(57)【要約】  第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定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。この方法は、基準構造素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定する第１ステップで開始する。この第１ステップの後に、基準構造素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定する第２ステップが続く。この方法は、上記第１関係及び第２関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定する第３ステップで終了となる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法において、
基準構造素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定するステップと、
基準構造素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定するステップと、
上記第１関係及び第２関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記第１関係は、上記基準構造素子のあるポイントと上記第１横断区分の第１縁との間の距離である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記被測定構造素子の上記第１縁及び上記基準構造素子の上記あるポイントは実質的に同じ平面に置かれる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記基準構造素子の上記あるポイントの高さは、上記被測定構造素子の高さより非常に小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記基準構造素子を上記被測定構造素子の付近に発生するための予備的なステップを更に備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記第１の傾斜段階中に、上記被測定構造素子を含む被測定物体と、上記被測定構造素子を走査する電子ビームとの間に画成される測定角度が実質的に９０度である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの付加的な構造素子が上記基準構造素子の付近に設けられ、上記走査するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な構造素子を走査して上記少なくとも１つの付加的な基準構造素子と上記被測定構造素子の横断区分との間の少なくとも１つの付加的な関係を与える段階を備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記決定するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な関係に応答する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法において、
基準素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定すると共に、付加的な走査を行うべきかどうか決定するステップと、
付加的な走査を行うべきかどうかの上記決定に応答して、基準素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、上記基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定するステップと、
少なくとも上記第１関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項１０】
上記第１横断区分の特徴に応答して第２走査ステップを実行するステップを更に備えた、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記特徴は、上記第１横断区分の推定幅又は推定配向である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記配向は、上記第１横断区分の走査の結果として発生される検出信号と、既知の幅の他の横断区分の少なくとも１つの走査の結果として発生される検出信号とを比較することにより推定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの付加的な構造素子が上記基準構造素子の付近に設けられ、上記走査するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な構造素子を走査して上記少なくとも１つの付加的な基準構造素子と上記被測定構造素子の横断区分との間の少なくとも１つの付加的な関係を与える段階を備えた、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
上記決定するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な関係に応答する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法において、
第１基準構造素子の少なくとも第１ポイントと、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記第１基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定するステップと、
第２基準構造素子の少なくとも第２ポイントと、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、上記第２基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定するステップと、
上記第１関係及び第２関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項１６】
上記被測定構造素子は、上記第１基準構造素子及び第２基準構造素子の間に位置される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記第１ポイントと第２ポイントとの間の距離を測定するステップを更に備えた、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記被測定構造素子は、上記第１基準構造素子及び第２基準構造素子の間に位置され、上記距離を測定するステップは、上記第１及び第２ポイント並びに上記被測定構造素子の少なくとも１つの走査を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記少なくとも１つの走査は、電子ビームが上記被測定構造素子を照射するのを防止することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
上記構造素子は、頂部区分及び２つの実質的に対向する側壁を有する線である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
上記構造素子は接触部である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
上記構造素子はくぼみである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの付加的な構造素子が上記基準構造素子の付近に設けられ、上記走査するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な構造素子を走査して上記少なくとも１つの付加的な基準構造素子と上記被測定構造素子の横断区分との間の少なくとも１つの付加的な関係を与える段階を備えた、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
上記決定するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な関係に応答する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法において、
基準素子の第１部分と、少なくとも第１横断区分及び第２横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記基準素子と上記少なくとも１つの走査される横断素子との間の少なくとも１つの関係を決定すると共に、付加的な走査が必要とされるかどうか決定するステップと、
上記決定に応答して付加的な走査ステップを実行するステップであって、少なくとも１つの付加的な走査の傾斜状態が上記第１の傾斜状態とは異なるようなステップと、
上記少なくとも１つの関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２６】
上記走査するステップは、上記被測定構造素子を含む被測定物体に実質的に垂直な電子ビームで走査することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
付加的な走査を実行すべきかどうかの上記決定は横断区分の推定幅に応答する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
付加的な走査を実行すべきかどうかの上記決定は横断区分の推定配向に応答する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
付加的な走査を実行すべきかどうかの上記決定は、上記被測定構造素子の推定断面特徴に応答する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
付加的な走査を実行すべきかどうかの上記決定は、上記被測定構造素子の推定断面特徴とスレッシュホールドとの間の関係に応答する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
上記スレッシュホールドは上記測定構造素子の最大幅である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
上記スレッシュホールドは上記測定構造素子の最小幅である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
上記第１関係を決定するための付加的な走査ステップは、第１基準構造素子の少なくとも第１ポイントと、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１傾斜状態で走査する段階を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
上記第２関係を決定するための付加的な走査ステップは、上記基準構造素子の少なくとも１つのポイントと、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第２傾斜状態で走査する段階を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも１つの付加的な構造素子が上記基準構造素子の付近に設けられ、上記走査するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な構造素子を走査して上記少なくとも１つの付加的な基準構造素子と上記被測定構造素子の横断区分との間の少なくとも１つの付加的な関係を与える段階を備えた、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
上記決定するステップは、更に、上記少なくとも１つの付加的な関係に応答する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法において、
１組の基準構造素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、上記１組の基準構造素子の中の基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１組の関係を決定するステップと、
上記１組の基準構造素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、上記１組の基準構造素子の中の基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２組の関係を決定するステップと、
上記第１及び第２組の関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項３８】
上記決定するステップは、上記第１組の関係を統計学的に処理して第１関係を与えることを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
上記決定するステップは、上記第２組の関係を統計学的に処理して第２関係を与えることを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
上記１組の基準構造素子は、上記被測定構造素子の両側に位置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
上記１組の基準構造素子は、上記被測定構造素子の片側に位置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成される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システムにおいて、
基準構造素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査すると共に、基準構造素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査するために、電子ビームを検査物体に指向する手段と、
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位置された少なくとも１つの検出器と、
上記少なくとも１つの検出器及び上記指向する手段に結合されたプロセッサであって、上記少なくとも１つの検出器から受け取られた検出信号を処理して、
上記基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定し、
上記基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定し、更に、
上記第１関係及び第２関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定する、
ためのプロセッサと、
を備えたシステム。
【請求項４３】
上記第１関係は、上記第１の傾斜状態での走査に応答して決定されると共に、上記第２関係は、上記第２の傾斜状態での走査に応答して決定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４４】
上記プロセッサは、上記被測定構造素子と付加的な基準素子との間の付加的な関係に応答して断面特徴を決定することができる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成される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システムにおいて、
基準構造素子の第１部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査すると共に、第２走査を実行すべきかどうかのプロセッサの決定に応答して、基準構造素子の第２部分と、上記被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査するために、電子ビームを検査物体に指向する手段と、
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位置された少なくとも１つの検出器と、
上記少なくとも１つの検出器及び上記指向する手段に結合されたプロセッサであって、上記少なくとも１つの検出器から受け取られた検出信号を処理して、
上記基準構造素子と上記第１横断区分との間の第１関係を決定し、
付加的な走査を実行すべきかどうか決定し、
第２の走査が必要な場合に、上記基準構造素子と上記第２横断区分との間の第２関係を決定し、更に、
少なくとも上記第１関係に応答して上記被測定構造素子の断面特徴を決定する、
ためのプロセッサと、
を備えたシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
[001]本出願は、２００３年７月１１日に出願された米国プロビジョナル出願第６０／４８６，５６６号の優先権を請求する。
【発明の分野】
【０００２】
[002]本発明は、半導体ウェハやレチクルに限定されないがそのような測定物体の線、接触部、トレンチ等のサブミクロン構造素子の特徴を決定する計測システム及び方法に係る。
【発明の背景】
【０００３】
[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、導電性材料や分離材料を含み、一方、他の層は、半導体材料を含むことがある。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。又、これらパターンは、集積回路の製造プロセスも反映する。
【０００４】
[004]集積回路は、複雑な多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／層に堆積され、（ii）ホトリソグラフィープロセスにより露出され、次いで、（iii）現像されて、その後に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。
【０００５】
[005]製造段階中や、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に種々の計測、検査及び欠陥分析技術が発展し、製造プロセスに組み合わされたもの（「インライン」検査技術とも称される）や、そうでないもの（「オフライン」検査技術とも称される）がある。この技術では、種々の光学的及び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社のＶｅｒａＳＥＭ（登録商標）、Ｃｏｍｐｌｕｓｓ（登録商標）、及びＳＥＭＶｉｓｉｏｎ（登録商標）が知られている。
【０００６】
[006]製造特徴は、集積回路の電気的特性に影響を及ぼすことがある。これら特徴の幾つかは、パターンの必要寸法からの望ましからぬ偏差から生じる。「クリティカル寸法」とは、通常、パターン線の幅、２本のパターン線間の距離、接触部の幅、等である。
【０００７】
[007]計測の目標の１つは、被検査物体がこれらのクリティカル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の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り行われる。
【０００８】
[008]典型的な被測定構造素子は、２つの対向する側壁を有する線である。線の底部幅の測定は、線の頂部幅の測定と、その側壁の測定を含む。
【０００９】
[009]上面図（線を走査する電子ビームが基板に垂直である）しか使用せずに構造素子線のクリティカル寸法を測定すると、特に、側壁の一方が負の側壁角度であって側壁の上端がその側壁の下端を覆い隠すときに、欠陥結果を招くことがある。
【００１０】
[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、ウェハ表面を多数の方向から種々の傾斜角度で走査するために走査電子ビームの電子的傾斜及び機械的傾斜を許すカラムを有する全自動のＣＤ−ＳＥＭである。
【００１１】
[0011]クリティカル寸法の測定は、テスト物体に複数の傾斜ビームを照射し、検出された波形を処理して、クリティカル寸法を定めることを含んでもよい。
【００１２】
[0012]複数測定には幾つかの欠点がある。第１に、それら測定は、特に、走査電子ビームの傾斜を変化させることを含むときに、検査システムのスループットを低下させる。このような変化は、消磁段階と、電子ビーム安定化段階とを必要とすることがある。複数測定の更に別の欠点は、被測定構造素子の劣化（例えば、収縮や炭化）、及び被測定構造素子の望ましからぬ荷電からも生じる。
【００１３】
[0013]プロセス変動や、測定の不正確さ等の種々の理由で、構造素子の高さ、ひいては、測定高さが被測定物体にわたって変動する。被測定構造素子の構造高さを決定するためには、２つの異なる傾斜角度で前記構造素子を少なくとも２回測定することが必要である。構造素子の高さは、通常、被測定物体にわたる構造素子の複数の高さ測定に応答して推定することができる。この推定は、クリティカル寸法の測定に影響し得る高さ測定エラー及び推定エラーに関連付けることができる。
【発明の概要】
【００１４】
[0014]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。
【００１５】
[0015]本発明は、構造素子の高さを知ることなく、高い精度で、断面特徴の正確な測定を許す方法及びシステムを提供する。
【００１６】
[0016]本発明は、走査の回数及び測定の量を減少して構造素子の全断面の測定を許す方法及びシステムを提供する。
【００１７】
[0017]本発明は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの基準構造素子の一部分及び被測定構造素子の一部分を走査して、少なくとも１つの基準構造素子と被測定構造素子との間の１つ以上の関係を決定する第１ステップを備えている。この第１走査ステップの後に、付加的な走査ステップが続くことができる。本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの付加的な走査ステップは、必須である。本発明の他の実施形態によれば、１つ以上の付加的な走査ステップが任意とされ、それらは、以前の走査の結果に関連した不確実性のような種々の条件の達成に応答して実行することができる。不確実性は、被測定構造素子の区分の一部分の勾配又は配向や、被測定素子の区分の幅と、その区分を走査する電子ビームの幅との関係に関連してもよい。又、条件は、測定の所要信号対雑音比や、測定精度を反映してもよく、又、任意に又はそれとは別に、被測定物体のトポグラフィーを反映してもよい。
【００１８】
[0018]付加的な走査が実行される場合には、付加的な関係を決定することができる。通常、走査は、異なる走査状態で実行される。
【００１９】
[0019]本発明の態様によれば、１つ以上の基準構造素子が設けられる。複数の基準構造素子が設けられる場合には、電子との相互作用の結果としてそれら構造素子は、被測定構造素子の両側に位置されてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。
【００２０】
[0020]本発明は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成される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システムにおいて、電子ビームを被検査物体に向ける手段と、そのビームから放出された電子を検出するように位置された少なくとも１つの検出器と、該少なくとも１つの検出器に結合されたプロセッサとを備えたシステムを提供する。このシステムは、１つ以上の傾斜状態において少なくとも１つの測定を実行して、１つ以上の構造素子と被測定構造素子の部分との間の１つ以上の関係を決定することができる。少なくとも２つの関係が、断面特徴を決定する上で助けとなる。
【００２１】
[0021]本発明を理解すると共に、それをいかに実施でき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以下に説明するが、本発明は、これに限定されない。
【図面の詳細な説明】
【００２２】
[0028]典型的なＣＤ−ＳＥＭは、電子ビームを発生するための電子銃と、種々の収差及び不整列を減少しながら、ある傾斜状態にしてもよい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放出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、これら検出信号は処理ユニットにより処理される。検出信号を使用して、試料の種々の特徴を決定すると共に、被検査試料の映像を形成することができる。
【００２３】
[0029]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アーキテクチャーのＣＤ−ＳＥＭにおいて実施することができる。例えば、偏向ユニットの量及び各ユニットの厳密な構造が変化し得る。ＣＤ−ＳＥＭは、レンズ内(in-lens)検出器、レンズ外(out of lens)検出器、又はその両方の組み合せを含んでもよい。
【００２４】
[0030]クリティカル寸法用走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）１００のブロック図が図１に概略的に示されている。ＣＤ−ＳＥＭ１００は、電子ビーム１０１を放出する電子銃１０３を備え、電子ビームは、アノード１０４により抽出される。対物レンズ１１２は、電子ビームを試料面１０５ａに収束する。ビームは、走査偏向ユニット１０２を使用して試料上を走査される。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から１１１により達成することができる。偏向ユニットコイルとして、荷電プレートの形態の静電モジュール、又はコイル及び静電偏向器の組み合せを使用することができる。
【００２５】
[0031]レンズ内検出器１６は、比較的低いエネルギー（３から５０ｅＶ）で種々の角度において試料１０５から脱出した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的微粒子の測定は、光電子増倍管等に接続されたシンチレータの形態の検出器で行うことができる。信号を測定する仕方は、一般的に、本発明の考え方に影響しないので、本発明を何ら限定するものでないことを理解されたい。ＣＤ−ＳＥＭは、それに加えて又はそれとは別に、少なくとも１つのレンズ外検出器を含んでもよい。
【００２６】
[0032]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よい）により処理され、該処理ユニットは、映像処理能力を有し、種々の仕方で検出信号を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。波形は、更に、少なくとも１つの縁の位置、及び被検査構造素子の他の断面特徴を決定するように処理される。
【００２７】
[0033]システムの異なる部分がそれに対応する電源ユニット（高圧電源ユニット２１のような）に接続され、これら電源ユニットは、種々の制御ユニットにより制御されるが、そのほとんどは、説明を簡略化するために図面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。
【００２８】
[0034]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の偏向ユニット１１０に導入されたビーム傾斜を第２の偏向ユニット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、光学軸に対する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。
【００２９】
[0035]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）で実行される。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、磁極片を四重形態に配列して対物レンズと試料との間に位置させることにより、対物レンズ１０２とは相違するものである。磁極片は、リング及びコアに電気的に接続され、コアは、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するように配列された付加的なコイル（図示せず）を支持する。
【００３０】
[0036]近代的なＣＤ−ＳＥＭは、サブミクロン寸法の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良し続けるにつれて、将来、減少することが予想される。
【００３１】
[0037]断面の種々の特徴が関心事となる。これら特徴は、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／又は角度配向、並びに断面区分間の関係を含むことができる。又、特徴は、典型的な値、並びに最大値及び／又は最小値を反映し得る。通常、線の底部の幅が関心事であるが、必ずしもそうでなく、他の特徴が関心事でもよい。
【００３２】
[0038]図２ａは、線２１０及び基準構造素子、例えば、バンプ２５０の斜視図及び断面図である。線２１０は、断面２３０を有し、これは、頂部区分２３４、並びに２つの実質的に対向する横断区分２２２及び２２６（線２１０の頂部２１４並びに２つの側壁２１２及び２１６に対応する）を含み、横断区分は、両方とも、実質的に逆の角度で正に配向され、線の底部が頂部２１４により覆い隠されないようになっている。
【００３３】
[0039]バンプ２５０は、線２１０より著しく小さく、且つ第１横断区分及び第２横断区分２３２及び２３６の下部ポイント２３３及び２３７と実質的に同じ平面に置かれたあるポイント２５１のような少なくとも１つのポイントを有する。バンプ２５０は、第１横断区分を走査するのに使用される電子ビーム及び第２横断区分を走査するのに使用される電子ビームによって見えるように置かれる。バンプ２５０の位置、特に、その高さ（通常、線２１０の高さより著しく小さい）と、バンプ２５０と線２１０との間の距離との関係は、バンプ２５０が両形式の電子ビームによって見ることが許されるように計算される。距離は、走査電子ビームの最大傾斜角度に応じたものとすることができる。経験則により、バンプ２５０と線２１０との間の距離は、線２１０の最大高さをＨｍａｘとし、走査電子ビームの最大傾斜角をＡｍａｘとすれば、Ｈｍａｘｘタンジェント（Ａｍａｘ）より大きくなければならない。
【００３４】
[0040]本発明者は、物体と相互作用して、炭化現象に基づきバンプを形成する荷電された電子ビームを使用することで、バンプを比較的迅速に発生できることが分かった。例えば、本発明者は、０．５ミクロン長さの炭化線を１分以内に形成した。比較的低電流の電子ビーム（２０、５０、１００ｐＡ、等であるが、これに限定されない）で物体を複数回走査する（１０から５０回の走査であるが、これに限定されない）ことでバンプを発生することにより非常に良好な結果が得られた。又、本発明者は、種々の加速電圧を使用することによりこのようなバンプを得ることができるが、２００Ｖを使用した場合には、５００Ｖ又は１０００Ｖを使用する場合より良好な結果を与えることが分かった。長いバンプは、通常、走査の量を増加することを必要とする。バンプの不正確さは、クリティカルな測定の精度に反映し得ることに注意されたい。本発明者は、付加されたエラーが１ナノメーター未満であり、多数のバンプを使用して、全バンプに対する結果を平均化すると、測定の精度を改善できることが分かった。
【００３５】
[0041]図２ｂは、頂部区分２３４、正に配向された第１横断区分２３２、及び負に配向された第２横断区分２３６を有する別の線２１０’の断面２３０’を示す。又、図２ｂは、正の角度、負の角度及びゼロ角度の規定も示している。線２１０’の底部ＣＤは、Ｄ２−Ｄ１である。
【００３６】
[0042]ある場合には、線は、第１基準構造素子及び第２基準構造素子（例えば、バンプ２５０と同様の２つのバンプ）間に位置してもよい。基準構造素子間の距離は、前記基準構造素子の複数の走査を実行することにより測定されてもよい。
【００３７】
[0043]本発明者は、被測定構造素子の両側に位置された基準素子を使用することは、被測定構造素子をその両側から走査する電子ビームにより単一の構造素子を見ることができないときのように、種々の場合に有用であることが分かった。これは、他の構造素子が被測定構造素子に非常に密接に接近して位置されるときに生じて、基準構造素子を覆い隠すことになる。
【００３８】
[0044]従って、線２１０の濃密なアレイにおいて、基準構造素子（例えば、バンプ２５０）を線２１０の対間に位置することができる。
【００３９】
[0045]本発明の他の実施形態では、複数の基準構造素子が被測定構造素子に接近して位置されて、被測定構造素子と複数の基準構造素子との間の関係の複数の測定を許すと共に、複数の関係の統計学的な処理を許し、良好な結果をもたらす。前記統計学的な処理は、単一の測定に関連したエラー及び／又は不正確さを平均化し、さもなければ、減少することができる。これは、全体的な信号対雑音比の増加から生じることがある。ある場合には、構造素子（例えば、バンプ２５０と同様の）のアレイを線（例えば、線２１０と同様の）の第１の側に位置させることができ、一方、他の場合には、基準構造素子のアレイを被測定構造素子の両側に位置させることができる。線の底部ＣＤは、これら構造素子に対して測定された複数の距離に応じたものとすることができる。
【００４０】
[0046]上記説明は、線形状の被測定構造素子及び基準構造素子を参照したが、この方法及びシステムは、接触部、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）を決定するように適応できる。基準構造素子は、他の形状を有してもよい。
【００４１】
[0047]図３ａ−図３ｃは、比較的広い正に配向された横断区分、比較的狭い横断区分、及び負に配向された横断区分を表わす波形２５０−２５２の概略図である。これらの図から明らかなように、急勾配の側壁及び負に配向された側壁に関連した波形部分は、比較的狭くて、走査電子ビームの幅に対応している。
【００４２】
[0048]図４は、横断区分の位置を決定するための方法４００を示す。線のような構造素子を電子ビームで走査することにより波形が得られると、この波形の導関数の一部分を得ることができる。例えば、横断区分の尺度の推定を与えるのに使用される波形は、３つのポイントを含むことができる。中間のポイントが最大導関数値である。中間ポイントは、低い導関数値に各々関連した上部ポイントと下部ポイントとの間に置かれる。本発明者は、最大導関数値の約８０％の導関数値をもつ上部ポイントと、最大導関数値の約３０％の導関数値をもつ下部ポイントとを使用したが、他の値を使用することもできる。横断区分の直線的推定は、上部ポイントと下部ポイントとの間に引かれる。前記直線的推定と高さスレッシュホールドとの間の交差は、横断区分の位置ポイントを与える。本発明者は、波形４１０の最大高さの３５％の高さスレッシュホールドを使用したが、他の値を使用することもできる。
【００４３】
[0049]図４を参照すれば、方法４００は、波形を得るステップ４７０でスタートし、前記波形は、走査電子ビームと構造素子との間の相互作用の結果として発生された検出信号を表わす。
【００４４】
[0050]ステップ４７０に続いて、少なくとも３つのポイント、即ち最大導関数値で特徴付けられる第１ポイントと、所定の導関数値で特徴付けられる下部ポイント及び上部ポイントとを計算するステップ４７２が続く。
【００４５】
[0051]ステップ４７２に続いて、上部及び下部ポイント間に引かれた線と高さスレッシュホールドとの間の交差に応答して位置ポイントを決定するステップ４７４が続く。
【００４６】
[0052]本発明の一実施形態によれば、基準素子と横断区分との間の関係は、実際には、基準構造素子のあるポイントと、その横断区分の位置ポイントとの間の関係である。基準素子のあるポイントは、位置ポイントであってもよい。
【００４７】
[0053]他のポイント、例えば、波形４１０の上部ポイント、中間ポイント、下部ポイント及び／又は他のポイントを使用して、横断区分と基準構造素子との間の関係を決定できることにも注意されたい。
【００４８】
[0054]図５は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法５００のフローチャートである。
【００４９】
[0055]方法５００は、構造素子の特徴を測定する。被測定構造素子は、ウェハ、ダイ又はダイスのような被測定物体の一部分である。適切な基準構造素子が被測定素子の付近に位置されない場合には、材料を追加及び／又は除去する従来の方法、例えば、収束イオンビーム（ＦＩＢ）をベースとする方法や、電子ビーム又はレーザもベースとする方法を使用することによりそれを追加することができる。これらの方法は、この技術で知られた仕方でのガス／プラズマの供給／注入も必要とすることがある。これら技術の幾つかを実施するシステムは、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社のＳＥＭＶｉｓｉｏｎＧ２ＦＩＢである。
【００５０】
[0056]方法５００は、基準構造素子の第１部分と、被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、基準構造素子と第１横断区分との間の第１関係を決定するステップ５２０でスタートする。
【００５１】
[0057]便利なことに、この第１関係は、基準構造素子のあるポイントと、第１横断区分の第１の縁との間の距離である。図２ａ−図２ｆに示すように、方法５００は、被測定構造素子と単一の基準構造素子（図２ａに示すような）との間の関係に応じたものであるが、被測定構造素子と複数の基準構造素子（図２ｅ又は図２ｆに示すような）との間の付加的な関係に応じたものでもよい。
【００５２】
[0058]便利なことに、被測定構造素子の底部及び基準構造素子のあるポイントは、実質的に同じ平面に置かれる。通常、基準構造素子の高さ、特に、ある基準ポイントの高さは、被測定構造素子の高さより非常に小さい。
【００５３】
[0059]本発明は、他の形状及び／又はサイズの構造素子を取り扱うように適応できることにも注意されたい。例えば、被測定構造素子の底部と基準構造素子との間の高さの差を補償するために、基本的な幾何学的方程式の使用により、基準構造素子の高さを考慮に入れることができる。
【００５４】
[0060]ステップ５２０の後に、基準構造素子の第２部分及び被測定構造素子の少なくとも第２横断区分を第２の傾斜状態で走査して、基準構造素子と第２横断区分との間の第２関係を決定するステップ５３０が続く。
【００５５】
[0061]ステップ５３０の後に、第１関係及び第２関係に応答して被測定構造素子の断面特徴を決定するステップ５４０が続く。
【００５６】
[0062]本発明の別の実施形態によれば、ステップ５２０及び５３０の間に１つ以上の付加的な関係が決定された場合に、ステップ５４０の決定は、更に、それら付加的な関係の少なくとも１つに応じたものとなる。
【００５７】
[0063]傾斜段階中に、被測定物体に垂直な架空平面に対して電子ビームを傾斜してもよいことに注意されたい。傾斜角度は、正でも負でもよい。本発明の一実施形態によれば、第１の傾斜状態の間に、電子ビームが正の角度に傾斜され、一方、第２の傾斜状態の間に、電子ビームが負の角度に傾斜される。
【００５８】
[0064]本発明の別の実施形態によれば、第１の傾斜状態の間に、電子ビームが負の角度に傾斜され、一方、第２の傾斜状態の間に、電子ビームが正の角度に傾斜される。
【００５９】
[0065]本発明の一実施形態によれば、第１又は第２の傾斜状態の間に、電子ビームが実質的にゼロ度に傾斜される。
【００６０】
[0066]１５度及びそれ以上の大きな傾斜角度は、アプライドマテリアルズ社のＮａｎｏＳｅｍ３Ｄ又はＶＥＲＡＳｅｍのような従来のツールを使用することにより達成できることに注意されたい。
【００６１】
[0067]図６は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法６００のフローチャートである。
【００６２】
[0068]方法６００は、基準素子の第１部分と、被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、基準構造素子と第１横断区分との間の第１関係を決定するステップ６２０でスタートする。
【００６３】
[0069]ステップ６２０の後に、付加的な走査を実行すべきかどうか決定するための問合せステップ６２５が続く。その答えがイエスの場合には、方法６００は、ステップ６３０へ進み、さもなければ、ステップ６４０へ進む。
【００６４】
[0070]ステップ６２５の決定は、被測定構造素子の頂部、底部、最大及び／又は最小幅、横断区分の推定又は測定された配向、及び／又は横断区分の推定又は測定された幅（これに限定されない）のような種々のパラメータに応答したものでよい。推定は、検出信号の処理、他の構造素子から発生される検出信号との比較を含むことができる。比較は、ダイ対ダイ比較、ダイ対データベース比較等を含んでもよい。
【００６５】
[0071]１つの横断区分（又は両方）が急勾配（例えば、急勾配スレッシュホールドを越える）であるか又は負に配向されたという疑いがある場合には、付加的な走査ステップが必要になることがある。この配向は、被測定構造素子の走査から生じた信号の検出中に取得した波形から推定できる。急勾配の横断区分及び負に配向された横断区分は、ある波形に関連付けされる。本発明者は、横断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横断区分に疑いがあることが分かった。又、本発明者は、既知の素子の既に記録された波形に対する波形の比較も使用できることが分かった。
【００６６】
[0072]ステップ６３０は、基準素子の第２部分及び被測定構造素子の少なくとも第２横断区分を第２の傾斜状態で走査して、基準構造素子と第２横断区分との間の第２関係を決定することを含む。
【００６７】
[0073]ステップ６３０の後に、少なくとも第１の関係に応答して被測定構造素子の断面特徴を決定するステップ６４０が続く。
【００６８】
[0074]本発明の別の実施形態によれば、ステップ６２０及び６３０の間に１つ以上の付加的な関係が決定された場合に、ステップ６４０の決定は、更に、付加的な関係の少なくとも１つに応答して行われる。
【００６９】
[0075]図７は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法７００のフローチャートである。
【００７０】
[0076]方法７００は、第１基準構造素子の少なくとも１つのポイントと、被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、第１基準構造素子と第１横断区分との間の第１関係を決定するステップ７２０でスタートする。
【００７１】
[0077]ステップ７２０の後に、第２基準構造素子の少なくとも１つのポイントと、被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、第２基準構造素子と第２横断区分との間の第２関係を決定するステップ７３０が続く。
【００７２】
[0078]ステップ７３０の後に、第１関係及び第２関係に応答して被測定構造素子の断面特徴を決定するステップ７４０が続く。
【００７３】
[0079]本発明の一実施形態によれば、第１基準構造素子と第２基準構造素子との間に被測定構造素子が位置される。
【００７４】
[0080]第１及び第２の基準素子特徴間の関係（通常は、距離、及び任意であるが、高さの差）を測定／推定しなければならない。この測定の不正確さは、断面特徴の測定に影響を及ぼすことがある。
【００７５】
[0081]ステップ７００は、この基準関係を推定し又は受け取る予備的ステップを含んでもよいが、それを測定するステップ７１０を含むこともできる。この測定は、種々の汚染／炭化、収縮作用が被測定構造素子の測定に影響しないように、被測定素子が測定される位置以外の位置で行われてもよい。
【００７６】
[0082]ステップ７１０は、第１及び第２基準素子の第１及び第２ポイントと、被測定構造素子とを含むエリアの１つ以上の走査を含んでもよい。又、ステップ７１０は、電子ビームが被測定構造素子を照射するのを防止することを含んでもよい。これは、ビームが被測定構造素子照射すると推測される間にビームを消去することにより達成できる。
【００７７】
[0083]図８は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法８００のフローチャートである。
【００７８】
[0084]方法８００は、基準素子の一部分と、少なくとも第１及び第２横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、基準素子と少なくとも１つの走査される横断区分との間の少なくとも１つの関係を決定するステップ８２０でスタートする。このステップ中に、被測定構造素子を含む被測定物体に対して電子ビームを実質的に垂直にすることができる。
【００７９】
[0085]ステップ８２０の後に、基準構造素子と少なくとも１つの横断区分との間の付加的な関係を決定するために付加的な走査ステップが必要とされるかどうか決定するための問合せステップ８２５が続く。その答えが肯定である場合には、方法８２０は、ステップ８３０へ進み、さもなければ、ステップ８４０へ進む。この決定は、横断区分の推定される幅、横断区分の推定される配向、被測定構造素子の推定される断面特徴、等に応答してもよい。
【００８０】
[0086]ステップ８３０は、少なくとも１つの付加的な走査ステップを実行することを含む。便利なことに、傾斜状態は、ステップ８２０の第１傾斜状態とは異なる。
【００８１】
[0087]ステップ８４０は、少なくとも１つの関係に応答して被測定構造素子の断面特徴を決定することを含む。
【００８２】
[0088]図９は、第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法９００のフローチャートである。
【００８３】
[0089]方法９００は、１組の基準構造素子の第１部分と、被測定構造素子の少なくとも第１横断区分とを第１の傾斜状態で走査して、１組の基準構造素子の中の基準構造素子と第１横断区分との間の第１組の関係を決定するステップ９２０でスタートする。
【００８４】
[0090]ステップ９２０の後には、１組の基準構造素子の第２部分と、被測定構造素子の少なくとも第２横断区分とを第２の傾斜状態で走査して、１組の基準構造素子の中の基準構造素子と第２横断区分との間の第２組の関係を決定するステップ９３０が続く。
【００８５】
[0091]ステップ９３０の後に、第１及び第２組の関係に応答して被測定構造素子の断面特徴を決定するステップ９４０が続く。ステップ９４０は、第１組の関係を統計学的に処理して第１関係を与えることを含んでもよい。又、これは、第２組の関係を統計学的に処理して第２関係を与えることも含んでもよい。
【００８６】
[0092]本発明の別の実施形態によれば、方法９００は、ステップ９２０に加えて、付加的な走査ステップの必要性を決定し、且つステップ９３０（又は付加的な走査ステップ）が必要であるかどうか決定するための問合せステップを含んでもよい。
【００８７】
[0093]持ち上げられた構造素子の場合に頂部区分でもよい中間区分は、各走査ステップから決定できることに注意されたい。更に、第１及び第２横断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何らかの特徴（例えば、これに限定されないが、頂部ＣＤ、底部ＣＤ、最大ＣＤ）を決定できることに注意されたい。典型的な断面特徴は、横断区分の水平投影である。傾斜角が比較的小さい場合には、傾斜角がこの角度のタンジェントにほぼ等しいと仮定される。
【００８８】
[0094]幾つかの測定を繰り返すことができると共に、（同じ及び／又は異なる傾斜角での）構造素子の付加的な傾斜走査を、統計学的ノイズの平均化等の種々の理由で実行できる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又は推定された場合でも、及びある断面特徴が測定された場合でも、１つ以上の断面特徴の複数の測定を含んでもよい。
【００８９】
[0095]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。前記説明において、本発明を完全に理解するために、典型的な線の断面形状、偏向ユニットの量、等について多数の特定の詳細を述べた。しかしながら、本発明は、前記で特に述べた詳細に依存せずに実施できることが理解されよう。
【００９０】
[0096]本開示においては本発明の実施形態及びその多様性の幾つかの実施例のみを図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境に使用することもでき、ここに表現される本発明の概念の範囲内で変更や修正がなされ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１ａ】本発明の一実施形態によるクリティカル寸法走査電子顕微鏡の概略図である。
【図１ｂ】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。
【図２ａ】種々の線及び基準構造素子を示す図である。
【図２ｂ】種々の線及び基準構造素子を示す図である。
【図３ａ】比較的広い、正に配向された横断区分を表わす波形の概略図である。
【図３ｂ】比較的狭い横断区分を表わす波形の概略図である。
【図３ｃ】負に配向された横断区分を表わす波形の概略図である。
【図４】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縁を決定するための方法のフローチャートである。
【図５】第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法のフローチャートである。
【図６】第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法のフローチャートである。
【図７】第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法のフローチャートである。
【図８】第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法のフローチャートである。
【図９】第１横断区分と第２横断区分との間に置かれた中間区分により画成されるサブミクロン断面を有する被測定構造素子の断面特徴を決定するための方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１６…レンズ内検出器、２１…高圧電源、３３…コントローラ、１００…クリティカル寸法用走査電子顕微鏡（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…試料面、１０６…アパーチャー、１１０…第１偏向ユニット、１１１…第２偏向ユニット、１１２…対物レンズ、２１０…線、２１４…頂部、２１２、２１６…側壁、２２４…頂部区分、２５０…バンプ、２３０…断面、２２２、２２６…横断区分
【図１ａ】
2007531864.tif 000003
【図１ｂ】
2007531864.tif 000004
【図２ａ】
2007531864.tif 000005
【図２ｂ】
2007531864.tif 000006
【図３ａ】
2007531864.tif 000007
【図３ｂ】
2007531864.tif 000008
【図３ｃ】
2007531864.tif 000009
【図４】
2007531864.tif 000010
【図５】
2007531864.tif 000011
【図６】
2007531864.tif 000012
【図７】
2007531864.tif 000013
【図８】
2007531864.tif 000014
【図９】
2007531864.tif 000015
【国際調査報告】
2007531864.tif 000016
2007531864.tif 000017
2007531864.tif 000018