KR20150087327A

KR20150087327A - 패턴 형상 평가 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 패턴 형상 평가 장치

Info

Publication number: KR20150087327A
Application number: KR1020157016060A
Authority: KR
Inventors: 히로시 후쿠다
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-07-29
Also published as: US9449790B2; JP2014130077A; TWI502165B; KR101727950B1; TW201439501A; WO2014104055A1; US20160035538A1

Abstract

웨이퍼의 상방으로부터 관찰한 회로 패턴의 평면상만으로부터, 회로 패턴의 단면 형상 또는 3차원 형상을 추정하고 평가한다. 본 발명은, 입체적인 구조체가 상면에 형성된 기판의 주면에 대략 수직한 방향으로부터 수속 에너지선을 조사함과 함께 상기 기판의 상면을 주사시키고, 상기 기판 및 상기 구조체로부터 발생한 2차 에너지선 또는 상기 기판 및 상기 구조체에 의해 반사 또는 산란된 에너지선의 강도를 검출 및/또는 측정하고, 상기 구조체의 상면 관찰상을 취득하는 처리와, 상기 상면 관찰상에 있어서의 수속 에너지선의 조사 위치와 측정된 상기 강도로부터 상기 구조체의 표면의 요철 형상에 의한 산란 강도의 불확정성 정보를 구하는 처리와, 구한 상기 불확정성 정보에 의거하여 상기 구조체의 표면의 경사 각도θ를 구하는 처리와, 구한 경사 각도θ에 의거하여 상기 구조체의 입체 형상을 추정하는 처리를 갖는다.

Description

패턴 형상 평가 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 패턴 형상 평가 장치{PATTERN SHAPE EVALUATION METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND PATTERN SHAPE EVALUATION DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 주사형 현미경을 사용한 비파괴 관측 및 화상 처리에 의한 상세한 형상 평가 방법, 그를 위한 장치, 및 당해 기술을 채용하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로(LSI)는, 회로 패턴의 미세화에 따른 고성능화·고집적화가 진행되고 있다. 현재, 최(最)선단 LSI의 최소 회로 패턴의 선폭은 30㎚(나노미터) 이하이며, LSI의 성능을 확보하기 위해서는, 이들 회로 치수를 엄밀하게(예를 들면 치수의 편차 변동의 허용값이 설계값의 10% 이하가 되는 정밀도로) 관리할 필요가 있다. 상기 회로 치수의 측정에는 현재 널리 주사형 전자 현미경(SEM)이 사용되고 있다. 비특허문헌 1에는, 웨이퍼를 상면으로부터 관찰하는 회로 치수 계측 전용의 전계 방출형 전자 현미경(CD-SEM: Critical Dimension SEM)에 대해서 기재되어 있다.

상기 CD-SEM은, 반도체 회로의 선폭 측정 외에, 다양한 특징량을 계측하기 위해서 사용되고 있다. 예를 들면, 상기 회로 패턴의 에지에는 라인 에지 러프니스(line edge roughness; LER)라고 불리는 요철이 존재하고, 회로 성능에 악영향을 끼치는 것이 알려져 있다. CD-SEM은 상기 LER의 계측에 널리 사용되고 있고, 예를 들면 특허문헌 1에는 그 측정 방법이 기재되어 있다.

한편, 웨이퍼 위에 적층·패터닝에 의해 형성된 소자 구조의 입체적인 형상을 알고 싶다는 요구가 있다. 특히, LSI의 양산 공정에서는, 단면 관찰에 의하지 않고 비파괴로 이를 행하는 것이 바람직하지만, 이를 위한 방법으로서, 일반적으로 AFM 또는 광학적 방법(Scatterometry)이 사용되고 있다.

AFM은, 미세한 선단을 갖는 탐침에 의해, 탐침 선단과 시료 표면 사이의 원자간 힘이 일정해지도록 주사함으로써, 시료 표면의 요철 형상을 계측하는 방법이다. 그 상세한 것은, 예를 들면, 특허문헌 2에 기재되어 있다.

Scatterometry는, 주기적 입체 구조를 갖는 패턴에 광을 입사해서 그 반사 회절광의 파장 또는 회절각 의존성을 측정하고, 이를 미리 다양한 단면 형상에 대하여 계산에 의해 구한 회절각 의존성과 비교함으로써 입체 구조의 단면 형상을 추정한다. Scatterometry에 대해서는, 예를 들면 비특허문헌 2에 기재되어 있다.

Scatterometry와 유사한 방법이며, SEM을 이용하여 단면 형상을 추정하는 방법으로, MBL(model-based library)법이 있다. MBL법은, 시료에 수속(收束) 전자빔을 주사해서 얻어지는 2차 전자 검출 신호 강도 분포와, 미리 다양한 단면 형상에 대하여 계산에 의해 구한 2차 전자 신호 강도 분포와의 비교에 의해, 입체 구조의 단면 형상을 추정한다. MBL에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 3 또는 비특허문헌 3에 기재되어 있다.

또한, SEM을 이용하여 입체 구조를 측정하는 방법으로서, tilt-SEM이 있다. 이 방법은 웨이퍼에 대하여 서로 다른 각도로부터 전자선을 입사해서 얻어진 복수의 상(像)으로부터 스테레오 화상의 원리에 의해 3차원 형상을 추측한다. tilt-SEM에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 4에 기재되어 있다.

일본국 특개2006-215020호 공보 일본국 특개2009-257937호 공보 일본국 특개2007-227618호 공보 일본국 특개2005-183369호 공보

Hitachi Review vol. 60 (2011), No. 5 pp. 203-209 Solid State Technology, Vol. 54, Issue 8, (2011) Proceedings of SPIE Vol. 5375 (SPIE, Bellingham, WA, 2004) Dimensional Metrology of Resist Lines using a SEM Model-Based Library Approach

반도체 집적회로(LSI)의 제조 공정에서는, 회로 패턴 또는 이를 형성하기 위한 레지스트 패턴 등의 단면 형상, 또는 3차원 형상을 소정의 설계 범위 내로 관리하는 것이 중요하다. 이들 형상이 설계값 대로 되도록 제조 조건을 설정하거나, 형상이 열화된 경우에는, 신속하게 이를 검지하고, 제조 프로세스에 피드백함으로써 품질 열화를 억제할 필요가 있다.

그러나, 현재까지, 임의 형상의 미세한 회로 패턴의 단면 형상 또는 3차원 형상을, 비파괴, 고(高)정밀도이며 또한 간편하게 계측할 수 있는 방법이 존재하지 않는다는 기술 과제가 있었다. 예를 들면 CD-SEM은, 임의 형상의 미세한 회로 패턴의 치수를 비파괴, 고정밀도이며 또한 간편하게 계측할 수 있지만, 웨이퍼의 상방으로부터 회로의 평면 형상을 관찰하기 때문에, 단면 형상의 추정이 곤란하다는 기술 과제를 갖고 있다.

그래서 일반적으로는, 웨이퍼를 파괴해서 회로 패턴의 단면을 노출시켜, 그 단면 형상을 전자 현미경으로 관찰하는 방법이 이용된다. 그런데, 제품 웨이퍼에 대하여, 이 방법을 적용하는 것은 어렵다. 이와 같이, 종래, CD-SEM을 이용한 단면 형상의 추정은 곤란하다고 생각되고 있어, 전술한 바와 같은 각종 방법이 시도되어 왔다.

그러나, 그 어느 방법에 있어서도, 이하와 같은 기술상의 과제가 있다.

예를 들면 AFM에 의한 방법에서는, 회로 패턴의 치수가 축소됨에 따라, 탐침이 패턴 간에 들어갈 수 없어, 형상 측정이 곤란해진다는 과제가 있다.

또한, scatterometry 또는 MBL에 의한 방법에서는, 다양한 단면 형상에 대하여 예상되는 측정 결과를 미리 계산에 의해 구해 라이브러리로서 준비할 필요가 있다. 그러나, 이에는 방대한 계산을 요하며, 적용 가능한 형상이 사다리꼴 등의 비교적 단순 형상으로 한정된다는 과제가 있다. 특히, scatterometry에 의한 방법에서는, 피계측 패턴이, 수십 미크론 각(角)의 넓은 영역 내에 일정하게 존재하는 주기 패턴에 한정되기 때문에, 논리 LSI의 회로와 같은 불규칙적인 패턴의 단면 형상을 추정하는 것이 곤란하다. 또한, 이 방법은, 계측 패턴을 위해 전용의 넓은 영역을 확보할 필요가 있다는 과제가 있다.

또한, tilt-SEM을 이용하는 방법에서는, 수속 전자선의 입사각을 변화시키기 위한 특수한 전자 광학계가 필요해지고, 일반적으로, 분해능 등의 성능이 열화되는 등의 과제가 있다. 또한, 스테이지를 기울이기 위해서 장치가 대형화한다는 과제, 계측에 시간을 요한다는 과제 등도 존재한다.

그래서, 본 발명은, 하전 입자선 장치를 이용하여 취득한 기판의 상면으로부터의 관찰상만을 이용하면서, 기판의 상면에 형성된 임의의 구조체의 단면 형상을 비파괴이며 또한 고정밀도로 추정할 수 있는 기술을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 예를 들면 특허청구범위에 기재된 구성을 채용한다. 일례로서의 발명은, (a) 입체적인 구조체가 상면에 형성된 기판의 주면(主面)에 대략 수직한 방향으로부터 수속 에너지선을 조사함과 함께 상기 기판의 상면을 주사시키고, 상기 기판 및 상기 구조체로부터 발생한 2차 에너지선 또는 상기 기판 및 상기 구조체에 의해 반사 또는 산란된 에너지선의 강도를 검출 및/또는 측정하고, 상기 구조체의 상면 관찰상을 취득하는 처리와, (b) 상기 상면 관찰상에 있어서의 수속 에너지선 조사 위치와 측정된 상기 강도로부터 상기 구조체의 표면의 요철 형상에 의한 산란 강도의 불확정성(uncertainty) 정보를 구하는 처리와, (c) 구한 상기 불확정성 정보에 의거하여 상기 구조체의 표면의 경사 각도θ를 구하는 처리와, (d) 구한 경사 각도θ에 의거하여 상기 구조체의 입체 형상을 추정하는 처리를 갖는다.

본 발명에 따르면, 기판의 상면 관찰상만으로부터, 기판의 상면에 형성된 구조체의 단면 형상 또는 3차원 형상을 추정하고 평가할 수 있다. 전술한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는 이하의 실시형태의 설명에 의해 밝혀진다.

도 1은 전자 현미경의 관찰상 형성 과정을 설명하는 개념도.
도 2는 피관찰 구조체의 특징을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 제1 실시형태를 설명하기 위한 시료의 단면 형상의 특징을 나타낸 모식도.
도 5는 도 4에 나타낸 각 시료에 대한 계측 결과를 모식적으로 나타낸 특성도.
도 6은 도 4에 나타낸 각 시료에 대한 계측 결과를 모식적으로 나타낸 다른 특성도.
도 7은 화상 노이즈의 영향을 나타낸 특성도.
도 8은 도 6에 나타낸 계측 결과에 대한 해석 결과를 나타낸 특성도.
도 9는 구조체 표면의 경사 각도와 에지 검출점 변동폭의 관계를 나타낸 원리도.
도 10은 구조체 표면의 경사 각도와 에지 검출점 변동폭의 관계를 구하는 다른 모델을 설명하기 위한 원리도.
도 11은 구조체 측면의 변동이 측면으로부터 비교적 떨어진 점에 입사한 전자선에 대한 검출 신호 강도에 미치는 영향을 나타낸 모식도.
도 12는 도 6에 나타낸 계측 결과에 대한 해석 결과를 나타낸 다른 특성도.
도 13은 도 4에 나타낸 각 시료에 대한 단면 형상의 추정 결과를 나타내기 위한 특성도.
도 14는 제1 실시형태에 있어서의 처리 순서를 설명하는 플로차트.
도 15는 제1 실시예에서 이용하는 장치의 구성예를 나타낸 모식도.
도 16은 제2 실시예에 따른 3차원 형상 추정 방법의 모식도.
도 17은 제3 실시예에 따른 프로세스 모니터의 모식도.
도 18은 피관찰 구조체의 특징예를 나타낸 다른 개념도.
도 19는 제2 실시형태에 있어서의 처리 순서를 설명하는 플로차트.
도 20은 제2 실시형태에 따른 해석 결과를 설명하기 위한 특성도.
도 21은 제5 실시예를 설명하기 위한 개념도.
도 22는 제5 실시예를 설명하기 위한 개념도.

이하, 도면에 의거하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또, 본 발명의 실시 태양은, 후술하는 형태 예로 한정되는 것이 아니라, 그 기술 사상의 범위에 있어서, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면 이하의 설명에서는 전자 현미경을 이용하여 시료를 관찰할 경우에 대해서 설명하지만, 집속(集束) 이온빔 장치 이외의 하전 입자선 장치를 이용하여 시료를 관찰할 경우나 가공할 경우에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

(3차원 형상 관찰상에 있어서의 에지 변동 요인과 그 성분 분해)

우선, 본 발명에서 이용하는 전자 현미경에 의한 관찰상의 형성 과정을, 도 1을 이용하여 설명한다. 단순화를 위해, 기판 면 위에 형성된 대략 입방체 형상의 구조체(예를 들면 반도체나 레지스트 패턴 등)를 생각한다. 기판 면을 x-y평면, 구조체의 에지가 연장되는 방향(에지 방향)을 y방향으로 한다. 상기 구조체의 특징 치수보다 충분히 가늘게 수속된 전자선을, 상기 기판 면과 대략 수직한 방향(z방향)으로부터 기판 위에 조사함과 함께, 기판 위를 상기 에지 방향과 대략 수직한 방향(x방향)으로 주사한다. 상기 기판 또는 구조체에 입사된 전자는, 기판 또는 구조체 내부에서 산란을 받아서 2차 전자를 방출하거나, 또는 직접 반사(또는 후방 산란)되어, 그 일부를 기판 또는 구조체의 외부로 방출한다. 상기 2차 전자 또는 반사 전자(이하, 「2차 전자 등」이라고 함)의 방출량은, 전자선이 볼록 형상의 볼록부(또는 모서리의 상부)에 입사한 경우에 증대한다.

그래서, 전자선의 주사 중에 방출된 상기 2차 전자 등을 검출기에 의해 검출하여, 그 검출 강도를 주사 방향에 있어서의 전자선의 조사 위치x에 대하여 플롯하면, 도 1의 하단에 나타내는 바와 같은 2차 전자 등의 검출 신호 강도 분포가 얻어진다. 일반적으로, 검출 신호 강도 분포를 검출 신호의 최대값으로 규격화했을 때의 소정의 임계값 레벨에서 잘랐을 때의 위치, 또는 검출 신호 강도 분포의 경사가 최대로 되는 위치 등에 의거하여 패턴 및 비패턴의 경계를 결정한다. 2개의 패턴 경계 위치 간의 거리로부터 패턴 치수가 계측된다. 또한, 주사를 에지 방향(y방향)과 다른 위치에서 행하고, 구한 패턴/비패턴 경계를 이음으로써 패턴의 에지 형상이 얻어진다. 통상, 이렇게 해서 얻어진 에지 형상은, 에지 방향을 따라 요철 형상을 나타낸다. 이 요철의 크기를 라인 에지 러프니스라고 부른다. 본 발명자는, 상기 러프니스의 원인을 고찰함으로써, 패턴 에지에 평행한 방향 및 수직한 방향을 포함하는 평면(이하,「기판 면」이라고 함) 내의 검출 신호 강도 분포로부터, 상기 기판 면에 수직한 방향의 패턴의 입체 형상을 추정하는 방법을 고안했다.

상술한 라인 에지 러프니스는, 일반적으로, 도 2의 상단도(a)에 나타나는 바와 같은 구조체의 에지 위치의 편차에 기인하는 것으로 생각되고 있다. 실제의 구조체는 입방체가 아니고, 그 측벽은 도 2의 상단도(a)에 나타나는 바와 같이 경사져 있거나, 또는 도 2의 중단도(b)에 나타내는 바와 같이 표면에 요철(표면 러프니스)을 갖는다. 검출 신호 강도 분포는, 경사각의 변화나 표면의 요철의 영향을 받는다고 생각된다.

y방향에 대해서 일정한 샘플링 간격으로 규정된 개시점으로부터 x방향으로 전자선을 주사해서 2차 전자 검출 신호 강도를 계측하면, 도 2의 하단도(c)에 나타내는 바와 같은 2차 전자 검출 신호 강도의 2차원 분포가 얻어진다. 여기에서, 2차 전자 검출 신호 강도의 2차원 분포는, (1) 구조체의 입체 형상 및 재료 특성에 기인하는 강도 변화, (2) 에지 방향을 따른 구조체의 x방향 위치 변동에 따른 강도 분포의 변동, (3) 구조체 표면의 요철에 기인하는 강도 분포의 변동의 3가지 요인의 영향을 받는다고 생각된다.

그래서, 이들 3가지 요인을 분해해서 생각한다. 우선, y좌표를 고정하여, xz평면에서 패턴을 절단했을 때의 단면 형상과, 당해 형상에 대응하는 1차원 신호강도 분포에 대해서 생각한다. 이 경우, 도 2의 중단도(b)의 구조체는, 도 3의 상단도(a)의 좌측에 모식적으로 나타내는 것과 같은 매크로(macro)한 패턴 구조의 표면에, 도 3의 중단도(b)의 좌측에 모식적으로 나타내는 것과 같은 마이크로(micro)한 표면의 요철 구조가 겹친 형상을 갖는 것으로 생각된다. 도 3의 하단도(c)의 좌측에 매크로 패턴과 마이크로 패턴이 중첩된 이미지를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 2차 전자 방출량은, 전자선이 볼록부에 입사하면 증대하고, 반대로 전자선이 오목부에 입사하면 감소된다. 따라서, 패턴 전체의 매크로한 구조를 보면, 패턴의 상면 모서리부는 볼록 형상이므로, 상면 모서리부를 향하여 신호 강도가 증대한다(도 3의 상단도(a)의 우측). 한편, 마이크로한 구조를 보면, 패턴 표면에 존재하는 요철의 볼록부에 입사했을 때, 신호 강도는 증대한다(도 3의 중단도(b)의 우측). 따라서, 이에 대응해서 2차 전자 신호 강도 분포는, 매크로한 패턴 구조에 대응한 큰 피크 형상 분포(도 3의 상단도(a)의 우측)에, 표면 요철 구조에 대응한 미세한 신호 변동(도 3의 중단도(b)의 우측)이 중첩한 분포(도 3의 하단도(c)의 우측)로 된다. 다만, 구조체의 측면에서는 요철에 대한 전자선의 입사 각도가 변화하기 때문에, 요철에 의한 신호 변동도 변화되는 것에 유의한다.

여기서, y방향의 임의의 위치로부터 x방향에 대한 2차 전자 신호 강도의 분포를 생각한다. 상기 표면 요철은 랜덤으로 발생한다고 생각되므로, 대응하는 신호 강도 분포도 도 3의 하단도(c)의 우측에 있어서의 실선 내지 일점 쇄선과 같이 불확실성을 갖고 편차가 있다. 측장(測長) SEM에서는, 통상, 얻어진 2차 전자 신호 강도 분포를 어떤 임계값에서 잘랐을 때의 x좌표를 에지 좌표로서 검출한다.

그런데, 임계값을 바꾸면, 구조체의 서로 다른 높이 위치z에 대응하는 복수의 에지가 검출된다. 상기 에지 좌표는 불확실성을 갖고 변동하며, 그 변동량σ의 특징은 임계값의 함수로 된다. 즉, 구조체의 서로 다른 높이 위치z(또는 에지와 수직 방향의 위치x)의 함수로 된다.

후술하는 제1 실시형태에서는, 상기 함수의 특징으로부터 구조체의 입체(단면) 형상z(x)를 추정하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 제2 실시형태에서는, 2차원 신호 강도 분포를 이용하여, 2차원 입체 형상을 추정하는 방법에 대하여 설명한다. 또, 제2 실시형태의 상세는, 후술하는 실시예 4에서 설명한다.

(제1 실시형태)

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 구조체의 입체(단면) 형상 추정 방법의 상세에 대하여 설명한다. 이하에서는, 도 4의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 나타내는 단면 프로파일을 갖는 3종류의 시료A, B 및 C를 해석 대상으로 한다.

우선, CD-SEM에 의해, 상기 3종류의 단면 프로파일을 갖는 구조체의 상면 관찰 화상을 취득하고, 상기 구조체의 에지부를 해석 영역으로 지정한다. 대상 에지에는, 설계상의 직선 부분을 선택하고, 상기 직선을 따른 방향을 y방향으로 한다.

다음으로, 에지 검출시의 임계값T를 다양하게 바꿔서 에지를 검출하고, T의 함수로서 에지점 열{xi(T)}(단, i=1,2,...,n)을 구하고, 상기 점 열의 평균 에지 위치<x(T)>로부터의 편차σ²(T)=Σ[xi(T)-<x(T)>]²을 계산했다. 다음으로, σ(T)를 임계값T에 대하여 플롯하면, 도 5의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)가 얻어진다. 전술한 바와 같이, 각 단(段)에 나타내는 점 열은, 도 4와 동일한 단의 단면 프로파일을 갖는 구조체에 대응한다.

일반적으로, 검출 신호 강도의 x방향 분포I(x)는, 구조체의 에지 근방에 피크를 갖는다. 예를 들면 레지스트 라인 패턴 등, 어떤 폭W로 볼록 구조를 갖는 이른바 라인 패턴을 관찰하면, 도 4에 나타내는 각 패턴의 좌우 에지의 각각에 대응해서 2가지의 강도 피크가 나타난다. 즉, 한쪽의 에지를 관찰하면, 동일한 임계값T에 대하여 검출 신호 강도의 분포 피크의 양측으로 2가지의 에지 검출점이 얻어진다. 따라서, σ(T)는, 상기 피크의 구조체의 내측과 외측의 각각에 대하여 별개로 구한다.

일반적으로, 구조체의 외측(스페이스측)에서는, 외측으로부터 강도가 서서히 증대되어 소정의 임계값에 도달한 점의 x좌표를 에지 위치로 한다. 한편, 구조체의 내측(라인측)에서는, 내측으로부터 강도가 서서히 증대되어 소정의 임계값에 도달한 점의 x좌표를 에지 위치로 하여, 이들 값으로부터 σ(T)를 구한다. 또, 패턴 폭W가 극단적으로 작아지면, 좌우의 에지에 대한 상기 피크가 겹쳐, 1개의 라인 패턴에 대하여 1개의 피크가 관찰되게 된다. 이 경우, 임계값과 x좌표는 1대 1로 대응한다.

다음으로, 해석 영역 내에서, 검출 신호 강도의 분포I(x)의 y방향의 평균 분포(x)를 구하고, 각 임계값T를, 검출 신호 강도가 (x)=T로 되는 특정의 X좌표에 대응시킨다. 이에 의해, 임계값T의 함수로서의 편차σ(T)를, x의 함수로서의 편차σ(x)로 변환한다. 이때, 상기 피크의 구조체의 외측/내측의 x에 대한 편차σ(T)는, 각각의 구조체의 외측/내측의 x에 대응시킨다. 편차σ(x)를 검출 신호 강도 분포(x)와 함께 플롯하면, 도 6에 나타내는 특성도로 된다. 도 6의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 나타내는 특성도는, 모두 도 4의 동일 단의 단면 프로파일을 갖는 구조체에 대응한다. 도 6의 각 도면은, 위치x에 입사한 전자선에 대하여 얻어지는 평균적인 에지 위치에 있어서의 검출 에지 변동을 나타낸다.

막의 줄어듦이 크고, 또한, 순(順) 테이퍼 형상을 갖는 시료A의 경우(도 4의 상단도(a)), 편차σ(x)는 구조체의 외측 하부의 평탄면에서 크고, 입사 전자선이 에지에 가까워지면 급격하게 감소하여 최소값으로 되고, 그 후, 구조체의 중심을 향해서 서서히 증대하고, 구조체의 상부의 평탄면 근방에서 극대를 취한다.

한편, 대략 수직 또는 약간 역(逆) 테이퍼 형상의 측벽을 갖고, 또한 막의 줄어듦이 적은 시료B(도 4의 중단도(b)), 시료C(도 4의 하단도(c))에서는, 편차σ(x)는, 최소값을 취한 후, 급격하게 증대해서 대지(臺地) 형상의 피크를 취하고, 일단 감소된 후, 구조체의 중심을 향해서 서서히 증대하고, 구조체의 상부의 평탄면 근방에서 극대로 된다. 상기 피크의 높이는, 역 테이퍼 형상 측벽을 갖는 시료C 쪽이 약간 크다.

이러한 분포 형상의 차이는, 단면 프로파일의 차이를 반영한 것으로 생각된다.

다음으로, 편차σ(x)의 형상이 갖는 의미에 대하여 설명한다.

우선, 해석 영역 내부에 있어서, 평균 검출 신호 강도 분포(x)에 대응하여, 편의적으로 평균 단면 프로파일<Z>(x)를 고려하여, 실제의 구조체의 3차원 형상Z(x, y)를 다음 식으로 나타낸다.

[수식 1]

즉, 실제의 3차원 형상Z(x, y)는, 평균 단면 프로파일<Z>(x)를 에지점 위치y를 따라 x방향으로 Δx(y) 시프트하고, 또한 단면 프로파일에 변동ΔZ(x, y)를 준 것으로 생각한다. 여기서, Δx(y)는, y마다, 예를 들면 |ΔZ (x, y)|의 x방향 적분값이 최소로 되도록 정한다.

다음으로, 상기 표현에 대응하여, 실제로 관찰되는 검출 신호 강도의 3차원 분포도, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[수식 2]

여기서, ΔI(x, y)는, ΔZ(x, y)에 대응해서 단면 프로파일의 평균으로부터의 어긋남에 의해 발생하는 항이다. Δnoise(x, y)는, 실제의 검출 화상에 중첩하는 랜덤인 검출 노이즈이며, 그 진폭은 위치·화상에 의존하지 않는다. Δx(y)는, y마다, 예를 들면 |ΔI(x, y)|²의 x방향의 에지 근방에 있어서의 적분값이 최소로 되도록 정한다.

또한, 상기 표현에 대응하여, 검출되는 에지점 열의 평균으로부터의 편차σ(x)도, 상기 각 항에 기인하는 성분으로 분할할 수 있다.

[수식 3]

여기서, σ_measured는 계측 결과이다. σ_y는, y마다, 그 단면을 평균 단면 프로파일로 최적 피트(fit)했을 때의 구조체의 에지 위치의 편차에 기인하는 성분이다. σ_xz는, 구조체의 단면 형상의 변화에 기인하는 성분이다. σ_noise는, 검출(화상) 노이즈에 기인하는 에지 검출 오차에 기인하는 성분이다.

(에지 변동 성분의 분해 방법의 상세)

다음으로, 계측된 에지 변동값σ_measured를, 상술한 4개의 성분으로 분해하는 방법에 대하여 설명한다. 이하, 각 성분에 대하여 설명한다.

구조체의 에지 위치의 y방향의 변동은, 일반적으로, 그 공간 주파수 특성이 1/f 특성에 따르는 것에 반해, 표면 요철에 기인하는 계측 편차 및 검출 노이즈는, 그 공간 주파수 특성이 랜덤이라고 생각된다. 여기에서, σ_y는, y방향의 공간 주파수f에 대하여 1/f 특성을 갖는 성분(편의상「참(眞)의 LER」이라고 부름)이라고 생각한다.

또, 에지를 따라 측정된 x방향의 에지점 검출 위치의 편차를, 1/f 특성을 갖는 성분과, 그 이외의 성분으로 분해하는 방법에 대해서는, 특허문헌 1에 설명되어 있다. 여기에서, LER 성분의 분해는, 임계값마다 행해도 되고, 또는 어떤 대표적인 임계값T에 대해서 행해도 된다.

참의 LER은, 구조체의 에지 위치 자체의 y방향의 변동이다. 따라서, 임계값T를 바꿔서 구한 계측 결과에 대해서는 거의 공통이라고 생각할 수 있다. 이 때문에, 후자의 생각도 합리적이다.

σ_noise는, 신호 강도 분포의 경사에 의존한다. 평활 평탄면에 대하여 얻어진 화상에, 1차원 (x)방향으로 강도 구배를 가하고, 평균 레벨의 임계값에 대하여 얻어진 에지점의 변동을 구한 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타나 있는 바와 같이 검출 신호의 강도 구배가 커지면, σ_noise는 작아진다. σ_noise(x)는, 평균 검출 강도 분포의 위치x에 있어서의 구배에 대한 σ_noise를 도 7로부터 구함으로써 계산할 수 있다.

계측 결과σ_measured로부터, σ_y 및 σ_noise의 기여를 제거하면, σ_xz를 구할 수 있다.

여기에서, 도 4의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 나타내는 바와 같은 단면 프로파일을 갖는 시료A, B 및 C에 대하여 σ_y 및 σ_noise를 계산하고, 상정 결과σ_measured를, σ_y, σ_noise, σ_xz로 분해한 결과를 도 8의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 나타낸다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 단면 프로파일이 역 테이퍼 형상인 경우, σ_xz에 현저한 피크가 나타난다.

이하에서는, 현저한 피크가 발생하는 원인을 고찰하기 위해서, 표면의 요철이 검출 신호 강도 분포에 미치는 영향을 다음의 2가지로 분류한다.

[분류1]

이 분류에서는, 전자선은, 최초에 순 테이퍼면에 입사한다고 생각한다. 이때, 구조체 내부에서 산란된 후, 다시 구조체 외부로 나와 검출되는 전자의 수는, 순 테이퍼면 위의 입사 위치의 극히 근방의 요철 패턴의 영향을 받는다고 생각된다.

[분류2]

이 분류에서는, 전자선은, 에지점으로부터 떨어진 구조체 상부에 있어서의 비교적 평탄한 면에 입사한다고 생각한다. 이때, 구조체 내부에서 산란된 전자의 일부가 구조체의 측면 또는 역 테이퍼면으로부터 구조체의 외부로 빠져나와, 검출된다. 이때, 외부로 빠져나온 전자는, 측면의 요철 패턴의 영향을 받는다. 이와 같이 입사면과는 다른 면으로부터 외부로 빠져나오는 전자는, 그 절대 수가 적다. 그러나, 표면 산란에 의해 검출되는 전자수도 비교적 적으므로, 측면의 요철 패턴의 영향을 받은 전자가 순 테이퍼면에 대한 검출 결과에 미치는 영향은 무시할 수 없다고 생각된다.

이 영향은, 구조체 내부의 전자선 진입 길이의 범위에서, 수직 또는 역 테이퍼면의 면적에 의존하고, 수직 또는 역 테이퍼면 높이가 클 수록 크다. 또한, 그 영향은, 구조체의 에지로부터 내부쪽의 비교적 넓은 영역에 입사한 전자선에 미친다.

도 8의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 보이는 σ_xz의 피크는, 수직또는 역 테이퍼의 측면을 갖는 구조체에 있어서, 전자선이 구조체의 상부 평탄면에 입사했을 경우에 볼 수 있다. 이로부터, 구조체의 상부 평탄면에 출현하는 σ_xz의 피크는, 분류2에 기인하는 것으로 생각된다.

그러면, σ_xz를, 이하의 2가지의 성분으로 분해한 (식 4)로 나타낸다.

(1) 전자선 입사점 근방의 순 테이퍼면 위의 요철 패턴의 영향

:σ_xz_near

(2) 전자선 입사점으로부터 비교적 떨어진 대략 수직 또는 역 테이퍼면 위의 요철 패턴의 영향

:σ_xz_far

[수식 4]

이하, 상기 (1) 및 (2)의 성분의 상세에 대해서 더 설명한다.

우선, 요철 패턴을 갖는 순 테이퍼면에 입사한 전자선의 산란에 미치는 요철의 영향(상기 (1)의 성분)에 대해서 생각한다. 어떤 일정 각도의 경사면에 정현파 형상의 요철이 존재하고, 오목부 또는 볼록부의 중심(도 9의 상단도(a)의 점P)으로 빔이 입사됐다고 한다. 빔의 입사 위치에 대하여 요철의 위상을 180도 변화시키면, 검출 위치가, 위상의 ±방향으로 1주기분 변동한다. 예를 들면, 빔이 오목부의 중심으로 입사했을 경우, 검출 위치는 위상의 +방향으로 최대의 어긋남이 발생하고, 빔이 볼록부의 중심으로 입사했을 경우, 검출 위치는 위상의 -방향으로 최대의 어긋남이 발생한다.

이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위해서, 도 9의 상단도(a)에 나타내는 바와 같이, 평균적인 경사각θ가 일정하며, 또한 그 표면을 따라 요철 패턴을 갖는 측벽 형상을 갖는 구조체의 평균 측벽면 위의 점P를 생각한다. 점P 위에 대표 주기L의 표면 요철의 볼록부 중심이 존재하는 경우, 전자가 점P를 향하여 입사했을 때, 검출되는 신호 강도의 증가분이 최대로 되고, 에지 검출 위치의 시프트량이 한 방향으로 최대로 된다고 한다. 반대로, 점P 위에 표면 요철의 오목부 중심이 존재하는 경우, 검출되는 신호 강도의 감소분이 최대로 되고, 에지 검출 위치의 시프트량이 +방향으로 최대로 된다고 한다.

이때, 요철에 의한 에지의 검출 위치의 시프트량은, 볼록부 중심의 x좌표 위치에 의해 결정되고, 그 변동 진폭Δx는, 상기 2가지의 케이스에 있어서의 볼록부 중심간의 x방향 거리로 된다. 따라서, 측벽면 위의 요철 주기를 L로 하며(즉, 상기 x방향의 거리는 L/2이며), 검출 위치가 도 9의 중단도(b)에서 결정된다고 하면, 에지의 검출 위치의 변동폭ΔX는, 요철 주기L, 측벽 경사면의 각도(경사각)θ에 의해, 다음 식과 같이 추정할 수 있다.

[수식 5]

이에 대해, 검출 위치가 도 9의 하단도(c)에서 결정된다고 하면, 에지의 검출 위치의 변동폭ΔX는, 높이H, 측벽 경사면의 각도(경사각)θ에 의해, 다음 식과 같이 추정할 수 있다.

[수식 6]

일반적으로, 경사각θ가 비교적 작은 영역에서는 식 5가 지배적으로 되고, 경사각θ가 비교적 큰 영역에서는 식 6이 지배적으로 된다. 실제로는, 경사각θ는, 측면의 요철 주기와 높이의 양쪽에 의존한다고 생각된다. 따라서, 양 식을 가산한 다음 식에 의해, 에지 검출 위치의 변동폭ΔX를 추정하는 것도 가능하다.

[수식 7]

또, 에지 검출 위치의 변동폭ΔX와 경사면의 경사각θ와의 관계는, 표면 요철에 의한 전자선 신호의 강도 변동량이 표면에 대한 전자선의 입사각에 의존한다고 하는 특성을 이용하여 구할 수도 있다.

예를 들면, 표면에 적당한 주기L 또는 높이H의 요철을 갖는 평면(도 10의 상단도(a1))에, 다양한 입사 각도의 전자선을 조사·주사했을 때의 검출 신호 강도 분포를 시뮬레이션에 의해 계산한다(도 10의 상단도(a2)). 이때, 검출 강도의 변동폭ΔI는, 입사각θ의 함수로 된다(도 10의 중단도(b)).

한편, 강도 변동폭ΔI(θ)와, 에지 검출 위치의 변동폭ΔX와, 평균 신호 강도 분포I(x)의 관계는, 도 10의 하단도(c)에 나타내는 바와 같이, 다음 식으로 나타낼 수 있다.

[수식 8]

다만, 식 8은, 검출 신호의 강도 분포의 피크에 있어서 구배가 0(zero)이 되면, 값이 발산한다. 이 때문에, 식 8은, 검출 신호의 강도 분포의 피크에 있어서 구배가 0(zero)인 경우에는 이용할 수 없는 것에 주의가 필요하다. 실제로는, 에지 시프트량의 진폭ΔX는, 측벽 표면 요철에 의한 에지 검출 위치의 계측 편차로부터 추정되는 통계량이며, σ_xz_near가 이에 상당한다. 또, 측벽 표면의 요철 패턴은 랜덤량이므로, 그 주기L 및 높이H에 관해서도 통계적인 대표값을 이용한다. 예를 들면 편의상, 평탄면의 경사각θ가 0(zero)이 되도록 선택해도 된다.

다음으로, 상기 (2)의 성분(빔의 입사 위치로부터 떨어진 표면 위치의 요철 패턴의 영향)에 대하여 설명한다.

평균적인 측벽면에 대하여, 도 11의 상단도(a)의 Q점에 전자선이 입사했을 때의 검출 강도를 IQ라고 할 경우에, 이 도면 내의 곡선A 및 B에 나타내는 바와 같이 측벽면의 패턴이 변동한 경우를 생각한다. 이때, 도 11의 하단도(b)에 나타내는 바와 같이, 검출 강도는 검출 강도IQ에 대하여 ΔIA 및 ΔIB만큼 변화되고, 검출 에지는 각각 Δx_A _, Δx_B만큼 어긋난다.

이때, 측벽면의 크기에 대하여 전자선의 퍼짐이 같은 정도인 것으로 하면, 검출 에지에 출현하는 어긋남량Δx_A 및 Δx_B는, 입사 위치(Q점)에 의존하지 않고, 거의 일정하다고 생각할 수 있다.

여기서, 전자선의 입사 위치가, 구조체의 에지 위치로부터 구조체 중의 산란 전자가 측벽에 미치는 범위의 사이에서는, 전술한 (2)의 영향이 거의 일정하다고 가정하고, σ_xz_far에 대하여 사다리 형상의 분포 형상으로서 근사한다.

사다리꼴의 높이는, 측벽의 높이와 각도에 의존하지만, 예를 들면 식 4에 따라서, σ_xz의 최소값으로부터 구조체측에 있어서, σ_xz로부터 σ_xz_far를 뺀 후의 σ_xz_near의 분포가, 0(zero)으로부터 거의 선형으로 증대하는 것 같은 높이로 설정하는 것을 생각할 수 있다. 도 4의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 대응하는 각 시료에 대해서, σ_xz를 상기 2가지의 성분으로 분해한 결과를 도 12의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 내타낸다.

(단면 형상의 추정 방법)

다음으로, 불확정성을 나타내는 편차σ를 분해한 결과로부터, 구조체의 단면 형상을 추정하는 방법에 대하여 설명한다.

실제의 구조체의 단면 형상은, 둥근 모양을 띠거나, 곡선을 이루며 완만하게 연장되거나, 다양한 형상을 갖는 것으로 생각된다. 즉, 일반적으로, 측벽각θ는, 구조체의 높이 방향 또는 x방향의 위치에 대하여 일정하지 않다. 본 실시형태에 따른 방법을 이용하면, 이러한 구조체여도, 그 단면 형상을 적절하게 추정할 수 있다.

이하, 해석적 형상 추정법과 모델 베이스에 의한 형상 추정법의 2가지의 어프로치에 의한 단면 추정법에 대하여 설명한다.

(해석적 추정법)

해석적 추정법에서는, 임계값 또는 x방향의 위치에 대하여, 식 5, 식 6, 식 7, 식 8 등을 이용하여, 구조체의 대응하는 높이에 있어서의 구조체 표면의 국소적인 각도를 구하고, 이를 x방향으로 적분함으로써 구조체의 단면 형상을 구한다. 즉, 다음 식에 의해, 단면 형상을 구한다. 단, 다음 식에 있어서 적분 범위는 0(zero)부터 x까지이다.

[수식 9]

여기에서는, 식 5와 식 8을 이용하여, 도 12의 σ_xz_near로부터 추정한 θ(x)의 분포와, 추정되는 단면 형상Z(x)를 도 13의 상단도(a), 중단도(b) 및 하단도(c)에 각각 나타낸다. 추정된 단면 형상(실선으로 나타내는 형상)은, 별도, 단면 관찰로부터 얻어진 형상(도 4의 상단도(a), 중단도(b), 하단도(c)의 형상)과 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.

한편, 모델 베이스에 의한 형상 추정법에서는, 다양한 단면 형상에 대하여, 그 표면의 요철(예를 들면 그 위상)을 변화시켰을 때의 검출 신호 강도의 분포를 구하고, 각각에 대하여 검출되는 에지 위치 간의 편차(불확정성)를, 임계값 또는 x방향의 위치의 함수로서 미리 구해 둔다. 다음으로, 이 편차(불확정성)와 실제의 측정 결과를 매칭시키고, 가장 가까운 단면 형상을 구하거나, 또는 내삽(內揷)·외삽(外揷)에 위해 단면 형상을 추정한다.

검출 신호의 강도 분포 자체의 계산 결과 라이브러리와 계측 결과와의 매칭을 구함으로써 단면 형상을 추정하는 종래의 MBL법은, 측정 결과가 검출계나 검출 강도 변동에 영향을 받는다는 과제가 있는 것에 반해, 본 방법은, 이들 영향을 받기 어렵다. 물론, 본 방법과 종래의 MBL법을 병용할 수도 있다. 또, 매칭에는 최우법(最尤法) 등을 이용해도 된다.

(구조체 입체 형상 추정 처리 순서)

도 14에, 제1 실시형태에 대응하는, 구조체의 입체 형상을 추정하기 위한 방법의 플로차트를 나타낸다. 또, 후술하는 일련의 처리는, 계산기에서 실행되는 프로그램에 의거하여 실현된다.

우선, 전자 현미경에 의해 2차원 화상을 취득하고, 해석 영역을 지정한다(스텝 1401). 이 후, 지정된 해석 영역에 있어서의 평균적인 신호 강도 분포I(x)를 산출한다(스텝 1402). 신호 강도는, 지정 범위에 있어서의 최대 강도로 규격화된다. 이때, 상기 범위에 있어서의 평균적인 에지 방향이 y방향이 되도록 화상을 조정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 임계값을 지정된 최소값으로부터 최대값까지 소정의 간격마다(예를 들면 5%로부터 100%까지 5%마다) 설정하여, 입계값마다 패턴 에지를 검출하고, 입계값T의 함수로서 LER을 구한다(스텝 S1403∼1408). 여기에서는, T=I(x)의 관계 를 이용하여 LER을 x의 함수로 변환한 후, 이를 각 성분으로 분해한다. 또한, 식 5, 식 6, 식 7, 식 8 등에 따라서 측벽 각도θ를 구하고(스텝 S1409, 1410), 측벽 각도θ를 x방향으로 적분해서 단면 형상을 얻는다(스텝 S1411). 여기까지의 설명에서는, 구조체의 표면의 요철 패턴은, 표면에 있어서 등방적(等方的)이라고 가정했다. 국소적인 레지스트의 용해성 편차 등에 유래하는 요철에 관해서는, 상기의 가정은, 거의 옳다. 한편, 이 가정이 성립하지 않는 케이스에 대해서는, 후술하는 실시예 5에 기술한다.

[실시예1]

본 실시예에서는, 전술한 추정 방법을 CD-SEM에 적용한 실시예에 대하여 설명한다.

(장치 구성)

도 15에, 본 실시예에서 사용한 CD-SEM의 하드웨어 구성의 모식도를 나타낸다. 본 실시예의 CD-SEM은, 주로 전자 광학 칼럼(SEM 칼럼)과 시료실로 이루어지는 주사형 전자선 현미경의 케이싱(1801)과, 주사형 전자선 현미경의 제어계(1811)와, 정보 처리 장치(1812)에 의해 구성된다.

정보 처리 장치(1812)에는, 얻어진 주사 전자 화상이나 해석에 필요한 CAD 데이터 등을 저장하는 데이터 기억 장치(1813)가 접속되어 있다. 물론, 데이터 기억 장치(1813)는, 정보 처리 장치(1812) 내에 격납되어 있어도 된다. 도시되어 있지 않지만, 정보 처리 장치(1812)는, CD-SEM의 조작자가 데이터 처리를 위해서 필요한 정보를 장치에 대하여 입력하기 위한 정보 입력 단말 및 취득되는 주사 전자 화상을 표시하기 위한 화상 표시 수단을 구비하고 있다. 정보 입력 단말의 구체예에는, 키보드, 마우스, 화상 표시 수단 위에서 표시되는 GUI 화면 등이 있다.

전자 광학 칼럼은, 전자총(1802), 수속 렌즈(1804), 편향기(1805), 대물 렌즈(1806), 검출기(1810) 등에 의해 구성된다. 시료실은, 피검사 대상인 관찰 웨이퍼(1807)를 재치(載置)하는 스테이지(1808)를 구비한다. 전자총(1802)으로부터 관찰 웨이퍼(1807)에 대하여 조사되는 전자선(1803)에 의해 발생한 2차 전자(1809)는 검출기(1810)에 의해 검출되고, 제어계(1811)에 의해 디지털 데이터로 변환된 후, 정보 처리 장치(1812)에 전송되어, 해석에 사용하는 화상 데이터가 생성된다.

본 실시예에서는, CD-SEM에 구비된 주사 전자 현미경을 이용하여 패턴 관찰을 행하여 피검사 대상의 화상 데이터를 취득했다. 얻어진 화상 데이터를 데이터 기억 장치(1813)에 보존하고, 관찰 종료 후, 정보 입력 단말을 조작하여 화상 데이터 해석을 실행하고, 러프니스 지표 및 단면 구조 추정의 해석을 행했다. 해석 처리는, 정보 처리 장치(1812)가 실행한다.

(화상 취득 공정)

우선, 제어계(1811)(정보 처리 장치(1812))는, ArF 레지스트의 라인 패턴에 대하여, 시야의 좌측 위로부터 우측 아래까지의 주사를 32번 행하여 얻어진 2차 전자 신호 강도를 평균화하고, 2차 전자 신호 강도의 2차원 분포 화상을 취득한다. 필요에 따라, 정보 처리 장치(1812)는, 취득한 화상을 CD-SEM의 모니터 화면 위에 표시한다. 여기에서, 관찰 화상의 화소 수는, 세로·가로 방향으로 1500화소, 1화소의 1변을 1㎚(나노미터), 시야 내의 관찰 화상의 길이를 종횡 1.5㎛(마이크로미터)로 한다.

정보 처리 장치(1812)는, 2차 전자 신호 강도의 2차원 분포 화상 중 해석하고자 하는 에지를 포함하는 영역에, 각각 세로 1024화소, 가로 50화소의 직사각형 형상의 검사 영역을 설정한다. 또한, 에지 추출을 위한 임계값T의 최소값Tmin, 최대값Tmax, 증분값ΔT, 데이터 추출의 y방향의 샘플링 간격Δy, x방향의 노이즈 저감 파라미터, y방향의 평균화 파라미터S 등, 데이터 계열 추출에 필요한 정보를 설정한다. 또, 데이터 추출에 있어서의 y방향의 샘플링 간격이 아니라, 검출 수를 설정하는 것도 가능하다. 이들 검사 영역 및 데이터 계열 추출의 조건은, 예를 들면 CD-SEM의 GUI 화면 등을 통해, 미리 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 영역 내의 에지 러프니스의 데이터 계열을 추출하는 태스크를 실행한다. 즉, 정보 처리 장치(1812)는, 설정된 추출 개시점이나 샘플링 간격에 따라서, 검사 영역 내의 화소 데이터로부터 샘플링 위치에서의 y좌표에 대응하는 신호 강도 분포를 산출하고, 또한, 최소값Tmin으로부터 최대값Tmax까지 증분값ΔT마다 설정한 임계값T에 따라, 상기 신호 강도 분포로부터 에지점의 x좌표 데이터를 산출한다. 이들 처리를, 설정된 샘플링 간격에 따라서 연속적으로 y방향으로 이동하면서 실행하고, 최종적으로, 임계값T의 함수로서 검사 영역 내에서의 에지 러프니스의 데이터 계열X(T)={Δxi(T)}={Δx1(T), Δx2(T), …}을 취득한다.

구체적으로는, 정보 처리 장치(1812)는, 데이터 추출 개시점의 y좌표로서, 상기 검사 영역의 하변에 대응하는 y좌표를 설정하고, y방향의 샘플링 간격으로서 1㎚(나노미터)를 설정하고, 검사 영역 내의 에지점으로서 1㎚(나노미터) 간격으로 1024개의 점의 위치(x1(T), y1(T)), … (xi(T), yi(T)), … (x1024(T), y1024(T))를 추출했다.

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 추출된 점을 이하의 직선으로 근사하고, 피팅 파라미터(fitting parameter)인 α와 β의 값을 구했다.

[수식 10]

다음으로, 모든 임계값T에 대한 에지점의 좌표에 대하여, 정보 처리 장치(1812)는, 이하의 식 11에 따라서 에지점의 상기 직선으로부터의 어긋남량Δxi를 구하고, 에지 러프니스 계열X(T)={Δxi}T를 생성한다.

[수식 11]

(화상 처리 공정)

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 에지 러프니스 계열X(T)={Δxi(T)}로부터 임계값마다 LER을 구하고, 구한 LER을 참의 LER에 의한 측정 편차σ_y와, 표면 요철에 의한 계측 편차σ_xz로 분해한다. 에지 러프니스 계열로부터, 참의 LER에 의한 측정 편차σ_y와 표면 요철에 의한 계측 편차σ_xz를 구하는 방법에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있는 방법을 이용할 수 있지만, 그 대표적인 수단에 대해서 기술하면 이하와 같다.

전술한 바와 같이, 측정된 LER에는, 파워 스펙트럼 밀도가 공간 주파수f의 2승에 반비례하는 성분(참의 LER)과, 그 이외의 고주파 성분(노이즈)이 중첩해 있다. 측정된 LER에 평균화 처리를 실시하면, 후자의 성분이 감소된다. 이 때문에, 평균화 처리의 정도를 나타내는 파라미터값을 높임에 따라, 고주파 영역에서의 파워 스펙트럼 밀도 분포가 f의 2승에 반비례하게 된다. 구체적으로는, 서로 다른 y좌표에 있어서의 x방향의 1차원 신호 강도 분포를, y방향으로 S개 평균화하는 것을 생각하면, 랜덤 노이즈의 강도는, 평균화에 의해 1/S로 저감된다. 즉, 평균화 파라미터S의 증가에 따라, 파워 스펙트럼 밀도의 주파수 의존성이 1/f²에 가까워져 간다. 이때 얻어지는 파워 스펙트럼의 밀도가 참의 LER이 된다.

여기서, 평균화 파라미터S로 평균화 처리된 데이터로부터 얻어지는 라인 에지 러프니스 지표의 값을 σm(S)로 해서, 그 S 의존성을 다음 식으로 피팅한다.

[수식 12]

다만, σm(1)은, 평균화 처리 전의 데이터로부터 구한 라인 에지 러프니스 계측값이며, Δy는 에지점의 y방향 추출 간격이고, A는 피팅 파라미터이다. S 및 에지점의 추출 간격Δy는, 2SΔy<1/f₀[㎚(나노미터)]을 만족시키는 것이 바람직하다. 여기에서, f₀은, 통상의 레지스트 패턴의 경우, 스펙트럼의 굴곡점에 있어서, 0.008㎚^-1 이하인 경우가 많다.

여기에서는, 실험 결과를 잘 설명하는 S 중에서 가장 작은 S에 대하여 구해진 σ₀=σ를 참의 LER로 했다. 이 경우, 공간 주파수에 의하지 않는 계측 편차 성분σb는, 다음 식에 의해 구해진다.

[수식 13]

또, 정보 처리 장치(1812)는, 측정된 LER로부터 계측 오차σ_noise를 구하고, 이를 σb(T)로부터 제거함으로써, 측벽 표면의 요철 패턴이 xy평면에 투영되는 것에 의한 계측 편차(불확정성)를 나타내는 σ_xz(T)를 구했다.

[수식 14]

여기서, 구조체의 임계값T에 대응하는 높이에 있어서의 측벽 각도θ는, 다음 식에 의해 구해진다.

[수식 15]

여기에서, σs는, 표면 요철의 공간 주기의 대표값이다.

한편, y방향의 계측 범위에 대하여, x방향의 신호 강도 분포의 평균(x)를 산출했다. 임계값T에 대응하는 에지 좌표x는, x= ^-1(T)로부터 구할 수 있다. 다만, ^-1은 의 역함수이다.

그런데, 구조체의 단면 형상z(=Z(x))는, 전술한 바와 같이, 다음 식에 의해 구할 수 있다.

[수식 16]

다만, 적분 범위는, T=Ia(0)으로부터 T=Ia(x)이다.

이렇게 해서 구한 단면 형상을, 웨이퍼의 패턴부를 절단해서 SEM으로 관찰한 단면 형상과 비교를 행한 바, 양자는 양호하게 일치하는 것이 확인되었다. 또한, AFM에 의한 계측 결과와의 비교도 행했지만, 이들도 양호하게 일치하는 것도 확인되었다.

또, 상기 설명에서는 σs와 σ_noise는 물리적인 의미를 갖는 값으로서, 각각 독립적으로 계측해서 구한다고 했지만, 이들 양은 피팅 파라미터로서 생각해도 된다. 즉, 다른 방법에 의해 관찰한 단면 형상과, 본 발명에 의해 추정한 단면 형상이 양호하게 일치하는, σs와 σ_noise를 이용하면 된다.

[실시예2]

본 실시예에 있어서는, 1차원 마스크 패턴의 단면 구조뿐만 아니라, 2차원 마스크 패턴에 대해서도 입체적 구조를 추정할 수 있는 방법의 일례를 설명한다. 본 실시예에서 이용하는 주사형 전자 현미경의 구성은, 실시예1과 같으므로 설명을 생략한다.

실시예1의 방법을 2차원 마스크 패턴으로 확장하는 방법에는 다음 2가지의 방법을 생각할 수 있다.

[제1 방법]

이 방법에서는, 실시예1의 방법에 의해 1차원 패턴에 대하여 임계값과 패턴 높이의 관계를 구하고, 이 관계를 그대로 2차원 패턴에 대하여 적용한다.

[제2 방법]

이 방법에서는, 실시예1의 방법을 2차원 에지 정보에 대하여 확장한다.

우선, 제1 방법에 대해서 설명한다. 정보 처리 장치(1812)는, 실시예1의 방법과 마찬가지로 취득한 2차원 화상(도 16의 상단 좌측도)에 대하여, 그 1차원 패턴 부분에 실시예1의 방법을 적용해서 단면 형상z=Z(x)를 구한다(추정한다).

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 상기 z=Z(x)와, 상기 형상의 도출에 이용한 신호 강도 분포T=I(x)의 2가지의 관계로부터 x를 소거함으로써, 구조체의 높이z와 임계값T의 관계z=Z'(T)를 얻는다. 도 16의 상단 좌측도의 2차원 마스크 패턴에 대한 SEM 관찰 화상에 대하여, 임계값T를 바꿔서 에지를 추출하면, 도 16의 상단 중간도와 같은 등고선(等高線)이 얻어진다.

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 상기 구조체의 높이z와 임계값T의 관계에 따라, 도 16의 상단 중간도의 T를 z로 변환하고, 도 16의 상단 우측도와 같은 2차원 패턴의 높이 정보를 얻는다. 또한, T와 z 사이에는, 도 16의 하단에 나타내는 관계가 성립한다. 이 관계를 주는 데이터는, 예를 들면 데이터 기억 장치(1813)에 미리 저장해 둔다.

본 방법의 과제는, 실시예1의 방법에 의해 구한 구조체의 높이z와 임계값T의 관계z=Z(T)가, 2차원 마스크 패턴의 구조체에 있어서 성립하는 보증이 반드시 있는 것은 아니다. 일반적으로, 높이와 신호 강도의 관계는 일의적이지 않다. 그러나, 라인 폭 등의 패턴 특성이 가까운 패턴에 대해서는, 본 방법은, 비교적 양호한 근사를 줄 수 있다.

다음으로, 제2 방법에 대하여 설명한다. 본 방법은, 동일한 마스크 위의 상이한 복수의 위치에 동일한 설계 패턴이 존재할 경우에 적용할 수 있다. 우선, 정보 처리 장치(1812)는, 마스크 위의 복수의 동일 2차원 패턴에 대해서 형성된, 웨이퍼 위의 복수의 2차원 패턴을 동일 조건에서 SEM 관찰하고, 복수의 SEM 화상(신호 강도 분포)을 얻는다.

이들 복수의 SEM 화상에 대하여, 정보 처리 장치(1812)는, 어떤 임계값T에서 잘랐을 때의 에지 좌표열을 구하고, 각 좌표점을 이은 등고선을 생각한다. 이때, 계측 정밀도를 확보하기 위해서, 에지의 추출은, 등고선에 대략 수직한 방향을 따른 신호 강도 분포를 구하고, 이에 대하여 임계값을 적용함으로써 구하는 것이 바람직하다.

다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 상기 복수의 화상에 대하여 구한 등고선 간의 거리 편차의 총합이 최소로 되도록, 각 화상을 평행 방향으로 시프트한다. 시프트 위치의 기준은, 적절히 설정해도 된다. 또한, 정보 처리 장치(1812)는, 평행 시프트 후의 각 화상의 등고선에 대하여 평균 형상을 구하고, 각 화상의 등고선에 대하여 등고선의 접선과 수직한 방향에 대한 평균 형상과의 차분(거리)을 산출한다.

정보 처리 장치(1812)는, 각 에지점에 대하여, 차분의 분포의 표준 편차를 구하고, 이를 실시예1에 있어서의 σb(T)에 상당하는 값으로 가정한다. 이에 따라, 실시예1과 마찬가지로, 식 5, 식 6, 식 7, 식 8 등을 이용하여 구한 경사각θ를, 당해 위치에 있어서의 임계값T에 대응하는 높이의 측벽 각도θ로 한다. 임계값T를 바꿔서 에지를 추출한 방향을 따라서, 식 9와 마찬가지인 적분을 행함으로써, 상기 방향을 따른 세로 구조를 구할 수 있다.

제2 방법으로 구한 σb(T)는, 참의 LER에 상당하는 성분을 포함하는 것이 염려되지만, 평행 시프트를 행함으로써, 비교적 장(長)주기의 LER에 기인하는 에지시프트는 상쇄(相殺)할 수 있다고 기대된다. 또한, 참의 LER의 단(短)주기 성분과 계측 오(誤)계산 성분은, 상기 σb(T)로부터 적절히 제거하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 경우에도, 실시예1의 경우와 마찬가지로, σs와 σe는, 물리적인 의미를 갖는 값으로서, 각각 독립적으로 계측해서 구해도 되고, 피팅 파라미터로서 생각해도 된다. 발명자는, 이러한 방법에 의해 추정한 구조체의 단면 형상이, 동일한 구조체를 절단해서 SEM 화상으로서 관찰한 단면 형상과 양호하게 일치하는 것을 확인했다.

[실시예3]

본 실시예에서는, 본 발명을, 반도체 집적회로 등의 제조에 사용되는 광 리소그래피에 의한 레지스트 패턴 형성 프로세스, 또는 이를 이용하여 형성한 반도체 집적회로의 입체적 구조의 품질 평가, 및 상기 프로세스 모니터에 적용하는 예에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, 형성된 패턴의 품질 지표로서, 추정한 패턴의 높이와 설계상의 패턴의 높이의 편차의 절대값을 평가 영역의 전체면에 대해서 적분한 값, 또는 그 값의 2승 평균값을 이용한다(도 17의 상단도(a)의 우측도에 해칭에 의해 나타내는 부분의 면적에 대응하는 양).

또, 보다 단순하게, 전술한 실시예의 방법을 적용해서 추정한 단면 형상(예를 들면 도 17의 상단도(a)의 좌측도에 있어서의 곡선 하부)의 단면적Sp와 이상적 설계 형상(예를 들면 도 17의 상단도(a)의 좌측도에 있어서의 장방형 부분)의 단면적Si의 비(比)Sp/Si(1차원 마스크 패턴의 경우), 또는 전술한 실시예의 방법에 의해 추정한 형상의 체적Vp와 이상적 설계 형상의 체적Vi의 비Vp/Vi(2차원 마스크 패턴의 경우)를, 패턴 품질 지표로서 이용해도 된다. 다만, 이 경우에는, 설계상의 패턴이 원래 존재하지 않아야 할 영역에 존재하는 패턴의 면적 또는 체적을 부(負)의 값으로 취급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 설계상의 패턴이 본래 존재하지 않아야 할 영역에 패턴이 존재하는 경우에도, 품질 열화로서 검지할 수 있다.

2차원 마스크 패턴에 대한 이상적인 설계 형상에는, 회로 패턴의 설계 형상, 상기 회로 설계 형상에 대하여 광학적 근접 효과 보정 등을 실시한 마스크 패턴에 대한 광학 시뮬레이션의 결과, 다양한 실제의 노광 결과에 대하여 전술한 실시예에서 설명한 방법을 적용해서 추정한 체적 중의 최대값 등을 이용할 수 있다.

패턴 형성용 노광 장치의 포커스 및 노광량 조건을 웨이퍼 위의 노광 샷마다 매트릭스 형상으로 다양하게 변화시켜서 노광한 웨이퍼에 대하여, 상기 노광 샷마다 마스크 위의 동일 패턴에 대한 레지스트 패턴을 CD-SEM으로 관찰하고, 그 관찰상으로부터 샷마다 패턴 치수를 측정함과 함께, 실시예1에 기재한 방법에 의해 패턴 단면 형상을 추정하고, 상기 패턴 품질 지표를 구했다.

도 17의 중단도(b)에 나타내는 바와 같이, 패턴의 치수는, 노광량에 대하여 단조 감소됐지만, 포커스 설정값에 대한 패턴 치수 변화는 작고, 패턴 치수 변화로부터 포커스 설정값을 추정하는 것은 어려웠다. 이에 대해 도 17의 하단도(c)에 나타내는 바와 같이, 패턴 품질 지표는, 노광량 및 포커스의 양쪽의 설정값에 대하여 거의 단조적으로 변화되며, 포커스 설정값의 모니터로서 적용할 수 있었다. 다만, 패턴 품질 지표는, 노광량에 대해서도 변화된다. 그래서, 우선 패턴 치수 변화로부터 노광량을 추정하고, 상기 노광량에 대하여, 패턴 품질 지표를 이용하여 포커스 설정값을 추정하는 것이 바람직하다.

본 실시예와 같이, 추정된 단면 형상을, 형성된 패턴의 품질 지표에 이용하면, 간편하고 또한 고속으로 최적인 제조 조건을 판정하거나, 품질 저하를 검지할 수 있다. 또한, 당해 판정 결과 등을 제조 프로세스에 피드백하면, 형성되는 패턴의 품질 열화를 억제하고, 반도체 장치를 비롯한 각종 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.

[실시예4]

본 실시예에서는, σx, σs를 구하는 다른 방법으로서, xy방향의 2차원 신호 강도 분포를 주파수 분석하는 방법에 대하여 설명한다. 즉, 제2 실시형태에 따른 2차원 입체 형상의 추정 방법에 대하여 설명한다.

여기에서는, 도 18의 상단도(a)와 같은 입체 구조체의 측벽의 전체면에, 표면을 따라서 등방적인 표면 요철이 존재한다고 가정하고, 그 요철 정보만을, 입체 구조체의 상방으로부터 관찰할 경우를 상정한다. 이때, 도 18의 하단도(b)에 나타내는 패턴이 요철 정보로서 취득된다고 생각된다.

여기서, 요철의 x방향의 주기를 Lx로 하고 y방향의 주기를 Ly로 하면, 경사각θ는 다음 식에 의해 구해진다.

[수식 17]

이때, 관찰되는 2차 전자 신호의 2차원 강도 분포는, 첫째로 x방향의 매크로한 강도 분포, 둘째로 y방향의 참의 LER에 의한 강도 변동, 셋째로 표면 요철에 의한 국소적인 강도 변동이라고 하는, 3가지 변동 요인을 포함한다. 따라서, 관찰상으로부터 제1 및 제2 변동 요인을 제거함으로써, 제3 표면 요철 정보만을 추출할 수 있다. 구체적인 순서의 일례를, 도 19를 사용하여 설명한다.

우선, 정보 처리 장치(1812)는, SEM상을 취득한 후, 해석 영역을 지정하고, 상기 영역 내에서 2차원 강도 분포를 취득한다(스텝 S1901). 다음으로, 정보 처리 장치(1812)는, 취득된 2차원 강도 분포에 대하여 2차원 공간 주파수 필터링을 적용하고, 제1 변동 성분에 의한 부분 및 제2 변동 성분의 고주파 성분을 제외한 부분의 합과, 제2 변동 성분의 고주파 성분과 제3 변동 요인에 의한 부분의 합으로 분해한다(스텝 S1902). 후자는, 참의 LER에 의한 변동의 고주파 성분과 표면 요철에 의한 변동을 포함한다.

일반적으로, 구조체의 측벽각θ은 x방향으로 변화되므로, 강도 분포 변동의 x방향 공간 주기는 x방향으로 변화된다. 따라서, 공간 주기는, x방향에 대하여 국소적으로 평가하는 것이 바람직하다. 이러한 해석을 행하는 일반적인 방법으로서, 예를 들면 웨이브렛(wavelet) 해석이 있다. 정보 처리 장치(1812)는, x방향으로 웨이브렛 해석을 행함으로써, x방향을 따른 공간 주파수 특성의 변화를 검출한다(스텝 S1903).

이 방법에 의해 얻어진 공간 주파수 특성(파워 스펙트럼 밀도PSD의 공간 주파수 의존성)의 x의존성의 일례를 도 20에 내타낸다. 공간 주파수 특성은, x에 의존하여 변화되고, 특성에 피크가 얻어지는 경우에는 피크 위치의 주파수를 대표 공간 주파수로 하고, 피크가 명확하지 않을 경우에는 공간 주파수의 분포 영역(예를 들면 반치폭(半値幅))을 대표 공간 주파수로 하고, 그 역수에 의해 x방향의 공간 주기σx를 구한다. 마찬가지로, 정보 처리 장치(1812)는, y방향으로 공간 주파수 해석을 행함으로써 구한 대표 공간 주파수로부터 σy를 구한다. 또한, 정보 처리 장치(1812)는, xy양방향으로 2차원의 웨이브렛 해석을 해도 된다. 또, 이 과정에 있어서, 필요에 따라, 정보 처리 장치(1812)는, 제2 변동 성분의 고주파 성분을 추정하고, 후자로부터 제거한다. 이렇게 해서, 정보 처리 장치(1812)는, σx와 σy의 2차원 분포를 구한다.

정보 처리 장치(1812)는, 측벽각의 2차원 분포θ(x, y)를 다음 식으로부터 구한다(스텝 S1904).

[수식 18]

또한, 정보 처리 장치(1812)는, 상기 식을 위치(x, y)에서 적분함으로써 2차원 입체 형상을 추정한다(스텝 S1905).

[실시예5]

본 실시예에서는, 구조체의 표면에 형성된 요철 패턴이 반드시 등방적인 것은 아닌 경우에 대하여 설명한다. 구조체 표면의 요철 패턴이 등방적이라는 전제가 성립되지 않는 케이스에는, 예를 들면 레지스트 구조체의 측벽 형상이, 레지스트막 내에 있어서의 노광 광의 간섭에 의한 정재파의 영향을 받을 경우가 있다. 이 경우, 2차 전자 신호 강도 분포는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 구조체의 1개의 에지에 대하여, 평행한 복수의 에지로서 관찰된다. 이 경우, 복수 에지 간의 측벽 경사 각도는, 에지 간격을 ΔLx로 해서, 다음 식으로 나타내진다.

[수식 19]

다만, λ는 당해 레지스트 패턴의 노광에 사용된 광의 파장이며, n은 상기 파장의 광에 대한 상기 레지스트 재료의 굴절률이다. 정재파는, 레지스트 노광시에 레지스트 하지(下地)막으로부터의 반사가 크면 출현하지만, 이 경우, 레지스트막 두께의 변동에 따라 레지스트 치수가 민감하게 변동한다. 이는, 실제의 생산 공정에서는 바람직한 것이 아니므로, 통상 이를 억제하기 위해서 충분한 반사 방지책이 이루어진다. 이 때문에, 실제로는 상기와 같은 정재파가 영향을 주는 경우는 적다.

표면 요철이 등방적인 전제가 반드시 성립하는 것은 아닌 다른 케이스로서, 등방적인 표면 요철을 갖는 레지스트 패턴을 에칭해서 피에칭 구조를 전사할 경우가 있다. 레지스트 패턴 표면의 요철은, 에칭에 의해 피에칭막의 구조체 표면에 전사되지만, 에칭 전사 후의 구조체의 러프니스 해석에 의하면, 피에칭 구조체의 러프니스는, 레지스트 구조체의 러프니스를 거의 반영한 것인 경우가 많다.

이 경우, 도 22에 나타내는 바와 같이, 요철의 에지 방향(y방향)의 주기는 변하지 않지만, 세로 방향의 치수는 변화된다. 여기에서, 레지스트 재료의 에칭 속도Vr과 피에칭막의 에칭 속도Ve의 비를 Retch=Ve/Vr로 하고, 에칭이 완전하게 이방적(異方的)이라고 하면, 요철의 세로 방향 치수는 대략 Retch배로 된다고 생각된다. 이 경우, 측벽 각도가 비교적 급준(急峻)하다고 가정하면, 식 5에 있어서의 L도 Retch배 하면 된다.

실제로는, 에칭은 에지 방향과 수직한 방향(x방향)으로도 진행한다(에칭). 이 경우, 요철의 종횡 치수비는 반드시 Retch와 같은 것은 아니다. 따라서, 예를 들면 다른 방법에 의해 관찰한 단면 형상과, 전술한 방법에 의해 추정한 단면 형상이 양호하게 일치하도록, 식 5에 있어서의 L을 피팅 파라미터로서 최적화하는 등 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 가장 일반적인 개념은, 구조체를 상면으로부터 관찰한 2차원 화상의 신호 강도 분포의 국소적인 편차의 정보로부터, 구조체의 입체 형상을 추정하는 것이다. 따라서, 추정 알고리즘은 상기에 나타낸 방법으로 한정되지 않는다.

(다른 실시예)

또, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예를 포함하고 있다. 예를 들면 상술한 실시예는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서, 일부의 실시예에 대해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비할 필요는 없다. 또한, 어떤 실시예의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 부가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성을 추가, 삭제 또는 치환하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 이들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적회로 이외의 하드웨어로서 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 실현해도 된다. 즉, 소프트웨어로서 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나 하드디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기억 장치, IC 카드, SD 카드, DVD 등의 기억 매체에 저장할 수 있다.

또한, 제어선이나 정보선은, 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타낸 것이며, 제품상 필요한 모든 제어선이나 정보선을 나타내는 것은 아니다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1801 주사형 전자선 현미경의 케이싱
1802 전자총
1803 전자선
1804 수속 렌즈
1805 편향기
1806 대물 렌즈
1807 관찰 웨이퍼
1808 스테이지
1809 2차 전자
1810 검출기
1811 제어계
1812 정보 처리 장치
1813 데이터 기억 장치

Claims

계산기에,
입체적인 구조체가 상면에 형성된 기판의 주면(主面)에 대략 수직한 방향으로부터 수속(收束) 에너지선을 조사함과 함께 상기 기판의 상면을 주사시키고, 상기 기판 및 상기 구조체로부터 발생한 2차 에너지선 또는 상기 기판 및 상기 구조체에 의해 반사 또는 산란된 에너지선의 강도를 검출 및/또는 측정하고, 상기 구조체의 상면 관찰상(觀察像)을 취득하는 처리와,
상기 상면 관찰상에서의 수속 에너지선의 조사 위치와 측정된 상기 강도로부터 상기 구조체의 표면의 요철 형상에 의한 산란 강도의 불확정성(uncertainty) 정보를 구하는 처리와,
구한 상기 불확정성 정보에 의거하여 상기 구조체의 표면의 경사 각도θ를 구하는 처리와,
구한 경사 각도θ에 의거하여 상기 구조체의 입체 형상을 추정하는 처리
를 실행시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 수속 에너지선은 수속 전자선이고, 상기 2차 에너지선은 2차 전자인
것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 불확정성 정보를 구하는 처리는,
상기 2차 에너지선의 강도가 서로 다른 복수의 레벨에 대응해서 복수의 에지점 열(列)을 추출하고, 상기 복수의 에지점 열의 각 좌표의 설계 좌표로부터의 어긋남을 산출해서 에지점의 변동값을 산출하는 서브 처리와,
상기 변동값에 의거하여, 상기 서로 다른 복수의 레벨에 대응하는 상기 상면 관찰상 위의 각 위치에서의 상기 구조체의 표면의 경사 각도를 구하는 서브 처리
를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제3항에 있어서,
상기 에지점의 변동값을 산출하는 서브 처리는,
상기 복수의 에지점 열의 공간 주파수에 의존하지 않는 성분을 구하는 공정,
상기 에지점 열로부터 그 파워 스펙트럼이 공간 주파수의 2승(乘)에 반비례하는 성분을 제거하는 공정, 또는
검출된 노이즈 성분을 제거하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 경사 각도θ를 구하는 처리는,
상기 상면 관찰상의 임의의 소정의 영역 내에서, 상기 불확정성 정보σx의 함수로 해서, 상기 영역의 상기 기판의 주면에 대한 경사 각도θ를 구하는
것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 경사 각도θ를 구하는 처리는,
상기 상면 관찰상의 상기 강도의 분포에 대하여 서로 다른 복수의 임계값을 설정하고, 각 임계값에 대하여 복수의 에지점 열을 추출함으로써 구한 경사 각도θ를, 상기 복수의 에지점 열의 각 에지 위치에서의 경사 각도θ로 하고,
상기 입체 형상을 추정하는 처리는,
상기 상면 관찰상의 각 점에서의 경사 각도 분포를 구하고, 상기 경사 각도의 분포를 적분함으로써 입체 형상을 추정하는
것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제1항에 있어서,
상기 불확정성 정보를 구하는 처리는,
상기 상면 관찰상 내의 국소 영역에서의 2차 에너지선의 강도 변동의 에지에 수직 및 평행한 방향에 대한 공간 주파수 특성의 차이에 의거하여, 상기 국소 영역에서의 상기 구조체의 표면의 경사 각도를 구하는 서브 처리를 포함하는
것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
제3항에 있어서,
상기 에지점 열은 곡선인
것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 방법.
계산기에,
반도체 장치를 포함하는 입체적인 구조체가 상면에 형성된 기판의 주면에 대략 수직한 방향으로부터 수속 에너지선을 조사함과 함께 상기 기판의 상면 위를 주사시키고, 상기 기판 및 상기 구조체로부터 발생한 2차 에너지선 또는 상기 기판 및 상기 구조체에 의해 반사 또는 산란된 에너지선의 강도를 검출 및/또는 측정하고, 상기 구조체의 상면 관찰상을 취득하는 처리와,
상기 상면 관찰상에서의 수속 에너지선의 조사 위치와 측정된 상기 강도로부터 상기 구조체의 표면의 요철 형상에 의한 산란 강도의 불확정성 정보를 구하는 처리와,
구한 상기 불확정성 정보에 의거하여 상기 구조체의 표면의 경사 각도θ를 구하는 처리와,
구한 경사 각도θ에 의거하여 상기 구조체의 입체 형상을 추정하는 처리와,
추정된 상기 입체 형상의 특징에 의거하여 상기 반도체 장치의 제조 공정에서의 제조 조건을 추정하는 처리
를 실행시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
입체적인 구조체가 상면에 형성된 기판의 주면에 대략 수직한 방향으로부터 수속 에너지선을 조사함과 함께 상기 기판의 상면 위를 주사시키고, 상기 기판 및 상기 구조체로부터 발생한 2차 에너지선 또는 상기 기판 및 상기 구조체에 의해 반사 또는 산란된 에너지선의 강도를 검출 및/또는 측정하고, 상기 구조체의 상면 관찰상을 취득하는 데이터 처리부와,
상기 상면 관찰상에서의 수속 에너지선의 조사 위치와 측정된 상기 강도로부터 상기 구조체의 표면의 요철 형상에 의한 산란 강도의 불확정성 정보를 구하는 데이터 처리부와,
구한 상기 불확정성 정보에 의거하여 상기 구조체의 표면의 경사 각도θ를 구하는 데이터 처리부와,
구한 경사 각도θ에 의거하여 상기 구조체의 입체 형상을 추정하는 데이터 처리부
를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형상 평가 장치.