測定に適用した例を示す。深さ測定の場合、スキャン速度に対して試料変化への応答が遅いと探針が穴底まで到達せず正しい深さを得ることができない。穴の深さを測定する場合、探針のホール側壁での滑りは測定値に影響を与えないため、探針−試料間の接触力は試料にダメージを与えないぎりぎりまで大きくし、スキャン速度とフィードバックゲインを調整する方法が効率的である。

フィードバックゲインとスキャン速度の関係は、フィードバックゲインを大きくすると、試料形状変化に対する応答が速くなり、スキャン速度を大きくすることが可能となるが、フィードバックゲインを過度に大きくした場合、制御系が発振し、正確な測定ができなくなる。

図２には、パラメータ設定の処理の流れを示す。
まず、任意のスキャン速度に対してフィードバックゲインを変化させ、その際の深さ６０１（以下で深さＨ：図３ａ参照）を測定する（処理Ｓ１）。深さを測定する箇所は、コンタクトホール内のどの部分でも問題ないが、本実施例ではコンタクトホール径の中央部とする（図３ａ）。

図４に、あるスキャン速度におけるフィードバックゲインと測定されたホール深さの関係について示す。フィードバックゲインが小さすぎると、形状の変化に対してカンチレバーの振幅変化の応答が追いつかないため図３ｂに示すように探針が穴底まで到達できず、深さＨは小さく測定される。フィードバックゲインを大きくすると応答が速くなるため、徐々に探針が穴底に近づいて深さＨが大きくなり（図４の７０５）、応答が試料変化に完全に追従できるフィードバックゲイン７０１よりも大きくなると探針が穴底まで到達し、深さＨは一定値７０４に落ち着く（図４の７０６）。この深さＨが一定値７０４に落ち着くフィードバックゲイン７０１で測定を行うことによって、測定対象の深さを正しく測定することができる。

次に処理１と同様の処理を、スキャン速度を一定間隔で変化させながら行う（処理Ｓ２）。これによって、各スキャン速度で深さを正しく測定できるためのフィードバックゲインを決定することが可能となる。ただし、スキャン速度を大きくしていくと、深さＨが一定値に落ち着く前のフィードバックゲイン７０３で制御系が発振してしまう場合が生じる（図３ｂ）。その場合、そのスキャン速度での測定は実現できないことになる。よって本方法によって対象パターンの深さを測定する際に実現可能な最大のスキャン速度とフィードバックゲイン７０２を求めることが可能となる。

また、本パラメータ設定方法を図１ｂに示されている方式に適用することも可能である。この場合も、上に述べた方法と同様の方法でスキャン速度を変化させ、その際の深さＨの変化からスキャン速度とフィードバックゲインの組み合わせを求めることが可能となる。

また、本実施例ではコンタクトホールの深さ測定を測定例として用いたが、その他のパターンの深さ、もしくは段差測定にも本方式が適用できることは自明である。なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。また、測定パラメータも、スキャン速度やフィードバックゲインに限らず、走査プローブ顕微鏡の他の測定パラメータを用いることができる。

実施例２として、本発明を、上記サイクリックコンタクト方式を用いた半導体パターンのＣＤ（Critical Dimension）測定に適用した例を示す。ＣＤ測定の場合は、パターンエッジ間の幅の測定を行うため、パターンエッジ部での探針の滑りを考慮する必要がある。よって測定パラメータとして探針−試料間の接触力も考慮に入れる必要がある。この場合の測定パラメータの設定方法を以下に示す。また、パラメータ調整の処理の流れを図５に示す。

最初の処理として、実施例１で示した方法と同様に接触力を固定し、任意のスキャン速度に対してフィードバックゲインを変化させる（処理Ｓ１）。ＣＤ測定の場合は、パターン凸部のエッジ間の幅が測定箇所となるため、これを評価の指標として用いる。また、指標に用いる幅の位置は探針がパターンの底まで到達しているかを確認するため、測定された形状の底面の幅９０１（以下、幅Ｗ）とする。

図７に、あるスキャン速度におけるフィードバックゲインと測定されたエッジ幅の関係について示す。この場合もフィードバックゲインが小さい場合は、試料変化に対する応答が遅れてしまうため高い所から低い所へ変化する形状は実際の形状に比べてなだらかに測定され、幅Ｗは大きく測定される。フィードバックゲインを大きくしていくと試料変化に対する応答が速くなるため測定形状は実形状に近くなって幅９０１は小さく変化し（図７の１００６）、応答が試料変化に完全に追従できるフィードバックゲイン１００１よりも大きくなると、幅Ｗは一定値１００４に落ち着く（図７の１００５）。

次に処理１と同様の処理を、スキャン速度を一定間隔で変化させながら行う（処理２）。スキャン速度が速すぎた場合、幅Ｗが一定値に落ち着く前のフィードバックゲイン１００３で探針が発振してしまうため、そのパターンを測定する際に実現可能な最大スキャン速度とフィードバックゲイン１００２を求めることが可能となる。

また、幅Ｗが一定値に落ち着いた場合も、探針がエッジ部で滑りを生じている場合、正確な値ではない。よって、次の処理として接触力を一定間隔で変化させ、処理１、２の処理を繰り返す（処理３）。処理３では探針の段差エッジ部に対する滑りを評価するため、評価の指標とする幅Ｗの位置は凸断面で数箇所（例えば、凸形状のトップ９０３、ミドル９０２、ボトム９０１）とって評価するのが望ましい。

ここで、処理３で変化させた各接触力において、実現可能な最大スキャン速度で測定される幅Ｗの値をグラフにプロットすると、探針が試料に対して滑りを生じている接触力では幅の値は小さく測定される。接触力と測定されたエッジ幅の関係について図８に示す。

接触力を小さくしていくと探針の滑りが小さくなるため幅Ｗは序々に大きくなり、接触力がある一定以下になると探針が試料に対して滑りを生じなくなり、幅Ｗの値はほぼ一定値に落ち着く。図８の１１０１、１１０２、１１０３に示すように、幅Ｗを測定する位置によって滑りを生じない接触力には違いが生じるが、評価対象とした数箇所の幅Ｗすべての値が安定し、探針がエッジ部で滑りを生じない安定な接触力を求めることによって、幅Ｗの値を正確に測定できる測定パラメータの組み合わせを求めることが可能となる。

また、本実施例ではパターン幅の測定を例として用いたが、本パラメータ設定方法を用いることによってパターンエッジ部での滑りがなくエッジ部の正確な測定が可能となるため、本パラメータ設定方法を用いた測定結果を用いて、図９に示す側壁角１３０１を正確に求めることも可能となる。

実施例２に関しても、実施例１と同様、本パラメータ調整方法を特許文献２で開示されている方式に適用することも可能である。この場合も上に述べた方法と同様の方法でスキャン速度、接触力を変化させ、その際の幅Ｗの変化から接触力、スキャン速度、フィードバックゲインの組み合わせを求めることが可能である。

また、本実施例では半導体パターンのＣＤ測定を測定例として用いたが、その他の凸パターンの幅測定に本方式が適用できることは自明である。

なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。また、また、測定パラメータも、スキャン速度やフィードバックゲインや接触力に限らず、走査プローブ顕微鏡の他の測定パラメータ、例えば、接触力に対応した電磁的測定値等を用いることができる。

実施例１、２では測定断面のある特定部分の測定値から測定パラメータの組み合わせを求めた例を示したが、ある領域の形状全体を評価する場合の例を、図１０を用いて説明する。

ある領域の形状全体を評価する方法としては、測定パラメータを変化させた際の形状の類似度を評価する。類似度の評価方法として、本実施例では誤差の二乗和等を用いる。

実施例１もしくは実施例２で示した方法を用いて測定パラメータを変化させ、各測定点１４０１における変化前、変化後の断面位置座標の差１４０２から誤差の二乗和を算出する。次に変化させたパラメータと算出した誤差の二乗和の関係をグラフ上にプロットし、パラメータの変化に対して誤差の二乗和の変化が小さい安定な領域の中から、測定パラメータの組み合わせを選択する。

なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。

本パラメータ調整方法を用いた測定の手順について図１１を用いて説明する。
第１のステップとして、測定パラメータの調整に必要となる各情報を入力する。パラメータ調整に必要な情報としては、許容接触力（最大値）、許容スキャン速度（最小値）、各パラメータの変化量、調整の際の評価指標（幅、高さ、類似度）等が挙げられる。

第２のステップとしてパラメータの調整に用いるの測定領域選択する。パターンが繰り返しであった場合は、測定時間の短縮のため、繰り返しの最小単位領域を指定しても問題ない。

第３のステップでパラメータ設定のための測定を行い、実施例１，２，３で示した方法によって適切なパラメータの設定値の組み合わせを求める。パラメータの変化方法について、以下で説明する。

スキャン速度の場合、第一のステップで入力した許容スキャン速度からそのパターンで実現可能なスキャン速度まで一定の間隔（第一のステップで入力した変化量）で速度を大きくしていく。許容最低スキャン速度自体が実現できなかった場合、速度を小さくしながら実現可能な速度を求める。接触力の場合は、第一のステップで入力した許容接触力から一定間隔（第一のステップで入力した変化量）で接触力を小さくしていく。

第４のステップでは、第三のステップで求めたパラメータ組み合わせの表示および測定パラメータと評価指標の関係を示したグラフの表示を行う。パラメータの表示では推奨のパラメータ組み合わせの表示を行うが、表示したパラメータの組み合わせの中からユーザが設定したい組み合わせを選択することも可能とする。
第５のステップで選択したパラメータの組み合わせを用いて実際の形状測定を行い、測定結果の表示を行う。
なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。

本発明に係るＧＵＩ画面について、図１２を用いて説明する。
（１）入力情報
測定パラメータの調整を行う際に入力する情報について以下で説明する。
調整パラメータ１６０１は、調整を行うパラメータを選択可能とし、選択された各パラメータの許容値およびパラメータを変化させる際の変化量を設定可能とする。

測定対象１６０２は、測定パラメータを設定して測定を行う対象について選択可能とする。評価指標１６０３は、測定パラメータ設定の際の評価項目について選択可能とする。測定箇所１６０５は、測定断面上で評価を行う箇所を選択可能とする。

以下で、測定箇所の指定方法について説明する
（ａ）幅を評価指標とする場合、横バー１６０７で測定位置を指定可能とし（複数指定が可）、矢印１６０８で測定範囲を指定可能とする。この場合、矢印１６０８で挟まれたエッジ１６０９間を、測定を行う幅とする。
（ｂ）深さ（高さ）を評価指標とする場合、２本の縦バー１６１０で段差上部と下部の位置を指定可能とし（複数指定が可）、矢印１６１１で測定範囲を指定可能とする。この場合矢印１６１１で挟まれた段差１６１２間を測定を行う深さとする。
（ｃ）類似度を評価指標とする場合、１６１３で囲まれた測定断面を用いて類似度の算出を行う。

（２）出力情報
測定パラメータの調整の結果、出力する情報について以下で説明する。
測定パラメータ組み合わせ結果１６０４では、調整の結果得られた各測定パラメータの組み合わせ一覧と同時にパラメータ組み合わせの推奨値を表示する。

パラメータと評価指標１６０６では、測定パラメータ調整の結果得られた各測定パラメータの値と評価指標値の値をグラフ表示する。
なお、図１ａ、図１ｂには、走査プローブ顕微鏡の一つであるＡＦＭの２つの方式の具体例を示したが、本発明の測定条件設定方法は、ＡＦＭに限らず、他の走査プローブ顕微鏡に適用可能である。

本発明を備えた走査プローブ顕微鏡の構成例を、図１３を用いて説明する。
装置は測定試料１７０１を載せる試料ステージ１７０２、試料上を走査する探針１７０３、探針をＸＹＺ方向に駆動する探針駆動部１７０４、探針制御に用いる制御信号の検出を行う制御信号検出センサ１７０５、検出センサで検出された制御信号に基づいて探針駆動部に指令を出す走査制御部１７０６、試料ステージの制御および測定シーケンス等の制御を行う全体制御部１７０７、測定結果の記録及び画像処理等を行う、記憶・演算処理部１７０８、記憶・演算処理部での処理結果の表示を行う測定結果表示部１７０９、測定パラメータ調整を行う処理部１７１０から構成される。

本発明における各処理は、処理部１７１０で行われ、処理部１７１０の測定パラメータ調整結果に基づいて測定を行うものとする。尚、上記の構成は一例であり、本発明はこれに限らず、それぞれ一体の処理制御部で構成するようにしてもよく、また、各部の動作を行うことができる構成であれば、どのような構成であってもよい。

本発明を用いた半導体デバイスの製造方法について、図１４を用いて説明する。
図１４は本発明を用いた半導体デバイス製造方法を示す説明図である。図において半導体デバイス製造装置としては、露光装置、現像装置、エッチャー等のプロセス装置１８０３と、本発明の実施方法を備えた装置１８０２から構成され、ウェハ１８０１上にパターンを形成している。

まず、ウェハ１８０１は、複数のプロセス装置１８０３を経てパターンを形成される。そして、パターンが形成され、検査用に抜き取られた検査用ウェハ１８０４を用いて、装置１８０２によりパターンの計測を行い、計測結果をフィードバック情報１８０５として各プロセス装置１８０３のプロセス条件にフィードバックする。

プロセス装置１８０３が露光装置であれば、露光波長や露光時間といったプロセス条件に対してフィードバックを行い、また、プロセス装置１８０３が現像装置であれば、現像温度や現像時間といったプロセス条件に対してフィードバックを行い、また、プロセス装置がエッチング装置であれば、高周波電界や処理時間といったプロセス条件に対してフィードバックが行われる。

図１４に示される各プロセス装置１８０３は、同じタイプのプロセス装置の同等なプロセス条件に対して同じフィードバックを行うのみならず、異なる種類のプロセス装置が連設されている場合に、装置１８０２によるパターンの計測結果を、異なるタイプのプロセス装置に対して、異なる種類のプロセス条件に対応した種々のフィードバック情報１８０５を用いて同時に制御するように設定することができる。

以上のように、本発明を用いたパターンの計測結果を用いて、各プロセス装置１８０３のプロセス条件を変更することにより、安定に高精度なデバイスを製造することが可能となる。

本発明を用いたパターンの計測結果を、半導体製造におけるプロセス条件にフィードバックすることによって安定に高精度なデバイスを製造することが可能となり、開発効率の向上が図れる。

特許文献１に示される測定方式を示す説明図である。 特許文献２に示される測定方式を示す説明図である。 ＣＤ測定を行う場合のパラメータ調整手順を示す説明図である。 ホール深さの測定位置を示す説明図である。 ホールの測定形状を示す説明図である。 ホールの深さ測定を行った場合の、あるスキャン測定におけるフィードバックゲインと測定されたホール深さの関係を示す説明図である。 ＣＤ測定を行う場合のパラメータ調整手順を示す説明図である。 エッジ幅の測定位置を示す説明図である。 ＣＤ測定を行った場合の、あるスキャン速度におけるフィードバックゲインと測定されたエッジ幅の関係を示す説明図である。 ＣＤ測定を行った場合の接触力と測定されたエッジ幅の関係を示す説明図である。 凸パターンエッジの傾斜角を示す説明図である。 類似度の算出方法を示す説明図である。 本発明を用いた測定の一連の流れを示す説明図である。 本発明を実施する際の入出力に関するＧＵＩの例を示す説明図である。 本発明の実施方法を備えた走査プローブ顕微鏡の構成例を示す説明図である。 本発明の実施方法を備えた測定装置を用いた半導体デバイス製造方法を示す説明図である。

符号の説明

１０１ カンチレバー
１０２ 試料
１０３ 探針
６０１ ホール深さＨ
６０２ ホール測定形状
７０１ 低スキャン速度でホール深さが正確に測定できるフィードバックゲイン
７０２ 最大スキャン速度でホール深さが正確に測定できるフィードバックゲイン
７０３ 制御系が発振を生じるフィードバックゲイン
７０４ 一定値に落ち着いたホール深さ
７０５ ホール深さ変化領域
７０６ ホール深さ安定領域
９０１ ボトム幅
９０２ ミドル幅
９０３ トップ幅
１００１ 低スキャン速度でエッジ幅が正確に測定できるフィードバックゲイン
１００２ 最大スキャン速度でエッジ幅が正確に測定できるフィードバックゲイン
１００３ 制御系が発振を生じるフィードバックゲイン
１００４ 一定値に落ち着いたエッジ幅
１００５ エッジ幅安定領域
１００６ エッジ幅変化領域
１１０１ トップ幅が安定に測定できる接触力
１１０２ ミドル幅が安定に測定できる接触力
１１０３ ボトム幅が安定に測定できる接触力
１４０１ 測定点
１４０２ パラメータ変化前後の測定形状差
１６０１ 調整パラメータ
１６０２ 測定対象
１６０３ 評価指標
１６０４ 測定パラメータ組み合わせ結果
１６０５ 評価箇所
１６０６ パラメータと評価指標のグラフ表示
１６０７ 幅測定位置指定バー
１６０８ 幅測定範囲指定
１６０９ 幅測定点
１６１０ 幅測定位置指定バー
１６１１ 深さ測定範囲指定
１６１２ 段差（深さ）測定点
１６１３ 類似度評価範囲
１８０１ ウェハ
１８０２ 本発明の実現方法を備えた測定装置
１８０３ プロセス装置
１８０４ 検査用ウェハ
１８０５ フィードバック情報

Claims (20)

1. 走査プローブ顕微鏡を用いたパターン形状測定において、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整することを特徴とする測定パラメータ調整方法。
2. 請求項１に記載の測定パラメータ調整方法において、前記特徴量が、複数もしくは１つの測定パラメータを変化させた際に生じる実測定形状の変化の傾向であることを特徴とする測定パラメータ調整方法。
3. 請求項１に記載の測定パラメータ調整方法において、前記実測定形状が、測定パターンの断面形状であることを特徴とする測定パラメータ調整方法。
4. 請求項２に記載の測定パラメータ調整方法において、前記実測定形状変化の傾向が測定パターンの断面形状の任意箇所の計測値、もしくは類似度であることを特徴とする測定パラメータ調整方法。
5. 請求項１に記載の測定パラメータ調整方法において、測定パターンの断面形状の任意箇所の計測値、もしくは類似度をグラフ上にプロットし、測定パラメータの変化に対して前記形状の変化が安定となる測定パラメータの組み合せ、もしくは測定パラメータの推奨値を提示することを特徴とする測定パラメータ調整方法。
6. 請求項１に記載の測定パラメータ調整方法において、前記測定パラメータが探針のスキャン速度、もしくは接触力、もしくは制御のフィードバックゲインであることを特徴とする測定パラメータ調整方法。
7. 請求項４に記載の測定パラメータ調整方法において、前記計測値が測定断面凸部における任意の位置の幅もしくは高さ、もしくは測定断面凹部における任意の位置の幅もしくは高さであることを特徴とする測定パラメータ調整方法。
8. 請求項４に記載の測定パラメータ調整方法において、前記類似度が、測定断面形状の差の二乗和であることを特徴とした測定パラメータ調整方法。
9. 走査プローブ顕微鏡を用いて、半導体パターンの表面形状を計測し、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整して、前記半導体パターンの段差を計測することを特徴とする段差計測方法。
10. 走査プローブ顕微鏡を用いて、半導体パターンの表面形状を計測し、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整して、前記半導体パターンのＣＤ・断面プロファイルを計測することを特徴とするＣＤ・断面プロファイル計測方法。
11. 測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整する処理部を備え、前記調整結果に基づいて測定を行うことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
12. 請求項１１に記載の走査プローブ顕微鏡において、前記特徴量が、複数もしくは１つの測定パラメータを変化させた際に生じる実測定形状の変化の傾向であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
13. 請求項１１に記載の走査プローブ顕微鏡において、前記実測定形状が、測定パターンの断面形状であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
14. 請求項１１に記載の走査プローブ顕微鏡において、半導体パターンの表面形状を計測し、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整する処理部を備え、前記調整結果に基づいて前記半導体パターンの段差を計測することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
15. 請求項１１に記載の走査プローブ顕微鏡において、半導体パターンの表面形状を計測し、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整する処理部を備え、前記調整結果に基づいて前記半導体パターンのＣＤ・断面プロファイルを計測することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
16. 請求項１１に記載の走査プローブ顕微鏡において、測定パラメータ調整の条件を入力する入力手段を有し、調整された前記パラメータの組み合わせ、もしくは前記パラメータの推奨値、もしくは断面形状の任意箇所の計測値、もしくは類似度をグラフ上にプロットし、測定パラメータの変化に対して前記形状の変化が安定となる測定パラメータの組み合せ、もしくは測定パラメータの推奨値を提示するグラフを出力する出力手段を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。
17. 複数のプロセス装置を用いて
    半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法において、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整して、製造中又は製造後における半導体デバイスの半導体パターンの表面形状を計測し、その測定結果に基づいて、プロセス装置の動作条件を変更することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
18. 請求項１７に記載の半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法において、測定パターンの実測定形状から得られた特徴量を用いて複数もしくは１つの測定パラメータを調整する調整方法を実現する処理部を備え、前記調整結果に基づいて測定を行う走査プローブ顕微鏡を用いて、製造中又は製造後における半導体デバイスの半導体パターンの表面形状を計測し、その測定結果に基づいて、プロセス装置の動作条件を変更することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
19. 請求項１７に記載の半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法において、複数のプロセス装置は、露光装置、現像装置、エッチング装置等の異なる種類のプロセス装置が連設されたプロセス装置であることを特徴とする半導体デバイス製造方法。
20. 請求項１９に記載の半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法において、プロセス装置の動作条件の変更は、露光装置、現像装置、エッチング装置等の異なる種類のプロセス装置に対して、各プロセス装置毎に異なる種類のプロセス条件を変更することを特徴とする半導体デバイス製造方法。

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