(57)【要約】  本発明は、次のステップを含むパターンを特徴付ける方法に関する。  特徴づけられるパターンの輪郭の画像を画像計測器を用いて決定し、前記輪郭に沿って位置しており、所定のサンプリング間隔でサンプリングされた複数のポイントの決定を含んで前記画像を処理し、各ポイントに対して、参照輪郭に位置しているポイントであって対応する同一サンプリング間隔数のポイントを識別し、前記ポイントと前記参照輪郭上の対応するポイントとの間の相違を表す無次元中間係数を決定し、前記複数のポイントに対応する中間係数のセットに基づいて最終無次元係数を決定する。なお、前記最終無次元係数は特徴付けられるパターンの輪郭と前記参照輪郭との間の相違を表している。【選択図】図７
2015509185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを特徴付ける方法（１００）であって、
特徴付けられるパターンの輪郭の画像を画像計測器を用いて決定し（１０１）、
前記輪郭に沿って位置しており、所定のサンプリングレートでサンプリングされた複数のポイントの決定を含んで前記画像を処理し（１０２）、
各ポイントに対して、参照輪郭に位置しているポイントであって対応する同一サンプリング間隔数のポイントを識別し（１０４）、前記ポイントと前記参照輪郭上の対応するポイントとの間の相違を表す中間無次元係数を決定し（１０４）、
前記複数のポイントに対応する全ての中間無次元係数を用いて最終無次元係数を決定する（１０５）、なお、前記最終無次元係数は特徴付けられるパターンの輪郭と前記参照輪郭との間の相違を表している、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記輪郭に沿って決定されるポイントの数は、前記輪郭の長さと予め定められた解像度の値との比率以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各サンプリングポイントは、２次元座標システムにおける１対の座標によって識別され、Ｘiはポイントの横座標を表し、Ｙiはポイントの縦座標を表し、ここでｉは１からＮまで変わり、Ｎはサンプリングポイントの数であり、横座標ポイントＸiの中間無次元係数の前記決定は、座標Ｙiと、同一の横座標Ｘiを有する参照輪郭の座標Ｙmiとの比較によってなされることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記横座標ポイントＸiの前記中間無次元係数Ｃiは、次の２つの式のうちの１つによって与えられることを特徴とする請求項３に記載の方法。
Ｃi（％）＝（Ｙmi−Ｙi）×１００／Ｙmi、または、
Ｃ′i（％）＝Ｙi×１００／Ｙmi
【請求項５】
前記最終無次元係数Ｃfinalは次式で与えられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
2015509185.tif 000005
【請求項６】
前記特徴付けられるパターンの輪郭の画像を決定するステップは、次の技術の１つを利用した画像計測器によってなされることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
−  ３次元原子間力顕微鏡観察
−  走査型原子間力顕微鏡観察    
−  透過型電子顕微鏡観察
【請求項７】
サンプリングがなされる輪郭の部分を決定するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記輪郭が対象軸を有するときには、前記輪郭の半分がサンプリングされることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測の分野に関し、本発明の意義はパターン特性評価方法である。本発明による方法は、特に、マイクロエレクトロニクス産業で得られる超小型電子集積回路に用いられるパターンの特性評価に適用される。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスにおいては、技術的進歩は特性評価機器に対する要求を伴う。各技術ノードに対して測定ツールはますます効率的になるべきであり、加工されるデバイスの寸法検査を行うことができなければならない。
【０００３】
これを達成するために、半導体業界は、ＣＤ（限界寸法（Critical Dimension））を用いて、加工される製品の寸法を定義したり、モニターしたりする。回路の限界寸法の継続的な削減は、対応する測定方法の採用を伴う。同時に、ウエハのサイズおよびウエハ当たりのコストの増大は、事実、研究および開発プロセス、および生産の際に、製造工程の全ステップで可能な限りすぐの欠陥の試験および検出を必要としている。
【０００４】
限界寸法ＣＤのこのコンセプトが有する問題の１つは、限界寸法の定義が調査しているパターンのタイプに依存して変わりうることにある。従って、穴またはパッドに対する限界寸法は直径であり、線または溝（trench）に対する限界寸法は線または溝の幅である。
【０００５】
限界寸法の定義だけから離れて、それ（限界寸法）が測定される垂直位置は、特徴付けられるべきパターンに依存して変わる。従って、トランジスタゲートの限界寸法は可能な限り小さく測定される一方で、ゲート接点または内部接続線の限界寸法は可能な限り大きく測定される。
【０００６】
加えて、パターン特性評価に対する正確さの要求は、製造業者に限界寸法以外の寸法パラメータを使用することを強いる。従って、図１に示すように、パターンＭの限界寸法のみならず、パターンＭの側面および基板Ｓとの間に形成される角θ、またはパターンＭの高さｈがアクセスされることが有用である。このように、パターンの最も総合的に可能な寸法制御に向かう一般的で進歩的な動向がある。
【０００７】
加えて、限界寸法の測定は極めて特定の場所に留まる。しかし、位置決め、特に垂直方向は、生産に用いられる技術では必ずしも良く制御されてはいない。例えば、走査型原子間力電子顕微鏡法（ＣＤ−ＳＥＭ、限界寸法−走査型電子顕微鏡）、光波散乱計測（scatterometry）または、３次元原子間力顕微鏡法（ＣＤ−ＡＦＭ、限界寸法−原子間力顕微鏡法）などでも必ずしも良く制御されてはいない。各技術（光波散乱計測、限界寸法−走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）、限界寸法−原子間力顕微鏡（ＣＤ−ＡＦＭ））は、限界寸法および／またはパターンの角度、および／または高さを独立的に測定する。従って、技術ステップが進歩しても、集積回路の各製造レベルでなされる異なる測定の間には何の関係もない。これはまた、限界寸法の値が使用される機械の校正に依存し、従って、測定技術によっても、単一の技術であっても変わることが理解される。
【０００８】
最終的に、エッチング欠陥がますますクリティカルになるような技術ノードにおける継続的な削減がある。従って、多重露光を伴うプロセスにおいては、例えば、「ダブルパターニング（double patterning）」技術に従って窒化物スペーサを製造したり、光リソグラフィによって得られたパターンのような完全な矩形ではないパターンの存在を導く窒化物の堆積に合わせて、等方プラズマエッチングステップが用いられる。図２は、この現象を示しており、実際のＭＲパターンが実線で示されており、（例えば、多重露光技術によって得られた窒化物スペーサ）、完璧に期待されるパターンの形は点線によって現実のＭＲパターンの上に重畳されている。理想的な場合、期待されたパターンＭＩの形は、光リソグラフィを用いて完全な矩形に近づく。しかし、窒化物の堆積形成に特有の問題が、かなり異なる幾何学的形状の形成に繋がる。まさにこの場合においては、結果と、完全な矩形によって規定された理想的な状態との間には無視できない相違があることをはっきりと見ることができる。従って、実パターンＭＲは、理想パターンＭＩの側面に近い側面Ｆ１と、パターンＭＩの対応する側面から大変に丸められた第２の側面Ｆ２とを有する。中間高さでの限界寸法にのみ基づいたアプローチは、現実からの相違を確認するためには不十分であることは容易に理解される。（パターンの底部ではさらに悪いかもしれない。）しかしながら、この相違を知ることは、この相違が従来の限界寸法計測によって得られた結果に影響を与えるかもしれないという点において重要である。実パターンと理想パターンとの間の相違は、理想パターンの対称性の軸、ＸＸ’の各側面に対して対称性である必要はないことを、また注記しなければならない。従って、図２の場合において側面Ｆ２のみが影響される一方で、側面Ｆ１は理想パターンの側面にほとんど一致している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この状況において、本発明の目的は、使用される計測装置の校正から独立しており、特徴付けされるべき全ての製造レベル（例えば、リソグラフィレベルまたはエッチングレベル）に関連するパターンの正確な画像を与えるための、（製造上の問題を特定するための）生産に用いることができる、または（技術的方法の開発または最適化のための）研究および開発に用いることができる特性評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これを達成するために、本発明は、次のステップを含むパターンを特徴づける方法を開示する。
−  画像計測器を用いて特徴づけられるべきパターンの輪郭の画像を決定し、
−  前記輪郭に沿って位置しており、所定のサンプリングレートでサンプリングされた複数のポイントの決定を含んで前記画像を処理し、      
−  各ポイントに対して、参照輪郭に位置しているポイントであって対応する同一サンプリング間隔数のポイントを識別し、前記ポイントと前記参照輪郭上の対応するポイントとの間の相違を表す中間無次元係数を決定し、
−  前記複数のポイントに対応する全ての中間係数を用いて、最終無次元係数を決定し、なお、前記最終係数は特徴付けられるパターンの輪郭と参照輪郭との間の相違を表している、方法を開示する。
【００１１】
本発明によれば前記パターンの正確な画像を与えるために、好適には、単位の無い測定パラメータが、パターンの画像から開始するようにして用いられる。このパラメータは単位が無いので測定機器の校正に対して互いに関連しない。
【００１２】
本発明による方法は、どのようにパラメータを決定するかを開示している。それは、存在する限界寸法測定（おそらく、他の角測定または高さを得ることを伴う）ではなく、理想的な輪郭からの相違推定量である。この推定量は輪郭の包括的な画像を与え、従って、限界寸法単独の測定、および／またはパターンの複雑な幾何学的形状、による検出できない欠陥の存在に関連する問題を克服することができる。本発明による方法は、サンプリング間隔が小さいときにより正確になり、サンプリング間隔はパターンに対応する技術ノードに依存していることを注記しなければならない。
【００１３】
本発明による方法は、無次元推定量がしきい値から大きく異なるか小さく異なるかによって、そのパターンが参照パターンと一致するか否かを決定するために用いることができる。
【００１４】
本発明による方法は、また個別に、またはそれらの技術的に可能な組み合わせによる、以下の１または複数の特徴を有することができる。
−  輪郭に沿って決定されるポイントの数は、輪郭の長さと予め定められた解像度の値との比率以上である。
−  各サンプリングポイントは、２次元座標システムにおける１対の座標によって識別され、Ｘiはポイントの横座標を表し、Ｙiはポイントの縦座標を表す。ここで、ｉは１からＮまで変わり、Ｎはサンプリングポイントの数である。横座標ポイントＸiの中間係数の前記決定は、座標Ｙiと、同一の横座標Ｘiを有する参照輪郭の座標Ｙmiとの比較によってなされる。
−  横座標ポイントＸiの前記中間係数Ｃiは次の２つの式のうちの１つによって与えられる。
Ｃi（％）＝（Ｙmi−Ｙi）×１００／Ｙmi、または、
Ｃ′i（％）＝Ｙi×１００／Ｙmi
−  前記最終無次元係数Ｃfinalは、次式で与えられる。
2015509185.tif 000003
−  前記特徴付けられるパターンの輪郭の画像を決定するステップは、次の技術の１つを利用した画像計測器によって行われる。
〇  ３次元原子間力顕微鏡観察（three-dimensional atomic force microscopy）
〇  走査型原子間力顕微鏡観察（scanning atomic force microscopy）
〇  透過型電子顕微鏡観察（transmission electron microscopy）
−  本発明による方法は、サンプリングがなされる輪郭の部分を決定するステップを含む。
−  前記輪郭が対象軸を有するときには、前記輪郭の半分がサンプリングされる。
【００１５】
他の特徴および利点は、添付図面を参照して助言として、および限定することなく、以下に与えられた説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】最先端技術で知られている異なる寸法パラメータを示す図である。
【図２】実パターンと理想パターンとの間の相違を示す図である。
【図３】本発明による方法における異なるステップを示す図である。
【図４】図３に示す方法を用いて側面のポイントを決定するためのステップの原理を示す図である。
【図５】図３に示す方法を用いて中間の係数を決定するためのステップの原理を示す図である。
【図６】図３に示す方法を用いて参照ポイントを決定するためのステップの原理を示す図である。
【図７】走査型電子顕微鏡観察によって得られたパターンの画像を表す図である。
【図８】走査型電子顕微鏡観察によって得られたパターンの画像を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図３は、本発明による方法１００における異なるステップを図式的に示す。
【００１８】
本発明による特徴づけ方法１００は、超小型電子回路の部分を形成するどんなパターン（穴、パッド、線、溝など）でも特徴づけることを目的とする。パターンに用いられる材料は、またどのようなものでもよい。このパターンは、例えば分離されたパターンでもよく、または周期的に繰り返されるパターンの回路網に属してもよい。それは、製造工程におけるどのようなステップ（リソグラフィ、エッチングなど）の後で得られたパターンでもよい。
【００１９】
我々は、図２に示すパターンＭＲのようなパターンの場合における方法１００の使用を説明する。
【００２０】
方法１００は、以下を含む。
−  特徴付けられるべきパターンＭＲの輪郭画像を作成するステップ１０１と、  
−  ステップ１０１で画像化された輪郭に沿って位置する複数のポイントを決定するステップ１０２と、  
−  パターンが対称軸を有するか否かに基づいて参照ポイントを決定するステップ１０３と、なお、このステップはオプショナルであることを注記する。
−  中間係数Ｃｉと呼ばれる複数の係数を決定するステップ１０４と、ここで、ｉは１からＮまで変わり、Ｎはステップ１０２で決定されたポイントの数である。各中間係数は、ステップ１０２で決定されたポイントに対応する無次元の係数であり、このポイントと、図２における輪郭ＭＩのように参照輪郭と呼ばれる理想輪郭上の対応するポイントとの間の相違を表す。
−  ステップ１０４で決定された中間輪郭Ｃｉのセットから最終の無次元の係数Ｃfinalを決定するステップ１０５と、
−  特徴付けられるパターンＭＲが参照パターンＭＩに十分近いかどうかを決定するために最終係数Ｃfinalとしきい値とを比較するステップ１０６と、
を含む。
【００２１】
ステップ１０１は、パターンＭＲの輪郭画像を作成することからなる。この画像は、例えば、３次元原子間力顕微鏡法（ＣＤ−ＡＦＭ、限界寸法−原子間力顕微鏡法）、走査型電子顕微鏡法（ＣＤ−ＳＥＭ、限界寸法−走査型電子顕微鏡）、または、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法（Transmission Electron Microscopy））などのいかなるタイプの画像技術から得られてもよい。このステップ１０１は、特徴付けられるパターンの部分的な画像を提供することもできる。
【００２２】
ステップ１０２は、ステップ１０１で作られたものの画像処理ステップであり、特徴付けられるパターンの輪郭に属するＮポイントをサンプリングすることからなる。図４は、図２に示すパターンＭＲの処理の際のこのステップ１０２の原理を示す。第１に、処理のために必要なポイントの数Ｎが決定されなければならない。このポイントの数Ｎは、技術ノードに基づいてそれ自身が要求される解像度に依存する。例えば、１０％の測定誤差が許容される４５ｎｍの技術ノードに対しては、本発明による方法の解像度Ｒは４．５ｎｍ以下でなければならない。側面Ｆ１とＦ２との間の輪郭の長さをＬで示せば、使用されるポイントの数Ｎは比率Ｌ／Ｒ以上でなければならない。本発明による方法は従って異なるモデルに用いることができる。第１の標準モードは、Ｎの数がおよそＬ／Ｒに等しい。第２のより精密なモードは、ＮがＬ／Ｒよりも大きい。第３の微細モードは、ＮがＬ／Ｒよりも非常に大きい。処理されるポイントの数は、技術ノードが向上する程度につれて増大する。
【００２３】
我々は、単に説明のために、および図４を簡単にするために、次に述べるようにＮを５と仮定する。換言すれば、十分な解像度を有するパターンＭＲを特徴付けるために５点で十分であると仮定する。
【００２４】
パターンＭＲは、２次元座標系で示される。この場合、正規直交座標系は、同一の原点Ｏを有し相互に直交する、同じ構成単位（ＯＩ=ＯＪ=１単位（unit））で目盛りを付けられた２つの軸（ＯＸ）および（ＯＹ）を構成する。
【００２５】
この場合、原点Ｏは、Ｏから始まるように第１の側面Ｆ１の底部に位置する。我々は、２つの側面Ｆ１とＦ２とを結ぶ長さＬを有する全輪郭をスキャンすることができる。（我々は、後で、対称軸を有するパターンの場合には状況が異なってもよいことを示す。）
【００２６】
我々は、次に、輪郭上に位置するサンプリングポイント（Ｘi、Ｙi）を定義することによって側面の間に位置する輪郭をサンプリングする。ここで、ｉは１からＮまで変わり、ＸiおよびＹiは、ポイントのそれぞれ横座標および縦座標である。解像度は、２つの連続するポイント（Ｘi+１−Ｘi）の横座標の間の差に相当するサンプリング間隔によって与えられる。
【００２７】
ステップ１０３において、パターンＭＲは、対称軸を有していないので、ポイントＯは、特徴付けられる全輪郭をカバーすることができるような参照ポイントであると考えられる。第１サンプリングポイント（Ｘ1、Ｙ1）は、図４においては、ポイントＯに対応する。
【００２８】
複数の係数を決定するステップ１０４は、図５を参照して示す。
【００２９】
一度ポイント（Ｘi、Ｙi）が決定されれば、ステップ１０４は、横座標Ｘiを有するそれらポイント（Ｘi、Ｙi）と、参照パターンＭＩの輪郭に属する横座標Ｘiを有する対応ポイント（Ｘi、Ｙmi）とをそれぞれ比較する。上述したように、理想的な場合においては、期待される参照パターンＭＩの形状は、完全な矩形に近い、光リソグラフィによって作られた線の形である。従って、図５に示す場合においては、ポイント（Ｘi、Ｙmi）の縦座標は、それぞれ全て等しい。（そしてパターンＭＲの輪郭の第１ポイント（Ｘ1、Ｙ1）の縦座標Ｙ1に等しい。）
【００３０】
パターンＭＲとＭＩの輪郭との間の理想的な相違は、斜めにハッチングした領域Ｚによって示される。
【００３１】
それぞれの一対のポイント（Ｘi、Ｙi）および（Ｘi、Ｙm1）に対して、ステップ１０４は中間係数Ｃi（ここで、ｉは１からＮまで変わり、Ｎはステップ１０２で決定されたポイントの数である。）を計算することからなる。この係数は、２つのポイントの間の相違を表す無次元の関連性係数であり、例えば、係数Ｃiは、次の式によって与えられてもよい。
Ｃi（％）＝（Ｙmi−Ｙi）×１００／Ｙmi
【００３２】
この中間係数Ｃiは、％として表される。Ｃiが０％に近づけば、ポイント（Ｘi、Ｙi）は理想ポイント（Ｘi、Ｙmi）に近づく。相補的係数を考えることができることを注記しなければならない。（この場合、係数Ｃ′iが１００％に近づけば、ポイント（Ｘi、Ｙi）は理想ポイント（Ｘi、Ｙmi）に近づく。）
Ｃ′i（％）＝Ｙi×１００／Ｙmi
【００３３】
ステップ１０５においては、最終の無次元係数Ｃfinalがステップ１０４において決定された中間係数Ｃiのセットから決定される。
【００３４】
例えば、この最終係数は、次式によって与えられる係数Ｃiの平均であってもよい。
2015509185.tif 000004
【００３５】
この無次元パラメータＣfinalは、パターンＭＲの包括的な輪郭と参照パターンＭＩの包括的な輪郭との間の相違を表している。この新しいパラメータは、限界寸法測定に通常用いられる寸法に対して２つの重要な利点を有している。第１に、それは包括的な輪郭を表す係数であることである。（従って、それは限界寸法測定とは異なり、局部的ではない。）従って、それは測定されるレベルに関わらず、製造されたパターンの正確で包括的な画像を与えることができる。それはまた、（すなわち単位によらない）無次元係数であり、従って測定機の校正から無関係である。
【００３６】
この係数Ｃfinalは、それを１００で割って正規化してもよいことを注記しなければならない。
【００３７】
Ｃfinalを決定する係数Ｃiの平均の計算は、単に１例である。本発明による方法は、また、例えば、サンプルＣiの中央値など他の無次元パラメータにも適用できる。ポイント（Ｘi、Ｙi）の縦座標Ｙiが近いかまたは離れているかに基づいて係数Ｃfinalを計算するための最も適切な方法が選択されることは容易に想像できる。（典型的には、縦座標Ｙiが近いときには平均で、例えばガウス分布に対しては中央値である。）
【００３８】
ステップ１０６は、その後、パターンＭＲが参照パターンに対して許容できるか（すなわち十分に近いか）どうかを決定するための予め定められたしきい値と、最終係数Ｃfinalの値とを比較することからなる。このしきい値を決定するための基準は、パターンのタイプおよび製造上の要求（例えば、生産か研究開発か）に基づいて、当然に変わってもよい。
【００３９】
我々がすでに述べたように、特徴付けられるプロファイルのポイントのサンプリングから参照ポイントを確定することからなるステップ１０３が始まる。
【００４０】
パターンＭＲが対称軸を有しない場合（図４および５の場合）、ポイントＯは、特徴付けられる全輪郭をカバーするように選択される。図６は、パターンＭＲ’が対称軸ＹＹ’を有し、輪郭がＹＹ’軸に対して対称である２つの半輪郭ＭＲ１およびＭＲ２を有することを示す。２つの半輪郭ＭＲ１およびＭＲ２は、実質的に同一であるので、全画像に渡ってサンプリングすることはなく、輪郭の半分、例えば、ＭＲ２（図６にサンプリングポイントＭ１からＭ５を示す）をサンプリングすれば十分である。この場合、正規直交座標系の原点（Ｏ、i、j ）を形成する参照点およびサンプリング開始点は、サンプリングが輪郭の半分だけ行われるように選択される。輪郭の対象性という事実は、好ましくは与えられた解像度に対しての計算時間を節約することに用いられるか、または代わりに、与えられた計算時間に対してより良い解像度を得ることができる。
【００４１】
図７および図８は、それぞれ、解像度１ｎｍを有する走査型電子顕微鏡観察によって得られたパターンの画像である。図７および８における画像は、異なるパターンの画像であり、図７および８におけるパターンのサンプリング後に得られた輪郭は、実線で示している。理想パターン（図７および８における２つの画像に対して同一のもの）は、点線で示している。図８におけるパターンは、理想パターンから著しく異なる内側にへこんだ側面を有していることが分かる。その一方、図７におけるパターンは理想パターンにはるかに近い。それぞれのパターン（図７および８）に対する最終係数を決定することにより、本発明による方法は、理想パターンからの相違を有する正確な画像を提供することができる。
【００４２】
言うまでもなく、本発明は今まで述べてきた実施形態に限定されない。
【００４３】
従って、本発明は、正規直交座標系において定義されたサンプリングポイントに対して具体的に開示してきたが、本発明による方法は全てのタイプの座標系（直交または非直交、正規または非正規、極座標を有する座標系など）に対して適用できるものと理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2015509185.tif 000015
2015509185.tif 000016
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