JP4493495B2

JP4493495B2 - サブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定するためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP4493495B2
Application number: JP2004521664A
Authority: JP
Inventors: ベンジオンセンダー，; オフィールドロール，; アヴィラムタム，; オヴァダャメナデヴァ，; ローマンクリス，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: KR20060084787A; CN1668915B; WO2004008255A2; KR101057554B1; EP1523671A2; AU2003263776A8; WO2004008255A8; JP2005533252A; WO2004008255A3; AU2003263776A1; CN1668915A

Description

関連出願

[001]本出願は、２００２年７月１１日に出願された「Using tiled SEM views for CD measurements」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／３９４８６４号の優先権を主張する。

発明の分野

[002]本発明は、製造中に、半導体ウェハやレチクル等に限定されないがこれら物体を検査するためのシステム及び方法に関し、より詳細には、ライン、コンタクト、トレンチ等の構造素子を検査するシステム及び方法に関する。

発明の背景

[003]集積回路は、複数の層を含む非常に複雑なデバイスである。各層は、導電性材料や絶縁材料を含んでもよく、一方、他の層は、半導体材料を含んでもよい。これら種々の材料は、通常、集積回路の予想される機能に基づいてパターンに配列される。これらパターンは、集積回路の製造プロセスも反映する。

[004]集積回路は、複雑な複数段階製造プロセスにより製造される。この多段階プロセス中に、抵抗性材料が、（ｉ）基板／層上に堆積され、（ii）ホトリソグラフィックプロセスにより露光され、次いで、（iii）現像されて、後でエッチングされるべきあるエリアを画成するパターンを形成する。

[005]製造段階中及び連続する製造段階と製造段階との間に集積回路を検査するための種々の検査及び欠陥分析技術であって、製造プロセスと結合したもの（「インライン」検査技術とも称される）、またはそうでないもの（「オフライン」検査技術とも称される）が開発されている。種々の光学系、並びに荷電粒子ビーム検査ツール及び再検討ツール、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インクのＶｅｒａＳＥＭ（登録商標）、Ｃｏｍｐｌｕｓｓ（登録商標）及びＳＥＭＶｉｓｉｏｎ（登録商標）がこの技術で知られている。

[006]製造欠陥は、集積回路の電気的特性に影響を及ぼすことがある。これら欠陥の幾つかは、パターンの所要寸法からの望ましからぬ偏差により生じる。「微小寸法(critical dimension)」とは、通常、パターン化されたラインの幅、２本のパターン化されたライン間の距離、コンタクトの幅、等である。

[007]検査プロセスの目標の１つは、検査物体がこれら微小寸法からの偏差を含むかどうか決定することである。この検査は、通常、前記偏差を測定するに必要な高い解像度を与える荷電粒子ビーム像形成によって行なわれる。

[008]典型的な検査構造素子は、２つの反対の側壁を有するラインである。このラインの底部幅を測定するには、そのラインの頂部幅を測定すると共にその側壁を測定することを含む。

[009]上面図（ラインを走査する電子ビームが基板に垂直である）のみを使用して構造素子のラインの微小寸法を測定すると、特に、側壁の一方が負の側壁角度を有していて側壁の上端が側壁の下端を覆い隠しているときに、誤った結果を招くことがある。

[0010]前記不正確さに対処するために、電子ビームの電子的傾斜を可能にするＣＤ−ＳＥＭツールが導入された。サンタクララのアプライド・マテリアルズのＮａｎｏＳｅｍ３Ｄは、走査電子ビームの電子的傾斜及び機械的傾斜を許容し、種々の傾斜角度で幾つかの方向からウェハ表面を走査するカラムを有した全自動のＣＤ−ＳＥＭである。

[0011]微小寸法の測定は、複数の傾斜ビームでテスト物体を照射し、検出波形を処理して、微小寸法を定義することを含んでもよい。

[0012]複数の測定は、幾つかの欠点を有する。最初に、特に、走査電子ビームの傾斜度を変更することが測定に含まれるときには、検査システムのスループットが低下する。このような変更は、減磁段階及び電子ビーム安定化段階を必要とすることがある。複数の測定の更に別の欠点は、測定される構造素子の劣化（例えば、収縮や炭化）、及び測定される構造素子の望ましからぬ荷電から生じる。

発明の概要

[0013]本発明は、構造素子の断面特徴を決定するのに必要な測定の量を選択的に減少することのできる種々の走査機構を提供する。

[0014]本発明は、第１及び第２のトラバース区分間に位置する中間区分により断面を定義して、サブミクロン断面（断面寸法の少なくとも１つが１ミクロン未満である）を有する構造素子の断面特徴を決定するための方法を提供する。この方法は、（ａ）少なくとも頂部区分及び第１トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を１回以上走査するのに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、（ｂ）第１パラメータに応答して、（ｉ）第１トラバースの断面特徴に応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定すべきか、または（ii）少なくとも頂部区分及び第２トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を１回以上走査するのに応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定すべきかを選択するステップと、（ｃ）この選択に応答して、第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、を備えている。

[0015]本発明の実施形態によれば、上記傾斜角度の１つは、実質的にゼロ及び安定したゼロである。

[0016]本発明の別の態様によれば、傾斜角度は、電気的傾斜及び／または機械的傾斜或いはその両方の組み合わせにより得ることができる。機械的な傾斜は、検査物体及び／又は電子ビームカラム（又は前記カラムの一部分）或いはその両方の組合せを傾斜することで達成できる。

[0017]本発明は、第１及び第２のトラバース区分間に位置する中間区分により断面を定義して、サブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定するための方法を提供する。この方法は、（ａ）構造素子に垂直な仮想線に対して第１の正の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第１セットのデータを与えるステップと、（ｂ）構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合には、構造素子に垂直な仮想線に対して第２の正の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第２セットのデータを与えるステップと、（ｃ）少なくとも第１セットのデータに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、（ｄ）第１パラメータがある値を有する場合には、第１トラバースの断面特徴に応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、（ｅ）一方、第１パラメータが別の値を有する場合には、（ｅ．１）構造素子に垂直な仮想線に対して第１の負の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第３セットのデータを与える段階、（ｅ．２）構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合に、構造素子に垂直な仮想線に対して第２の負の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第４セットのデータを与えるが、第１トラバース区分の断面特徴の測定から高さを抽出できる場合には通常実行されない段階、（ｅ．３）少なくとも第３セットのデータに応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定する段階、を実行するステップと、を備えている。

[0018]本発明は、第１及び第２のトラバース区分間に位置する中間区分により断面を定義して、サブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定するためのシステムであって、（ａ）電子ビームを発生するための第１手段と、（ｂ）測定物体の構造素子を横切って電子ビームを走査すると共に電子ビームの傾斜角度を決定するための第２手段であって、プロセッサに接続されて該プロセッサにより制御されるような第２手段と、（ｃ）このプロセッサに接続された検出器であって、電子ビームとの相互作用の結果として構造素子から放出される電子を検出するように配置された検出器とを備えたシステムを提供する。プロセッサは、（ｄ．１）少なくとも頂部区分及び第１トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を１回以上走査するのに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定し、（ｄ．２）第１パラメータに応答して、（ｉ）第１トラバースの断面特徴に応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定すべきか、または（ii）少なくとも頂部区分及び第２トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を１回以上走査するのに応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定すべきかを選択し、更に、（ｄ．３）この選択に応答して、第２トラバース区分の断面特徴を決定するように動作できる。

[0019]本発明を理解すると共に、本発明をいかに実施するか明らかにするために、添付図面を参照して好ましい実施形態を一例として以下に説明するが、これに限定されるものではない。

図面の詳細説明

[0029]典型的なＣＤ−ＳＥＭは、電子ビームを発生するための電子銃と、種々の収差や不整列を減少しながら、ある傾斜状態にすることのできる電子ビームで試料を走査できるようにする偏向及び傾斜ユニット並びに集束レンズとを備えている。試料と電子ビームとの間の相互作用の結果として除去される二次電子のような電子は、検出器に吸引されて検出信号を発生し、この検出信号が処理ユニットにより処理される。検出信号は、試料の種々の特徴を決定したり、検査された試料の像を形成したりするのに使用されてもよい。

[0030]本発明は、部品の量や部品の配列が互いに相違し得る種々の構造のＣＤ−ＳＥＭにおいて実施されてもよい。例えば、偏向ユニットの量や、各ユニットの厳密な構造が変化してもよい。ＣＤ−ＳＥＭは、レンズ内検出器及びレンズ外検出器或いはそれらの組合せを含んでもよい。

[0031]微小寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）１００のブロック図が、図１ａに概略的に示されている。ＣＤ−ＳＥＭ１００は、アノード１０４により抽出される電子ビーム１０１を放出する電子銃１０３を備えている。対物レンズ１１２は、電子ビームを試料の表面１０５ａに収束する。ビームは、走査偏向ユニット１０２を使用して試料にわたって走査される。アパーチャー１０６又は希望の光学軸各々に対するビームの整列は、偏向ユニット１０８−１１１によって達成することができる。偏向ユニットとして、コイル、荷電プレートの形態の静電モジュール、或いはコイル及び静電偏向器の組合体を使用することができる。

[0032]検出器１６は、試料１０５から比較的低いエネルギー（３−５０ｅＶ）で種々の角度において脱出する二次電子を検出することができる。試料からの散乱又は二次微粒子の測定は、光電子増倍管等に接続されたシンチレーターの形態の検出器で行うことができる。信号をいかに測定するかは、一般に、本発明の考え方に影響しないので、これは、本発明を何ら限定するものではないと理解されたい。

[0033]検出信号は、処理ユニット（コントローラ３３の一部分でよいが、必ずしもそうでなくてもよい）によって処理され、該処理ユニットは、像処理能力を有してもよく、検出信号を種々の仕方で処理することができる。典型的な処理機構は、検出信号の振幅・対・走査方向を反映する波形を発生することを含む。この波形は、検査構造素子の少なくとも１つの縁の位置と、他の断面特徴とを決定するように更に処理される。

[0034]システムの異なる部分は、種々の制御ユニットにより制御される対応電源ユニット（高電圧電源ユニット２１のような）に接続されるが、そのほとんどは、説明を簡単化するために図から省略されている。制御ユニットは、ある部分へ供給される電流、及び電圧を決定することができる。

[0035]ＣＤ−ＳＥＭ１００は、偏向ユニット１１０及び１１１を含む二重偏向システムを備えている。従って、第１偏向ユニット１１０に導入されたビームの傾斜を、第２偏向ユニット１１１において修正することができる。この二重偏向システムにより、光学軸に対して電子ビームのビーム傾斜を導入することなく、電子ビームを一方向にシフトすることができる。

[0036]図１ｂは、本発明の別の実施形態による対物レンズ１２０の斜視図である。図１ｂにおいて、傾斜偏向は、対物レンズの下（下流方向）で行なわれる。この対物レンズは、電子ビームの傾斜状態を制御するために、四重形態で配列された磁極片をこの対物レンズと試料との間に配置することにより、対物レンズ１０２とは異なる。これら磁極片は、リングと、付加的なコイル（図示せず）を支持するコアとに電気的に接続され、これらコイルは、電子ビームが通過する磁極片間のスペースに磁束を集中させるように配列される。

[0037]近代的なＣＤ−ＳＥＭは、サブミクロン寸法をもつ断面を有する構造素子を数ナノメーターの精度で測定することができる。これら断面のサイズは、製造及び検査プロセスが改善を続けているので、将来減少することが予想される。

[0038]断面の種々の特徴に関心がもたれてもよい。これらの特徴は、例えば、断面の形状、断面の１つ以上の区分の形状、断面区分の幅及び／又は高さ及び／又は角度方向、並びに断面区分間の関係を含んでもよい。この特徴は、典型的な値、並びに最大及び／又は最小値を反映することができる。通常、ラインの底部の幅に関心がもたれるが、必ずしもそうでなくてもよく、他の特徴に関心がもたれてもよい。

[0039]図２ａは、ライン２１０の斜視図及び断面図である。ライン２１０は、頂部区分２２４並びに２つの実質的に反対のトラバース区分２２２及び２２６（ライン２１０の頂部区分２１４並びに２つの側壁２１２及び２１４に対応する）を含む断面２２０を有し、トラバース区分は、両方とも、ラインの底部が頂部区分２１０により覆い隠されないように実質的に互いに反対の角度に配向される。図２ｂは、頂部区分２３４と、正に配向された第１トラバース区分２３２と、負に配向された第２トラバース区分２３６とを有する別のラインの断面２３０を示す。また、図２ｂは、正の角度、負の角度及びゼロ角度の慣例も示している。

[0040]図２ａ−図２ｂは、ラインを示しているが、この方法及びシステムは、コンタクトやくぼみ等の種々の構造素子の断面特徴（例えば、頂部ＣＤ、底部ＣＤ、最大ＣＤ等）を決定するのにも適用できることに注意されたい。

[0041]図３ａ−図３ｃは、比較的幅の広い、正に配向されたトラバース区分、比較的幅の狭いトラバース区分、及び負に配向されたトラバース区分を表わす波形２５０−２５２の概略図である。これらの図から明らかなように、急激な側壁及び負に配向された側壁に関連した波形部分は、比較的幅が狭く、走査電子ビームの幅に対応している。

[0042]図４は、第１及び第２のトラバース区分間に位置する中間区分により断面を定義して、サブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定するための方法４００を示すフローチャートである。

[0043]この方法４００は、少なくとも頂部区分及び第１トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を少なくとも１回走査するのに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップ４２０により開始される。本発明の一実施形態によれば、構造素子の高さが既知であるか又は推定できる場合には、単一の傾斜走査で充分である。さもなければ、少なくとも２回の走査（異なる傾斜条件における）が要求される。構造素子の高さは、高さ校正プロセス、及び／又は測定物体の製造者により提供される情報に応答して、推定することができる。校正プロセスは、テスト物体を横切って構造素子の高さを何回も測定することを含んでもよい。このプロセスは、テスト物体の異なる領域内に構造素子の高さをマッピングすることを含んでもよい。前記測定は、走査電子顕微鏡により実施されてもよいが、必ずしもそうでなくてもよく、原子間力顕微鏡や共焦点顕微鏡のような他のツールを使用してもよい。

[0044]ステップ４２０の後に、第１パラメータの値が何であるかチェックする問合せステップ４３０が続き、これは、既定の第１条件が満足されたかどうかチェックすること、及び／又は第１パラメータの値が規定の範囲（１つ又は複数）内にあるかどうかチェックすることと同等である。通常、第１パラメータは、ステップ４２０の結果を使用して第２区分の特徴を推定できるかどうか決定し、例えば、断面の特徴を決定するのに必要な走査の量を減少する。

[0045]簡単に述べると、第１の条件は、トラバース区分が対称的であると仮定できる場合に満足される。それとは別に又はそれに加えて、第１パラメータは、急激なトラバース区分及び負の配向のトラバース区分がある波形に関連しているので、疑わしいトラバース区分の測定に応じたものでもある。本発明者は、トラバース区分の幅が電子ビームの幅に実質的に等しい場合にそのトラバース区分が疑わしいことが分かった。

[0046]第１の条件が満足されると、ステップ４３０の後に、第１トラバースの断面特徴に応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップ４４０が続く。さもなければ、ステップ４３０の後に、少なくとも頂部区分及び第２トランスバース区分を照射するように、１つ以上の対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで構造素子を少なくとも１回走査するのに応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップ４５０が続く。多くの場合に、ステップ４２０の結果から構造素子の高さが分かるので（それらが推定できないか又は前もって分からない場合に）、単一の傾斜走査で充分であることに注意されたい。

[0047]第１パラメータの値は、種々のやり方、例えば、次のやり方及び／又はそれらの組み合わせによって決定できるが、これに限定されるものではない。（ｉ）予めの校正プロセスにより決定する。（ii）ステップ４２０の間に取得した波形の対称性に応答して決定する。（iii）トラバース区分に関連した波形区分間の相関に応答して決定する。（iv）以前に記憶された波形の貯蔵部から最良に一致するか又は実質的に一致する波形を見出すことにより決定する。波形は、傾斜電子ビーム及び／又は非傾斜電子ビームでの走査に応答して発生されてもよいことに注意されたい。対称性は、エンドユーザによりＣＤ−ＳＥＭに与えることができる。

[0048]本発明の態様によれば、構造特徴（又は複数の構造特徴）を測定し、検査物体を回転し、既に測定された構造物体を配置して、それを「逆」の方向から測定することにより、対称性を測定することができる。

[0049]校正プロセスは、複数の構造素子の両側で複数の測定を行ない、第１の条件を満足するかどうか決定することを含んでもよい。また、第１の条件は、断面特徴測定の必要な精度に応じたものでもよい。

[0050]それとは別に又はそれに加えて、第１パラメータの値は、電子ビームの幅と、第１又は第２のいずれかのトラバース部分に関連した波形部分の幅との間の関係に応じたものでもよく、一方、波形は、第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップの間に取得される。

[0051]典型的な第１パラメータの値は、真又は偽であるが、確実性の程度を指示する値の範囲を有してもよいので、必ずしもそうでなくてもよい。このような値の範囲が与えられるときには、第１条件を満足することは、更に、全測定の必要な精度等の付加的なパラメータに応答して行なわれてもよい。

[0052]ステップ４４０及び４５０の後に、構造素子の断面特徴を決定するステップ４６０が続く。頂部／中間区分の断面特徴は、ステップ４２０及び／又はステップ４４０から分かり、また、第１及び第２トラバース区分の第１及び第２特徴も既知であるから、構造素子の種々の特徴を計算することができる。例えば、第１条件が満足されたと改定すれば、ラインの底部微小寸法の測定は、頂部区分の幅に、第１側壁の水平投影の２倍を加えたものとなる。

[0053]図５は、第１及び第２のトラバース区分間に位置する中間区分により断面を定義して、サブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定するための方法５００を示すフローチャートである。

[0054]この方法５００は、構造素子に垂直な仮想線に対して第１の正の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第１セットのデータを形成するステップ５１０で開始される。電子ビーム６００（第１の正の角度に傾斜された）と構造素子２１０との間の例示的関係が図６ａに示されている。

[0055]ステップ５１０の後に、構造素子の高さが既知であるか（構造素子の高さが以前に測定された）、または推定できるか（例えば、高さ校正プロセス中に他の構造素子の測定から）を尋ねる問合せステップ５２０が続く。その回答が否定である場合には、ステップ５３０へジャンプし、さもなければ、ステップ５４０へジャンプする。

[0056]ステップ５３０は、構造素子に垂直な仮想線に対して第２の正の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第２セットのデータを形成することを含む。電子ビーム６１０（第２の正の角度に傾斜された）と構造素子２１０との間の例示的関係が図６ａに示されている。ステップ５３０の後に、ステップ５４０が続く。

[0057]ステップ５４０は、少なくとも第１セットのデータに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定することを含む。便宜上、ステップ５３０がスキップされた場合には、第１セットのデータに応答して特徴が決定されるが、ステップ５３０が実行された場合には、特徴の決定は、両データセットに応答して行なわれる。両データセットは、波形としてグラフで示されてもよいことに注意されたい。

[0058]ステップ５４０の後に、第１パラメータの値が何であるかチェックする問合せステップ５５０が続く。当業者に明らかなように、これは、第１パラメータの値がある範囲（１つ又は複数）内にあるかどうか尋ねることに類似している。第１パラメータの値は、第１トラバース区分の断面特徴から第２トラバース区分の断面特徴を求められるかどうか決定するのに使用される。上記で詳細に述べたように、この決定は、第１及び第２のトラバース区分間の推定対称性及び／又はこれらトラバース区分の幅に応じたものである。

[0059]第２のトラバース区分の断面特徴を測定しなければならない場合には、ステップ５５０の後にステップ５６０が続き、さもなければ、ステップ５５０の後にステップ６０１が続く。

[0060]ステップ６０１は、第１トラバースの断面特徴に応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定することを含む。ステップ６０１及びステップ５８０の後に、通常、構造素子の断面特徴を決定する付加的なステップが続く。

[0061]ステップ５６０は、構造素子に垂直な仮想線に対して第１の負の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第３セットのデータを形成することを含む。電子ビーム６２０（第１の負の角度に傾斜された）と構造素子との間の例示的関係が図６ｂに示されている。

[0062]ステップ５６０の後に、構造素子の高さが既知であるか（構造素子の高さが以前に測定された）、または推定できるか（例えば、高さ校正プロセス中に他の構造素子の測定から）を尋ねる問合せステップ５７０が続く。その回答が否定である場合には、ステップ５８０へジャンプし、さもなければ、ステップ５９０へジャンプする。

[0063]ステップ５８０は、構造素子に垂直な仮想線に対して第２の負の角度に傾斜された電子ビームで構造素子を走査して、第４セットのデータを形成することを含む。電子ビーム６３０（第２の負の角度に傾斜された）と構造素子との間の例示的関係が図６ｂに示されている。ステップ５８０の後に、ステップ５９０が続く。

[0064]ステップ５９０は、少なくとも第３セットのデータに応答して第２トラバース区分の断面特徴を決定することを含む。便宜上、ステップ５８０がスキップされた場合には、第３セットのデータに応答して特徴が決定されるが、ステップ５８０が実行された場合には、特徴の決定は、第３及び第４のデータセットに応答して行なわれる。両データセットは、波形としてグラフで示されてもよいことに注意されたい。

[0065]持ち上げられた構造素子の場合には頂部区分でよい中間区分は、走査ステップの各々から決定できることに注意されたい。第１及び第２トラバース区分の断面特徴が与えられると、構造素子の断面、及び該断面の特徴（例えば、頂部ＣＤ、底部ＣＤ、最大ＣＤであるが、これらに限定されない）を決定できることに更に注意されたい。典型的な断面特徴は、トラバース区分の水平投影である。傾斜角度が比較的小さい場合には、傾斜角度がこの角度のタンジェントにほぼ等しいと仮定する。

[0066]幾つかの測定を繰り返してもよいと共に、統計学的ノイズ等を平均化するといった種々の理由で、構造素子の付加的な傾斜走査（同じ及び／又は異なる傾斜角度での）を実行してもよいことに注意されたい。従って、方法４００及び５００は、構造素子の高さが既知であるか推定できるとしても、且つある断面特徴が測定されたとしても、１つ以上の断面特徴の複数の測定を含んでもよい。

[0067]図７は、断面と、この断面を本発明の態様により傾斜ビームで走査することにより測定される幾つかの特徴とを示す。

[0068]図７を参照すれば、次の変数は、次の意味をもつ。

[0069]Ｚ＝ラインの高さ、Ｘ_Ｔ−ラインの頂部の幅（「頂部微小寸法」）、Ｘ_ＥＲ−右側壁の水平投影、Ｘ_ＥＬ−右側壁の水平投影、Ｘ_Ｂ−ラインの底部の水平投影（「底部微小寸法」）、α−正の傾斜角度、Ｅ_Ｅ−傾斜角度αにおける側壁の測定寸法。

[0070]同じ側から、２つの異なる正の角度（α_Ｌ１及びα_Ｌ２）及び２つの異なる負の角度（α_Ｒ１及びα_Ｒ２）で２つの測定が行なわれる場合には、Ｅ_ＥＲ１−傾斜角度α_Ｒ１における右側壁の測定寸法、Ｅ_ＥＲ２−傾斜角度α_Ｒ２における右側壁の測定寸法、Ｅ_ＥＬ１−傾斜角度α_Ｌ１における右側壁の測定寸法、Ｅ_ＥＬ２−傾斜角度α_Ｌ２における右側壁の測定寸法。また、傾斜角度（α）は、α＝タンジェント（α）であるように小さいとも仮定する。

[0071]前記変数が与えられると、以下の方程式セットの少なくとも１つを使用することにより底部微小寸法を計算することができる。

[0072]第１セット（第１の条件が満足される場合）：
Ｘ_Ｂ＝Ｘ _Ｔ＋２＊Ｘ_Ｅ；Ｘ _Ｔ＝(Ｘ_Ｔ＋Ｅ_Ｒ１＋Ｅ_Ｒ２)／３；Ｘ_Ｅ＝Ｅ_Ｅ１−α_１＊(Ｅ_Ｅ１−Ｅ_Ｅ２)／(α_１−α_２)
[0073]第２セット（第１の条件が満足されない場合）：
Ｘ_Ｂ＝Ｘ _Ｔ＋Ｘ_ＥＬ＋Ｘ_ＥＲ；Ｘ _Ｔ＝(Ｘ_Ｔ＋Ｅ_Ｒ１＋Ｅ_Ｒ２＋Ｅ_Ｌ１＋Ｅ_Ｌ２)／５；Ｘ_ＥＬ＝Ｅ_ＥＬ１−α_Ｌ１＊Ｚ；Ｘ_ＥＲ＝Ｅ_ＥＲ１−α_Ｒ１＊Ｚ；Ｚ＝{(Ｅ_Ｅ１−Ｅ_Ｅ２)／２(α_Ｌ１−α_Ｌ２)＋(Ｅ_Ｒ１−Ｅ_Ｒ２)／２(α_Ｒ１−α_Ｒ２)}
[0074]本発明は、従来のツール、方法及びコンポーネントを使用することにより実施できる。従って、このようなツール、コンポーネント及び方法は、ここでは詳細に説明しない。以上の説明においては、本発明を完全に理解するために、典型的なラインの断面の形状、偏向ユニットの量、等の多数の特定の細部について述べた。しかしながら、本発明は、これら特定の細部に依存せずに実施できることが認識されよう。

[0075]ここでは、本発明の実施形態と、その多様性についての幾つかの実施例だけを図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合わせ及び環境においても使用できると共に、本発明の概念の範囲内で変更や修正をなし得ることを理解されたい。

本発明の一実施形態による微小寸法走査電子顕微鏡の概略図である。本発明の別の実施形態による対物レンズの斜視図である。ラインの斜視図及び断面図である。頂部区分と、正に配向された第１トラバース区分と、負に配向された第２トラバース区分とを有する別のラインの断面図である。比較的幅の広い、正に配向されたトラバース区分を表わす波形の概略図である。比較的幅の狭いトラバース区分を表わす波形の概略図である。負に配向されたトラバース区分を表わす波形の概略図である。本発明の一実施形態によりサブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態によりサブミクロン断面を有する構造素子の断面特徴を決定する方法のフローチャートである。２つの電子ビーム（第１及び第２の正の角度に傾斜された）と構造素子との間の例示的関係を示す断面図である。２つの電子ビーム（第１及び第２の負の角度に傾斜された）と構造素子との間の例示的関係を示す断面図である。断面と、該断面を本発明の態様に基づき傾斜ビームで走査することにより測定される幾つかの特徴とを示す図である。

符号の説明

１６・・・検出器、３３・・・コントローラ、２１・・・電源ユニット、１００・・・微小寸法走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）、１０１・・・電子ビーム、１０２・・・走査偏向ユニット、１０３・・・電子銃、１０４・・・アノード、１０５・・・試料、１０５ａ・・・試料の表面、１０６・・・アパーチャー、１０８−１１１・・・偏向ユニット、１１２・・・対物レンズ、２１０・・・ライン、２１２、２１６・・・側壁、２２４・・・頂部区分、２２２、２２６・・・トラバース区分、２３０・・・断面、２３２・・・第１トラバース区分、２３４・・・頂部区分、２３６・・・第２トラバース区分

Claims

第１トラバース区分と第２トラバース区分との間に位置する中間区分により断面が定義される構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定するための方法において、
少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように、少なくとも１つの対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子の少なくとも１回目の走査に応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、
（ａ）少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜及び（ｂ）上記サブミクロン構造素子を含むテスト物体に直角の少なくとも一方とされた電子ビームで上記構造素子の上記１回目の走査による結果として取得した波形の対称性に応じた第１パラメータを、第２トラバース区分の断面特徴を推定するために決定するステップと、
上記第１トラバース区分及び上記第２トラバース区分が対称的であると仮定できる場合に満足される所定の第１条件を、上記第１パラメータの値が満たすときにのみ、上記第１トラバース区分の断面特徴に応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定すると共に、上記第１パラメータが上記第１条件を満たさないときに、少なくとも上記中間区分及び上記第２トラバース区分を照射するように、少なくとも１つの対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を少なくとも１回走査するのに応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、
決定された上記第１トラバース区分の断面特徴及び決定された上記第２トラバース区分の断面特徴に応答して、上記構造素子の上記サブミクロン断面の形状に関する特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
上記第１パラメータの値は校正プロセス中に決定される、請求項１に記載の方法。
テストされる物体は、上記サブミクロン構造素子と他のサブミクロン構造素子とを備え、上記校正プロセスは、上記他のサブミクロン構造素子の中の少なくとも２つの構造素子の第１断面と第２断面とを測定することを含む、請求項２に記載の方法。
上記第１パラメータの値は、上記第１トラバース区分に関連した第１波形部分と、上記第２トラバース区分に関連した第２波形部分との間の相関に応じたものである、請求項１に記載の方法。
上記第１パラメータの値は、少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査した結果として波形を取得し、以前に計算された第１パラメータの値に関連した複数の以前に記録された波形の中から、以前に記録された最良一致波形を探索し、更に、該以前に記録された最良一致波形の、以前に計算された相関ファクタに応答して上記第１パラメータを決定することにより決定される、請求項１に記載の方法。
上記第１条件の値は、上記電子ビームの幅と、上記第１トラバース区分又は第２トラバース区分のいずれかに関連した波形部分の幅との間の関係に応じたものであり、一方、上記波形は、上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップの間に取得される、請求項１に記載の方法。
上記第１トラバース区分の断面特徴を決定する上記ステップは、上記構造素子の高さが分からないか又は推定できない場合に複数の対応する傾斜角度で複数回走査することを含む、請求項１に記載の方法。
上記構造素子の高さは、高さ校正プロセスに応答して推定される、請求項７に記載の方法。
上記高さ校正プロセスは、理想的には同じ高さであるテスト物体の複数の構造素子の高さを測定することを含む、請求項８に記載の方法。
上記構造素子は、上記中間区分と、２つの実質的に対向する側壁とを有するラインである、請求項１に記載の方法。
上記構造素子はコンタクトである、請求項１に記載の方法。
上記構造素子はくぼみである、請求項１に記載の方法。
第１トラバース区分と第２トラバース区分との間に位置する中間区分により断面が定義される構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定するための方法において、
上記構造素子に垂直な仮想線に対して第１の正の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して、第１セットのデータを与えるステップと、
上記構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合には、上記構造素子に垂直な仮想線に対して第２の正の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して、第２セットのデータを与えるステップと、
少なくとも上記第１セットのデータに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、
（ａ）少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜及び（ｂ）上記サブミクロン構造素子を含むテスト物体に直角の少なくとも一方とされた電子ビームで上記構造素子の走査による結果として取得した波形の対称性に応じた第１パラメータを、第２トラバース区分の断面特徴を推定するために決定するステップと、
上記第１トラバース区分及び上記第２トラバース区分が対称的であると仮定できる場合に満足される所定の第１条件を、上記第１パラメータの値が満たすときにのみ、上記第１トラバース区分の断面特徴に応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定するステップと、
上記第１パラメータが上記所定の第１条件を満たさない場合には、
上記構造素子に垂直な仮想線に対して第１の負の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して、第３セットのデータを与える段階、
上記構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合に、上記構造素子に垂直な仮想線に対して第２の負の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して、第４セットのデータを与える段階、
少なくとも上記第３セットのデータに応答して上記構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定する段階、
を実行するステップと、
を備えた方法。
上記第１パラメータの値は校正プロセス中に決定される、請求項１３に記載の方法。
テストされる物体は、上記サブミクロン構造素子と他のサブミクロン構造素子とを備え、上記校正プロセスは、上記他のサブミクロン構造素子の中の少なくとも２つの構造素子の第１断面と第２断面とを測定することを含む、請求項１４に記載の方法。
上記第１パラメータの値は、上記第１トラバース区分に関連した第１波形部分と、上記第２トラバース区分に関連した第２波形部分との間の相関に応じたものである、請求項１３に記載の方法。
上記第１パラメータの値は、少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査した結果として波形を取得し、以前に計算された第１パラメータの値に関連した複数の以前に記録された波形の中から、以前に記録された最良一致波形を探索し、更に、該以前に記録された最良一致波形の、以前に計算された相関ファクタに応答して上記第１パラメータを決定することにより決定される、請求項１３に記載の方法。
上記第１条件の値は、上記電子ビームの幅と、上記第１トラバース区分又は第２トラバース区分のいずれかに関連した波形部分の幅との間の関係に応じたものであり、一方、上記波形は、上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップの間に取得される、請求項１３に記載の方法。
上記第１トラバース区分の断面特徴を決定する上記ステップは、上記構造素子の高さが分からないか又は推定できない場合に複数の対応する傾斜角度で複数回走査することを含む、請求項１３に記載の方法。
上記構造素子の高さは、高さ校正プロセスに応答して推定される、請求項１９に記載の方法。
上記高さ校正プロセスは、理想的には同じ高さであるテスト物体の複数の構造素子の高さを測定することを含む、請求項２０に記載の方法。
上記構造素子は、上記中間区分と、２つの実質的に対向する側壁とを有するラインである、請求項１３に記載の方法。
上記構造素子はコンタクトである、請求項１３に記載の方法。
上記構造素子はくぼみである、請求項１３に記載の方法。
第１トラバース区分と第２トラバース区分との間に位置する中間区分により断面が定義される構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定するシステムにおいて、該システムは、
電子ビームを発生するための第１手段と、
測定物体の構造素子を横切って上記電子ビームを走査すると共に上記電子ビームの傾斜角度を決定するための第２手段であって、プロセッサに接続されて該プロセッサにより制御されるような第２手段と、
上記プロセッサに接続された検出器であって、上記電子ビームとの相互作用の結果として上記構造素子から放出される電子を検出するように配置された検出器と、
を備え、更に、上記プロセッサは、
少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように、少なくとも１つの対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子の少なくとも１回目の走査に応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定し、
（ａ）少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜及び（ｂ）上記サブミクロン構造素子を含むテスト物体に直角の少なくとも一方とされた電子ビームで上記構造素子の上記１回目の走査による結果として取得した波形の対称性に応じた第１パラメータを、第２トラバース区分の断面特徴を推定するために決定し、
上記第１トラバース区分及び上記第２トラバース区分が対称的であると仮定できる場合に満足される所定の第１条件を、上記第１パラメータの値が満たすときにのみ、上記第１トラバース区分の断面特徴に応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定すると共に、上記第１パラメータが上記第１条件を満たさないときに、少なくとも上記中間区分及び上記第２トラバース区分を照射するように、少なくとも１つの対応傾斜角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を少なくとも１回走査するのに応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定し、
決定された上記第１トラバース区分の断面特徴及び決定された上記第２トラバース区分の断面特徴に応答して、上記構造素子の上記サブミクロン断面の形状に関する特徴を決定する、
ように動作できるようにされたシステム。
上記第１パラメータの値は校正プロセス中に決定される、請求項２５に記載のシステム。
テストされる物体は、上記サブミクロン構造素子と他のサブミクロン構造素子とを備え、上記校正プロセスは、上記他のサブミクロン構造素子の中の少なくとも２つの構造素子の第１断面と第２断面とを測定することを含む、請求項２６に記載のシステム。
上記システムは、上記第１トラバース区分に関連した第１波形部分と、上記第２トラバース区分に関連した第２波形部分との間の相関に応答して上記第１パラメータの値を決定するように動作できる、請求項２５に記載のシステム。
上記システムは、少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査した結果として波形を取得し、以前に計算された第１パラメータの値に関連した複数の以前に記録された波形の中から、以前に記録された最良一致波形を探索し、更に、該以前に記録された最良一致波形の、以前に計算された相関ファクタに応答して上記第１パラメータを決定することにより、上記第１パラメータの値を決定するよう動作できる、請求項２５に記載のシステム。
上記第１条件の値は、上記電子ビームの幅と、上記第１トラバース区分又は第２トラバース区分のいずれかに関連した波形部分の幅との間の関係に応じたものであり、一方、上記波形は、上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップの間に取得される、請求項２５に記載のシステム。
上記システムは、上記構造素子の高さが分からないか又は推定できない場合に複数の対応する傾斜角度で複数回走査することにより上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するように動作できる、請求項２５に記載のシステム。
上記システムは、高さ校正プロセスに応答して上記構造素子の高さを推定するように動作できる、請求項３１に記載のシステム。
上記高さ校正プロセスは、理想的には同じ高さであるテスト物体の複数の構造素子の高さを測定することを含む、請求項３２に記載のシステム。
上記構造素子は、上記中間区分と、２つの実質的に対向する側壁とを有するラインである、請求項２５に記載のシステム。
上記構造素子はコンタクトである、請求項２５に記載のシステム。
上記構造素子はくぼみである、請求項２５に記載のシステム。
第１トラバース区分と第２トラバース区分との間に位置する中間区分により断面が定義される構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定するシステムにおいて、該システムは、
電子ビームを発生するための第１手段と、
測定物体の構造素子を横切って上記電子ビームを走査すると共に上記電子ビームの傾斜角度を決定するための第２手段であって、プロセッサに接続されて該プロセッサにより制御されるような第２手段と、
上記プロセッサに結合された検出器であって、上記電子ビームとの相互作用の結果として上記構造素子から放出される電子を検出するように配置された検出器と、
を備え、更に、上記プロセッサは、
上記構造素子に垂直な仮想線に対して第１の正の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して第１セットのデータを与えるように、上記第２手段を制御し、
上記構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合には、上記構造素子に垂直な仮想線に対して第２の正の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して第２セットのデータを与えるように、上記第２手段を制御し、
少なくとも上記第１セットのデータに応答して第１トラバース区分の断面特徴を決定し、
（ａ）少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜及び（ｂ）上記サブミクロン構造素子を含むテスト物体に直角の少なくとも一方とされた電子ビームで上記構造素子の走査による結果として取得した波形の対称性に応じた第１パラメータを、第２トラバース区分の断面特徴を推定するために決定し、
上記第１トラバース区分及び上記第２トラバース区分が対称的であると仮定できる場合に満足される所定の第１条件を、上記第１パラメータの値が満たすときにのみ、上記第１トラバース区分の断面特徴に応答して上記第２トラバース区分の断面特徴を決定し、
上記第１パラメータが上記所定の第１条件を満たさない場合には、
上記構造素子に垂直な仮想線に対して第１の負の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して第３セットのデータを与えるように、上記第２手段を制御し、
上記構造素子の高さが未知であるか又は推定できない場合に、上記構造素子に垂直な仮想線に対して第２の負の角度に傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査して第４セットのデータを与えるように、上記第２手段を制御し、
少なくとも上記第３セットのデータに応答して上記構造素子におけるサブミクロン断面の形状に関する特徴を決定する、
というように動作できるものであるシステム。
上記第１パラメータの値は校正プロセス中に決定される、請求項３７に記載のシステム。
テストされる物体は、上記サブミクロン構造素子と他のサブミクロン構造素子とを備え、上記校正プロセスは、上記他のサブミクロン構造素子の中の少なくとも２つの構造素子の第１断面と第２断面とを測定することを含む、請求項３８に記載のシステム。
上記システムは、上記第１トラバース区分に関連した第１波形部分と、上記第２トラバース区分に関連した第２波形部分との間の相関に応答して上記第１パラメータの値を決定するように動作できる、請求項３７に記載のシステム。
上記システムは、少なくとも上記中間区分及び上記第１トラバース区分を照射するように傾斜された電子ビームで上記構造素子を走査した結果として波形を取得し、以前に計算された第１パラメータの値に関連した複数の以前に記録された波形の中から、以前に記録された最良一致波形を探索し、更に、該以前に記録された最良一致波形の、以前に計算された相関ファクタに応答して上記第１パラメータを決定することにより、上記第１パラメータの値を決定するように動作できる、請求項３７に記載のシステム。
上記第１条件の値は、上記電子ビームの幅と、上記第１トラバース区分又は第２トラバース区分のいずれかに関連した波形部分の幅との間の関係に応じたものであり、一方、上記波形は、上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するステップの間に取得される、請求項３７に記載のシステム。
上記システムは、上記構造素子の高さが分からないか又は推定できない場合に複数の対応する傾斜角度で複数回走査することにより上記第１トラバース区分の断面特徴を決定するように動作できる、請求項３７に記載のシステム。
上記システムは、高さ校正プロセスに応答して上記構造素子の高さを推定するように動作できる、請求項４３に記載のシステム。
上記高さ校正プロセスは、理想的には同じ高さであるテスト物体の複数の構造素子の高さを測定することを含む、請求項４４に記載のシステム。
上記構造素子は、上記中間区分と、２つの実質的に対向する側壁とを有するラインである、請求項３７に記載のシステム。
上記構造素子はコンタクトである、請求項３７に記載のシステム。
上記構造素子はくぼみである、請求項３７に記載のシステム。
１つの傾斜角度は実質的にゼロである、請求項１に記載の方法。
上記第１の正の角度及び上記第１の負の角度の中の１つの傾斜は実質的にゼロである、請求項１３に記載の方法。
１つの傾斜角度は実質的にゼロである、請求項２５に記載のシステム。
上記第１の正の角度及び上記第１の負の角度の中の１つの傾斜は実質的にゼロである、請求項３７に記載のシステム。