JP5810926B2 - Sample evaluation method and sample evaluation program - Google Patents
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本発明は、試料評価方法及び試料評価プログラムに関する。 The present invention relates to a sample evaluation method and a sample evaluation program.
結晶材料に応力が加わると格子歪みが生じ、結晶材料のバンド構造が変化する。特に、トランジスタ等の電子デバイスでは格子歪みによってその素子特性が大きく左右されるため、歪み源の応力とその位置を把握することは電子デバイスの解析において有益である。 When stress is applied to the crystal material, lattice distortion occurs, and the band structure of the crystal material changes. In particular, since the element characteristics of an electronic device such as a transistor are greatly influenced by lattice distortion, grasping the stress of the strain source and its position is useful in the analysis of the electronic device.
サブミクロン領域の歪みを評価する方法には様々なものがあるが、いずれも歪み源の位置を特定するには不十分である。 There are various methods for evaluating the strain in the sub-micron region, but none of them is sufficient for locating the strain source.
例えば、走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope: STEM)による収束電子回折法(Convergent Beam Electron Diffraction: CBED)では、上記のような歪み源の応力とその位置は全く把握することができない。 For example, in the convergent beam electron diffraction (CBED) using a scanning transmission electron microscope (STEM), the stress of the strain source and the position thereof cannot be grasped at all.
また、CBED像の一種である分裂HOLZ(High Order Laue Zone)線又はZOLZ(Zero-th Order Laue Zone)像が、結晶の歪みに応じて変化することを利用して応力を求めることも提案されている。 It has also been proposed to obtain stress using the fact that a split HOLZ (High Order Laue Zone) line or ZOLZ (Zero-th Order Laue Zone) image, which is a type of CBED image, changes according to crystal distortion. ing.
しかし、この方法では電子デバイスのSTEM像を利用しているため、ユーザが電子デバイスの構造が流出するのを避けたい等の理由でSTEM像の提供を拒んだときは、歪み源の位置を特定することができない。 However, this method uses the STEM image of the electronic device, so if the user refuses to provide the STEM image for reasons such as preventing the structure of the electronic device from leaking, the position of the strain source is specified. Can not do it.
試料評価方法及び試料評価プログラムにおいて、試料の構造を知ることなしに試料を評価することを目的とする。 An object of the sample evaluation method and the sample evaluation program is to evaluate a sample without knowing the structure of the sample.
以下の開示の一観点によれば、試料を複数の区画に区分けするステップと、少なくとも1以上の前記区画における前記試料の電子線回折像を取得するステップと、前記電子線回折像を利用して、該電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みを算出するステップと、複数の前記電子線回折像の各々の幾何模様同士を比較することにより、前記試料における歪み源の界面の位置を特定するステップと、前記界面に沿って複数の仮想歪み源を配置するステップと、前記電子線回折像の撮像点と前記界面との距離を算出するステップと、前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を、該仮想歪み源ごとに求めるステップとを有する試料評価方法が提供される。 According to one aspect of the following disclosure, a step of dividing a sample into a plurality of sections, a step of acquiring an electron beam diffraction image of the sample in at least one or more sections, and using the electron beam diffraction image Calculating the strain of the sample in the section from which the electron beam diffraction image was acquired, and comparing the geometric patterns of each of the plurality of electron beam diffraction images to thereby determine the position of the interface of the strain source in the sample. Identifying a plurality of virtual strain sources along the interface, calculating a distance between the imaging point of the electron beam diffraction image and the interface, and using the strain and the distance Thus, there is provided a sample evaluation method including a step of obtaining, for each virtual strain source, an index for a physical property value to be possessed by a plurality of the virtual strain sources in order to realize the strain.
以下の開示によれば、複数の仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を求めるにあたって試料の電子線回折像を利用し、その試料の顕微鏡像を利用しない。そのため、試料の構造が他人に流出するのを恐れずに、ユーザが安心して他人に試料の評価を依頼できる。 According to the following disclosure, an electron beam diffraction image of a sample is used to obtain an index for a physical property value that a plurality of virtual strain sources should have, and a microscopic image of the sample is not used. Therefore, the user can ask other people to evaluate the sample with peace of mind without fearing that the structure of the sample will flow out to others.
本実施形態では、以下のようにして試料の歪み源の位置とその歪み源における応力の大きさとを求める。 In this embodiment, the position of the strain source of the sample and the magnitude of the stress at the strain source are obtained as follows.
図1(a)は、本実施形態に係る試料評価装置のハードウェア構成の一例を示す構成図である。 FIG. 1A is a configuration diagram illustrating an example of a hardware configuration of the sample evaluation apparatus according to the present embodiment.
この試料評価装置1は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機であって、モニタ2と、キーボード等の入力部3と、制御部4とを備える。
The
このうち、制御部4は、CPU等の演算部4aとRAM等の記憶部4bとを備えており、実使用下においては記憶媒体5に記録された試料評価プログラム6が上記の記憶部4bに展開され、その試料評価プログラム6が演算部4aで実行される。
Among these, the
試料の評価を希望するユーザは、試料評価装置1を用いて自分で後述のように評価を行ってもよいし、試料評価装置1を保有している他人に評価を依頼してもよい。
A user who wishes to evaluate a sample may perform the evaluation by himself using the
なお、ハードウェア構成はこれに限定されない。 Note that the hardware configuration is not limited to this.
図1(b)は、本実施形態に係る試料評価装置のハードウェア構成の他の例を示す構成図である。 FIG. 1B is a configuration diagram illustrating another example of the hardware configuration of the sample evaluation apparatus according to the present embodiment.
この例では、試料の評価サービスを行う他人のサーバ9にネットワークシステム7を介して上記の制御部4を接続する。この場合は、サーバ9に上記の試料評価プログラム6が展開されており、サーバ9が試料評価プログラム6を実行する。そして、ユーザは、試料評価プログラム6の実行結果をネットワークシステム7を介して他人から入手する。
In this example, the
この例では、試料の評価サービスを行う他人のサーバ9にネットワークシステム7を介して上記の制御部4を接続する。この場合は、サーバ9に上記の試料評価プログラム6が展開されており、サーバ9が試料評価プログラム6を実行する。そして、ユーザは、試料評価プログラム6の実行結果をネットワークシステム7を介して他人から入手する。
In this example, the
図2は、評価対象の試料の一例を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a sample to be evaluated.
この試料Pは、シリコン基板10に形成されたMOSトランジスタの一部である。そのシリコン基板10には、素子分離絶縁膜11として酸化シリコン膜が埋め込まれており、シリコン基板10の表面にはコバルトシリサイド膜12が形成されている。そして、そのコバルトシリサイド膜12は、タングステンプラグ13を介してアルミニウム配線14に接続される。
This sample P is a part of a MOS transistor formed on the
このような試料Pにおいてシリコン基板10を歪ませる歪み源としては、コバルトシリサイド膜12やタングステンプラグ13がある。
As a strain source for distorting the
但し、試料Pの評価を他人に依頼するユーザによっては、試料Pの構造が他人に流出するのを防ぐために、コバルトシリサイド膜12やタングステンプラグ13等の歪み源の位置を明らかにしたくないという要望がある。
However, some users who ask others to evaluate the sample P do not want to clarify the positions of strain sources such as the
本実施形態では、このように歪み源が明らかでない場合であっても、以下のようにして歪み源の位置と当該歪み源の応力の大きさとを求める。 In the present embodiment, even when the strain source is not clear as described above, the position of the strain source and the magnitude of the stress of the strain source are obtained as follows.
図3及び図4は、本実施形態に係る試料評価方法のフローチャートである。 3 and 4 are flowcharts of the sample evaluation method according to the present embodiment.
そのフローチャートの各ステップは、以下でユーザが行うものとして説明するものを除き、上記の試料評価プログラム6に基づいて図1(a)の制御部4が行う。なお、図1(b)のようにネットワークシステム7を利用する場合には、サーバ9が試料評価プログラム6を実行する。
Each step of the flowchart is performed by the
最初のステップS1では、図5に示すように、ユーザが試料Pの断面に矩形状の評価領域20を設定する。評価領域20は、ユーザがシリコン基板10における歪みの評価を希望する領域である。
In the first step S1, as shown in FIG. 5, the user sets a
また、シリコン基板10の断面にはxy直交座標系が設定され、その座標軸に各辺が平行となるように評価領域20を設定するのが好ましい。
Further, it is preferable that an xy orthogonal coordinate system is set on the cross section of the
本ステップでは、ユーザが、この評価領域20を更に複数の正方形状の区画Qに区分けする。各区分Qの大きさは任意である。
In this step, the user further divides the
また、本ステップはユーザが自分で行うものであって、評価サービスを行う他人が行うものではないので、試料Pが他人に流出することはない。 Further, since this step is performed by the user himself and not by another person who performs the evaluation service, the sample P does not flow out to another person.
次に、ステップS2に移り、制御部4がシリコン基板10のCBED像を取得する。なお、CBED像は電子線回折像の一例である。
Next, it moves to step S2 and the
図5のようにそのCBED像を撮影する撮影点をTk(k=1、2、…)で表すとき、撮影点Tkは一つの区画Qにおいて一つだけ設定すればよい。また、全ての区画Qについて撮影点Tkを設定する必要はなく、少なくとも1以上の区画Qに撮影点Tkを設定すればよい。 As shown in FIG. 5, when the photographing point for photographing the CBED image is represented by T k (k = 1, 2,...), Only one photographing point T k needs to be set in one section Q. Further, it is not necessary to set the shooting point T k for all the sections Q, and it is sufficient to set the shooting point T k for at least one section Q.
図6(a)〜(d)は、本ステップで取得したCBED像の一例を示す図であって、それぞれ撮影点T1〜T4におけるCBED像である。なお、この例ではシリコンの<110>方向のCBED像を例示している。 6A to 6D are diagrams showing examples of the CBED images acquired in this step, and are CBED images at the photographing points T 1 to T 4 , respectively. In this example, a CBED image of silicon in the <110> direction is illustrated.
図6(a)〜(d)から分かるように、CBED像の幾何模様は場所により異なる。これは、歪み源からの距離等によってシリコンの歪み量が変わり、入射電子の透過波と回折波の各々の位相と強度が変わるためである。 As can be seen from FIGS. 6A to 6D, the geometric pattern of the CBED image varies depending on the location. This is because the amount of strain of silicon changes depending on the distance from the strain source and the like, and the phase and intensity of each of the transmitted wave and diffracted wave of incident electrons change.
なお、CBED像の撮影自体はユーザが自分で行うので、本ステップを実行することによって試料Pが他人に流出することはない。 Since the user takes the CBED image itself, the execution of this step does not cause the sample P to flow out to others.
次に、ステップS3に移り、制御部4が、上記のCBED像の撮影点Tkが属する区画Qにおけるシリコンのx方向の局所的な歪みCを算出する。
Then, the flow proceeds to step S3, the
上記のように歪みの違いはCBED像の幾何模様の違いに現れる。CBED像の幾何模様から歪みを算出する方法は既に確立されており、本実施形態では動力学的回折理論を用いたシミュレーションソフトを利用して歪みCを算出する。 As described above, the difference in distortion appears in the difference in the geometric pattern of the CBED image. A method for calculating the strain from the geometric pattern of the CBED image has already been established, and in this embodiment, the strain C is calculated using simulation software using dynamic diffraction theory.
なお、歪みCを算出した後に、制御部4が、その歪みCの大きさに応じて区画Qを色分けしてモニタ2に表示してもよい。図7はその表示例である。図7では、参考のために、CBED像を取得していない区画Qの歪みCも現している。
In addition, after calculating the distortion C, the
続いて、ステップS4に移り、ステップS2で取得したCBED像を利用して、次のように試料Pにおける歪み源の界面の位置を特定する。 Subsequently, the process proceeds to step S4, and the position of the interface of the strain source in the sample P is specified as follows using the CBED image acquired in step S2.
図8(a)は、歪みのあるシリコンの<110>方向のCBED像であり、図8(b)はコバルトシリサイドの<110>方向のCBED像である。 FIG. 8A is a <110> direction CBED image of strained silicon, and FIG. 8B is a <110> direction CBED image of cobalt silicide.
コバルトシリサイドはシリコンに対する歪み源となるものであるが、図8(a)、(b)のようにコバルトシリサイドのCBED像の幾何模様はシリコンのそれとは大きく異なる。 Cobalt silicide is a strain source for silicon, but the geometric pattern of the CBED image of cobalt silicide is significantly different from that of silicon as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).
よって、ステップS2で取得した二つのCBED像の各々の幾何模様同士を比較し、それらが類似していなければ、これらのCBED像を撮影した区画Qの間に歪み源の界面が存在すると判断できる。 Therefore, the geometric patterns of the two CBED images acquired in step S2 are compared with each other, and if they are not similar, it can be determined that the interface of the strain source exists between the sections Q in which these CBED images are captured. .
CBED像の幾何模様が類似か否かは、CBED像のZernikeモーメントに基づいて制御部4が判断する。
The
ここで、xy直交座標系で強度がf(x,y)として表されるCBED像のZernikeモーメントAn,mは、次の式(1)で定義される。 Here, the Zernike moment An, m of the CBED image whose intensity is expressed as f (x, y) in the xy orthogonal coordinate system is defined by the following equation (1).
ZernikeモーメントAn,mは、角度依存項がVn,m(x,y)のexp(imθ)にしか含まれていないため、その強度|An,m|はCBED像の回転角度には依存しないという性質がある。 The Zernike moment A n, m is included only in exp (imθ) of the angle dependent term V n, m (x, y), so its intensity | A n, m | It does not depend on it.
また、ZernikeモーメントAn,mの次数はnで定義されるため、n次のZernikeモーメントAn,mの成分の個数はn以上となる。 In addition, since the order of the Zernike moment An, m is defined by n, the number of components of the n- th order Zernike moment An, m is n or more.
本実施形態では、任意の次数nのZernikeモーメントAn,mの各成分により形成される複素ベクトルを利用し、二つのCBED像の幾何模様が類似か否かを判断する。 In the present embodiment, it is determined whether or not the geometric patterns of the two CBED images are similar by using a complex vector formed by each component of the Zernike moments A n, m of an arbitrary order n.
その判断基準は特に限定されないが、例えば、二つのCBED像の各々の複素ベクトルのコサイン類似度を計算するのが好ましい。コサイン類似度は、単位ベクトルに規格化された各複素ベクトルの内積で定義され、内積が1のとき両複素ベクトルは平行となり、内積が0のとき両複素ベクトルは直交する。つまり、コサイン類似度は0以上1以下の値を示し、1に近いほど両複素ベクトルが類似しているということになる。 The determination criterion is not particularly limited. For example, it is preferable to calculate the cosine similarity of each of the complex vectors of the two CBED images. The cosine similarity is defined by the inner product of each complex vector normalized to a unit vector. When the inner product is 1, both complex vectors are parallel, and when the inner product is 0, both complex vectors are orthogonal. That is, the cosine similarity indicates a value between 0 and 1, and the closer to 1, the more similar the both complex vectors are.
本ステップS4では、ユーザが設定した閾値をコサイン類似度が越えている場合にCBED像の幾何模様同士が類似していると判断し、そうでない場合には幾何模様同士は非類似と判断する。 In step S4, when the cosine similarity exceeds the threshold set by the user, it is determined that the geometric patterns of the CBED image are similar to each other. Otherwise, the geometric patterns are determined to be dissimilar.
図9(a)は、本ステップで特定された界面Fの位置を模式的に表す図である。 FIG. 9A is a diagram schematically illustrating the position of the interface F specified in this step.
なお、界面Fの特定に使用するのは上記のようにCBED像のみなので、これだけで他人に試料Pの構造が特定されることはない。 Since only the CBED image is used for specifying the interface F as described above, the structure of the sample P is not specified by others alone.
次いで、ステップS5に移る。 Next, the process proceeds to step S5.
図9(b)は、ステップS5の処理内容を模式的に表す図である。本ステップでは、図9(b)に示すように、制御部4が上記の界面Fに沿って複数の仮想歪み源25を配置する。
FIG. 9B schematically shows the processing content of step S5. In this step, as shown in FIG. 9B, the
各仮想歪み源25の配置は特に限定されないが、本実施形態では界面Fの上にある一層の区画Qを仮想歪み源25とする。なお、評価領域20の外側に仮想歪み源25があると考えられる場合は、評価領域20の外側に仮想歪み源25を配置してもよい。
Although the arrangement of the
以下では、各仮想歪み源25を特定するために、x方向のラベルi(=1、2、3、…)とy方向のラベルj(=1、2、3、…)とを用いる。
In the following, in order to identify each
また、本ステップで利用するのは界面Fの位置のみなので、本ステップを実行することで他人に試料Pの構造が流出することはない。 Since only the position of the interface F is used in this step, the structure of the sample P does not flow out to others by executing this step.
続いて、ステップS6に移る。 Then, it moves to step S6.
図10は、ステップS6の処理内容を模式的に表す図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the processing content of step S6.
本ステップでは、CBED像を撮影した撮影点Tkの各々について、上記の仮想歪み源25との距離dks (1)、dks (2)を求める。なお、距離dksにおいて、添え字sは、仮想歪み源25を特定する上記のi又はjを表し、添え字kは撮影点Tkを表す。また、添え字(1)は、添え字sとしてx方向のラベルi(=1、2、3、…)が付された仮想歪み源25との距離を表し、添え字(2)は、y方向のラベルj(=1、2、3、…)が付された仮想歪み源25との距離を表す。
In this step, the distances d ks (1) and d ks (2) from the
また、本ステップで利用するのは界面Fと撮影点Tkだけなので、本ステップを実行することで他人に試料Pの構造が流出することはない。 Further, since only shooting point T k and surfactant F is to utilize in this step, structure of the sample P on others by executing this step does not flow out.
次に、ステップS7に移り、各仮想歪み源25の個々の応力を評価する。その応力の算出にあたっては、以下のような歪み評価指標ξを利用する。
Next, the process proceeds to step S7, and the individual stress of each
図11は、歪み評価指標ξについて説明するための模式図である。 FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the strain evaluation index ξ.
図11のように、シリコン基板10の内部において仮想歪み源25から深さ方向に距離dだけ離れた点Mを想定する。この場合、本願発明者は、仮想歪み源25が原因で点Mに生ずる歪みCが経験的に次の式(3)で表すことができることを見出した。
As shown in FIG. 11, a point M that is separated from the
また、ξは次の式(4)で表される。 Ξ is expressed by the following equation (4).
式(4)のように、歪み評価指標ξは、応力σ1、ヤング率E1、及びポアソン比ρ1等の仮想歪み源25の物性値の関数となる。そして、その関数形は、仮想歪み源25の応力σ1とヤング率E1の各々の一次関数であると共に、ポアソン比ρ1の二乗に依存する。これは、応力σ1、ヤング率E1、及びポアソン比ρ1が大きくなるほど歪みCが大きくなるという経験則を歪み評価指標ξに反映させたものでる。
As in equation (4), the strain evaluation index ξ is a function of physical property values of the
また、式(3)によれば、同一の距離dであっても、歪み評価指標ξが大きければ歪みCが大きくなる。このことから、歪み評価指標ξは、仮想歪み源25による歪みCの引き起こされ易さ表す指標とも言うことができる。
Further, according to Equation (3), even if the distance is the same, the strain C increases as the strain evaluation index ξ increases. From this, the strain evaluation index ξ can also be said to be an index representing the ease with which the strain C is caused by the
図12(a)は、上記の式(3)を表すグラフである。なお、この例では、仮想歪み源25の材料としてコバルトシリサイド(CoSi)、ニッケルシリサイド(NiSi)、酸化シリコン(SiO)、及びタングステン(W)の各々を使用した場合のグラフを示している。
FIG. 12A is a graph representing the above-described formula (3). In this example, a graph in the case where each of cobalt silicide (CoSi), nickel silicide (NiSi), silicon oxide (SiO), and tungsten (W) is used as the material of the
図12(a)に示すように、仮想歪み源25の材料が異なればグラフの形も異なる。これは、式(4)で定義されるξ中の各物性値が材料毎に異なるからである。
As shown in FIG. 12A, the shape of the graph is different if the material of the
また、図12(b)は、シリコン基板10が歪み源25の応力σ1によって引っ張られる様子をシミュレーションにより可視化した像である。
FIG. 12B is an image obtained by visualizing the state in which the
ここで、簡略化のために、仮想歪み源25の材料がシリコンであるとする。この場合はシリコン基板10と仮想歪み源25が同一種類の材料で形成されるため、両者のヤング率E0、E1は同一となる。同じ理由によりポアソン比ρ0、ρ1も同一となる。
Here, for simplification, it is assumed that the material of the
更に、式(4)を簡略化するために相対応力σをσ1/σ0で定義する。この定義から明らかなように、相対応力σは、仮想歪み源25の実際の応力σ1と、仮想歪み源25も含めた全区画Qがシリコン等の同一の材料から形成されていると仮定した場合の仮想歪み源25の応力σ0との比であって、当該応力σ0を基準とした相対値である。
Further, in order to simplify the equation (4), the relative stress σ is defined as σ 1 / σ 0 . As is clear from this definition, the relative stress σ is assumed that the actual stress σ 1 of the
この場合、式(4)よりξ=σとなるため、式(3)は、 In this case, since ξ = σ from Equation (4), Equation (3) becomes
ここで、距離dはステップS6で算出済みであり、歪みCはステップS3で算出済みである。更に、ステップS2において界面Fを一辺とする区画QのCBED像を取得していれば、ステップS3でそのCBED像に基づいた歪みC0も算出済みである。 Here, the distance d has been calculated in step S6, and the distortion C has been calculated in step S3. Furthermore, if the CBED image of the section Q having the interface F as one side is acquired in step S2, the distortion C 0 based on the CBED image has also been calculated in step S3.
そこで、これらd、C、C0を既知のパラメータとして用いながら、式(5)を満足する定数Aと相対応力σとの組み合わせを逐次近似により算出する。その逐次近似のアルゴリズムとしては、例えば、Simplex法等の単目的最適化アルゴリズムを使用し得る。 Therefore, while using these d, C, and C 0 as known parameters, is calculated by successive approximations the combination of constant A and the relative stress σ satisfying formula (5). As the successive approximation algorithm, for example, a single-objective optimization algorithm such as the Simplex method can be used.
次の表1は、算出にあたって使用した距離dと歪みCの一例である。 Table 1 below is an example of the distance d and distortion C used for the calculation.
このような計算を制御部4が全ての仮想歪み源25に対して行うことで、本ステップS9ではこれらの仮想歪み源25の個々の相対応力σと定数Aとを求める。以下では、s番目(s=i又はj)の仮想歪み源25の相対応力σをσsで表すことにする。
When the
これにより、ステップS3で求めた歪みCを実現するために各仮想歪み源25が有するべき相対応力σsが該仮想歪み源25ごとに求められたことになる。
Thus, the relative stress σ s that each
次いで、制御部4が、その相対応力σsを式(4)に代入して歪み評価指標ξの値を求める。これにより、ステップS3で求めた歪みCを実現するために各仮想歪み源25が有するべき歪み評価因子ξが該仮想歪み源25ごとに求められたことになる。
Next, the
なお、図11と式1では簡略化のためにy方向の距離dのみを考慮したが、ステップS6では一つの撮影点Tkに対し全ての仮想歪み源25との距離dks (1)、dks (2)を求めている。よって、各々の距離dksと、上記のC、C0とを用いて、式(4)を満足する定数Aと相対応力σの組み合わせを算出してもよい。
In FIG. 11 and
更に、その算出方法はSimplex法等の逐次近似法に限定されず、有限要素法(Finite Element Method: FEM)法等の他の数値計算で算出してもよい。 Further, the calculation method is not limited to the successive approximation method such as the Simplex method, and may be calculated by other numerical calculation such as a finite element method (FEM) method.
なお、このように数値計算をしただけでは他人に試料Pの構造が流出することはない。 It should be noted that the structure of the sample P does not flow out to others just by performing numerical calculations in this way.
次に、ステップS8に移る。 Next, the process proceeds to step S8.
図14は、ステップS8の処理内容について説明するための模式図である。 FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the processing content of step S8.
本ステップでは、制御部4が、上記の歪み評価指標ξの値に応じて各仮想歪み源25を色分けしてモニタ2に表示する。
In this step, the
既述のように、歪み評価指標ξは、仮想歪み源25による歪みCの引き起こされ易さ表す指標である。よって、本ステップのように各仮想歪み源25を色分けすることにより、ユーザは、強い歪みを発生させている仮想歪み源25の位置を視覚的に認識することができる。
As described above, the strain evaluation index ξ is an index representing the ease with which the strain C is caused by the
また、強い歪み源を強調するために、隣の仮想歪み源25よりもξの値が例えば30%以上の仮想歪み源25をハイライト表示してもよい。
Further, in order to emphasize a strong strain source, the
また、歪み評価指標ξのみでは他人が試料Pの具体的な構造を把握するのは困難なので、本ステップで試料Pが他人に流出することはない。 Further, since it is difficult for another person to grasp the specific structure of the sample P only with the strain evaluation index ξ, the sample P does not flow out to the other person in this step.
次に、ステップS9に移り、ユーザが、実際のデバイスにおいては仮想歪み源25が単層であるか否かについて判断する。
Next, the process moves to step S9, and the user determines whether or not the
ここで、単層である(YES)と判断した場合にはステップS10に移る。 If it is determined that the layer is a single layer (YES), the process proceeds to step S10.
ステップS9では仮想歪み源25の材料がシリコンである場合を想定したが、実際のデバイスにおいては、コバルトシリサイド等のようにシリコンとは異なる材料で仮想歪み源25が形成されることがある。
In step S9, it is assumed that the material of the
そこで、ステップS10では、以下のようにして仮想歪み源25として実際に使用される材料の物性値を利用して、制御部4が、次の式(6)から各仮想歪み源25の相対応力σ' sを算出する。
Therefore, in step S10, the
式(6)は、仮想歪み源25の実際の相対応力σ' sが、その材料としてシリコンを使用したときの相対応力σsの(E0/Es){(1−ρs 2)/(1−ρ0 2)}倍になることを示している。これは式(3)、(4)において歪みCがσs(E1/E0){(1−ρ0 2)/(1−ρ1 2)}に比例することによる。
Equation (6) shows that the actual relative stress σ ′ s of the
本ステップでは、値Es、ρsを式(6)に代入することにより、制御部4が、仮想歪み源25の材料として実際のデバイスにおける材料を使用したときの各仮想歪み源25の相対応力σ' sを算出する。
In this step, by substituting the values E s and ρ s into the formula (6), the
また、ステップS8と同様に、相対応力σ' sのみでは他人が試料Pの具体的な構造を把握するのは困難なので、本ステップで試料Pが他人に流出することはない。 Similarly to step S8, since it is difficult for another person to grasp the specific structure of the sample P only with the relative stress σ ′ s , the sample P does not flow out to the other person in this step.
一方、ステップS9において一つの層ではない(NO)と判断した場合には、実際のデバイスにおいては仮想歪み源25が多層構造ということになる。
On the other hand, if it is determined in step S9 that the layer is not a single layer (NO), in the actual device, the
そこで、この場合は、ユーザが入力部3を操作することにより制御部4に仮想歪み源25の層数を入力する。
Therefore, in this case, the user operates the
次いで、ステップS11に移る。 Next, the process proceeds to step S11.
図15は、ステップS11の処理内容を説明するための模式図である。この例では、一つの仮想歪み源25が第1〜第3の層25a〜25cの3層構造である場合について説明する。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the processing content of step S11. In this example, a case where one
なお、図15における点線は、上層から下層に向けて歪みが伝播する様子を模式的に表す線である。 Note that the dotted line in FIG. 15 is a line that schematically represents a state in which strain propagates from the upper layer toward the lower layer.
本ステップでは、第1〜第3の層25a〜25cの各々の相対応力σa〜σcを以下のように求める。
In this step, the relative stresses σ a to σ c of the first to
まず、簡略化のために第1〜第3の層25a〜25cの各々の材料がシリコンであるとする。この場合は、歪み源をシリコンと仮定した式(5)との類推から、相対応力σa〜σcがシリコン基板10に伝播することにより点Mに次の式(7)のようにシリコン基板10に歪みCが引き起こされると仮定する。
First, for simplification, it is assumed that the material of each of the first to
式(7)において、距離dはステップS6で算出済みであり、歪みCはステップS3で算出済みである。また、定数AはステップS9において算出済みである。 In equation (7), the distance d has been calculated in step S6, and the distortion C has been calculated in step S3. The constant A has been calculated in step S9.
よって、式(7)で未知のパラメータは、相対応力σa〜σc、歪みC' a〜C' c、及び定数Aa、Abである。本ステップでは、これらの未知のパラメータσa〜σc、C' a〜C' c、定数Aa、AbをSimplex法や有限要素法で算出する。 Accordingly, the unknown parameters in the equation (7) are the relative stresses σ a to σ c , the strains C ′ a to C ′ c , and the constants A a and A b . In this step, these unknown parameters σ a to σ c , C ′ a to C ′ c , and constants A a and A b are calculated by the Simplex method or the finite element method.
なお、これらの未知のパラメータσa〜σc、C' a〜C' c、定数Aa、Abだけでは試料Pの構造を特定するのは困難なので、本ステップを実行することで他人に試料Pの構造が流出することはない。 Note that it is difficult to specify the structure of the sample P only with these unknown parameters σ a to σ c , C ' a to C ' c , and constants A a and A b , The structure of the sample P does not flow out.
次に、ステップS12に移る。 Next, the process proceeds to step S12.
図16は、ステップS12の処理内容について説明するための模式図である。 FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the processing content of step S12.
本ステップでは、制御部4が、相対応力σa〜σcを式(4)に代入することにより、第1〜第3の層25a〜25c毎に評価指標ξの値を求め、当該評価指標ξの値の大小に応じて第1〜第3の層25a〜25cの各々を色分けしてモニタ2に表示する。
In this step, the
このように色分けすることで、ユーザは、第1〜第3の層25a〜25cのうちのどの層に実際に強い歪み源があるかを視覚的に認識することができる。
By color-coding in this way, the user can visually recognize which one of the first to
但し、上記のステップS11で算出された応力σa〜σcは、既述のように第1〜第3の層25a〜25cの各々の材料がシリコンである場合の値である。そのため、シリコン以外の材料で第1〜第3の層25a〜25cを形成した場合は、応力σa〜σcはステップS11で算出した値とは異なる値となる。
However, the stresses σ a to σ c calculated in the above step S11 are values when the material of each of the first to
そこで、第1〜第3の層25a〜25cの各々に実際に使用される材料の物性値を利用して、制御部4が、式(6)との類推により、次の式(8)に基づいて第1〜第3の層25a〜25cの各々の相対応力σ' a〜σ' cを算出する。
Therefore , using the physical property values of the materials actually used for each of the first to
なお、式(8)において、E0はシリコンのヤング率(130.2)であり、ρ0はシリコンのポアソン比(0.28)である。 In Equation (8), E 0 is the Young's modulus (130.2) of silicon, and ρ 0 is the Poisson's ratio (0.28) of silicon.
そして、Em(m=a,b,c)は、第1〜第3の層25a〜25cの各々に実際に使用される材料のヤング率であり、ρmは当該材料のポアソン比である。本ステップでは、これらの値Em、ρmを式(8)に代入することにより、実際の材料を使用したときの第1〜第3の層25a〜25cの相対応力σ' m(m=a,b,c)を算出する。
E m (m = a, b, c) is the Young's modulus of the material actually used for each of the first to
これにより、ユーザは、第1〜第3の層25a〜25cの各々の相対応力σ' mを知ることができ、仮想歪み源25の定量的な評価を行うことができる。
Thereby, the user can know the relative stress σ ′ m of each of the first to
なお、このように応力σ' mを算出しても、これだけで試料Pの構造を特定するのは難しいため、本ステップを実行することで他人に試料Pの構造が流出することはない。 Even if the stress σ ′ m is calculated in this way, it is difficult to specify the structure of the sample P only by this, and therefore, the structure of the sample P does not flow out to others by executing this step.
以上により、本実施形態に係る試料評価方法の基本ステップを終了する。 The basic steps of the sample evaluation method according to the present embodiment are thus completed.
上記した本実施形態では、試料PのSTEM像等のような顕微鏡像を利用することなしに仮想歪み源25の歪み評価指標ξを知ることができるので、他人に試料Pの構造が流出するのを懸念するユーザが安心して試料の評価を行うことができる。
In the above-described embodiment, since the strain evaluation index ξ of the
また、歪み評価指標ξは、仮想歪み源25による歪みCの引き起こされ易さ表す指標であるため、試料Pのどの位置にどの程度の強さの歪み源があるのかを定性的に評価することもできる。
Further, since the strain evaluation index ξ is an index representing the ease with which the strain C is caused by the
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are disclosed for each embodiment described above.
(付記1) 試料を複数の区画に区分けするステップと、
少なくとも1以上の前記区画における前記試料の電子線回折像を取得するステップと、
前記電子線回折像を利用して、該電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みを算出するステップと、
複数の前記電子線回折像の各々の幾何模様同士を比較することにより、前記試料における歪み源の界面の位置を特定するステップと、
前記界面に沿って複数の仮想歪み源を配置するステップと、
前記電子線回折像の撮像点と前記界面との距離を算出するステップと、
前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を、該仮想歪み源ごとに求めるステップと、
を有することを特徴とする試料評価方法。
(Supplementary note 1) dividing the sample into a plurality of sections;
Obtaining an electron diffraction image of the sample in at least one of the compartments;
Using the electron diffraction image to calculate strain of the sample in the section from which the electron diffraction image was acquired;
Identifying the position of the interface of the strain source in the sample by comparing each geometric pattern of the plurality of electron diffraction images; and
Arranging a plurality of virtual strain sources along the interface;
Calculating a distance between the imaging point of the electron diffraction image and the interface;
Using each of the strain and the distance to obtain an index for a physical property value that the plurality of virtual strain sources should have in order to realize the strain for each virtual strain source;
A sample evaluation method characterized by comprising:
(付記2) 前記指標は前記物性値の関数であって、該物性値は応力、ヤング率、及びポアソン比のいずれかであることを特徴とする付記1に記載の試料評価方法。
(Additional remark 2) The said parameter | index is a function of the said physical-property value, Comprising: This physical-property value is either a stress, a Young's modulus, and Poisson's ratio, The sample evaluation method of
(付記3) 前記指標の値に応じて複数の前記仮想歪み源の各々を色分けして表示するステップを更に有することを特徴とする付記1又は付記2に記載の試料評価方法。
(Supplementary note 3) The sample evaluation method according to
(付記4) 前記仮想歪み源を複数の層に分けるステップと、
複数の前記層毎に前記指標を求めるステップとを更に有することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の試料評価方法。
(Supplementary note 4) dividing the virtual strain source into a plurality of layers;
The sample evaluation method according to any one of
(付記5) 前記界面の位置を特定するステップは、二つの前記幾何模様同士が類似していないときに、二つの該幾何模様を撮影した前記区画の間に前記界面が存在すると判断することにより行われることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれかに記載の試料評価方法。
(Supplementary Note 5) The step of specifying the position of the interface is by determining that the interface exists between the sections where the two geometric patterns are photographed when the two geometric patterns are not similar to each other. The sample evaluation method according to any one of
(付記6) 前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき応力の相対値を、該仮想歪み源ごとに求めるステップを更に有することを特徴とする付記1乃至付記5のいずれかに記載の試料評価方法。
(Additional remark 6) It further has the step which calculates | requires the relative value of the stress which the said several virtual strain source should have in order to implement | achieve the said distortion for every said virtual strain source using the said strain and the said distance. The sample evaluation method according to any one of
(付記7) 前記相対値は、全ての前記区画と前記仮想歪み源とが同一の材料で形成されていると仮定した場合の前記仮想歪み源の応力を基準とした値であることを特徴とする付記6に記載の試料評価方法。
(Supplementary Note 7) The relative value is a value based on the stress of the virtual strain source when it is assumed that all the sections and the virtual strain source are formed of the same material. The sample evaluation method according to
(付記8) 前記電子線回折像を取得するステップにおいて、前記界面を一辺とする前記区画における前記電子線回折像を取得し、
前記歪みを算出するステップにおいて、前記界面を一辺とする前記区画における前記試料の歪みを算出し、
前記指標を求めるステップにおいて、前記界面を一辺とする前記区画における前記試料の前記歪みと、前記電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みと、前記距離とを既知のパラメータとし、逐次近似により前記指標を求めることを特徴とする付記1乃至付記7のいずれかに記載の試料評価方法。
(Supplementary Note 8) In the step of acquiring the electron beam diffraction image, the electron beam diffraction image in the section having the interface as one side is acquired,
In the step of calculating the strain, the strain of the sample in the section having the interface as one side is calculated,
In the step of obtaining the index, the distortion of the sample in the section having the interface as one side, the distortion of the sample in the section from which the electron diffraction image is acquired, and the distance are set as known parameters, and sequentially The sample evaluation method according to any one of
(付記9) 複数の区画に区分された評価領域を備えた試料のうち、少なくとも1以上の前記区画の電子線回折像を取得するステップと、
前記電子線回折像を利用して、該電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みを算出するステップと、
複数の前記電子線回折像の各々の幾何模様同士を比較することにより、前記試料における歪み源の界面の位置を特定するステップと、
前記界面に沿って複数の仮想歪み源を配置するステップと、
前記電子線回折像の撮像点と前記界面との距離を算出するステップと、
前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を、該仮想歪み源ごとに求めるステップと、
をコンピュータに実行させる試料評価プログラム。
(Additional remark 9) The step which acquires the electron beam diffraction image of at least 1 or more of the above-mentioned division among the samples provided with the evaluation field divided into a plurality of divisions,
Using the electron diffraction image to calculate strain of the sample in the section from which the electron diffraction image was acquired;
Identifying the position of the interface of the strain source in the sample by comparing each geometric pattern of the plurality of electron diffraction images; and
Arranging a plurality of virtual strain sources along the interface;
Calculating a distance between the imaging point of the electron diffraction image and the interface;
Using each of the strain and the distance to obtain an index for a physical property value that the plurality of virtual strain sources should have in order to realize the strain for each virtual strain source;
Sample evaluation program that causes a computer to execute.
(付記10) 前記仮想歪み源を複数の層に分けるステップと、
複数の前記層毎に前記指標を求めるステップとを更に有することを特徴とする付記9に記載の試料評価プログラム。
(Supplementary note 10) dividing the virtual strain source into a plurality of layers;
The sample evaluation program according to
1…試料評価装置、2…モニタ、3…入力部、4…制御部、4a…演算部、4b…記憶部、5…記憶媒体、6…試料評価プログラム、7…ネットワークシステム、9…サーバ、10…シリコン基板、11…素子分離絶縁膜、12…コバルトシリサイド膜、13…タングステンプラグ、14…アルミニウム配線、20…評価領域、25…仮想歪み源、25a〜25c…第1〜第3の層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
少なくとも1以上の前記区画における前記試料の電子線回折像を取得するステップと、
前記電子線回折像を利用して、該電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みを算出するステップと、
複数の前記電子線回折像の各々の幾何模様同士を比較することにより、前記試料における歪み源の界面の位置を特定するステップと、
前記界面に沿って複数の仮想歪み源を配置するステップと、
前記電子線回折像の撮像点と前記界面との距離を算出するステップと、
前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を、該仮想歪み源ごとに求めるステップと、
を有することを特徴とする試料評価方法。 Dividing the sample into a plurality of compartments;
Obtaining an electron diffraction image of the sample in at least one of the compartments;
Using the electron diffraction image to calculate strain of the sample in the section from which the electron diffraction image was acquired;
Identifying the position of the interface of the strain source in the sample by comparing each geometric pattern of the plurality of electron diffraction images; and
Arranging a plurality of virtual strain sources along the interface;
Calculating a distance between the imaging point of the electron diffraction image and the interface;
Using each of the strain and the distance to obtain an index for a physical property value that the plurality of virtual strain sources should have in order to realize the strain for each virtual strain source;
A sample evaluation method characterized by comprising:
複数の前記層毎に前記指標を求めるステップとを更に有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の試料評価方法。 Dividing the virtual strain source into a plurality of layers;
The sample evaluation method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of obtaining the index for each of the plurality of layers.
前記電子線回折像を利用して、該電子線回折像を取得した前記区画における前記試料の歪みを算出するステップと、
複数の前記電子線回折像の各々の幾何模様同士を比較することにより、前記試料における歪み源の界面の位置を特定するステップと、
前記界面に沿って複数の仮想歪み源を配置するステップと、
前記電子線回折像の撮像点と前記界面との距離を算出するステップと、
前記歪みと前記距離とを用いて、前記歪みを実現するために複数の前記仮想歪み源が有するべき物性値についての指標を、該仮想歪み源ごとに求めるステップと、
をコンピュータに実行させる試料評価プログラム。 Obtaining an electron diffraction image of at least one or more of the sections of the sample having an evaluation region divided into a plurality of sections;
Using the electron diffraction image to calculate strain of the sample in the section from which the electron diffraction image was acquired;
Identifying the position of the interface of the strain source in the sample by comparing each geometric pattern of the plurality of electron diffraction images; and
Arranging a plurality of virtual strain sources along the interface;
Calculating a distance between the imaging point of the electron diffraction image and the interface;
Using each of the strain and the distance to obtain an index for a physical property value that the plurality of virtual strain sources should have in order to realize the strain for each virtual strain source;
Sample evaluation program that causes a computer to execute.
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