JP2023547856A - Ｆｉｂ斜め切削を使用した孔の傾斜角の測定 - Google Patents

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Abstract

複数の孔を含む試料の領域を評価する方法であって、この方法が、領域の第１の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第１の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、領域内の第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、この１つの角度が、第２の孔が位置するミリングしたエリアの試料の上面が第１の孔が位置する試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、その後に、領域の第２の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第２の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに第２の中心－中心距離を第１の中心－中心距離と比較することを含む方法。

Description

相互参照
本出願は、２０２０年１０月２３日に出願された米国特許出願第１７／０７９，２９７号の優先権を主張するものである。この米国特許出願の開示は、あらゆる目的のためにその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
電子材料の研究および電子材料を加工して電子構造体にするプロセスの研究では、故障解析およびデバイス確認のための顕微鏡試験に、電子構造体の試験体を使用することができる。例えば、１つまたは複数の集積回路（ＩＣ）または他の電子構造体がその上に形成されたシリコンウエハ、窒化ガリウムウエハまたは他のタイプのウエハなどの試験体を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）および／または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてミリングおよび解析して、ウエハ上に形成されたそれらの回路または他の構造体の特定の特性を研究することができる。
ウエハ上に形成された構造体の、欠陥に至りうる１つの特性は、意図したとおりに垂直にエッチングされることなく１つの角度でエッチングされた孔である。例えば、ＶＮＡＮＤデバイス用のビアなどの深い孔では、意図しないわずかな角度であっても欠陥デバイスに帰着しうる。例示のため図１を参照する。図１は、基板１１０上に形成された部分的に形成された半導体デバイス１００の簡略断面図である。図１に示されているように、基板１１０は、層１２０および１３０など、その上に形成された多数の互層を有しうる。それらの層を貫いて特徴１５０に至る深い孔１４０をエッチングすることができる。一例として、孔１４０を、特徴１５０への電気接続を提供する金属または導電性材料が充填されたビアとすることができる。孔１４０をエッチングするときに、その孔が、孔１４０の代わりに孔１６０が形成されるような態様でわずかに傾いた角度（例えば角度α）でエッチングされた場合、孔１６０は特徴１５０に接触しないことがあり、ビア１４０と特徴１５０の間に電気経路を有することが意図された回路は欠陥回路となりうる。
さらに、図１Ａは基板１１０の断面図にすぎず、したがって、試料（半導体デバイス１００）を２軸（例えばＸ軸およびＺ軸）に沿って示しているだけである。孔１６０がエッチングされた角度が、Ｘ軸とＹ軸のどちらか一方または両方において理想的な垂直孔と整列していないことがある。図１Ｂは、特徴１５０が形成された基板１１０の表面１７０の簡略図である。図１Ｂに示されているように、孔１６０が、Ｘ方向とＹ方向の両方において（意図されたビア１４０との比較で）構造体１５０と整列していないことがある。いくつかの用途では、試料の上面からの特徴１５０の深さを考慮すると、わずかに１度だけ傾いた孔１６０をエッチングすることによって、その孔が、特徴１５０または基板１１０内の他の構造体と望ましくない距離を隔てて整列しないことがある。
半導体デバイス１００などの構造体に形成された傾斜角を有する孔を正確に検出することは難しいことがある。したがって、傾いた孔の検出を改良することが望ましい。
本開示の実施形態は、半導体ウエハなどの試料に形成された傾いた孔を検出するための方法およびシステムを提供する。実施形態は、２つ以上の孔がその中にエッチングされた試料を評価すること、およびそれらの孔が傾いた角度で形成されたものであるのかどうか、またはそれらの孔が試料の表面に対して９０度の角度で垂直に形成されたものであるのかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態によれば、２つ以上の孔を含む試料の領域を走査電子顕微鏡を用いて試料の表面に対して垂直な角度で画像化すること、次いで焦束イオンビームを用いて斜め切削（ｄｉａｇｏｎａｌ ｃｕｔ）に沿ってミリングすることができる。この斜めミリングの後、この領域の第２の画像を垂直な同じ角度で撮影すること、およびそれらの２つの画像を比較して、隣り合う孔の中心－中心距離が深さとともに変化しているかどうかを判定することができる。
孔が完全に垂直に（すなわち基板の表面に対して９０度の角度で）エッチングされている場合、隣り合う孔間の中心－中心距離は、ミリングした深さの全体にわたって一定のままである。他方、このようなプロセスが、ミリングした深さにおける中心－中心距離と比べたときに、基板の表面にエッチングされた孔の中心－中心距離の差を検出した場合、それらの孔は、傾いた垂直でない角度（すなわち９０度以外の角度）でエッチングされており、いくつかの実施形態は、傾いた孔がエッチングされた実際の角度を決定することができる。
いくつかの実施形態では、複数の孔を含む試料の領域を評価する方法が提供され、この方法は、複数の孔を含む試料の領域の第１の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第１の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、領域内の第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、この１つの角度が、第２の孔が位置するミリングしたエリアの試料の上面が第１の孔が位置する試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、その後に、第１および第２の孔を含む試料の領域の第２の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第２の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに第２の中心－中心距離を第１の中心－中心距離と比較することを含むことができる。
いくつかの実施形態では、上述の試料などの試料を評価するためのシステムが提供される。このシステムは、真空チャンバと、試料評価プロセスの間、真空チャンバ内で試料を保持するように構成された試料支持体と、真空チャンバ内へ第１の荷電粒子ビームを導くように構成された走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラムと、真空チャンバ内へ第２の荷電粒子ビームを導くように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、プロセッサおよびプロセッサに結合されたメモリとを含むことができる。このメモリは複数のコンピュータ可読命令を含むことができ、この複数のコンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されたときに、複数の孔を含む試料の領域の第１の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第１の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、領域内の第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、この１つの角度が、第２の孔が位置するミリングしたエリアの試料の上面が第１の孔が位置する試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、その後に、第１および第２の孔を含む試料の領域の第２の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第２の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに第２の中心－中心距離を第１の中心－中心距離と比較することをシステムに実行させる。
追加の実施形態も、上述の試料などの試料の領域を評価するための命令を記憶した非一過性コンピュータ可読メモリに関し、複数の孔を含む試料の領域を評価することは、複数の孔を含む試料の領域の第１の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第１の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、領域内の第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、この１つの角度が、第２の孔が位置するミリングしたエリアの試料の上面が第１の孔が位置する試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、その後に、第１および第２の孔を含む試料の領域の第２の画像を、領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、第２の画像を評価して、複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに第２の中心－中心距離を第１の中心－中心距離と比較することによって実行される。
本明細書に記載された実施形態のさまざまな実施態様は、以下のうちの１つまたは複数の特徴を含むことができる。この方法はさらに、孔が傾いている角度βを決定することを含むことができる。この方法はさらに、角度βが所定の値よりも大きい場合に試料を製造ラインから排除することを含むことができる。第１の孔は、１つの角度でミリングした領域のエリアの外側にあることができる。試料は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラムおよび焦束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムを含む評価ツールの真空チャンバ内に置くことができ、第１および第２の画像はＳＥＭカラムで捕捉することができ、ミリングはＦＩＢカラムで実行することができる。試料は半導体ウエハとすることができる。
いくつかの実施態様では、孔が傾いている角度βを下式に従って決定することができ、
Figure 2023547856000002
 上式で、αは、斜め切削の角度であり、ｘは、第１の画像で測定した第１の孔と第２の孔の間の中心－中心距離であり、Δｘは、斜め切削の前と後の傾いた第２の孔の正確な位置の差であり、θは、第１の画像における第１および第２の孔の中心を通る第１の想像線と、最初に画像化したときの第２の孔の中心および第２の画像における第２の孔の中心を通る第２の想像線との間の角度である。
いくつかの実施態様では、複数の孔を、第１の水平面内で傾いた１つの角度でエッチングされたものとすることができ、試料を、第１の水平面内でミリングすることができ、孔が傾いている角度βを下式に従って決定することができ、
Figure 2023547856000003
 上式で、αは、斜め切削の角度であり、ｘは、第１の画像で測定した第１の孔と第２の孔の間の中心－中心距離であり、Δｘは、第２の画像と第１の画像の中心－中心測定値の差である。
本開示の性質および利点をより十分に理解するため、以下の説明および添付図を参照すべきである。しかしながら、それぞれの図は例示のためだけに示したものであり、本開示の範囲の境界を定めることを意図したものではないことを理解すべきである。さらに、概して、この説明に反することが明白である場合を除き、異なる図の要素が同一の参照符号を使用している場合、それらの要素は一般に、同一の機能または目的を有するか、または少なくとも同様の機能または目的を有する。
試料の一部分を貫いて傾いた角度で形成された孔を有する試料の簡略断面図である。 試料の表面に形成された特徴とＸ方向とＹ方向の両方において整列していない孔を示す、図１Ａに示された試料の表面の簡略図である。 本開示のいくつかの実施形態による試料評価システムの簡略図である。 本開示のいくつかの実施形態による、試料を評価する方法に関連したステップを示す流れ図である。 多数の孔がその中にエッチングされた半導体ウエハの簡略断面図である。 本明細書に開示されたいくつかの実施形態に従って評価することができる領域において斜め切削を実施した後の、図４Ａに示された半導体ウエハの簡略断面図である。 図４Ｂに示された半導体ウエハの簡略断面図、およびいくつかの実施形態に従って評価している領域の数学的表現を示す図である。 いくつかの実施形態による試料の評価を示す簡略図である。 いくつかの実施形態による試料の評価を示す簡略図である。 孔を含むことができる半導体ウエハ上のエリアの簡略図であり、それらの孔を評価して、それらの孔が傾いた角度でエッチングされたものであるかどうかをいくつかの実施形態に従って判定することができる。
本開示の実施形態は、半導体ウエハなどの試料に形成された傾いた孔を検出するための方法およびシステムに関する。実施形態は、２つ以上の孔（例えば、同じプロファイルを有することが意図された等間隔に配置された数千または数百万個の孔からなるアレイからの孔）がその中にエッチングされた試料を評価すること、およびそれらの孔が、試料の表面に対して９０度の角度で試料にエッチングされたものであるのかどうか、またはそれらの孔が、垂直でない傾いた角度で試料にエッチングされたものであるのかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態によれば、２つ以上の孔を含む試料の領域を走査電子顕微鏡を用いて試料の表面に対して垂直な角度で画像化すること、次いで焦束イオンビームを用いて斜め切削に沿ってミリングすることができる。この斜めミリングの後、この領域の第２の画像を垂直な同じ角度で撮影すること、およびそれらの２つの画像を比較して、孔の中心－中心距離が深さとともに変化しているかどうかを判定することができる。
孔が垂直に（すなわち基板の表面に対して９０度の角度で）エッチングされている場合、隣り合う孔間の中心－中心距離は、ミリングした深さの全体にわたって一定のままである。他方、このようなプロセスが、ミリングした深さにおける中心－中心距離と比べたときに、基板の表面にエッチングされた孔の中心－中心距離の差を検出した場合、それらの孔は、傾いた垂直でない角度（すなわち９０度以外の角度）でエッチングされており、いくつかの実施形態は、傾いた孔がエッチングされた実際の角度を決定することができる。
例示的な試料評価システム
本開示をより十分に理解および認識するため、最初に図２を参照する。図２は、本開示の実施形態による、傾いた孔を検出するのに適した評価システムの簡略概略図である。試料評価システム２００を使用して、半導体ウエハ上に形成された構造体の欠陥検査および欠陥解析などの操作を実施することができる。
システム２００は、真空チャンバ２１０、ならびに走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム２２０および集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム２３０を含むことができる。試料２５５（本明細書では時に「物体」または「試験体」と呼ぶ）がＦＩＢカラムまたはＳＥＭカラムの一方からの荷電粒子ビームにさらされる処理操作の間、支持要素２５０（例えば試料支持ペデスタル）がチャンバ２１０内で試料２５５（例えば半導体ウエハ）を支持することができる。支持要素２５０はさらに、真空チャンバ２１０内において、試料を、処理の必要性に応じて２つのカラム２２０と２３０の視野間で移動させることができる。
ある種の操作のため、ガス供給ユニット２６０によって処理中の試料に１種または数種のガスを供給することができる。説明を単純にするために図２ではガス供給ユニット２６０がノズルとして示されているが、ガス供給ユニット２６０は、ガスリザーバ、ガス源、バルブ、１つまたは複数の入り口および１つまたは複数の出口などの要素を含むことができることに留意されたい。いくつかの実施形態では、試料の上面全体にガスを供給するのではなく、荷電粒子ビームの走査パターンにさらされる試料のエリア内の試料にガスを供給するように、ガス供給ユニット２６０を構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ガス供給ユニット２６０が、荷電粒子ビーム走査パターンを包含する試料表面の比較的に小さな部分にガスを直接に供給するように構成された数百μｍ（例えば４００～５００μｍの間）のノズル直径を有する。さまざまな実施形態において、ＳＥＭカラム２２０の下に配置された試料にガスを供給するように第１のガス供給ユニット２６０を構成することができ、ＦＩＢカラム２３０の下に配置された試料にガスを供給するように第２のガス供給ユニット２６０を構成することができる。
ＳＥＭカラム２２０およびＦＩＢカラム２３０は、これらの荷電粒子カラムのいずれか一方によって生成された荷電粒子ビームが、真空チャンバ２１０内に形成された真空化された環境を通って伝搬した後に試料２５５に衝突するように、真空チャンバ２１０に接続されている。ＳＥＭカラム２２０は、試料に荷電粒子ビームを照射し、この照射により放出された粒子を検出し、検出された粒子に基づいて荷電粒子画像を生成することによって、試料２５５の一部分の画像を生成することができる。ＦＩＢカラム２３０は、１種または数種の荷電粒子ビームを試料に照射することによって試料２５５をミリングして（例えば試料２５５に孔をあけて）断面を形成することができ、さらにその断面を滑らかにすることができる。この断面は、第１の材料の１つまたは複数の第１の部分および第２の材料の１つまたは複数の第２の部分を含みうる。この断面はさらに他の材料の追加の部分を含みうる。好都合には、この滑らかにする操作は通常、試料をミリングするのに比べて小さな加速電圧を利用することを含む。
通常、この粒子画像化プロセスおよび粒子ミリングプロセスはそれぞれ、画像化中またはミリング中の試料の特定のエリアを横切って荷電粒子ビームを一定の速度で往復（例えばラスタ走査パターンで）走査することを含むことができる。当業者に知られているように、荷電粒子カラムに結合された１つまたは複数のレンズ（図示せず）がこの走査パターンを実施することができる。走査するエリアは通常、試料の全面積のうちの非常に小さな部分である。例えば、試料は、直径２００または３００ｍｍの半導体ウエハとすることができ、走査するウエハ上のそれぞれのエリアは、数μｍまたは数十μｍの幅および／または長さを有する長方形のエリアとすることができる。
いくつかの実施形態では、２つ以上の孔がその中にエッチングされた試料２５５を評価するため、ＦＩＢカラム２３０を用いて試料を斜め切削に沿ってミリングし、次いでＳＥＭカラム２２０を用いて試料をトップダウンモードで（すなわち試料２５５の表面に対して垂直な角度で）画像化することができる。このようなプロセスは、孔が９０度の角度で垂直にエッチングされた場合には存在しないであろう、１つの角度でエッチングされた孔の中心－中心距離の差を検出することができる。このような技法を使用した傾いた孔の検出に関する追加の詳細を図３～８に関して後に説明する。
図２には示されていないが、システム２００は、当業者には知られているように、１つまたは複数のコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ命令を実行することによってシステム２００の動作を制御する１つまたは複数のコントローラ、プロセッサまたは他のハードウェアユニットを含むことができる。例として、このコンピュータ可読メモリは、固体メモリ（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／またはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）など。これらは、プログラム可能なもの、フラッシュ更新可能なものおよび／または他の同種のものとすることができる）、ディスクドライブ、光学ストレージデバイス、または同様の非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができる。
斜め切削に沿った試料のミリング
上述のとおり、本開示に記載された実施形態を使用して、２つ以上の孔がその中にエッチングされた、試料２５５などの試料を評価することができる。焦束イオンビームを用いて試料を斜め切削に沿ってミリングし、次いで走査電子顕微鏡ビームを用いて試料を試料の表面に対して垂直な角度で画像化することができる。このようなプロセスは、基板のより深い部分と比べたときに、基板の表面の孔の中心－中心距離に差があるかどうかを検出することができる。孔が完全に垂直に（すなわち基板の表面に関して９０度の角度で）エッチングされている場合、隣り合う孔間の中心－中心距離は、ミリングした深さの全体にわたって一定のままである。他方、このようなプロセスが、ミリングした深さにおける中心－中心距離と比べたときに、基板の表面にエッチングされた孔の中心－中心距離の差を検出した場合、実施形態は、それらの孔は垂直でない角度（すなわち９０度以外の角度）でエッチングされたと判定することができ、孔がエッチングされた実際の角度を決定することができる。
例示のため、本開示のいくつかの実施形態による方法３００に関連したステップを示す流れ図である図３、ならびに方法４００のステップにかけた半導体ウエハ４００の簡略断面図である図４Ａおよび４Ｂを参照する。半導体ウエハ４００は、本開示の実施形態に従って評価することができる領域４２５の半導体基板４１０の上に形成された１つまたは複数の層４２０を貫いて形成された多数の孔、例えば、特徴サイズが小さくアスペクト比が大きい数千個または数百万個の孔のアレイを含むことができる。例示のためだけに、半導体ウエハ４００は、垂直にエッチングされた２つの孔４４０、および垂直でない「傾いた」孔に帰着する角度βでエッチングされた２つの孔４６０を有するものとして示されている。重なり合った領域に示された両方の孔４４０および４６０が含まれているのは単に説明のためだけである。半導体ウエハ４００が実際には、本明細書に開示された方法によって評価することができるエリア４２５に一組の孔４４０または一組の孔４６０の一方だけを含むことを当業者は理解するであろう。以下の議論をさらに単純にするため、以下では、半導体ウエハ４００にエッチングされた孔をひとまとめにして「孔４４０、４６０」と呼ぶことがある。半導体ウエハ４００は、一組の孔４４０または一組の孔４６０だけを含むため、このような記述は、所与の試料ウエハ４００が実際には孔４４０または孔４６０のどちらか一組の孔を含むことを指すことが理解される。本開示に記載された実施形態は、半導体ウエハ４００が、孔４４０などの垂直な向きの孔を含むのかまたは孔４６０などの角度のついた孔を含むのかを判定する方法を教示している。
図４Ａおよび４Ｂにはさらに、半導体ウエハ４００内の１つの深さのところに形成された構造体４５０であって、その上に直接に孔４４０、４６０が形成されることが意図された構造体４５０が示されている。非限定的な１つの例として、孔４４０を、１つまたは複数の誘電体材料層４２０を貫いて形成されたビアとすることができ、構造体４５０を、基板４１０上に形成されたメモリセルまたは同様の電子デバイスの一部分とすることができる。全ての試料に構造体４５０が存在する必要はなく、本開示に記載された実施形態は、孔の下に構造体４５０などの構造体が形成されているかどうかに関わらず、孔４４０、４６０が垂直に形成されているのかまたは傾いて形成されているのかを検出することができる。
方法３００の最初のステップは、図２に示されたＳＥＭカラム２２０などの走査電子顕微鏡の視野の下にウエハ４００を移動させること、およびウエハ４００の表面４３０に対してＳＥＭビームが垂直であるトップダウンモードを使用して、孔４４０、４６０のアレイを含むウエハの領域の初期画像を撮影すること（ブロック３１０）を含むことができる。この初期画像を評価して、アレイの中の一対の孔間の中心－中心距離を、例えば知られている画像解析技法を使用して決定すること（ブロック３２０）ができる。いくつかの実施形態では、中心－中心距離を決定するこの一対の孔を、図４Ａおよび４Ｂに示されているように隣り合う孔とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、これらの孔が隣り合う孔である必要はなく、これらの孔を、他の多数の孔によって隔てられた孔とすることもできる。単純な非限定的な例として、１００個の孔（すなわち１００行）からなる列を５つ有する孔のアレイでは、ブロック３２０で、第１列第１０行の第１の孔と第１列第４０行の第２の孔との間の中心－中心距離を決定することができる。あるいは、ブロック３２０で、第１列第１０行の第１の孔と第５列第１０行の第２の孔との間の中心－中心距離を決定することもできる。当業者には理解されることだが、ブロック３２０で中心－中心距離を決定するときには、それらの孔間の予想される間隔と同じ間隔を有する孔が方法３００の後続のステップでの比較のために選ばれるとの条件で、アレイの中の任意の２つの孔を選ぶことができる。
次に、図３に示されたＦＩＢカラム２３０などの集束イオンビームカラムの視野の下に半導体ウエハ４００を移動させること、および画像化した孔を含む領域を斜め切削４７０によってミリングすること（ブロック３３０）ができる。図４Ｂに示されているように、斜め切削４７０は、孔４４０、４６０のうちの第１の孔がエッチングされたところからわずかに離隔した領域４２５ａから切削４７０が始まり、孔４４０、４６０のうちの第２の孔がエッチングされた領域４２５ｂへ切削が及ぶにつれて切削４７０が深くなるような角度αで実施することができる。
斜め切削４７０を実施した後、半導体ウエハ４００をＳＥＭカラムの視野の下に再び移動させること、およびウエハ４００の表面４３０に対してＳＥＭビームが垂直である、第１の画像に対して使用したのと同じトップダウンモードを使用して、ブロック３１０で画像化した孔と同じ孔を含むウエハの領域４２５の第２の画像を撮影すること（ブロック３４０）ができる。この第２の画像を評価して、ブロック３２０で中心－中心距離を決定したのと同じ２つの孔間の、斜め切削４７０によって画定された表面における中心－中心距離を、例えば第１の画像で孔の中心－中心距離を決定するために使用した知られている同じ画像解析技法を使用して決定すること（ブロック３５０）ができる。
次に、（ブロック３５０で決定した）第２の中心－中心距離を（ブロック３２０で決定した）第１の中心－中心距離と比較して、２つの測定値間に差があるかどうかを判定すること、および望ましくない傾いた角度で孔がエッチングされているかどうかを評価すること（ブロック３６０）ができる。例えば、図４Ｂに示されているように、ウエハ４００に形成された孔が傾いた孔４６０である場合、それらの孔間の中心－中心距離は斜め切削に沿って増大する。したがってこれらの２つの測定値は差Δｘだけ互いに異なる。他方、中心－中心距離が斜め切削に沿って変化しない（すなわちΔｘ＝０である）場合、ウエハ４００に形成された孔は、表面４３０に対して９０度の角度でウエハにエッチングされた垂直孔である。理解できることだが、斜め切削の角度をより大きくすると、孔４６０の所与の傾斜角βについて、エリア４２５ｂにおける切削はより深くなり、Δｘはより大きくなるであろう。
試料４００にエッチングされた孔が垂直孔４４０であるのかまたは傾いた孔４６０であるのかを判定することに加えて、いくつかの実施形態では、孔の実際の角度βを計算することができる。前述のとおり、ブロック３２０で測定した中心－中心距離とブロック３５０で測定した中心－中心距離の間に差がない場合、いくつかの例では、それらの孔は孔４４０などの垂直孔であると仮定することができる。他方、ブロック３２０で測定した中心－中心距離とブロック３５０で測定した中心－中心距離の間に差がある場合、それらの孔は孔４６０などの傾いた孔であると結論することができ、いくつかの実施形態は、後述する技法の１つを使用して孔の正確な傾斜角βを（例えばブロック３６０で）計算することができる。
軸上孔傾斜角の測定
例えば、いくつかの実施形態では、ブロック３３０が、斜め切削４７０をミリングする前に、孔４４０、４６０が傾いた角度でエッチングされたかどうかを判定し、傾斜の方向を決定する追加のサブステップを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ブロック３３０が、最初の斜め切削を実施して、切削前の孔間の中心－中心距離が切削後に変化したかどうかを判定すること、および距離が変化した場合に、画像化技法を使用して、孔４６０が傾いている方向を決定することを含むことができる。方向を決定した後、評価中の領域に傾斜の方向の第２の斜め切削（すなわち斜め切削４７０）を形成することができる。このような実施形態は次いで、傾いた孔４６０がエッチングされた角度βを下式を使用して計算することができる。
Figure 2023547856000004
 上式で、βは、孔が傾いている角度であり、αは、斜め切削４７０の角度であり（この角度は既知であり、角度βと同じ水平面内にある）、ｘは、ブロック３２０で測定した第１の孔と第２の孔の間の中心－中心距離であり、Δｘは、ブロック３６０で決定された、ブロック３２０とブロック３５０の間の中心－中心測定値の差であり、ｈは、ブロック３６０で第２の孔を画像化したミリングの深さとブロック３２０で第２の孔を画像化した深さとの間の距離である。図５は、図４Ｂに示された半導体ウエハの簡略断面図、およびいくつかの実施形態および上式（１）に従って評価している領域の数学的表現である。
式（１）を簡単にして下式を得ることができる。
Figure 2023547856000005
 距離Δｘは、２つの傾いた孔４６０に関して図６の簡略図に示されている。図６に示されているように、ミリング操作の前に撮影した第１の画像から測定された（例えばブロック３２０でウエハ４００の第１の画像から測定された）一対の傾いた孔４６０（領域４２５ａに隣接する第１の孔と領域４２５ｂの第２の孔）間の中心－中心距離は、第１の画像の２つの孔の中心４６０ａ間の距離ｘとして示されている。図６はさらに、（例えば斜め切削４７０に沿ってウエハをミリングした後のウエハ４００からブロック３４０で撮影した）第２の画像に示された領域４２５ｂの孔の中心４６０ｂも示しており、領域４２５ｂの傾いた孔４６０の中心は、（第２の画像を撮影した深さおよび傾いた孔の角度のために）孔中心４６０ａから孔中心４６０ｂにシフトしている。
傾斜角を計算した後、（例えば半導体ウエハ４００上に電子デバイスを製造している製造業者が）その傾斜角を使用して、その傾斜角が許容可能な製造公差内にあるか否か、またはウエハ４００を排除すべきかどうかを判定することができる。
軸ずれ孔傾斜角の測定
他の実施形態では、角度αとβが同じ方向である必要はなく、したがって、ブロック３３０に関連して上で説明したものなどの追加のサブステップを含まない。例えば、図７Ａは、斜め切削４７０が傾いた孔４６０と同じ水平面にないときに、（例えばブロック３２０で測定した、２つの孔中心４６０ａ間の距離ｘによって示されている）一対の傾いた孔４６０の第１の画像を、（例えば領域４２５ｂにおける孔の中心がブロック３４０の間に撮影した第２の画像の孔中心４６０ｂにシフトしている）傾いた孔４６０の第２の画像と比較したときの領域４２５ｂの孔の位置の変化を示す簡略図である。その代わりに、斜め切削４７０の方向と傾いた孔の方向とは未知の角度だけ異なっていることができる。
このような実施形態は、それでも、傾いた孔４６０がエッチングされた角度βを下式を使用して計算することができる。
Figure 2023547856000006
 上式で、βは、孔が傾いている角度であり、αは、斜め切削４７０の角度であり（この角度は既知だが、角度βの方向とは軸がずれている）、ｘは、ミリング前の第１の画像で測定した第１の孔と第２の孔の間の中心－中心距離であり、Δｘは、斜め切削の前と後の傾いた孔の正確な位置の差であり、ｈは、ミリング後の第２の画像で第２の孔を画像化したミリングの深さと第１の画像で第２の孔を画像化した深さとの間の距離であり、θは、図７Ａに示されているように、最初に画像化した２つの孔４６０の孔中心４６０ａを通る第１の想像線４８０と、最初に画像化した領域４２５ｂの孔の孔中心４６０ａおよび第２の画像の領域４２５ｂの孔の孔中心４６０ｂを通る第２の想像線４８２との間の角度である。
式（３）を簡単にして下式を得ることができる。
Figure 2023547856000007
次いで、式（４）を簡単にして下式を得ることができる。
Figure 2023547856000008
傾斜角を計算した後、（例えば半導体ウエハ４００上に電子デバイスを製造している製造業者が）その傾斜角を使用して、その傾斜角が許容可能な製造公差内にあるか否か、またはウエハ４００を排除すべきかどうかを判定することができる。
いくつかの例では、たとえ望ましくない傾いた角度で孔がエッチングされたとしても、第１の画像と第２の画像の孔間の中心－中心距離が変化しない可能性がある。すなわち、角度θとシフトΔｘの特定の組合せが与えられた場合に、中心－中心距離が変化しないことがある。例示のため、図７Ｂを参照する。図７Ｂは、斜め切削４７０が傾いた孔４６０と同じ水平面にないときであって、かつそれぞれの画像の孔間の中心－中心距離が同じである場合の、一対の傾いた孔４６０のミリング前の画像とミリング後の画像の間の孔の位置の変化を示す簡略図である。
図７Ｂに示されているように、本明細書で論じたように斜めにミリングする前、一対の傾いた孔４６０は、（例えばそれぞれの孔の孔中心４６０ａ間の距離Ｘによって示されている）距離Ｘだけ離隔している。斜めミリングプロセスの後、領域４２５ｂの傾いた孔の中心は位置４６０ａから位置４６０ｂに移動する。位置４６０ｂは位置４６０ａから距離Δｘだけ離隔しているが、領域４２５ｂの孔は実際に、領域４２５ａに隣接する孔から同じ距離Ｘだけ離れている。したがって、いくつかの実施形態は、孔間の中心－中心距離が変化している場合、または孔間の方向（方位）が変化している場合に、孔は傾いた角度でエッチングされていると判定すること（ブロック３６０）ができる。言い換えると、実施形態は、孔間の中心－中心距離と孔間の方向（方位）の両方が不変の場合に、孔は垂直にエッチングされていると判定することができる。
複数の孔を有する試料の例
本開示に記載された実施形態のいくつかの態様の背景を提供するため、図８を参照する。図８は、隣り合う孔を含むことができる半導体ウエハ上のエリアの簡略図であり、それらの孔を評価して、それらの孔が傾いた角度でエッチングされたものであるかどうかをいくつかの実施形態に従って判定することができる。具体的には、図８は、ウエハ８００の上面図およびウエハ８００の特定の部分の２つの拡大図を含む。ウエハ８００は、例えば２００ｍｍまたは３００ｍｍ半導体ウエハとすることができ、ウエハ８００上に形成された多数の集積回路８１０を含むことができる（この例では５２個の集積回路８１０が示されている）。集積回路８１０は、中間製造段階にある回路とすることができ、本明細書に記載されたデレイヤリング技法を使用して、集積回路の１つまたは複数の領域８２０を評価および解析することができる。例えば、図８の拡大図Ａは、本明細書に記載された技法に従って評価および解析することができる集積回路８１０の１つの多数の領域８２０を示している。拡大図Ｂは、孔のアレイ８３０がその中に形成されたそれらの領域８２０の１つを示している。
本開示の実施形態は、エリア８２０の第１のＳＥＭ画像を捕捉し、その領域８２０を上で論じたとおりに斜め切削に沿ってミリングし、次いでエリア８２０の第２のＳＥＭ画像を撮影することによって、領域８２０の孔を解析および評価することができる。ＳＥＭ画像は例えば、図８の拡大図Ｂに簡略化された形式で示された走査パターン８５０などのラスタパターンに従ってその領域内でＳＥＭビームを往復走査することによって捕捉することができる。このミリングプロセスでは、ビームを開始部分８５０ａから終了部分８５０ｂまで１線ずつ走査する同様のラスタパターンであって、ミリングした領域８２０が、終了部分８５０ｂのミリングした領域の深さが開始部分８５０ａよりも深くなるような角度を有するように、それぞれの走査線が、直前の走査線よりもわずかに長い時間ミリングされる同様のラスタパターンに従ってその領域内でＦＩＢビームを往復走査することによって、領域８２０をミリングすることができる。
本明細書における方法への上記の言及は、必要な変更を加えて、その方法を実行することができるシステムに適用されるべきであり、必要な変更を加えて、実行されたときにその方法が実行される命令を記憶したコンピュータプログラム製品に適用されるべきである。同様に、本明細書におけるシステムへの上記の言及は、必要な変更を加えて、そのシステムによって実行することができる方法に適用されるべきであり、必要な変更を加えて、そのシステムによって実行することができる命令を記憶したコンピュータプログラム製品に適用されるべきであり、本明細書におけるコンピュータプログラム製品への言及は、必要な変更を加えて、そのコンピュータプログラム製品に記憶された命令を実行したときに実行することができる方法に適用されるべきであり、必要な変更を加えて、そのコンピュータプログラム製品に記憶された命令を実行するように構成されたシステムに適用されるべきである。
以上の説明では、説明の目的上、記載された実施形態の徹底的な理解を提供するために特定の用語を使用した。しかしながら、記載された実施形態を実行するのにそれらの特定の詳細は必要ないことは当業者には明らかであろう。例えば、上で説明した本開示のいくつかの特定の実施形態は、例示的な半導体ウエハを試料として使用するが、本開示の実施形態を使用して、半導体ウエハ以外の基板上に形成されたナノ構造体を含む他のタイプの試料をデレイヤリングすることもできる。したがって、本明細書に記載された特定の実施形態の上記の説明は、例示および説明のために示されたものである。それらの説明が網羅的であること、またはそれらの説明が、開示された正確な形態に実施形態を限定することは意図されていない。さらに、本開示の異なる実施形態を上で開示したが、本開示の実施形態の趣旨および範囲を逸脱することなく、特定の実施形態の特定の詳細を適宜に組み合わせることができる。
さらに、以上の教示を考慮すれば、多くの修正および変更が可能であることは当業者には明白であろう。例えば、図３は、いくつかの実施形態によるステップの特定の順序を示しているが、他の実施形態ではこの順序を変更することができる。具体的な１つの例として、いくつかの実施形態では、第１および第２の画像を捕捉した後の適切な任意の時点で、第１および第２の画像の隣り合う孔間の中心－中心距離を決定することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、単一の画像を使用して、ブロック３２０とブロック３５０の両方で孔の中心－中心距離を決定することができる。例えば、試料に形成された孔はしばしば、同じ間隔を有する孔の大きなアレイの部分である。ブロック３４０で撮影した単一の画像は、ミリングした領域の孔と、ミリングした領域内の孔と同じアレイに属するミリングした領域の外側の孔の両方を捕捉することができる。アレイの中の孔の間隔は一貫しているため、いくつかの実施形態では、ブロック３６０で、ブロック３３０でミリングした領域内の孔の中心－中心距離を、ミリングした領域の外側の孔の中心－中心距離と比較することができる。
本開示の示された実施形態の大部分は、当業者に知られている電子部品および回路を使用して実施することができるため、本開示の教示を不明瞭にしたり、または本開示の教示から逸脱したりしないように、そのような電子部品および回路の詳細は、上で説明したとおり、本開示の基礎をなす発想の理解および認識のために必要と考えられる程度を超えて説明されない。

Claims (20)

  1. 複数の孔を含む試料の領域を評価する方法であって、前記方法が、
    前記複数の孔を含む前記試料の前記領域の第１の画像を、前記領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第１の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、
    前記領域内の前記第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、前記１つの角度が、前記第２の孔が位置するミリングした前記エリアの前記試料の上面が前記第１の孔が位置する前記試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、
    その後に、前記第１および第２の孔を含む前記試料の前記領域の第２の画像を、前記領域を前記第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第２の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに
    前記第２の中心－中心距離を前記第１の中心－中心距離と比較すること
    を含む方法。
  2. 前記孔が傾いている角度βを決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記角度βが所定の値よりも大きい場合に前記試料を製造ラインから排除することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定することをさらに含み、
    Figure 2023547856000009
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記斜め切削の前と後の前記第２の孔の正確な位置の差であり、θは、前記第１の画像における前記第１および第２の孔の中心を通る第１の想像線と、最初に画像化したときの前記第２の孔の中心および前記第２の画像における前記第２の孔の中心を通る第２の想像線との間の角度である、
    請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の孔が、１つの角度でミリングした前記領域の前記エリアの外側にある、請求項１に記載の方法。
  6. 前記複数の孔が、第１の水平面内で傾いた１つの角度でエッチングされており、前記試料が、前記第１の水平面内でミリングされる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記複数の孔が傾いている前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定することをさらに含み、
    Figure 2023547856000010
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記第２の画像と前記第１の画像の前記中心－中心測定値の差である、
    請求項６に記載の方法。
  8. 前記試料が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラムおよび焦束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムを含む評価ツールの真空チャンバ内に置かれ、前記第１および第２の画像が前記ＳＥＭカラムで撮影され、前記ミリングが前記ＦＩＢカラムで実行される、請求項１～７のいずれかに記載の方法。
  9. 前記試料が半導体ウエハである、請求項８に記載の方法。
  10. 複数の孔を含む試料の領域を評価するためのシステムであって、前記システムが、
    真空チャンバと、
    試料評価プロセスの間、前記真空チャンバ内で試料を保持するように構成された試料支持体と、
    前記真空チャンバ内へ第１の荷電粒子ビームを導くように構成された走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラムと、
    前記真空チャンバ内へ第２の荷電粒子ビームを導くように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
    プロセッサおよび前記プロセッサに結合されたメモリと
    を備え、前記メモリが複数のコンピュータ可読命令を含み、前記複数のコンピュータ可読命令が、前記プロセッサによって実行されたときに、
    前記複数の孔を含む前記試料の前記領域の第１の画像を、前記領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第１の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、
    前記領域内の前記第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、前記１つの角度が、前記第２の孔が位置するミリングした前記エリアの前記試料の上面が前記第１の孔が位置する前記試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、
    その後に、前記第１および第２の孔を含む前記試料の前記領域の第２の画像を、前記領域を前記第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第２の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに
    前記第２の中心－中心距離を前記第１の中心－中心距離と比較すること
    を前記システムに実行させる、システム。
  11. 前記プロセッサがさらに、前記孔が傾いている角度βを決定することを前記システムに実行させる、請求項１０に記載の試料を評価するためのシステム。
  12. 前記プロセッサがさらに、前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定することを前記システムに実行させ、
    Figure 2023547856000011
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記斜め切削の前と後の前記第２の孔の正確な位置の差であり、θは、前記第１の画像における前記第１および第２の孔の中心を通る第１の想像線と、最初に画像化したときの前記第２の孔の中心および前記第２の画像における前記第２の孔の中心を通る第２の想像線との間の角度である、
    請求項１０に記載の試料を評価するためのシステム。
  13. 前記複数の孔が、第１の水平面内で傾いた１つの角度でエッチングされており、前記プロセッサがさらに、前記試料を前記第１の水平面内でミリングすることを前記システムに実行させる、請求項１０に記載の試料を評価するためのシステム。
  14. 前記プロセッサがさらに、前記複数の孔が傾いている前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定することを前記システムに実行させ、
    Figure 2023547856000012
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記第２の画像と前記第１の画像の前記中心－中心測定値の差である、
    請求項１３に記載の試料を評価するためのシステム。
  15. 前記第１の孔が、１つの角度でミリングした前記領域の前記エリアの外側にある、請求項１０～１４のいずれかに記載の試料を評価するためのシステム。
  16. 複数の孔を含む試料の領域を評価するための命令を記憶した非一過性コンピュータ可読メモリであって、前記複数の孔を含む前記試料の前記領域を評価することが、
    前記複数の孔を含む前記試料の前記領域の第１の画像を、前記領域を第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第１の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第１の中心－中心距離を決定すること、
    前記領域内の前記第２の孔を含むエリアに斜め切削を１つの角度でミリングすることであり、前記１つの角度が、前記第２の孔が位置するミリングした前記エリアの前記試料の上面が前記第１の孔が位置する前記試料の上面に関して凹むような角度である、ミリングすること、
    その後に、前記第１および第２の孔を含む前記試料の前記領域の第２の画像を、前記領域を前記第１の荷電粒子ビームで走査することによって撮影すること、
    前記第２の画像を評価して、前記複数の孔の第１の孔と第２の孔の間の第２の中心－中心距離を決定すること、ならびに
    前記第２の中心－中心距離を前記第１の中心－中心距離と比較すること
    によって実行される、非一過性コンピュータ可読メモリ。
  17. 前記領域を評価するための前記命令が、前記孔が傾いている角度βを決定する命令をさらに含む、請求項１６に記載の非一過性コンピュータ可読メモリ。
  18. 前記領域を評価するための前記命令が、前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定する命令をさらに含み、
    Figure 2023547856000013
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記斜め切削の前と後の前記第２の孔の正確な位置の差であり、θは、前記第１の画像における前記第１および第２の孔の中心を通る第１の想像線と、最初に画像化したときの前記第２の孔の中心および前記第２の画像における前記第２の孔の中心を通る第２の想像線との間の角度である、
    請求項１６に記載の非一過性コンピュータ可読メモリ。
  19. 前記複数の孔が、第１の水平面内で傾いた１つの角度でエッチングされており、前記領域を評価するための前記命令が、前記複数の孔が傾いている前記孔が傾いている角度βを下式に従って決定する命令をさらに含み、
    Figure 2023547856000014
     上式で、αは、斜め切削の前記角度であり、ｘは、前記第１の画像で測定した前記第１の孔と前記第２の孔の間の前記中心－中心距離であり、Δｘは、前記第２の画像と前記第１の画像の前記中心－中心測定値の差である、
    請求項１６に記載の非一過性コンピュータ可読メモリ。
  20. 前記第１の孔が、１つの角度でミリングした前記領域の前記エリアの外側にある、請求項１６～１９のいずれかに記載の非一過性コンピュータ可読メモリ。
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