JP2023016759A - 半導体試料における側面凹部測定 - Google Patents

半導体試料における側面凹部測定 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体試料における側面凹部測定を提供すること。【解決手段】試料の表面から放出されたＳＥを収集することによって取得された第１の画像と、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱されたＢＳＥを収集することによって取得された第２の画像とを得ることであり、試料が、ターゲットの第２の層に対応する深さまで貫入するように選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査される、得ることと、第１の画像に基づき第１のＧＬ波形を、および第２の画像に基づき第２のＧＬ波形を生成することと、第１のＧＬ波形に基づいて第１の層の第１の幅を、および第２のＧＬに基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、第１の幅および第２の幅に基づいて側面凹部を測定することとを含む、半導体試料における側面凹部を測定するシステムおよび方法が提供される。【選択図】図１

Description

本開示の主題は、一般に、半導体試料の試験の分野に関し、より具体的には、試料の側面凹部（ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｃｅｓｓ）に関する限界寸法（ＣＤ）計測に関する。
製造されたデバイスの超大規模集積に関連する高い密度および性能への現在の要求は、サブミクロンの特徴部と、トランジスタおよび回路の速度の向上と、信頼性の改善とを必要とする。半導体プロセスが進歩するにつれて、ライン幅などのパターン寸法と、他のタイプの限界寸法とが、継続的に縮小される。そのような要求は、高い精度および均一性をもつデバイス特徴部の形成を必要とし、その結果として、デバイスがまだ半導体ウエハの形態である間デバイスの自動試験を含む製造プロセスの注意深いモニタリングを必要とする。
試験は、試験されるべき試料の生産中または生産後に非破壊試験ツールを使用することによって行うことができる。試験は、一般に、光または電子をウエハに導き、ウエハからの光または電子を検出することによって試料に関する特定の出力（例えば、画像、信号など）を生成することを含む。様々な非破壊試験ツールは、非限定の例として、走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、光学検査ツールなどを含む。
試験プロセスは、複数の試験ステップを含むことができる。生産プロセスの間、例えば、特定の層の生産または処理などの後に、試験ステップを多数回実行することができる。追加としてまたは代替として、各試験ステップは、例えば、異なるウエハ場所に対して、または異なる試験設定で同じウエハ場所に対して、多数回繰り返すことができる。
試験プロセスは、半導体製造中の様々なステップで使用され、試料の欠陥を検出および分類し、ならびに計測関連操作を実行する。試験の有効性は、例えば、欠陥検出、自動欠陥分類（ＡＤＣ）、自動欠陥レビュー（ＡＤＲ）、自動計測関連操作などのようなプロセスを自動化することによって向上させることができる。
本開示の主題の特定の態様によれば、半導体試料における側面凹部を測定するコンピュータ化システムが提供され、半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、このシステムが、電子ビームツールであり、試料のターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）をもつ電子ビームを使用して半導体試料を走査し、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって第１の画像を取得し、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって第２の画像を取得し、第１の画像が、試料の表面プロファイルの情報を与え、第２の画像が内部領域の内部構造の情報を与えるように構成される、電子ビームツールと、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）であり、電子ビームツールに動作可能に接続され、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成し、第１のＧＬ波形に基づいて１つまたは複数の第１の層の第１の幅を、および第２のＧＬ波形に基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定し、第１の幅および第２の幅に基づいてターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定するように構成される、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）とを含む。
上述の特徴に加えて、本開示の主題のこの態様によるシステムは、以下に列挙する特徴（ｉ）から（ｘ）のうちの１つまたは複数を、技術的に可能な任意の所望の組合せまたは並べ換えで含むことができる。
（ｉ）半導体試料が、ゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）デバイスを含む。
第１の層がシリコンで製作され、第２の層がシリコンゲルマニウムで製作される。
（ｉｉ）ターゲットの第２の層が、１つまたは複数の第２の層のうちの上部の第２の層であり、測定される側面凹部が、上部の第２の層とその隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部である。
（ｉｉｉ）ターゲットの第２の層が、上部の第２の層に続く後続の第２の層であり、測定される側面凹部が、上部の第２の層とその隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部と、後続の第２の層とその隣接する第１の層との間に形成された後続の側面凹部との平均側面凹部である。
（ｉｖ）ＰＭＣが、上部の第２の層に続く後続の第２の層に関する平均側面凹部を測定し、平均側面凹部および上部層側面凹部に基づいて後続の層の側面凹部を導出するようにさらに構成される。
（ｖ）ＳＥが、ＳＥ検出器のアレイによって収集され、ＢＳＥが、少なくとも１つのＢＳＥ検出器によって収集される。
（ｖｉ）ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するための入射エネルギーが、側面凹部のない基準試料に対するＢＳＥの数と、対象の半導体試料に対するＢＳＥの数との間の比較に基づいて特に選択される。
（ｖｉｉ）第１の幅を推定することが、第１のＧＬ波形に沿って導関数を計算し、事前定義された導関数閾値を第１のＧＬ波形に適用し、第１のトポポイント（ｔｏｐｏ－ｐｏｉｎｔ）を生じさせ、第１のトポポイント間の第１の幅を測定することによって第１のＧＬ波形の第１のトポポイントを推定することを含む。
（ｖｉｉｉ）第２の幅を推定することが、事前定義されたＧＬ閾値を第２のＧＬ波形に適用し、第２のトポポイントを生じさせ、第２のトポポイント間の第２の幅を測定することによって第２のＧＬ波形の第２のトポポイントを推定することを含む。
（ｉｘ）ＰＭＣが、ＴＥＭから得られた基準測定データに対して、測定された側面凹部を較正するようにさらに構成される。
（ｘ）較正が、電子ビームツールからの対応する測定データと、ＴＥＭから得られた基準測定データとの間の以前に導出された相関関係に基づく。
本開示の主題の他の態様によれば、半導体試料における側面凹部を測定する方法が提供され、半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、この方法が、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）によって実行され、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得された第１の画像と、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって取得された第２の画像とを得ることであり、半導体試料が、ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査され、第１の画像が、試料の表面プロファイルの情報を与え、第２の画像が、内部領域の内部構造の情報を与える、得ることと、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成することと、第１のＧＬ波形に基づいて第１の層の第１の幅を、および第２のＧＬに基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、第１の幅および第２の幅に基づいてターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定することとを含む。
本開示の主題のこの態様は、システムに関して上述で列挙した特徴（ｉ）から（ｘ）のうちの１つまたは複数を、必要な変更を加えて、技術的に可能な任意の所望の組合せまたは並べ換えで含むことができる。
本開示の主題の他の態様によれば、コンピュータによって実行されたとき、コンピュータに、半導体試料における側面凹部を測定する方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供され、半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、この方法が、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得された第１の画像と、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって取得された第２の画像とを得ることであり、半導体試料が、ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査され、第１の画像が、試料の表面プロファイルの情報を与え、第２の画像が、内部領域の内部構造の情報を与える、得ることと、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成することと、第１のＧＬ波形に基づいて第１の層の第１の幅を、および第２のＧＬに基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、第１の幅および第２の幅に基づいてターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定することとを含む。
本開示の主題のこの態様は、システムに関して上述で列挙した特徴（ｉ）から（ｘ）のうちの１つまたは複数を、必要な変更を加えて、技術的に可能な任意の所望の組合せまたは並べ換えで含むことができる。
本開示を理解するために、および実際にどのように実行できるかを認識するために、実施形態が、次に、単に非限定的な例として、添付の図面を参照して、説明されることになる。
本開示の主題の特定の実施形態による試験システムの一般化されたブロック図である。 本開示の主題の特定の実施形態による半導体試料における側面凹部を測定する一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態による第１の画像および第２の画像を取得する一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態による層ごとの側面凹部を測定する、および／または平均側面凹部を測定する一般化された流れ図である。 本開示の主題の特定の実施形態によるＧＡＡ構造の概略図である。 本開示の主題の特定の実施形態によるＧＡＡ構造の第１の画像および第２の画像の例を示す図である。 本開示の主題の特定の実施形態による第１のＧＬ波形および第２のＧＬ波形の例を示す図である。 本開示の主題の特定の実施形態による、対象の試料に対する基準試料から受け取ったＢＳＥの数の差と使用される入射エネルギーのレベルとの間の相関の例示的なグラフを示す図である。
以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細が、本開示の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本開示の主題はこれらの特定の詳細なしに実践され得ることが当業者によって理解されるであろう。他の場合には、よく知られた方法、手順、構成要素、および回路は、本開示の主題を不明瞭にしないように詳細には記載されていない。
特に明記されない限り、以下の議論から明らかなように、本明細書の全体を通して、「測定する」、「走査する」、「取得する」、「生成する」、「推定する」、「導出する」、「選択する」、「計算する」、「適用する」、「較正する」などのような用語を利用する議論は、データを他のデータに処理および／または変換するコンピュータの動作および／またはプロセスを参照し、前記データは電子などの物理的な量として表され、および／または前記データは物理的な対象を表すことが認識される。「コンピュータ」という用語は、非限定の例として、本出願で開示される試験システム、計測システム、およびそれらのそれぞれの一部を含む、データ処理能力をもつ任意の種類のハードウェアベースの電子デバイスを包含するように広く解釈されるべきである。
本明細書で使用される「試験」という用語は、任意の種類の計測関連操作、ならびに製造中の試料の欠陥の検出および／または分類に関連する操作を包含するように広く解釈されるべきである。試験は、試験されるべき試料の生産中または生産後に非破壊試験ツールを使用することによって行われる。非限定の例として、試験プロセスは、同じまたは異なる試験ツールを使用して、試料またはその一部に関して行われる以下の操作、すなわち、実行時走査（単一の走査または多数の走査での）、サンプリング、レビュー、測定、分類、および／または他の操作のうちの１つまたは複数を含むことができる。同様に、試験は、試験されるべき試料の生産の前に行うことができ、例えば、試験方策および／または他のセットアップ操作を生成することを含むことができる。特に明記されない限り、本明細書で使用される「試験」という用語またはその派生語は、検査区域の解像度またはサイズに関して限定されないことに留意されたい。様々な非破壊試験ツールは、非限定の例として、走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、光学検査ツールなどを含む。
本明細書で使用される「計測」という用語は、検査されるべき試料の生産の間または後に、試験および／または計測ツールを使用して行われる試料の特性および特徴の任意の種類の測定を包含するように広く解釈されるべきである。非限定の例として、計測プロセスは、例えば、同じまたは異なるツールを使用して、試料またはその一部に関して行われる走査（単一の走査または多数の走査での）、レビュー、測定、および／または他の操作によって、測定方策を生成すること、および／または実行時測定を実行することを含むことができる。測定された画像などの測定結果は、例えば、画像処理技法を使用することによって分析される。特に明記されない限り、本明細書で使用される「計測」という用語またはその派生語は、測定技術、測定解像度、または検査区域のサイズに関して限定されないことに留意されたい。
本明細書で使用される「非一時的メモリ」および「非一時的ストレージ媒体」という用語は、本開示の主題に適する任意の揮発性または不揮発性コンピュータメモリを包含するように広く解釈されるべきである。
本明細書で使用される「試料」という用語は、半導体集積回路、磁気ヘッド、フラットパネルディスプレイ、および他の半導体製造製品を生産するために使用される任意の種類のウエハ、マスク、および他の構造体、それらの組合せおよび／または一部を包含するように広く解釈されるべきである。
本明細書で使用される「欠陥」という用語は、試料上または試料内に形成された任意の種類の異常なまたは望ましくない特徴部を包含するように広く解釈されるべきである。
特に明記されない限り、別個の実施形態の文脈に記載されている本開示の主題の特定の特徴はまた、単一の実施形態において組合せて提供されてもよいことが認識される。逆に、単一の実施形態の文脈に記載されている本開示の主題の様々な特徴はまた、別々にまたは任意の適切なサブ組合せで提供されてもよい。以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細が、方法および装置の完全な理解を提供するために記載される。
これを念頭に置いて、本開示の主題の特定の実施形態による試験システムの機能ブロック図を示す図１に注目する。
図１に示された試験システム１００は、試料製造プロセスの一部としての半導体試料の（例えば、ウエハおよび／またはその一部の）試験のために使用することができる。上述のように、本明細書で参照される試験は、任意の種類の計測関連操作、ならびに製造中の試料の欠陥の検出および／または分類に関連する操作を包含するように解釈することができる。本開示の主題の特定の実施形態によれば、図示の試験システム１００は、試料製造中に得られた画像に１つまたは複数の計測操作を自動的に実行することができるコンピュータベースシステム１０１を含む。システム１０１は、試験システム１００のサブシステムである計測システムとも呼ばれる。具体的には、特定の実施形態によれば、計測操作は、半導体試料に形成された側面凹部に関する限界寸法（ＣＤ）測定を含むことができる。
システム１０１は、半導体試料を走査し、試料の試験のために半導体試料の画像を捕捉するように構成された１つまたは複数の試験ツール１２０に動作可能に接続することができる。いくつかの実施形態では、試験ツール１２０のうちの少なくとも１つは、計測機能を有し、捕捉した画像に計測操作を実行するように構成することができる。そのような試験ツールは、計測ツールとも呼ばれる。
本明細書で使用される「計測操作」という用語は、半導体試料の１つまたは複数の構造要素に関連する計測情報を抽出するために使用される任意の計測操作手順を包含するように広く解釈されるべきである。例として、抽出されるべき計測情報は、以下のもののうち１つまたは複数を示すことができる。寸法（例えば、ライン幅、ライン間隔、コンタクト直径、要素のサイズ、エッジ粗さ、グレーレベル統計データなど）、要素の形状、要素内または要素間の距離、関連する角度、異なる設計レベルに対応する要素に関連するオーバーレイ情報、など。いくつかの実施形態では、計測操作は、例えば、試料の特定の構造に対して実行されるＣＤ測定などの測定操作を含むことができる。
本明細書で使用される「試験ツール」という用語は、非限定の例として、試料またはその一部に関して行われるイメージング、走査（単一の走査または多数の走査での）、サンプリング、レビュー、測定、分類、および／または他のプロセスを含む、試験関連プロセスで使用することができる任意のツールを包含するように広く解釈されるべきである。
例として、試料は、１つまたは複数の低解像度試験ツール（例えば、光学検査システム、低解像度ＳＥＭなど）で検査することができる。試料の低解像度画像の情報を与える結果のデータ（低解像度画像データと呼ばれる）は、システム１０１に送出することができる（直接、または１つまたは複数の中間システムを介して）。代替としてまたは追加として、試料は、高解像度ツール（例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ））で検査することができる。試料の高解像度画像の情報を与える結果のデータ（高分解能画像データと呼ばれる）は、システム１０１に送出することができる（直接、または１つまたは複数の中間システムを介して）。
本開示の範囲を決して限定することなく、試験ツール１２０は、光学イメージング装置、電子ビーム装置などのような様々なタイプの試験装置として実装することができることにも留意されたい。場合によっては、同じ試験ツールにより、低解像度画像データおよび高分解能画像データを提供することができる。
特定の実施形態によれば、試験ツールのうちの１つは、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子ビームツールである。ＳＥＭは、電子の集束ビームで試料を走査することによって試料の画像を作り出す一種の電子顕微鏡である。電子は、試料の原子と相互作用し、試料の表面トポロジおよび／または組成に関する情報を含む様々な信号を作り出す。ビームの位置が、検出された信号の強度と組み合わされて、画像が作り出される。ＳＥＭは、半導体ウエハの生産の間特徴部を正確に測定することができる。例として、ＳＥＭツールは、画像の構造特徴部の限界寸法を測定するために使用される限界寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ）とすることができる。
システム１０１は、ハードウェアベースのＩ／Ｏインタフェース１２６に動作可能に接続されたプロセッサおよびメモリ回路（ＰＭＣ）１０２を含む。ＰＭＣ１０２は、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照してさらに詳述されるような、システムを操作するために必要な処理を行うように構成され、プロセッサ（個別に示されていない）およびメモリ（個別に示されていない）を含む。ＰＭＣ１０２のプロセッサは、ＰＭＣに含まれる非一時的コンピュータ可読メモリに実装されたコンピュータ可読命令に従っていくつかの機能モジュールを実行するように構成することができる。そのような機能モジュールは、以下、ＰＭＣに含まれるとして参照される。
上記のように、いくつかの実施形態では、システム１０１は、半導体試料における側面凹部を測定するように構成することができる。空洞凹部とも呼ばれる側面凹部は、半導体試料の側面から形成された凹部を指す。具体的には、いくつかの実施形態では、半導体試料は、２つのタイプの層のスタックを含むことができ、第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層が互いに交互に堆積され、超格子層スタックが形成される。２つのタイプの層は異なる材料で製作することができる。製造プロセス中に、超格子層スタックから一方の材料タイプのみを選択的に陥凹させる必要がある場合がある。例えば、第２の層を少なくとも部分的にエッチングし、それによって、所与の第２の層の各々と、所与の第２の層に隣接する２つの第１の層との間に側面凹部を形成することができる。場合によっては、最終デバイス性能に強く影響を及ぼす幾何学的パラメータのうちの１つとして与えられる側面凹部（例えば、空胴深さとも呼ばれる側面凹部の幅）を測定することは、試料製造業者の特別の関心事である。それは、さらに、エッチング進渉の指標を提供し、ならびに製造プロセスの微調整および制御を容易にすることができる。
この凹部は、試料の側面からエッチングされるので、スタックに隠され埋め込まれており、したがって、試験ツールによって通常撮影されるトップダウン画像から見ることができない。現在のプロセス制御は、ＴＥＭのような計測ツールの使用などの高価で、遅く、破壊的な断面電子顕微鏡、または特定の光スペクトルに依拠し、間接的でそれほど正確でない測定を行う光学限界寸法（ＯＣＤ）光波散乱計測などの光学検査技術のいずれかに依拠する。
上述のような層スタック構造を含み得る半導体試料は、論理デバイスまたはメモリデバイスのいずれかであり得る。例として、試料は、例えば、本明細書ではゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）デバイスまたはトランジスタとも呼ぶゲートオールアラウンド電界効果トランジスタ（ＧＡＡＦＥＴ）などの論理デバイスとすることができる。別の例として、試料は、例えば、メモリセルが多層に垂直に積み重ねられている一種の不揮発性フラッシュメモリである３Ｄ ＮＡＮＤ（ＮＯＴ－ＡＮＤ）などのメモリデバイスとすることができる。さらなる例として、試料は、例えば、３Ｄストレージクラスメモリ（３Ｄ ＳＣＭ）などのメモリデバイスとすることができる。
例示および例証の目的のために、本明細書における本開示の主題の特定の実施形態は、ＧＡＡデバイスに関して記載される。これは、本開示を何ら限定するように決して意図されていない。提案する方法およびシステムは、上述と同様の構造を有する他の半導体試料での側面凹部測定に適用できることが認識される。
ＧＡＡデバイスは、ゲート材料がすべての側でチャンネル領域を囲む電界効果トランジスタであり、例えば、ナノシート（ＮＳ）トランジスタ、フォークシート（ＦＳ）トランジスタ、相補型電界効果（ＣＦＥＴ）トランジスタなどである。図４は、本開示の主題の特定の実施形態によるＧＡＡ構造の概略図を示す。
ＧＡＡ構造４１０は、２つのタイプの層、すなわち、半導体基板４０６上に形成された複数の第１の層４０２（すなわち、シリコン層）および複数の第２の層４０４（すなわち、ＳｉＧｅ層とも呼ばれるシリコンゲルマニウム層）のスタックを含む。スタック構造は、シリコン層がシリコンゲルマニウム層上に堆積される周期的配列を含み、超格子層スタックを形成する。複数のそのようなスタック構造を互いに離間させてウエハ上に形成することができ、例えば、図４に示された基板４０６上に形成された２つの例示のＧＡＡ構造４００および４１０などである。層を完全に成長させた後、シリコンゲルマニウムを選択的にエッチングするが、シリコンには作用しない特定の化学物質が使用される。複数のシリコンゲルマニウム層の側面をエッチングして、これらの層の少なくとも一部分を除去する。エッチングプロセスは漸進的とすることができ、最終的に、シリコン層のみが、ソースとドレインとの間のブリッジとしてサスペンドされたままになる。
エッチングプロセス中に、側面凹部が、各々の所与の第２の層と、所与の第２の層に隣接する２つの第１の層との間に形成される。例えば、側面凹部または空洞凹部４０８は、第２のシリコンゲルマニウム層とそれの隣接するシリコン層との間に形成される。上述のように、いくつかの場合には、最終デバイス性能に強く影響を及ぼす側面凹部（例えば、空洞の深さとも呼ばれる側面凹部の幅４１２）を測定することは特定に重要である。例示の目的のために、ＧＡＡ構造４００および４１０が、エッチングプロセス中の異なるエッチング時点でＧＡＡデバイスに何が生じるかを示すために、異なる幅の側面凹部で示されている。
特定の実施形態によれば、比較的高電圧の入射エネルギーをもつ電子ビームツールのシースルー機能を使用して、上述の半導体試料における側面凹部を測定する新しい方法が提案される。提案される測定方法は、破壊的ではなく、改善された精度およびスループット（ＴｐＴ）をもつ直接測定を提供する。
いくつかの実施形態では、試験ツール１２０は、試料のターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して半導体試料を走査するように構成された電子ビームツール（例えば、ＳＥＭ）とすることができる。電子ビームツールは、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって第１の画像を取得し、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって第２の画像を取得するようにさらに構成される。第１の画像は試料の表面プロファイルの情報を与え、第２の画像は内部領域の内部構造の情報を与える。
ＰＭＣ１０２に含まれる機能モジュールは、画像処理モジュール１０４および測定モジュール１０６を含むことができる。ＰＭＣ１０２は、電子ビームツールによって取得された第１の画像および第２の画像をＩ／Ｏインタフェース１２６を介して得るように構成することができる。画像処理モジュール１０４は、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形を生成し、第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形を生成するように構成することができる。測定モジュール１０６は、第１のＧＬ波形に基づいて１つまたは複数の第１の層の第１の幅を推定し、第２のＧＬ波形に基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定するように構成することができる。測定モジュール１０６は、第１の幅および第２の幅に基づいてターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定するようにさらに構成することができる。
システム１００、１０１、ＰＭＣ１０２、およびその中の機能モジュールの動作が、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照してさらに詳述されることになる。
特定の実施形態によれば、システム１０１は、ストレージユニット１２２を含むことができる。ストレージユニット１２２は、システム１００および１０１を操作するのに必要なデータ、例えば、システム１００および１０１の入出力に関連するデータ、ならびにシステム１０１によって生成された中間処理結果を格納するように構成することができる。例として、ストレージユニット１２２は、試験ツール１２０によって作り出された画像（例えば、第１の画像および第２の画像）および／またはその派生物を格納するように構成することができる。その結果、画像は、ストレージユニット１２２から取り出され、さらなる処理のためにＰＭＣ１０２に提供され得る。
いくつかの実施形態では、システム１０１は、任意に、システム１０１に関連するユーザ指定入力を可能にするように構成されたコンピュータベースのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１２４を含むことができる。例えば、ユーザは、試料の画像および／またはそれの対応する波形を含む試料の視覚表現が提示され得る（例えば、ＧＵＩ１２４の一部を形成するディスプレイによって）。ユーザは、ＧＵＩを介して、特定の操作パラメータを定義するオプションが提供され得る。場合によっては、ユーザは、側面凹部の測定などの操作結果および／またはさらなる試験結果をＧＵＩで見ることもできる。
上述のように、システム１０１は、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介して、試料の画像を受け取るように構成される。画像は、試験ツール１２０によって作り出された画像データ（および／またはその派生物）、および／またはストレージユニット１２２または１つまたは複数のデータリポジトリに格納された画像データを含むことができる。いくつかの場合には、画像データは、生産プロセス中に試験ツールによって捕捉された画像、および／または様々な前処理段階によって得られるような捕捉画像から導出された事前処理された画像などを参照することができる。場合によっては、画像は、関連する数字データ（例えば、メタデータ、手作りの属性など）を含むことができることに留意されたい。特定の画像データは、対象の層に関連するデータ、および／または試料の１つまたは複数の追加の層に関連するデータを含むことができることにさらに留意されたい。
システム１０１は、受け取った画像を処理し、／ＩＯインタフェース１２６を介して、その結果（例えば、画像のＣＤ測定値）をストレージユニット１２２におよび／または試験ツール１２０に送るようにさらに構成される。
いくつかの実施形態では、試験ツール１２０に加えて、試験システム１００は、半導体試料の試験のために使用可能な１つまたは複数の試験モジュール、例えば、欠陥検出モジュール、および／または自動欠陥レビューモジュール（ＡＤＲ）、および／または自動欠陥分類モジュール（ＡＤＣ）、および／または計測関連モジュール、および／または他の試験モジュールなどを含むことができる。１つまたは複数の試験モジュールは、スタンドアローンコンピュータとして実装することができ、それらの機能（またはその少なくとも一部）は、試験ツール１２０に統合することができる。いくつかの実施形態では、システム１０１から得られた測定値は、試料のさらなる試験のために、試験ツール１２０および／または１つまたは複数の試験モジュール（またはその一部）で使用され得る。
当業者は、本開示の主題の教示が、図１に示されたシステムに拘束されず、等価なおよび／または変更された機能が、別の方法で統合または分割されてもよく、ソフトウェアとファームウェアおよび／またはハードウェアとの任意の適切な組合せで実装されてもよいことを容易に認識するであろう。
図１に示された試験システムは、分散コンピューティング環境で実装することができ、ＰＭＣ１０２に含まれる上記の機能モジュールは、いくつかのローカルおよび／またはリモートデバイスに分散させることができ、通信ネットワークによってリンクさせることができることに留意されたい。他の実施形態では、試験ツール１２０、ストレージユニット１２２、および／またはＧＵＩ１２４のうちの少なくともいくつかは、試験システム１００の外にあり、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介してシステム１０１とデータ通信して動作することができることにさらに留意されたい。システム１０１は、試験ツールとともに使用することができるスタンドアローンコンピュータとして実装することができる。代替として、システム１０１のそれぞれの機能は、少なくとも部分的に、１つまたは複数の試験ツール１２０に統合され、それによって、試験関連プロセスにおける試験ツール１２０の機能を促進および強化することができる。
次に、図２Ａを参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による半導体試料における側面凹部を測定する一般化された流れ図が示される。
上述のように、側面凹部が、特定のタイプの構造を有する半導体試料に対して測定される。例として、試料は、第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含むことができる。第１の層および第２の層は、互いに交互に堆積される。第２の層は、製造プロセス中に少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成される。
このタイプの試料は、ＧＡＡデバイスなどの論理デバイス、または例えば３Ｄ ＮＡＮＤ、３Ｄ ＳＣＭなどのメモリデバイスのいずれかとすることができる。そのような特別に構造化された試料の例として、ＧＡＡデバイスが、上述のように、図４に概略的に示される。
試料の第１の画像および第２の画像を得ることができる（例えば、試験ツール１２０から、またはストレージユニット１２２から、Ｉ／Ｏインタフェース１２６を介してＰＭＣ１０２により）（２０２）。第１および第２の画像は、ＳＥＭなどの電子ビームツールで取得することができる。例えば、本明細書で使用されるＳＥＭツールは、捕捉した画像に基づいて試料の構造要素／特徴部の限界寸法を測定するように構成された限界寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ－ＳＥＭ）とすることができる。特定の実施形態によれば、本開示の主題の特定の実施形態に従って第１の画像および第２の画像を取得する一般化された流れ図が示される図２Ｂに示されるように、試料のターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して、試料を走査することができる（例えば、電子ビームツール１２０により）（２１０）。
ＳＥＭでは、電子ビームが試料に当たると、異なるタイプの信号が生成される。二次電子（ＳＥ）は、試料の表面または表面近傍の領域から生じる。二次電子（ＳＥ）は、一次電子ビームと試料との間の非弾性相互作用の結果であり、後方散乱電子よりも低いエネルギーを有する。具体的には、ＳＥは、入射電子が試料の電子を励起し、そのプロセスでエネルギーの一部を失うときに作り出される。励起された電子は、試料の表面に向かって移動し、依然として十分なエネルギーがある場合は、二次電子として表面から脱出する。検出されるＳＥを作り出す深度が浅いため、検出されるＳＥは試料の表面のトポグラフィを試験するのに理想的である。
代替として、後方散乱電子（ＢＳＥ）が、ビームと試料との間の弾性相互作用の後、反射して戻される。このタイプの電子は、相互作用ボリューム内の広い領域から生じる。このタイプの電子は、電子と原子の弾性衝突の結果であり、弾性衝突は、電子の軌道の変化をもたらす。具体的には、電子ビームが試料に当たると、電子のうちの一部は、試料の原子によって弾性的に（エネルギーの損失なしに）オリジナルの経路から偏向される。サンプルからはね返るこれらの本質的に弾力散乱された一次電子（高エネルギー電子である）は、ＢＳＥと呼ばれる。
説明したように、ＢＳＥは、サンプルのより深い領域に由来するが、ＳＥは表面領域から生じる。それゆえに、ＢＳＥおよびＳＥは、異なるタイプの情報を伝える。例えば、ＢＳＥ画像は、原子番号の違いに高い感度を示し、それゆえに、試料の内部構造および／または組成に関する情報を伝えることができ（すなわち、これは、十分な入射エネルギーが与えられたときに試料を深部で調査するＢＳＥのシースルー機能と呼ばれる）、一方、ＳＥ画像は、より詳細な表面情報を提供することができる。
本開示の主題の特定の実施形態によれば、上述のような第１の画像は、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得することができる（例えば、電子ビームツール１２０のＳＥ検出器のアレイにより）（２１２）。試料の表面は、電子ビームと向き合ってさらされる試料の外表面、または外表面から表面近傍の深さまで及ぶことができる試料の表面領域を指すことができることに留意されたい。したがって、第１の画像は本明細書ではＳＥ画像とも呼ばれる。上述のような第２の画像は、（例えば、電子ビームツール１２０の少なくとも１つのＢＳＥ検出器により）表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって取得することができる。したがって、第２の画像は本明細書ではＢＳＥ画像とも呼ばれる。したがって、第１の画像は、試料の表面プロファイル（例えば、表面トポグラフィ）の情報を与えることができ、第２の画像は、試料の内部領域の内部構造（および／または組成）の情報を与えることができる。
図４に示されるように、試料は、互いに交互に堆積された多数の第１の層および多数の第２の層を含むことができる。例として、ＧＡＡ構造４１０は、３つの第１の層４０２（すなわち、シリコン層）と、３つの第２の層４０４（すなわち、シリコンゲルマニウム層）とを含み、それゆえに、３つの側面凹部が構造の各側面に形成され、各側面凹部は、それぞれの第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に形成されたそれぞれの空洞に対応する。例えば、図示の側面凹部４０８は、３つのうちの第２の側面凹部であり、それは、中間の第２の層（すなわち、第２のシリコンゲルマニウム層）と、中間の第２の層に隣接する上部および底部の第１の層との間に形成される。
特定の実施形態によれば、ターゲットの第２の層に関する側面凹部は、ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用することによって測定することができる。具体的には、以下でさらに詳細に説明するように、現在提案する方法を使用して、試料の平均凹部、（すなわち、試料に含まれる多数の側面凹部の平均凹部）、および／または特定の層ごとの側面凹部（例えば、上部の第２の層、中間の第２の層などの特定のターゲットの第２の層に関連する側面凹部）を測定することができる。
例として、上部の第２の層４０４に関連する特定の側面凹部を測定するために、電子ビームの入射エネルギーは、上部の第２の層４０４（またはその近く）に対応する事前定義された深さ４１４まで貫入するように特に選択することができる。例えば、入射エネルギーは、図４に示されるように、ターゲットの第２の層（例えば、現在の例では上部の第２の層）の底部（またはその近く）に対応する深さまで貫入するように選択される。そのような場合、測定される側面凹部は、層ごとの側面凹部、すなわち、上部の第２の層に関連する上部層側面凹部である。
別の例として、中間の第２の層に関する平均側面凹部を測定するために、電子ビームの入射エネルギーは、中間の第２の層（またはその近く）に対応する事前定義された深さ４１６まで貫入するように特に選択することができる。そのような場合、測定される側面凹部は、上部層側面凹部と中間層側面凹部との間で平均化された平均側面凹部である。同様に、電子ビームの入射エネルギーが底部の第２の層に対応する事前定義された深さ４１８まで貫入できるように設定すると、測定される側面凹部は、層ごとの３つの側面凹部、すなわち、上部層側面凹部、中間層側面凹部、および底部層側面凹部の間で平均化された平均側面凹部である。
いくつかの実施形態では、上述のように、最初に、上部層側面凹部を測定するのに適する貫入深さに電子ビームの入射エネルギーを設定し、測定が完了すると、上部層側面凹部と中間層側面凹部との間の平均側面凹部を測定するのに適する貫入深さまでの電子ビームの入射エネルギーを再設定することが可能である。次いで、図３を参照してさらに詳細に説明するように、２つの測定値に基づいて中間層側面凹部を導出することができる。
いくつかの実施形態では、試験されるべき試料のターゲットの第２の層に対応する特定の意図した深さまで貫入できる入射エネルギーのレベルを選択するために、試料と同様の構造を有するが、第２の層のいずれにも凹部が形成されていない基準試料を、模擬し、基準として使用することができる。特定の第２の層に側面凹部を有する対象の試料も模擬することができる。特定の実施形態によれば、ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するための入射エネルギーは、基準試料（側面凹部がない）に対するＢＳＥの数と、対象の試料（特定の層に側面凹部がある）に対するＢＳＥの数との間の比較に基づいて、特に選択することができる。
図７は、本開示の主題の特定の実施形態による、対象の試料に対する基準試料から受け取ったＢＳＥの数の差と、使用される入射エネルギーのレベルとの間の相関の例示的なグラフを示す。
図４を参照して説明したＧＡＡと同様の構造を有する（例えば、超格子スタックを有する）が、側面凹部が第２の層（ＳｉＧｅ層）に形成されていない基準ＧＡＡデバイスと、第１、第２、および第３のＳｉＧｅ層にそれぞれ側面凹部を有する対象のＧＡＡとを模擬して、グラフを得ることができる。基準ＧＡＡおよび対象のＧＡＡの走査をそれぞれ模擬するために、異なる入射エネルギーを使用して、模擬を実行することができ、両方の模擬された走査から受け取ったＢＳＥの数を計算し比較することができる。図７のグラフは、試料の様々な第２の層について、走査のために使用された異なるレベルの入射エネルギー（Ｘ軸）に対する両方の走査から受け取ったＢＳＥの数の差（Ｙ軸）を示す。例えば、層１のプロットは、走査のために使用された異なるレベルの入射エネルギー（Ｘ軸）に対する、基準ＧＡＡの走査、および第１の（すなわち、上部の）ＳｉＧｅ層に側面凹部を有する対象のＧＡＡの走査から受け取ったＢＳＥの数の差（Ｙ軸）を指す。層２のプロットは、走査のために使用された異なるレベルの入射エネルギー（Ｘ軸）に対する、基準ＧＡＡの走査、および第２のＳｉＧｅ層に側面凹部を有する対象のＧＡＡの走査から受け取ったＢＳＥの数の差（Ｙ軸）を指す。層３のプロットは、走査のために使用された異なるレベルの入射エネルギー（Ｘ軸）に対する、基準ＧＡＡの走査、および第３のＳｉＧｅ層に側面凹部を有する対象のＧＡＡの走査から受け取ったＢＳＥの数の差（Ｙ軸）を指す。
図示のように、入射エネルギーが非常に低い（例えば、２ｋｅＶ未満）とき、２つの走査から受け取ったＢＳＥの差は０に近く、これは、凹部をもつ第２の層のいずれにも電子が貫入できるほど入射エネルギーが高くなく、それゆえに、２つの走査から受け取ったＢＳＥの数に差がないことを意味する。入射エネルギーが増加するにつれて、電子は、試料の上部の第２の層（例えば、上部のＳｉＧｅ層）に到達し始め、２つの走査（基準ＧＡＡの走査、および上部のＳｉＧｅ層に凹部がある対象のＧＡＡの走査）から受け取ったＢＳＥの数の差が予想され、それは、この層に凹部がない基準ＧＡＡに対して対象のＧＡＡの上部の第２の層に側面凹部が存在する（例えば、凹部のために、電子と相互作用し、電子の散乱に寄与する材料が少ないので、対象のＧＡＡから受け取る電子が少ない）ことを示している。
それゆえに、層１のプロットにおいて、２つの走査から受け取ったＢＳＥの数の差は、入射エネルギーがほぼ２ｋｅＶから３．５ｋｅＶまで増加するとき、増加し続け、それは、この範囲の入射エネルギーをもつ電子が上部のＳｉＧｅ層まで貫入しているが、第２および第３のＳｉＧｅ層にはまだ到達していない（図示のように、層２および層３のプロットは、このエネルギー範囲では０の近くにとどまる）ことを示していることが分かる。ほぼこの範囲で選択された入射エネルギーをもつ電子ビームは、上部のＳｉＧｅ層の層ごとの凹部を測定するために使用することができる。
入射エネルギーが増加し続ける（例えば、ほぼ３．５ｋｅＶから４．０ｋｅＶまで）につれて、電子は第２のＳｉＧｅ層に到達することができ、層２のプロットにおける２つの走査（基準ＧＡＡの走査、および第２のＳｉＧｅ層に凹部がある対象のＧＡＡの走査）から受け取ったＢＳＥの数の差が、図示のように増加し続ける。ほぼこの範囲で選択された入射エネルギーをもつ電子ビームは、上部および第２のＳｉＧｅ層の平均凹部を測定するために使用することができる。
入射エネルギーが４．０ｋｅＶと６．０ｋｅＶとの間で増加すると、電子は、第３のＳｉＧｅ層を到達することができ、層３のプロットにおける２つの走査（基準ＧＡＡの走査、および第３のＳｉＧｅ層に凹部がある対象のＧＡＡの走査）から受け取ったＢＳＥの数の差が、図示のように増加し始める。ほぼこの範囲で選択された入射エネルギーをもつ電子ビームは、上部、第２、および第３のＳｉＧｅ層の平均凹部を測定するために使用することができる。比較的高い入射エネルギー（約２０ｋｅＶ、図７に示されていない）では、３つの異なる層に対する電子の感度はほとんど同じであり、それは、ＢＳＥ信号が３つの層にわたる平均凹部にのみ感応することを示している。そのような比較的高いレベルの入射エネルギーは、ＧＡＡデバイスの平均凹部を測定する場合に使用することができる。
図２Ａの説明を続けると、第１の画像および第２の画像が得られた後（ブロック２０２および図２Ｂを参照して上述したように）、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形、および第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形を生成することができる（例えば、図１の画像処理モジュール１０４により）（２０４）。
１つまたは複数の第１の層の第１の幅を、第１のＧＬ波形に基づいて推定することができる（例えば、図１の測定モジュール１０６により）（２０６）。少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を、第２のＧＬ波形に基づいて推定することができる（２０６）。ターゲットの第２の層に関する側面凹部を、第１の幅および第２の幅に基づいて測定することができる（例えば、図１の測定モジュール１０６により）（２０８）。
次に、図５を参照すると、本開示の主題の特定の実施形態によるＧＡＡ構造の第１の画像および第２の画像の例が示される。
図示のように、画像５０２は、試料の表面から放出されたＳＥを収集することによって取得された例示的な第１の画像（すなわち、ＳＥ画像）であり、画像５０４は、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域から散乱されたＢＳＥを収集することによって取得された例示的な第２の画像（すなわち、ＢＳＥ画像）である。第１の画像は、試料の表面プロファイル（例えば、表面トポグラフィ）の情報を与える。図示のように、画像５０２は、４つのＧＡＡ構造のＳＥ画像表現を提示する。ＧＡＡ構造ごとに、グレーレベル強度が、ＧＡＡ構造の長手軸に対して垂直な方向に沿って変化し、それは、その方向のＧＡＡの表面プロファイルの変化を表す。例示の目的のために、ＧＡＡ４００の表面プロファイル４２０が、図４に概略的に例示されている。図示のように、表面プロファイル４２０は、走査中に電子ビームにさらされた第１の層（すなわち、シリコン層）の外表面トポグラフィを表す。
上述のように、第２の画像は、表面とターゲットの第２の層との間の試料の内部領域の内部構造（および／または組成）の情報を与える。画像５０４は、４つのＧＡＡ構造のＢＳＥ画像表現を提示する。ＧＡＡ構造ごとに、ＢＳＥ画像のグレーレベル強度の変動は、エッチングプロセス中の第２の層（すなわち、ＳｉＧｅ層）の残りの部分に関する隠れた側面凹部構造を反映することができる（すなわち、ＢＳＥのシースルー機能）。
次に、図６を参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による第１のＧＬ波形および第２のＧＬ波形の例が示される。
図示のように、第１の画像５０２のＧＬ強度分布（例えば、その特定のＧＡＡ構造）の情報を与える第１のＧＬ波形６０２が生成され、図５の第２の画像５０４のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形６０４が生成される。第１および第２のＧＬ波形は、ＧＡＡ構造の長手軸に対して垂直な方向に沿って生成される。
１つまたは複数の第１の層の第１の幅（例えば、図５のＳＥ画像に例示されたような幅５１２）は、第１のＧＬ波形に基づいて推定することができる。例として、第１の幅の推定は、第１のＧＬ波形の第１のトポポイントを推定することを含むことができる。トポポイントは、試料の幾何学的構造の特定の場所に対応するように識別される信号波形（例えば、ＧＬ波形）上のポイントを指す。例えば、第１のトポポイントは、第１の層の推定された縁部／境界を表す（例えば、最も広いシリコン層の外側境界、または３つのシリコン層の平均の境界を表す）ことができる。具体的には、いくつかの実施形態において、第１のトポポイントは、第１のＧＬ波形に沿って導関数を計算し、事前定義された導関数閾値を第１のＧＬ波形に適用し、第１のトポポイントを生じさせ、第１のトポポイント間の第１の幅を測定することによって推定することができる。
例えば、図６の現在の例では、第１の波形６０２の導関数閾値に対応する２つのポイントが、６０６および６０８として識別される。トポポイント６０６および６０８は、第１の層（すなわち、シリコン層）の推定された縁部／境界を表すことができる。２つのポイント６０６と６０８との間の第１の幅６１０を測定することができ、それは、ＧＡＡ構造の第１の層の推定された幅５１２を表す。
少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅（例えば、図５のＢＳＥ画像に例示されたような幅５１４）は、第２のＧＬ波形に基づいて推定することができる。上述のように、ターゲットの第２の層が上部の第２の層である場合、推定された第２の幅は、ターゲットの第２の層の幅を指す。ターゲットの第２の層が、上部の第２の層に続く後続の第２の層、例えば、中間の第２の層または底部の第２の層である場合、推定された第２の幅は、ターゲットの第２の層までの第２の層の平均幅を指す。例として、第２の幅の推定は、第２のＧＬ波形の第２のトポポイントを推定することを含むことができる。例えば、第２のトポポイントは、少なくともターゲットの第２の層に関する推定された縁部／境界を表すことができる。具体的には、いくつかの実施形態において、第２のトポポイントは、事前定義されたＧＬ閾値を第２のＧＬ波形に適用し、第２のトポポイント間の第２の幅を測定することによって推定することができる。
例えば、図６の現在の例では、事前定義されたＧＬ閾値（例えば、７０％）が第２の波形６０４に適用され、２つのトポポイント６１６および６１８が識別される。２つのポイント６１６と６１８との間の第２の幅６２０を測定することができ、それは、図５に例示されたような推定された幅５１４を表す。
ターゲットの第２の層に関する側面凹部は、第１の幅６１０および第２の幅６２０に基づいて測定することができる（例えば、第１の幅から第２の幅を減じることにより）。
いくつかの実施形態では、測定された側面凹部は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）から得られた基準半導体試料の基準測定データに対してさらに較正することができる。そのような較正は、測定の精度を改善することができる。場合によっては、較正は、電子ビームツールからの対応する測定データと、ＴＥＭから得られた基準測定データとの間の以前に導出された相関関係に基づいて実行することができる。
次に、図３を参照すると、本開示の主題の特定の実施形態による層ごとの側面凹部を測定する、および／または平均側面凹部を測定する一般化された流れ図が示される。
上述のように、ターゲットの第２の層が、１つまたは複数の第２の層のうちの上部の第２の層である場合、上部の第２の層とその隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部を、図２Ａを参照して上述した方法を使用して、測定することができる（３０２）。そのような場合、電子ビームの入射エネルギーは、上部の第２の層に対応する深さにまで貫入するように特に選択される必要がある。言い換えれば、そのような場合、図２Ａからもたらされる測定された側面凹部は上部層側面凹部を指す。
ブロック３０２の測定が完了すると、電子ビームの入射エネルギーを、上部の第２の層に続く後続の第２の層（例えば、図４に例示されるような中間または底部の第２の層）に対応する深さまで貫入できるように再設定し、後続の第２の層に関する平均側面凹部を測定することができる（３０４）。例えば、後続の第２の層が中間の第２の層である場合、測定される側面凹部は、上部層側面凹部と中間層側面凹部との間で平均化された平均側面凹部を指す。そのような場合、後続の第２の層の層ごとの側面凹部を、平均側面凹部および上部層側面凹部に基づいて導出することができる（３０６）。
特定の実施形態によれば、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照して上述した測定プロセスは、例えば、試料に対する計測操作（そのような場合には計測方策と呼ばれる）を実行するなどの実行時に試料を試験するためにシステム１０１および／または試験ツール１２０によって使用可能な試験方策の一部として含むことができる。それゆえに、本開示の主題は、方策設定段階中に試験方策を生成するためのシステムおよび方法をさらに含み、方策は、図２Ａ、図２Ｂ、および図３（およびその様々な実施形態）を参照して説明されたようなステップを含む。「試験方策」という用語は、上述のような任意の種類の試験に関連する操作を実行するための試験ツールによって使用され得る任意の方策を包含するように広く解釈されるべきであることに留意されたい。
本開示で示される例、例えば、例示されたＧＡＡ構造、取得された第１および第２の画像、生成されたＧＬ波形、および上述のような幅および／またはトポポイントを推定するための特定の方法、などは、例示的な目的のために示されており、本開示を限定すると決して見なされるべきでないことに留意されたい。他の適切な例／実施態様を、上述に加えて、または上述の代わりに使用することができる。
本開示の測定プロセスの特定の実施形態が、特定の構造を有する、すなわち、試料が、２つのタイプの層、すなわち、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、第２の層が少なくとも部分的にエッチングされている、半導体試料における側面凹部を測定することに関して記載されているが、これは、そのような構造化された試料にのみ適用されるように本開示の測定プロセスを限定することを意図するものではないことに留意されたい。代替として、場合によっては、１つの材料のみを含み、したがって、層になっていない試料が、その側面に形成された側面凹部を有することができ、本開示の測定プロセスは、その側面凹部を測定する目的でそのような試料に同様に適用することができる。
例として、そのような場合の測定プロセスは、試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得された第１の画像と、表面とターゲットの深さ（例えば、試料の側面凹部の底部（またはその近傍）に対応する）との間の試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することにより取得された第２の画像とを得ることであり、半導体試料が、ターゲット深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査され、第１の画像が試料の表面プロファイルの情報を与え、第２の画像が内部領域の内部構造の情報を与える、得ることと、第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成することと、第１のＧＬ波形に基づいて第１の層の第１の幅を、および第２のＧＬに基づいて少なくともターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、第１の幅および第２の幅に基づいて試料の側面凹部を測定することとを含むことができる。
本明細書に記載の測定プロセスの特定の実施形態の利点の中には、破壊的でなく、その上、改善された精度およびスループット（ＴｐＴ）を有する、上述の半導体試料に形成された側面凹部の直接測定を提供することである。これは、少なくとも、電子ビームツールのＳＥ信号と併用してＢＳＥ信号のシースルー機能を使用することによって可能になり、ここで、電子ビームツールは、比較的高電圧の入射エネルギーをもつ電子ビームにより構成される。
本開示は、その適用において、本明細書に含まれる説明に記載されるかまたは図面に示される詳細に限定されないことを理解されたい。
本開示によるシステムは、少なくとも部分的に、適切にプログラムされたコンピュータに実装することができることも理解されよう。同様に、本開示は、本開示の方法を実行するためのコンピュータにより読取り可能なコンピュータプログラムを企図する。本開示は、本開示の方法を実行するためのコンピュータにより実行可能な命令のプログラムを有形に具現化する非一時的コンピュータ可読メモリをさらに企図する。
本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実行することができる。したがって、本明細書で使用された語法および用語は、説明の目的のためのものであり、限定と見なされるべきでないことを理解されたい。そのため、本開示が基づいている概念は、本開示の主題のいくつかの目的を実行するために他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用され得ることを当業者は認識するであろう。
添付の特許請求の範囲内でおよび添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更を上文に記載の本開示の実施形態に適用できることを当業者は容易に認識するであろう。
１００ 試験システム
１０１ コンピュータベースシステム
１０２ プロセッサおよびメモリ回路
１０４ 画像処理モジュール
１０６ 測定モジュール
１２０ 試験ツール、電子ビームツール
１２２ ストレージユニット
１２４ グラフィカルユーザインタフェース
１２６ Ｉ／Ｏインタフェース
４００、４１０ ＧＡＡ構造
４０２ 第１の層
４０４ 第２の層
４０６ 半導体基板
４０８ 側面凹部、空洞凹部
４１２ 側面凹部の幅
４１４、４１６、４１８ 事前定義された深さ
４２０ 表面プロファイル
５０２ 第１の画像
５０４ 第２の画像
５１２ 第１の幅
５１４ 第２の幅
６０２ 第１のＧＬ波形
６０４ 第２のＧＬ波形
６０６、６０８ トポポイント
６１０ 第１の幅
６１６、６１８ トポポイント
６２０ 第２の幅

Claims (20)

  1. 半導体試料における側面凹部を測定するコンピュータ化システムであって、前記半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、前記第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、前記システムが、
    電子ビームツールであり、
    前記試料のターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して前記半導体試料を走査し、
    前記試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって第１の画像を取得し、前記表面と前記ターゲットの第２の層との間の前記試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって第２の画像を取得し、前記第１の画像が、前記試料の表面プロファイルの情報を与え、前記第２の画像が、前記内部領域の内部構造の情報を与える
    ように構成される、電子ビームツールと、
    処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）であり、前記電子ビームツールに動作可能に接続され、
    前記第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、前記第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成し、
    前記第１のＧＬ波形に基づいて前記１つまたは複数の第１の層の第１の幅を、および前記第２のＧＬ波形に基づいて少なくとも前記ターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定し、
    前記第１の幅および前記第２の幅に基づいて前記ターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定する
    ように構成される、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）と
    を含む、コンピュータ化システム。
  2. 前記半導体試料が、ゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）デバイスを含み、前記第１の層がシリコンで製作され、前記第２の層がシリコンゲルマニウムで製作される、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  3. 前記ターゲットの第２の層が、前記１つまたは複数の第２の層のうちの上部の第２の層であり、前記測定される側面凹部が、前記上部の第２の層と前記その隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部である、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  4. 前記ターゲットの第２の層が、上部の第２の層に続く後続の第２の層であり、前記測定される側面凹部が、前記上部の第２の層と前記その隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部と、前記後続の第２の層と前記その隣接する第１の層との間に形成された後続の側面凹部との平均側面凹部である、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  5. 前記ＰＭＣが、前記上部の第２の層に続く後続の第２の層に関する平均側面凹部を測定し、前記平均側面凹部および前記上部層側面凹部に基づいて後続の層の側面凹部を導出するようにさらに構成される、請求項３に記載のコンピュータ化システム。
  6. 前記ＳＥが、ＳＥ検出器のアレイによって収集され、前記ＢＳＥが、少なくとも１つのＢＳＥ検出器によって収集される、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  7. 前記ターゲットの第２の層に対応する前記事前定義された深さまで貫入するための前記入射エネルギーが、側面凹部のない基準試料に対するＢＳＥの数と、前記半導体試料に対するＢＳＥの数との間の比較に基づいて特に選択される、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  8. 前記第１の幅を前記推定することが、前記第１のＧＬ波形に沿って導関数を計算し、事前定義された導関数閾値を前記第１のＧＬ波形に適用し、第１のトポポイントを生じさせ、前記第１のトポポイント間の前記第１の幅を測定することによって前記第１のＧＬ波形の前記第１のトポポイントを推定することを含む、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  9. 前記第２の幅を前記推定することが、事前定義されたＧＬ閾値を前記第２のＧＬ波形に適用し、第２のトポポイントを生じさせ、前記第２のトポポイント間の前記第２の幅を測定することによって前記第２のＧＬ波形の前記第２のトポポイントを推定することを含む、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  10. 前記ＰＭＣが、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）から得られた基準測定データに対して、前記測定された側面凹部を較正するようにさらに構成される、請求項１に記載のコンピュータ化システム。
  11. 前記較正が、前記電子ビームツールからの対応する測定データと、前記ＴＥＭから得られた前記基準測定データとの間の以前に導出された相関関係に基づく、請求項１０に記載のコンピュータ化システム。
  12. 半導体試料における側面凹部を測定するコンピュータ化方法であって、前記半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、前記第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、前記方法が、処理およびメモリ回路（ＰＭＣ）によって実行され、
    前記試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得された第１の画像と、前記表面とターゲットの第２の層との間の前記試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって取得された第２の画像とを得ることであり、前記半導体試料が、前記ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査され、前記第１の画像が、前記試料の表面プロファイルの情報を与え、前記第２の画像が、前記内部領域の内部構造の情報を与える、得ることと、
    前記第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、前記第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成することと、
    前記第１のＧＬ波形に基づいて前記第１の層の第１の幅を、および前記第２のＧＬに基づいて少なくとも前記ターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、
    前記第１の幅および前記第２の幅に基づいて前記ターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定することと
    を含む、コンピュータ化方法。
  13. 前記ターゲットの第２の層が、前記１つまたは複数の第２の層のうちの上部の第２の層であり、前記測定される側面凹部が、前記上部の第２の層とその隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部である、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  14. 前記ターゲットの第２の層が、上部の第２の層に続く後続の第２の層であり、前記測定される側面凹部が、前記上部の第２の層と前記その隣接する第１の層との間に形成された上部層側面凹部と、前記後続の第２の層と前記その隣接する第１の層との間に形成された後続の側面凹部との平均側面凹部である、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  15. 前記上部の第２の層に続く後続の第２の層に関する平均側面凹部を測定することと、前記平均側面凹部および前記上部層側面凹部に基づいて後続の層の側面凹部を導出することとをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータ化方法。
  16. 前記ターゲットの第２の層に対応する前記事前定義された深さまで貫入するための前記入射エネルギーが、側面凹部のない基準試料に対するＢＳＥの数と、前記半導体試料に対するＢＳＥの数との間の比較に基づいて特に選択される、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  17. 前記第１の幅を前記推定することが、前記第１のＧＬ波形に沿って導関数を計算し、事前定義された導関数閾値を前記第１のＧＬ波形に適用し、第１のトポポイントを生じさせ、前記第１のトポポイント間の前記第１の幅を測定することによって前記第１のＧＬ波形の前記第１のトポポイントを推定することを含む、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  18. 前記第２の幅を前記推定することが、事前定義されたＧＬ閾値を前記第２のＧＬ波形に適用し、第２のトポポイントを生じさせ、前記第２のトポポイント間の前記第２の幅を測定することによって前記第２のＧＬ波形の前記第２のトポポイントを推定することを含む、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  19. 透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）から得られた基準測定データに対して前記測定された側面凹部を較正することをさらに含む、請求項１２に記載のコンピュータ化方法。
  20. コンピュータによって実行されたとき、前記コンピュータに、半導体試料における側面凹部を測定する方法を実行させる命令のプログラムを有形に具現化する非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記半導体試料が、互いに交互に堆積された第１のタイプの１つまたは複数の第１の層および第２のタイプの１つまたは複数の第２の層のスタックを含み、前記第２の層が少なくとも部分的にエッチングされ、それによって、各々の所与の第２の層とそれに隣接する２つの第１の層との間に側面凹部が形成され、前記方法が、
    前記試料の表面から放出された二次電子（ＳＥ）を収集することによって取得された第１の画像と、前記表面とターゲットの第２の層との間の前記試料の内部領域から散乱された後方散乱電子（ＢＳＥ）を収集することによって取得された第２の画像とを得ることであり、前記半導体試料が、前記ターゲットの第２の層に対応する事前定義された深さまで貫入するように特に選択された入射エネルギーをもつ電子ビームを使用して走査され、前記第１の画像が、前記試料の表面プロファイルの情報を与え、前記第２の画像が、前記内部領域の内部構造の情報を与える、得ることと、
    前記第１の画像のグレーレベル（ＧＬ）強度分布の情報を与える第１のＧＬ波形と、前記第２の画像のＧＬ強度分布の情報を与える第２のＧＬ波形とを生成することと、
    前記第１のＧＬ波形に基づいて前記第１の層の第１の幅を、および前記第２のＧＬに基づいて少なくとも前記ターゲットの第２の層に関する第２の幅を推定することと、
    前記第１の幅および前記第２の幅に基づいて前記ターゲットの第２の層に関する側面凹部を測定することと
    を含む、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
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