JPH01110206A - 微細形状計測方法 - Google Patents
微細形状計測方法Info
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- JPH01110206A JPH01110206A JP26636687A JP26636687A JPH01110206A JP H01110206 A JPH01110206 A JP H01110206A JP 26636687 A JP26636687 A JP 26636687A JP 26636687 A JP26636687 A JP 26636687A JP H01110206 A JPH01110206 A JP H01110206A
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Landscapes
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はX線吸収による物体表面・内部形状評価装置及
びその方法に係り、特に半導体ウェーハ上の微細溝の深
さを始めとする微細パターン寸法を計測するのに好適な
計測方法とそれに用いる装置に関する。
びその方法に係り、特に半導体ウェーハ上の微細溝の深
さを始めとする微細パターン寸法を計測するのに好適な
計測方法とそれに用いる装置に関する。
半導体素子の高集積化に伴い、素子パターンの微細化お
よび素子構造の立体化が進んでいる。例えばSiウェー
ハ表面に幅1μm以下、深さ数μmの溝を堀り、その溝
部にMOSキャパシタを形成する立体キャパシタなどが
用いられ始めている。
よび素子構造の立体化が進んでいる。例えばSiウェー
ハ表面に幅1μm以下、深さ数μmの溝を堀り、その溝
部にMOSキャパシタを形成する立体キャパシタなどが
用いられ始めている。
このように微細な立体形状の深さなどを測定する方法と
して、従来特開昭61−99808号に記載のようにX
線の吸収を応用したものがある。また−般にX線による
物体の微細構造観察法であるX線顕微鏡については、光
学第12巻第3号Pp180〜188で論じられている
。
して、従来特開昭61−99808号に記載のようにX
線の吸収を応用したものがある。また−般にX線による
物体の微細構造観察法であるX線顕微鏡については、光
学第12巻第3号Pp180〜188で論じられている
。
上記従来技術はウェーハ上に密に形成されたパターンの
計測については配慮がされておらず、計測したいパター
ンからの信号が周辺のパターン(もしくは凹凸)によっ
て影響を受けやすいという問題があった。
計測については配慮がされておらず、計測したいパター
ンからの信号が周辺のパターン(もしくは凹凸)によっ
て影響を受けやすいという問題があった。
本発明の目的は近接パターンの影響なく微細な立体形状
の寸法を計測することにある。
の寸法を計測することにある。
上記目的は、ウェー八表面上でのX線発生領域を常に同
等にし、かつ発生したX線が検出器に到達するまでの間
に計測の対象となるパターン以外の構造物が介在するこ
とを極力排除した計測状態とすることにより達成される
。
等にし、かつ発生したX線が検出器に到達するまでの間
に計測の対象となるパターン以外の構造物が介在するこ
とを極力排除した計測状態とすることにより達成される
。
X線発生領域を一定にすることによってX線源の強度が
一定に保たれ、また介在物を排除することによってX線
吸収量の不要な変動がなくなるので、対象とする形状の
みを高精度に計測できる。
一定に保たれ、また介在物を排除することによってX線
吸収量の不要な変動がなくなるので、対象とする形状の
みを高精度に計測できる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の計測装置の構成を示す模式図である。
計測するウェーハ1は、水平方向に微動・粗動可能な試
料台2に載置した状態で真空容器3中に置く。ウェーハ
表面に対しほぼ垂直に電子ビーム4を照射するため、真
空容器3上部に電子ビーム発生装置5を設置した。ウェ
ーハ1の表面で発生したX線6を検出するため、ウェー
ハ下側に半導体検出器7を配置し、信号分析器8により
X線スペクトルおよび強度を解析した。X線検出器とし
てはSiやGeの半導体検出器の他にNa工結晶のシン
チレーション計数管などを用いることもできる。
料台2に載置した状態で真空容器3中に置く。ウェーハ
表面に対しほぼ垂直に電子ビーム4を照射するため、真
空容器3上部に電子ビーム発生装置5を設置した。ウェ
ーハ1の表面で発生したX線6を検出するため、ウェー
ハ下側に半導体検出器7を配置し、信号分析器8により
X線スペクトルおよび強度を解析した。X線検出器とし
てはSiやGeの半導体検出器の他にNa工結晶のシン
チレーション計数管などを用いることもできる。
本装置には上記の他の2次電子検出器9を側面に設置し
ウェーハ表面のSEM(走査型電子顕微鏡)像も同時に
得られる構成とした。この構成は、実質的に、周知のS
EM装置とその下部にX線検出装置を組合せたものであ
るが、ウェーハ1と電子ビーム4.X線検出器7の配置
を図のように設定することによって、ウェーハ1上の微
細パターンの計測を最も精度よく行うことが可能となる
。
ウェーハ表面のSEM(走査型電子顕微鏡)像も同時に
得られる構成とした。この構成は、実質的に、周知のS
EM装置とその下部にX線検出装置を組合せたものであ
るが、ウェーハ1と電子ビーム4.X線検出器7の配置
を図のように設定することによって、ウェーハ1上の微
細パターンの計測を最も精度よく行うことが可能となる
。
この点を以下に述べる。
第2図は、上記装置によって、Siウェーハ1の表面に
ホトエツチングで形成された幅0.5μm深さ5μm程
の微細溝10が密に並んだ形状を測定する様子を示す断
面模式図である。電子ビーム4を径10nm程度の微細
ビームに絞り溝底面に照射する。電子ビームの加速エネ
ルギー1゜keVのとき、径約1μmのX線発生領域1
7が、溝底面からSiウェーハ内に向って液滴状にでき
る。X線6はあらゆる方向に放射されるが、ここではウ
ェーハ裏面に向うX線を、受光面10mm”のX線検出
器7で測定した。ウェーハから10mn離れた位置に検
出器を置くと、ウェーハ裏面に向って±10°の範囲に
放射されたX線を検出することになる。
ホトエツチングで形成された幅0.5μm深さ5μm程
の微細溝10が密に並んだ形状を測定する様子を示す断
面模式図である。電子ビーム4を径10nm程度の微細
ビームに絞り溝底面に照射する。電子ビームの加速エネ
ルギー1゜keVのとき、径約1μmのX線発生領域1
7が、溝底面からSiウェーハ内に向って液滴状にでき
る。X線6はあらゆる方向に放射されるが、ここではウ
ェーハ裏面に向うX線を、受光面10mm”のX線検出
器7で測定した。ウェーハから10mn離れた位置に検
出器を置くと、ウェーハ裏面に向って±10°の範囲に
放射されたX線を検出することになる。
このようにして、ウェーハの表面(溝上面)と溝底面に
電子ビームを照射し、ウェーハ内を透過してきたX線の
それぞれの強度Is (表面)。
電子ビームを照射し、ウェーハ内を透過してきたX線の
それぞれの強度Is (表面)。
IB (底面)の比をとると。
I s/ I n=exp(−p ・d )の関係を満
たすことがわかった。ここではμはX線のSi中での吸
収係数であり、dは溝の深さである。なお、上式は物質
中の光の吸収を表わすランバートの法則から導かれるも
のである。上式より溝の深さは μ ■S となり、dの値の知れた標準サンプルでμを予め求めて
おき、以後IB/ISを測定して深さdを求めることが
できた。
たすことがわかった。ここではμはX線のSi中での吸
収係数であり、dは溝の深さである。なお、上式は物質
中の光の吸収を表わすランバートの法則から導かれるも
のである。上式より溝の深さは μ ■S となり、dの値の知れた標準サンプルでμを予め求めて
おき、以後IB/ISを測定して深さdを求めることが
できた。
X線の検出方向をウェーハ表面側の斜め上方にとると、
第2図で明らかなように、X線は隣接する他の溝を横切
ることになり、X線がウェーハ内を透過してきた距離、
ひいては溝の深さdを正確に見積る二とが困難となる。
第2図で明らかなように、X線は隣接する他の溝を横切
ることになり、X線がウェーハ内を透過してきた距離、
ひいては溝の深さdを正確に見積る二とが困難となる。
X線をウェーハ裏面から測定すると、X線通過途中で他
のパターンを横切ることはない。ただし、通常用いられ
るSiミラニーへは裏面が鏡面でない場合があり、裏面
の凹凸が表面の溝深さ測定に与える誤差を考える必要が
ある。ここでは検出器の受光面をウェーハ裏面の凹凸の
寸法よりも十分に大きくし、かつ受光面をウェーハ裏面
に近接させることによって、ウェーハ裏面の小さい凹凸
(すなわちウェーハ厚みのミクロなばらつき)を平均し
て測定できるようにしている。
のパターンを横切ることはない。ただし、通常用いられ
るSiミラニーへは裏面が鏡面でない場合があり、裏面
の凹凸が表面の溝深さ測定に与える誤差を考える必要が
ある。ここでは検出器の受光面をウェーハ裏面の凹凸の
寸法よりも十分に大きくし、かつ受光面をウェーハ裏面
に近接させることによって、ウェーハ裏面の小さい凹凸
(すなわちウェーハ厚みのミクロなばらつき)を平均し
て測定できるようにしている。
以上のことから、本発明の計測法は、X線の発生点がで
きる表面は鏡面状態の上にパターンが形成されており、
X線を広い面積にわたって検出する裏面は平均的にウェ
ーハ厚みが保たれているならば粗面でもよいような物体
、すなわち半導体ウェーハの表面微細形状、特に深い溝
形状の計測に最も効果である。
きる表面は鏡面状態の上にパターンが形成されており、
X線を広い面積にわたって検出する裏面は平均的にウェ
ーハ厚みが保たれているならば粗面でもよいような物体
、すなわち半導体ウェーハの表面微細形状、特に深い溝
形状の計測に最も効果である。
なお、ここではX線発生用に電子ビームを用いたが、計
測すべき溝の幅よりも十分に細く絞れるイオンビームな
どのエネルギービームであればよい。また、電子ビーム
とウェーハ、X線検出器の位置関係が保たれていれば、
ビーム・X線検出器の軸を水平に置くような装置構成で
もよい。
測すべき溝の幅よりも十分に細く絞れるイオンビームな
どのエネルギービームであればよい。また、電子ビーム
とウェーハ、X線検出器の位置関係が保たれていれば、
ビーム・X線検出器の軸を水平に置くような装置構成で
もよい。
第3図は、本発明の他の実施例の計算方法を示す模式的
断面図であり、ウェーハ上に形成されたパターンを透視
して観察する場合である。Siウェーハ1の上に下層パ
ターン11としてWの配線があり、その上にAQの上層
パターン12が層間膜13を介して置かれた構造におい
て、下層パターンの形状不良箇所の観察や寸法測定を行
うため、まず有効様被膜14を塗布形成し、その上にX
線発生源となる金属薄膜15を堆積した。有機被膜は1
〜2μmの厚さで、ポリイミド、レジスト材等で形成し
、電子ビーム照射時に不要となる電子の停止層とした。
断面図であり、ウェーハ上に形成されたパターンを透視
して観察する場合である。Siウェーハ1の上に下層パ
ターン11としてWの配線があり、その上にAQの上層
パターン12が層間膜13を介して置かれた構造におい
て、下層パターンの形状不良箇所の観察や寸法測定を行
うため、まず有効様被膜14を塗布形成し、その上にX
線発生源となる金属薄膜15を堆積した。有機被膜は1
〜2μmの厚さで、ポリイミド、レジスト材等で形成し
、電子ビーム照射時に不要となる電子の停止層とした。
金属薄膜の厚さはX線発生源16の大きさと密接に関係
し、ここでは50nmの厚さのW膜をスパッタ蒸着によ
り堆積して、膜厚と同等寸法の微小なX線源を得た(こ
こで、X線源の金属はAu’、Ta、Ti、AQ、Si
など種々のものが使用でき、これらの金属膜と電子ビー
ム停止膜を重ねたフィルムをウェーハ上に置いて用いて
もよい。金属膜は帯電防止の為アースしておく)。W薄
膜で発生した特性X線として8.4keVのエネルギー
を持つLa線を、ウェーハ裏面側の検出器7で測定した
。このようにして、電子ビームを走査するとウェーハ表
面のWパターンのある位置でX線強度が弱まり、Wパタ
ーン形状を透視して計測することができた。
し、ここでは50nmの厚さのW膜をスパッタ蒸着によ
り堆積して、膜厚と同等寸法の微小なX線源を得た(こ
こで、X線源の金属はAu’、Ta、Ti、AQ、Si
など種々のものが使用でき、これらの金属膜と電子ビー
ム停止膜を重ねたフィルムをウェーハ上に置いて用いて
もよい。金属膜は帯電防止の為アースしておく)。W薄
膜で発生した特性X線として8.4keVのエネルギー
を持つLa線を、ウェーハ裏面側の検出器7で測定した
。このようにして、電子ビームを走査するとウェーハ表
面のWパターンのある位置でX線強度が弱まり、Wパタ
ーン形状を透視して計測することができた。
このような透視計測はLSIの不良解析における配線シ
ョート部などの非破壊観察に有効である。
ョート部などの非破壊観察に有効である。
なお、透視観察は従来の光学顕微鏡やSEMでは満足に
行えるものではなく、また従来のX線顕微鏡ではX線源
をウェーハ表面に近接させることは困難であり、不要な
電子ビームが試料表面に入射して満足な測定精度が得ら
れない。本発明ではウェーハ表面に電子吸収層を設ける
とともにX線源の薄膜をウェーハに密着させているので
最も高精度な透視像を得ることができる。さらに、X線
検出強度を向上するためには、必要に応じてより薄いウ
ェーハを用いるか、ウェーハ裏面を研摩、エツチングし
て観察領域のウェーハ厚みを減少させてもよい。
行えるものではなく、また従来のX線顕微鏡ではX線源
をウェーハ表面に近接させることは困難であり、不要な
電子ビームが試料表面に入射して満足な測定精度が得ら
れない。本発明ではウェーハ表面に電子吸収層を設ける
とともにX線源の薄膜をウェーハに密着させているので
最も高精度な透視像を得ることができる。さらに、X線
検出強度を向上するためには、必要に応じてより薄いウ
ェーハを用いるか、ウェーハ裏面を研摩、エツチングし
て観察領域のウェーハ厚みを減少させてもよい。
本発明によれば、ウェーハの表面に密に形成された微細
パターンの深さ・形状を非破壊で高精度に計測できるの
で、半導体集積回路などのウェーハ・プロセスの検査・
制御を精密に行えるという効果がある。
パターンの深さ・形状を非破壊で高精度に計測できるの
で、半導体集積回路などのウェーハ・プロセスの検査・
制御を精密に行えるという効果がある。
第1図は本発明の一実施例の装置断面模式図、第2図、
第3図は本発明の実施例を示す断面模式1・・・ウェー
ハ、4・・・電子ビーム、6・・・X線、7・・・X線
検出器、10・・・微細溝、14・・・有機膜、15’
yFrz 図 %3 図 3湊遣室 7X線編差 トー6
第3図は本発明の実施例を示す断面模式1・・・ウェー
ハ、4・・・電子ビーム、6・・・X線、7・・・X線
検出器、10・・・微細溝、14・・・有機膜、15’
yFrz 図 %3 図 3湊遣室 7X線編差 トー6
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、パターンが形成されたウェーハ表面に微細に絞つた
電子ビームもしくはイオンビームを照射し、該ウェーハ
表面でX線を発生させるとともに、該X線をウェーハ裏
面側で検出して、ビーム照射位置とX線検出強度の関係
からウェーハ表面のパターンを計測することを特徴とす
る微細形状計測方法。 2、第1項記載のパターンはウェーハ表面の溝であり、
溝底面と溝上面に電子ビームを照射した際のX線強度比
から溝深さを求めることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の微細形状計測方法。 3、パターンが形成されたウェーハ表面に、平坦化層と
X線発生層を付加することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の微細形状計測方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26636687A JPH01110206A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 微細形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26636687A JPH01110206A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 微細形状計測方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01110206A true JPH01110206A (ja) | 1989-04-26 |
Family
ID=17429945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26636687A Pending JPH01110206A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 微細形状計測方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01110206A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012527616A (ja) * | 2009-05-20 | 2012-11-08 | エシコン・インコーポレイテッド | 外科用縫合針の穴の形状及び寸法を特性評価するためのx線顕微鏡法 |
-
1987
- 1987-10-23 JP JP26636687A patent/JPH01110206A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012527616A (ja) * | 2009-05-20 | 2012-11-08 | エシコン・インコーポレイテッド | 外科用縫合針の穴の形状及び寸法を特性評価するためのx線顕微鏡法 |
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