(57)【要約】  本発明の複合検査システムは、試料（１１）にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料（１１）を検査する第１の検査装置（１）と、Ｘ線を用いない測定手法により試料（１１）を検査する第２の検査装置（２）と、を含む検査システムである。第１の検査装置（１）で得られたＸ線測定データまたは当該Ｘ線測定データの解析結果を第２の検査装置（２）へ出力する。そして、第２の検査装置（２）では、第１の検査装置（１）から入力したＸ線測定データまたは当該Ｘ線測定データの解析結果を利用して、試料（１１）の構造を解析する。
2018016430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により前記試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  前記第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方を前記第２の検査装置へ出力し、  前記第２の検査装置は、前記第１の検査装置で得られた前記Ｘ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方を利用して、前記試料を検査することを特徴とした複合検査システム。
【請求項２】
前記第１の検査装置は、  前記試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  前記試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に複数の屈折率の異なる層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列した周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  前記試料モデルに形成された複数の層によって生じる屈折および反射の効果を考慮し、前記微細構造によって散乱されたＸ線の散乱強度を算出し、前記試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を前記測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  前記フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って、前記第２の検査装置に出力する出力部と、を含み、  前記第２の検査装置は、前記第１の検査装置からの出力値を利用して、前記試料を検査することを特徴とする請求項１の複合検査システム。
【請求項３】
前記第１の検査装置は、  前記試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  前記試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に１または複数の層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列し、さらに当該単位構造体が厳密な周期的位置からの位置ゆらぎを有し、この位置ゆらぎが相互の位置の差に依存せずランダムである周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  前記単位構造体が前記層内の一様な実体領域および空間領域により形成され、前記実体領域により生じる、前記Ｘ線の散乱強度を算出し、前記試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を前記測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  前記フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って、前記第２の検査装置に出力する出力部と、を含み、  前記第２の検査装置は、前記第１の検査装置からの前記出力値を利用して、前記試料を検査することを特徴とする請求項１の複合検査システム。
【請求項４】
試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により前記試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  前記第２の検査装置で得られた測定データおよび当該測定データの解析結果の一方を前記第１の検査装置へ出力し、  前記第１の検査装置は、前記第２の検査装置で得られた前記測定データおよび当該測定データの解析結果の一方を利用して、前記試料を検査することを特徴とした複合検査システム。
【請求項５】
試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により前記試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  前記第１の検査装置は、  前記試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  前記試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に複数の屈折率の異なる層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列した周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  前記試料モデルに形成された複数の層によって生じる屈折および反射の効果を考慮し、前記微細構造によって散乱されたＸ線の散乱強度を算出し、前記試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を前記測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  前記フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って出力する出力部と、を含み、  前記第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方と、前記第２の検査装置で得られたデータおよび当該データの解析結果の一方とを利用して、前記試料の構造を解析することを特徴とした複合検査システム。
【請求項６】
試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により前記試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  前記第１の検査装置は、  前記試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  前記試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に１または複数の層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列し、さらに当該単位構造体が厳密な周期的位置からの位置ゆらぎを有し、この位置ゆらぎが相互の位置の差に依存せずランダムである周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  前記単位構造体が前記層内の一様な実体領域および空間領域により形成され、前記実体領域により生じる、前記Ｘ線の散乱強度を算出し、前記試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を前記測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  前記フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  前記単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って出力する出力部と、を含み、  前記第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方と、前記第２の検査装置で得られたデータおよび当該データの解析結果の一方とを利用して、前記試料の構造を解析することを特徴とした複合検査システム。
【請求項７】
前記第１の検査装置は、  検査対象の試料を配置する試料台と、  前記試料台に配置された前記試料の画像を観察する画像観察部と、  前記画像観察部による前記試料の画像観察結果に基づき制御され、前記試料台を水平面上で直交する２方向、高さ方向、および面内回転方向に移動させる位置決め機構と、  前記試料台に配置された前記試料の表面と同一平面内に含まれる回転軸を中心に、当該試料の表面と垂直な仮想平面に沿ってそれぞれ独立して旋回する第１および第２の旋回部材を含むゴニオメータと、  前記第１の旋回部材に搭載され、前記試料台に配置された前記試料の表面と同一平面内に設定した検査位置へ特性Ｘ線を集光して照射するＸ線照射ユニットと、  前記第２の旋回部材に搭載されたＸ線検出器と、  前記Ｘ線検出器で検出したＸ線パターンを数値化し、解析する解析ユニットと、  を備えたことを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の複合検査システム。
【請求項８】
前記第１の検査装置は、前記Ｘ線検出器により前記試料を透過したＸ線を測定することを特徴とする請求項７に記載の複合検査システム。
【請求項９】
前記第１の検査装置は、前記Ｘ線検出器により前記試料の表面からの散乱Ｘ線を測定することを特徴とする請求項７に記載の複合検査システム。
【請求項１０】
前記第１の検査装置は、前記Ｘ線検出器として２次元Ｘ線検出器を装備したことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の複合検査システム。
【請求項１１】
前記第２の検査装置は、光学式検査装置で構成したことを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の複合検査システム。
【請求項１２】
前記第２の検査装置は、走査電子顕微鏡を用いた検査装置で構成したことを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の複合検査システム。
【請求項１３】
前記第１の検査装置から出力される前記解析値として、前記試料モデルにおける周期構造のピッチを含むことを特徴とする請求項２から１２のいずれか一項に記載の複合検査システム
【請求項１４】
前記試料モデルにおける周期構造に穴の繰り返し構造を含む場合に、前記第１の検査装置から出力される前記解析値として、当該穴径を含むことを特徴とする請求項２から１２のいずれか一項に記載の複合検査システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、半導体製造分野など、基板上に多数の薄膜を積層した多層膜構造の素子を製造する技術分野に好適な複合検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体等、基板上に多数の薄膜を積層し、リソグラフィ技術により製造されたエレクトロニクス素子は、成膜する薄膜の膜厚、密度、結晶性などの状態、リソグラフィ加工条件によって形状が変化する。このため、加工した素子の形状を、正確に測定できる検査装置が求められている。この種の加工した素子の形状は、半導体工程において管理すべき重要な数値としてＣＤ（Critical Dimension）と呼ばれる。【０００３】  さて、上述したような素子の形状を、断面試料を作成して観察する検査装置として、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。しかし、これらの検査装置は、試料を破壊するため、半導体製造工程においてインラインで試料を計測することができない、全数検査ができない、測定結果を前の工程にフィードバックできない、測定結果を後の工程にフィードフォアードできない、などの欠点がある。【０００４】  一方、上述したような素子の形状を、半導体製造工程においてインラインで非破壊的に測定する検査装置として、走査電子顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＳＥＭ：Critical Dimension-Scanning Electron Microscope）、光学手法を用いた検査装置（ＯＣＤ：Optical Critical Dimension）、原子間力顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＡＦＭ：Critical Dimension Atomic Force Microscope）などが提案されている。  さらに、Ｘ線を用いて繰り返しパターン形状を正確に決定する検査装置として、Ｘ線小角散乱を利用したＸ線ナノ形状測定装置（ＣＤ−ＳＡＸＳ: Critical Dimension Small Angle X-ray Scattering）が提案されている。例えば、特許文献１，２は、ＣＤ−ＳＡＸＳの従来例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第5700685号
【特許文献２】特許第5237186号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Introduction to Metrology Applications in IC Manufacturing, P131, Tutorial Texts in Optical Engineering Volume TT101, SPIE PRESS, ISBN:9781628418118
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  先に述べたＯＣＤは、プローブに光を使用しているため、計測領域が小さい、スループットが早いなどの利点をもち、さらにモデリングとシミュレーションを用いて、半導体デバイスの複雑な立体構造を解析できる特徴を有するため、半導体製造工程においてインラインで計測するための検査装置として有効である。また、ＣＤ−ＳＥＭは、走査電子顕微鏡の原理を用いて、デバイス表面形状を直接観察する検査装置として有効である。しかしながら、これらの検査装置は、ピッチ１０ｎｍ以下のスケールにおいては分解能の限界があり、半導体素子の微細化につれ解析が困難となっている。【０００８】  ＣＤ−ＳＡＸＳは、電子デバイス表面のナノメータスケールの形状を解析する検査装置として有効である。しかし、半導体ウエーハ表面の１００マイクロメータ以下のテストパターンを測定するには、強力なＸ線源が必要であり、半導体インライン検査装置に適する小型高輝度Ｘ線源が得られていなかった。【０００９】  本発明は、これら従来技術の事情に鑑みてなされたもので、半導体素子など、基板上に多数の薄膜を積層した多層膜構造の素子の形状解析に好適な複合検査システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  この種の複合検査システムの基本概念は、非特許文献１に開示されており、本発明はかかる基本概念を基礎として具現化したものである。【００１１】  すなわち、本発明は、試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方を第２の検査装置へ出力し、  第２の検査装置は、第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方を利用して、試料を検査することを特徴とする。【００１２】  ここで、第１の検査装置は、  試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に複数の屈折率の異なる層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列した周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  試料モデルに形成された複数の層によって生じる屈折および反射の効果を考慮し、微細構造によって散乱されたＸ線の散乱強度を算出し、試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を測定された散乱強度にフィッティングするフィティング部と、  フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って、第２の検査装置に出力する出力部と、を含み、  第２の検査装置は、第１の検査装置からの出力値を利用して、試料を検査する構成とすることができる。【００１３】  また、第１の検査装置は、  試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に１または複数の層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列し、さらに当該単位構造体が厳密な周期的位置からの位置ゆらぎを有し、この位置ゆらぎが相互の位置の差に依存せずランダムである周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  単位構造体が層内の一様な実体領域および空間領域により形成され、実体領域により生じる、Ｘ線の散乱強度を算出し、試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って、第２の検査装置に出力する出力部と、を含み、  第２の検査装置は、第１の検査装置からの出力値を利用して、試料を検査する構成としてもよい。【００１４】  ここで、「位置ゆらぎ」とは、単位構造体の本来あるべき位置（厳密な周期的位置）からのずれ（ばらつき）をいう。また、「実体領域」とは、単位構造体において、物質（基本的には固体）が存在する領域をいう。一方、「空間領域」とは、単位構造体において物質（基本的には固体）が存在���ない領域をいう。なお、空間領域にも気体は存在する。【００１５】  また、本発明は、試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により前記試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  第２の検査装置で得られた測定データおよび当該測定データの解析結果の一方を第１の検査装置へ出力し、  第１の検査装置は、第２の検査装置で得られた測定データおよび当該測定データの解析結果の一方を利用して、試料を検査する構成としてもよい。【００１６】  また、本発明は、試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  第１の検査装置は、  試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に複数の屈折率の異なる層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列した周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  試料モデルに形成された複数の層によって生じる屈折および反射の効果を考慮し、微細構造によって散乱されたＸ線の散乱強度を算出し、試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  フィッティング部のフィッティング結果に基づいて、単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を出力値として、あらかじめ定めたプロトコルに従って出力する出力部と、を含み、  第１の検査装置で得られたＸ線測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方と、第２の検査装置で得られたデータおよび当該データの解析結果の一方とを利用して、試料の構造を解析する構成とすることもできる。【００１７】  さらにまた、本発明は、試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置と、Ｘ線を用いない測定手法により試料を検査する第２の検査装置と、を含む複合検査システムであって、  第１の検査装置は、  試料の表面にＸ線を照射し、散乱強度を測定する測定部と、  試料の表面上の微細構造が、当該表面に垂直な方向に１または複数の層を形成するとともに、当該層内において当該表面と平行な方向に単位構造体を周期的に配列し、さらに当該単位構造体が厳密な周期的位置からの位置ゆらぎを有し、この位置ゆらぎが相互の位置の差に依存せずランダムである周期構造を構成する試料モデルを仮定し、  単位構造体が層内の一様な実体領域および空間領域により形成され、実体領域により生じる、Ｘ線の散乱強度を算出し、試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を測定された散乱強度にフィッティングするフィッティング部と、  フィッティング部のフィッティング結果に基づき、単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する決定部と、  単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を含む解析値の少なくとも一部を、あらかじめ定めたプロトコルに従って出力する出力部と、を含み、  第１の検査装置で得られたＸ��測定データおよび当該Ｘ線測定データの解析結果の一方と、第２の検査装置で得られたデータおよび当該データの解析結果の一方とを利用して、試料の構造を解析する構成とすることもできる。【００１８】  上述した構成の本発明において、第１の検査装置は、  検査対象の試料を配置する試料台と、  試料台に配置された試料の画像を観察する画像観察部と、  画像観察部による試料の画像観察結果に基づき制御され、試料台を水平面上で直交する２方向、高さ方向、および面内回転方向に移動させる位置決め機構と、  試料台に配置された試料の表面と同一平面内に含まれる回転軸を中心に、当該試料の表面と垂直な仮想平面に沿ってそれぞれ独立して旋回する第１および第２の旋回部材を含むゴニオメータと、  第１の旋回部材に搭載され、試料台に配置された試料の表面と同一平面内に設定した検査位置へ特性Ｘ線を集光して照射するＸ線照射ユニットと、  第２の旋回部材に搭載されたＸ線検出器と、  Ｘ線検出器で検出したＸ線パターンを数値化し、解析する解析ユニットと、  を備えた構成とすることができる。【００１９】  ここで、第１の検査装置は、Ｘ線検出器により試料を透過したＸ線を測定する構成とすることもできるし、また、Ｘ線検出器により試料の表面からの散乱Ｘ線を測定する構成とすることもできる。  具体的には、第１の検査装置として、透過したＸ線を測定する透過式の小角Ｘ線散乱装置（Ｔ−ＳＡＸＳ: Transmission - Small Angle X-ray Scattering）を用いたり、試料表面にすれすれの角度でＸ線を入射し、表面からの散乱Ｘ線を測定する反射式の小角Ｘ線散乱装置（ＧＩ−ＳＡＸＳ: Glazing Incidence - Small Angle X-ray Scattering)を用いることができる。  ＧＩ−ＳＡＸＳは、例えば深さ２００ｎｍ以下のラインアンドスペース構造や、穴、突起の計測に適し、Ｔ−ＳＡＸＳは深さ２００ｎｍ以上の構造、例えば穴構造の穴径の計測に適している。なお、第１の検査装置は、Ｔ−ＳＡＸＳとＧＩ−ＳＡＸＳの両方を測定可能な装置構成とすることもできる。【００２０】  さらに、第１の検査装置は、Ｘ線検出器として２次元Ｘ線検出器を装備した構成とすることができる。これにより、迅速な測定が可能となる。【００２１】  一方、第２の検査装置は、例えば、光学式検査装置（ＯＣＤ）で構成することができる。また、第２の検査装置は、走査電子顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＳＥＭ）や、原子間力顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＡＦＭ）など、他の手法の装置を用いてもよい。【００２２】  第１の検査装置から出力される解析値としては、試料モデルにおける周期構造のピッチを含む構成とすることができる。  さらに具体的には、第１の検査装置から第２の検査装置へ受け渡す情報（解析値）としては、表面の形状にしたがって様々なパラメータが可能であるが、ラインアンドスペース構造においては、ピッチ、最小線幅（ＣＤ；Critical Dimension）、高さ、サイドウォールアングル（Side-Wall Angle）、ラウンドネス（Roundness）などが挙げられ、さらに各パラメータのばらつき情報も含まれる。  また、試料モデルにおける周期構造に穴の繰り返し構造を含む場合には、第１の検査装置から出力される解析値として、当該穴径を含む構成とすることもできる。【００２３】  以上説明したように、本発明の複��検査システムによれば、半導体素子など、基板上に多数の薄膜を積層した多層膜構造の素子形状を、高精度かつ多面的に解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る複合検査システムの第１の基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る複合検査システムの第２の基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る複合検査システムの第３の基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る複合検査システムの第４の基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る複合検査システムの第５の基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る第１の検査装置の全体構造を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６に示す第１の検査装置の正面図である。
【図８】図８Ａは、図６に示す第１の検査装置に組み込まれるＸ線照射ユニットの構成を模式的に示す側面図である。図８Ｂは、は同じく平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る第１の検査装置の他の構成例を模式的に示す正面図である。
【図１０】図１０は、図９に示す第１の検査装置の構成を模式的に示す右側面図である。
【図１１】図１１は、図９に示した第１の検査装置による測定動作を説明するための模式図である。
【図１２】図１２Ａは、図９に示す第１の検査装置に組み込まれるＸ線照射ユニットの構成を模式的に示す側面図である。図１２Ｂは、は同じく平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る第１の検査装置の制御系を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態に係る第１の検査装置の制御フローチャートである。
【図１５】図１５Ａは、検査対象であるラインアンドスペースパターンの形状を解析するためのパラメータを示す図である。図１５Ｂは、２重露光プロセスで作成したラインアンドスペースパターンの形状を解析するためのパラメータを示す図である。
【図１６】図１６Ａは、検査対象である深穴繰り返し構造の断面模式図である。図１６Ｂは、図１６Ａに示した断面模式図における一つの深穴の拡大図である。
【図１７】図１７は、ＣＤ−ＳＥＭ（第２の検査装置）による測定データの例を示す図である。
【図１８】図１８は、ＣＤ−ＳＥＭ（第２の検査装置）の観察像を、ＣＤ−ＳＡＸＳ（第１の検査装置）の形状モデルでフィットさせた利用例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】１０：試料台、１１：試料、２０：位置決め機構、３０：ゴニオメータ、３１：ゴニオメータ本体、３２：第１の旋回アーム、３３：第２の旋回アーム、４０：Ｘ線照射ユニット、４１：Ｘ線管、４２：第１のＸ線光学素子、４３：第２のＸ線光学素子、４４：集光スリット、４５：ユニット本体、４７：入射Ｘ線、４８：散乱Ｘ線、４９：透過Ｘ線、 ５０：Ｘ線検出器、６０：光学顕微鏡、１００：中央処理装置、１０１：ＸＧコントローラ、１０２：画像認識回路、１０３：フォーカスコントローラ、１０４：位置決めコントローラ、１０６：ゴニオコントローラ、１０７：計数制御回路、１１０：記憶部、２０１：操作部、２０２：表示部、２０３：通信部、３００：ライン、３０１：スペース、３０２：深穴
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。〔基本構成例と情報伝達系統〕  図１〜図５は本発明の実施形態に係る複合検査システムの基本構成例と情報伝達系統を模式的に示すブロック図である。  本実施形態に係る複合検査システムは、試料にＸ線を照射して得られたＸ線測定データに基づき試料を検査する第１の検査装置１と、Ｘ線を用いない測定手法により試料を検査する第２の検査装置２とを備えている。  第１の検査装置１としては、例えば、Ｘ線ナノ形状測定装置（ＣＤ−ＳＡＸＳ）が適用される。一方、第２の検査装置２としては、例えば、光学式検査装置（ＯＣＤ）や走査電子顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＳＥＭ）が適用される。【００２７】  図１〜図３に示す第１〜第３の基本構成例では、第１の検査装置１からの情報が第２の検査装置２へ出力される。第１の検査装置１から出力される情報としては、例えば、試料をＸ線測定して得られた測定データや当該Ｘ線測定データの解析結果に加え、測定対象の試料に関する情報（Carrier、Wafer情報）などが含まれる。  第１の検査装置１により解析された結果と試料情報（Carrier、Wafer情報）を第２の検査装置２へ伝達することにより、第２の検査装置２での高精度の解析が可能になる。【００２８】  すなわち、第２の検査装置２を構成するＯＣＤは、プローブに光を使用しているため、計測領域が小さい、スループットが早いなどの利点をもち、さらにモデリングとシミュレーションを用いて、半導体デバイスの複雑な立体構造を解析できる特徴を有するため、半導体製造工程においてインラインで計測するための検査装置として有効である。しかしながら、ＯＣＤは、ピッチ１０ｎｍ以下のスケールにおいては分解能の限界があり、半導体素子の微細化につれ解析が困難となっている。【００２９】  一方、第１の検査装置１を構成するＣＤ−ＳＡＸＳは、電子デバイス表面のナノメータスケールの形状を解析する検査装置として有効であり、しかも後述するＸ線照射ユニットを備えた構成によれば、半導体ウエーハ表面の１００マイクロメータ以下のテストパターンを測定するのに十分に強力なパワーを有する小型高輝度Ｘ線源を得ることができる。よって、かかる第１の検査装置１から出力された情報を利用することで、第２の検査装置２での高精度の解析が可能になる。【００３０】  ここで、図１に示す第１の基本構成例では、第１の検査装置１と第２の検査装置２を直接接続して情報を伝達している。ここで接続手段として、イーサネット（Ethernet＜登録商標＞）を用いているが、ＲＳ−２３２Ｃなどのシリアル伝送、光伝送、無線伝送など任意の伝送方法を用いることが可能である。【００３１】  図２に示す第２の基本構成例では、第１の検査装置１と第２の検査装置２とは解析サーバ３を介して接続されている。この基本構成例では、第１の検査装置１の結果を解析サーバ３に伝達している。第２の検査装置２が解析サーバ３から情報を得るようにしている。ここでも接続手段として、イーサネット（登録商標）を用いているが、ＲＳ−２３２Ｃなどのシリアル伝送、光伝送、無線伝送など任意の伝送方法を用いることが可能である。【００３２】  図３に示す第３の基本構成例では、第１の検査装置１と第２の検査装置２とは、半導体工場において工程制御をつかさどるホストコンピュータ４（Ｈｏｓｔ）を介して接続されている。この基本構成例では、第１の検査装置１の結果は、ホストコンピュータ４に伝達され、第２の検査装置２がホストコンピュータ４から情報を得るようにしている。通常３００ｍｍウエーハを用いる半導体製造工場では、ＧＥＭ３００と呼ばれる標準化プロトコルに従って情報を伝達している。ホストコンピュータ４のプログラミングを行えば、第１，第２の検査装置１，２の情報伝達が可能となる。【００３３】  一方、図４に示す第４の基本構成例では、第１の検査装置１と第２の検査装置２とが解析サーバ３に接続されており、解析サーバ３はさらにホストコンピュータ４に接続されている。この基本構成例では、第１の検査装置１の解析結果と、第２の検査装置２の測定データとを、それぞれ解析サーバ３に出力し、解析サーバ３によって、第２の検査装置２からの測定データの解析を実行するようにしている。解析結果は、この解析サーバ３からホストコンピュータ４に伝達される。【００３４】  例えば、第２の検査装置２としてＯＣＤを用いた場合には、１０ｎｍ以下の微細なピッチや多重露光のピッチの違いなどの微細な情報を解析することができない。第１の検査装置１によるこれら解析結果を用いることにより、はじめて正確な解析が可能となる。【００３５】  また、図５に示す第５の基本構成例では、第２の検査装置２からの情報が第１の検査装置１へ出力される。第２の検査装置２により解析された結果と試料情報（Carrier、Wafer情報）を伝達することにより、第１の検査装置１での高精度の解析が可能になる。【００３６】  第５の基本構成例では、第１の検査装置１と第２の検査装置２とは半導体工場において工程制御をつかさどるホストコンピュータ４（Ｈｏｓｔ）を介して接続されているが、第３の基本構成例と異なり、第２の検査装置２の結果を、ホストコンピュータ４に伝達している。通常３００ｍｍウエーハを用いる半導体製造工場では、ＧＥＭ３００と呼ばれる標準化プロトコルに従って情報を伝達している。ホストコンピュータ４のプログラミングを行えば、第１，第２の検査装置１，２の情報伝達が可能となる。【００３７】〔第２の検査装置に適用されるＯＣＤの概要〕  光学式検査装置（ＯＣＤ）は、半導体デバイスにおける、ライン＆スペース等の微細な繰り返しパターンの３次元形状計測に用いられる。【００３８】  ＯＣＤによる測定・解析手順は以下のとおりである。  まず、測定に先立ち、測定対象サンプルの詳細な構造、材料特性等のパラメータをインプットしたＯＣＤ固有のモデルを多数作成し、ライブラリとして記憶しておく。【００３９】  次に、測定対象サンプルに対し測定を行う。測定方法としては、偏光子を介して白色光源を測定対象サンプルに入射し、微細パターンにより散乱した光を検光子を介して分光器で検出して分光波形を測定する方法（分光エリプソメータ）、測定対象サンプル直上から光を入射し、当該測定対象サンプルの反射率を測定する方法（リフレクトメータ）など、いくつかの測定手法を複合することによって複雑な構造の測定を可能にしている。【００４０】  そして、測定により得られたスペクトル波形と、ＯＣＤモデルにより計算された波形を比較し、これらの波形が最も一致するものを測定対象サンプルの形状と判定する。  この判定結果に基づき、形状のビジュアル化を行い、各部の寸法を出力する。得られた結果をモデル作成にフィードバックし、解析精度を向上させていく。【００４１】  ＯＣＤの特長としては、上記のような解析手法をとるため、ライブラリ内のモデルに一致するパターンの測定範囲においては、効率のよい寸法計測が可能であり、半導体製造プロセスのインライン検査として適用されている。【００４２】  しかしながら、ＯＣＤは、以下に示すような欠点もある。  まず、ライブラリを作成するために多大なる時間がかかることである。また、ライブラリを作成するためにレファレンス用の実サンプルを多数枚用意する必要があり、工数や費用が多くかかる。【００４３】  また、測定部位周辺の材料や形状が異なると、その影響を受けてスペクトル波形が大きく変動するという性質がある。従って、プロセスの変動や製品の仕様変更があると、再度ライブラリ作成から始めなければならず、多大な労力がかかることになる。ゆえに、使用される材料や形状によっては、ＯＣＤが使えなくなる可能性もある。【００４４】  さらに、半導体の微細化は日々進展しており、１０ｎｍ以下の微細なパターンを測定すると、入射光の波長範囲からくる分解能の限界があり、正確な寸法測定が困難になる。【００４５】〔第２の検査装置に適用されるＣＤ−ＳＥＭの概要〕  走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた検査装置（ＣＤ−ＳＥＭ）は、半導体デバイスにおける微細パターンの２次元寸法測定の標準機として、半導体製造ラインに幅広く使われている。【００４６】  ＣＤ−ＳＥＭによる測定・解析手順は以下のとおりである。  すなわち、測定対象サンプルに対してＳＥＭ画像を取得し、その画像から測定対象サンプルの寸法を計算する。画像取得の原理は通常のＳＥＭと同じで、電子レンズを使って電子線を微小径に集束して測定対象サンプル上に走査させ、測定対象サンプルから放出される２次電子像および反射電子像を検出することで像を得る。寸法計算は、ＳＥＭ画像のコントラスト信号を利用する。画像上の寸法測定したい箇所のコントラスト分布（ラインプロファイル）を取得し、このラインプロファイルと画像倍率および測定区間の画素数から測定対象サンプルの寸法を算出する。【００４７】  ＣＤ−ＳＥＭは、光学式に比べ焦点深度が深くパターン底の寸法を正確に測ることができるなどのメリットがあるため、現状の半導体製造ラインにおける寸法測定の標準機として広く浸透している。【００４８】  しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭは、以下に示すような欠点もある。  ラインプロファイルからのエッジ部の取り方次第で、算出される寸法が変わってしまうため、測定結果の信頼性が低い。電子線が測定対象（特にレジスト等の有機物）を破壊してしまうおそれがある、深さ方向の寸法測定ができない。  ＣＤ−ＳＥＭには、このような欠点があるため、さらなる微細化や３次元化へ進展していくであろう今後の半導体デバイスの製造に対応しきれない可能性が高い。【００４９】〔第１の検査装置の全体構造例１（ＧＩ−ＳＡＸＳ）〕  図６は第１の検査装置の全体構造を示す斜視図、図７は��装置の正面図である。  第１の検査装置１は、試料台１０、位置決め機構２０、ゴニオメータ３０、Ｘ線照射ユニット４０、Ｘ線検出器５０、ＣＣＤカメラ等を装着した光学顕微鏡６０を備えている。【００５０】  試料台１０の上面には、検査対象となる半導体ウエーハ（試料）が配置され、位置決め機構２０によって駆動される。位置決め機構２０は、水平面内の直角２方向（Ｘ，Ｙ方向）へ移動自在な水平移動機構と、水平面と直交する上下方向（Ｚ方向）へ移動自在な昇降機構と、面内回転機構とを含み、試料台１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるとともに面内回転させて、その上面に配置された半導体ウエーハにおける任意の被測定部位を、照射Ｘ線の収束位置へ所定の向きに位置決めする機能を有している。【００５１】  ゴニオメータ３０は、ゴニオメータ本体３１に、第１，第２の旋回アーム（旋回部材）３２，３３を搭載している。各旋回アーム３２，３３は、図７の紙面に垂直な軸（θＳ軸、θＤ軸）を中心に、試料台の上面と直交する仮想平面に沿ってそれぞれ旋回する。ここで、第１の旋回アーム３２の水平位置からの旋回角度をθＳ、第２の旋回アーム３３の水平位置からの旋回角度をθＤとして、各旋回アーム３２，３３を旋回駆動させる。【００５２】  θＳ軸を中心に旋回する第１の旋回アーム３２には、Ｘ線照射ユニット４０が搭載してある。また、θＤ軸を中心に旋回する第２の旋回アーム３３にはＸ線検出器５０が搭載してある。【００５３】  Ｘ線照射ユニット４０は、Ｘ線管から発生したＸ線を、特定の波長の特性Ｘ線に単色化するとともに、一箇所に集光させる機能を有している。  Ｘ線照射ユニット４０からの特性Ｘ線が照射される位置が検査位置となり、試料台１０の上面に配置された試料の被測定部位は、位置決め機構２０によってこの検査位置へ位置決めされる。なお、検査位置は、試料台１０に配置された試料の表面と同一平面内に設定される。【００５４】  Ｘ線検出器５０は、Ｘ線反射率測定（ＸＲＲ）、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）の測定に用いられる。Ｘ線反射率測定によれば、膜表面での反射Ｘ線と、膜と基板との界面での反射Ｘ線の干渉を測定して膜厚や密度を導くため、膜厚でオングストロームオーダーの測定精度が得られる。  Ｘ線検出器５０としては、例えば、２次元Ｘ線検出器を用いて、ＴＤＩモードによるＸ線反射率測定や、スティル（Still）モードによる小角Ｘ線散乱測定を実施することもできる。  試料台１０に配置した試料（例えば、半導体ウエーハ）の被測定部位は、位置決め機構２０により試料台１０を移動させることで、光学顕微鏡６０の下方位置に配置される。そして、この位置から検査位置に向かって水平方向へ移動させることで、試料（例えば、半導体ウエーハ）の被測定部位が検査位置に位置決めされる。【００５５】〔Ｘ線照射ユニットの構成例１（ＧＩ−ＳＡＸＳ）〕  次に、Ｘ線照射ユニット４０の構成例を説明する。  図８Ａおよび図８Ｂは、反射式小角Ｘ線散乱装置（ＧＩ−ＳＡＸＳ）により第１の検査装置１を構成したときに好適なＸ線照射ユニット４０の構成例を模式的に示している。図８Ａは側面図、図８Ｂは平面図である。【００５６】  Ｘ線照射ユニット４０は、Ｘ線管４１、第１のＸ線光学素子４２、第２のＸ線光学素子４３、および集光スリット４４を含んでいる。第１および第２のＸ線光学素子４２，４３には、同じく表面に多層膜が形成された集光ミラーを用いる。これらの構成要素は、図示しないユニット本体に内蔵されている。ユニット本体は、第１の旋回アーム３２に搭載することができるコンパクトな寸法形状としてある。【００５７】  次に、Ｘ線の経路を説明する。Ｘ線管４１は、ターゲット上での電子線焦点サイズがφ１００μｍ以下、望ましくは２０μｍ以下のＸ線管球を用いる。ターゲット材料としては、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが選択できるが、特に銅（Ｃｕ）を用いれば高い角度分解能を有する小角散乱を測定することが可能である。【００５８】  Ｘ線管４１から出射したＸ線は、まず第１のＸ線光学素子４２に到達する。そして、第１のＸ線光学素子４２により散乱Ｘ線４８をＸ線検出器５０の位置に集光させる。このように散乱Ｘ線４８をＸ線検出器５０へ集光させる結果として、高い角度分解能の測定ができるようになる。【００５９】  次に、Ｘ線は第２のＸ線光学素子４３に入射し、垂直方向の集光が行われ、入射Ｘ線４７が試料１１の表面に集光される。これによっても、試料１１の表面に対してＸ線をすれすれに入射してＸ線反射率測定や小角Ｘ線散乱測定を行う際に、高い角度分解能の測定ができるようになる。【００６０】〔第１の検査装置の構成例２（Ｔ−ＳＡＸＳ）〕  図９は第１の検査装置の他の構成例を模式的に示す正面図、図１０は同じく右側面図である。  これらの図に示す第１の検査装置１は、透過式小角Ｘ線散乱装置（Ｔ−ＳＡＸＳ）に好適な構成となっている。【００６１】  これらの図に示す第１の検査装置１は、試料台１０、位置決め機構２０、ゴニオメータ３０、Ｘ線照射ユニット４０、Ｘ線検出器５０、ＣＣＤカメラ等を装着した光学顕微鏡６０を備えている。なお、図１０では、光学顕微鏡６０は省略してある。【００６２】  試料台１０の上面には、検査対象となる半導体ウエーハ（試料）が配置され、位置決め機構２０によって駆動される。位置決め機構２０は、水平面内の直角２方向（Ｘ，Ｙ方向）へ移動自在な水平移動機構と、水平面と直交する上下方向（Ｚ方向）へ移動自在な昇降機構と、面内回転機構とを含み、試料台１０をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるとともに面内回転させて、その上面に配置された半導体ウエーハにおける任意の被測定部位を、照射Ｘ線の収束位置へ所定の向きに位置決めする機能を有している。【００６３】  ゴニオメータ３０は、ゴニオメータ本体３１に、第１，第２の旋回アーム（旋回部材）３２，３３を搭載している。各旋回アーム３２，３３は、図１０の紙面に垂直な軸（θＳ軸、θＤ軸）を中心に、試料台の上面と直交する仮想平面に沿ってそれぞれ旋回する。ここで、第１の旋回アーム３２の水平位置からの旋回角度をθＳ、第２の旋回アーム３３の水平位置からの旋回角度をθＤとして、各旋回アーム３２，３３を旋回駆動させる。【００６４】  θＳ軸を中心に旋回する第１の旋回アーム３２には、Ｘ線照射ユニット４０が搭載してある。また、θＤ軸を中心に旋回する第２の旋回アーム３３にはＸ線検出器５０が搭載してある。【００６５】  図９および図１０に示す第１の検査装置���の構成例では、第１の旋回アーム３２の水平位置からの旋回角度θＳが、試料台１０の下方（すなわち−９０°）まで駆動できるようにしており、図１１に示すような透過Ｘ線４９の測定を可能としている。よって、かかる構成の第１の検査装置１は、透過式小角Ｘ線散乱装置（Ｔ−ＳＡＸＳ）に適用することができる。【００６６】  試料台１０および位置決め機構２０は、Ｘ線を透過させる必要があるため、Ｘ線吸収係数の小さい、カーボン、ボロンカーバイド、カプトンなどで形成するか、または空洞としてある。【００６７】  なお、図９において、位置決め機構２０および光学顕微鏡６０の支持機構の図示を省略しているが、それらの支持機構は、ゴニオメータの旋回アーム３２，３３およびＸ線照射ユニット４０、Ｘ線検出器５０などの周辺にある構成要素と干渉しない配置としている。【００６８】〔Ｘ線照射ユニットの構成例２（Ｔ−ＳＡＸＳ）〕  次に、Ｘ線照射ユニット４０の構成例を説明する。  図１２Ａおよび図１２Ｂは、透過式小角Ｘ線散乱装置（Ｔ−ＳＡＸＳ）により第１の検査装置１を構成したときに好適なＸ線照射ユニット４０の構成例を模式的に示している。図１２Ａは側面図、図１２Ｂは平面図である。【００６９】  これらの図に示すＸ線照射ユニット４０は、Ｘ線管４１と、第１のＸ線光学素子４２と、第２のＸ線光学素子４３と、集光スリット４４とを構成要素として含んでいる。第１および第２のＸ線光学素子４２，４３には、表面に多層膜が形成された集光ミラーを用いている。【００７０】  これらのＸ線光学素子４２，４３は、多層膜の劣化を防ぐために図示されていないハウジングに封入された構造としている。ハウジングは、内蔵されているＸ線光学素子４２，４３が位置ずれしたり変形したりしないよう、不要な応力がかからないような取付構造にしている。また、光学系の微調整が可能にするために、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸それぞれの方向に高精度な位置合わせができるような位置調整機構を設けてある。【００７１】  次に、Ｘ線管４１から出射したＸ線がＸ線検出器５０に到達するまでの経路を説明する。  まず、Ｘ線管４１としては、ターゲット上での電子線焦点サイズがφ１００μｍ以下、望ましくは２０μｍ以下のＸ線管球を用いる。ターゲット材料としては、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが選択できるが、透過式の場合、基板であるＳｉウェハを透過できるエネルギーの高いＸ線が必要なため、それを可能にするモリブデン（Ｍｏ）や銀（Ａｇ）を用いることが望ましい。【００７２】  Ｘ線管４１から出射したＸ線は、まず第１のＸ線光学素子４２に到達する。Ｘ線は、第１のＸ線光学素子４２によって、Ｘ線検出器５０の位置に焦点がくるように、水平方向（図１２Ｂにおいて紙面と平行な方向）に集光される。次に、第２のＸ線光学素子４３によって、同じくＸ線検出器５０の位置に焦点がくるように、垂直方向（図１２Ａにおいて紙面と平行な方向）に集光される。集光されたＸ線は測定試料に入射される。測定試料に形成された微細な溝や配線などによりＸ線は散乱され、試料を透過してＸ線検出器５０に到達する。【００７３】  上記のように第１および第２のＸ線光学素子４２，４３を用いてＸ線の光軸を制御する方式���、カークパトリック・バエズ法と呼ぶ。この方法の利点は、２つのミラーを独立して調整することができるので、焦点の形状制御の自由度が高いことである。別の方式としては、図示していないが、二つのミラーを一体化しアングル状（Ｌ字状）にしたものがあり、この方式を用いてもよい。このように二つのミラーを一体化しアングル状（Ｌ字状）にした方式は、サイド・バイ・サイド方式と呼ばれ、光学系をコンパクト化することができたり、アライメントがしやすいなどのメリットを有している。【００７４】〔第１の検査装置の制御系〕  図１３は第１の検査装置の制御系を示すブロック図である。  Ｘ線照射ユニット４０の制御は、ＸＧコントローラ１０１が実行する。  また、光学顕微鏡６０が捉えた試料の画像は、画像認識回路１０２で画像認識される。これら光学顕微鏡６０と画像認識回路１０２は、試料台１０に配置された試料の画像を観察する画像観察部を構成している。なお、光学顕微鏡６０の焦点位置はフォーカスコントローラ１０３によって調整される。【００７５】  位置決めコントローラ１０４は、光学顕微鏡６０で捉えられ、画像認識回路１０２により認識された試料の画像に基づいて位置決め機構２０を駆動制御する。  ゴニオメータ３０は、ゴニオコントローラ１０６によって駆動制御される。【００７６】  ＸＧコントローラ１０１、画像認識回路１０２、フォーカスコントローラ１０３、位置決めコントローラ１０４、ゴニオコントローラ１０６の各構成部は、中央処理装置（ＣＰＵ）１００から送られてくる設定情報に基づいてそれぞれ作動する。ここで、設定情報は、レシピとして、あらかじめ記憶部１１０に記憶されており、中央処理装置（ＣＰＵ）１００が読み出して上記各構成部に出力する。【００７７】  Ｘ線検出器５０は、計数制御回路１０７によって制御される。  また、第１の検査装置１は、装置の動作に必要な各種設定をオペレータが入力するためのキーボードやマウス等からなる操作部２０１を備えている。さらに、第１の検査装置１は、液晶ディスプレイ等で構成された表示部２０２と、ネットワーク経由してのデータ通信を実行する通信部２０３とを備えている。【００７８】〔第１の検査装置によるＸ線薄膜検査方法の実行手順〕  図１４は半導体ウエーハを検査対象とした第１の検査装置によるＸ線薄膜検査方法の実行手順を示すフローチャートである。【００７９】  記憶部１１０には、Ｘ線薄膜検査を実行するためのソフトウエアがあらかじめ記憶されており、中央処理装置（ＣＰＵ）１００はそのソフトウエアに従い、以下のような処理ステップを実行していく。【００８０】  試料台１０上に検査対象となる試料である半導体ウエーハを配置した後、まず半導体ウエーハの被測定部位を検査位置へ位置決めする（ステップＳ１）。  ここで、半導体ウエーハの表面には、光学顕微鏡６０からの画像情報により画像認識回路１０２が特定することができるユニークポイントが、レシピとしてあらかじめ記憶部１１０に設定してある。そして、そのユニークポイントを基準として、被測定部位の位置情報がレシピとしてあらかじめ記憶部１１０に設定してある。ユニークポイントとしては、例えば、半導体ウエーハの表面に形成される特徴的なパターン形状な���、画像認識回路１０２が判断に迷うことなく認識できる部位を設定する。【００８１】  画像認識回路１０２は、光学顕微鏡６０からの画像情報により、試料台１０に配置された半導体ウエーハの表面に設定されたユニークポイントを、光学顕微鏡６０からの画像情報により認識して特定する。【００８２】  次いで、画像認識回路１０２により認識されたユニークポイントを基準として、あらかじめ設定してある被測定部位の位置情報に基づき、位置決めコントローラ１０４が位置決め機構２０を駆動制御する。位置決め機構２０は、水平２方向（Ｘ−Ｙ方向）および高さ方向（Ｚ方向）に試料台１０を移動して、半導体ウエーハの被測定部位を検査位置へ配置する。なお、必要であれば面内回転機構により半導体ウエーハを面内回転して所定の向きに配置する。【００８３】  上述したように半導体ウエーハの被測定部を位置決めした後、Ｘ線による検査を実行し（ステップＳ２）、中央処理装置１００が検査データを解析して（ステップＳ３）、解析結果を出力する（ステップＳ４）。  以上の各ステップは半導体ウエーハに設定した被測定部位のすべてについて実行され（ステップＳ５）、すべての被測定部位の検査が終了した後に終了する。【００８４】〔第１の検査装置によるＧＩ−ＳＡＸＳ測定方法〕  次に、第１の検査装置１として反射式の小角Ｘ線散乱装置（ＧＩ−ＳＡＸＳ）を適用したときの、試料表面上の微細構造を計測する表面微細構造計測方法を説明する。  まず、測定したい断面に直交する方向からＸ線を入射できるように、試料台に試料を設置する。例えば、ラインパターンのような２次元の断面を計測する場合、ライン方向と入射Ｘ線の方向が平行になるように設置して測定を行う。例えば、ホールパターンやピラーパターンのような３次元の断面を計測する場合は、その面内対称性に応じて入射方位を複数選択できるように試料を配置して測定を行う。【００８５】  試料表面に対するＸ線入射角度は、全反射臨界角度の近傍とする。全反射臨界角度の近傍でＸ線を入射することにより、表面の微細構造を高感度で計測することができる。  試料表面の法線方向の微細構造情報を得るためには、試料表面の法線方向の散乱ベクトルを変化させる必要がある。これには試料表面に対する出射角度の大きい領域で回折条件を満足させる必要がある。これは、Ｘ線入射方向を測定したい断面と直交させて、試料を面内回転させることによって実現することができる。  Ｘ線回折パターンは、試料を面内回転させながら、２次元検出器で記録する。【００８６】〔第１の検査装置によるＴ−ＳＡＸＳ測定方法〕  次に、第１の検査装置１として透過式の小角Ｘ線散乱装置（Ｔ−ＳＡＸＳ）を適用したときの、試料表面上の微細構造を計測する表面微細構造計測方法を説明する。  まず、試料表面に垂直な方向からＸ線を入射できるように、試料台に試料を設置する。Ｘ線の入射方向が試料表面と垂直する場合、試料表面に平行な方向の構造を解析することができる。しかし、この場合、試料表面の法線方向の散乱ベクトルがほぼ０となるため、試料表面の法線方向の構造を解析することができない。【００８７】  そこで、試料表面の法線方向の構造を解析するためには、試料表面の法線方向の散乱ベクトルを変���させる必要がある。これは、Ｘ線の入射方向と試料表面を垂直にして、試料を面内回転させることによって実現することができる。  Ｘ線回折パターンは試料を回転させながら、２次元検出器で記録する。【００８８】  回転角度量を大きくすればするほど、試料表面の法線方向の散乱ベクトルを大きく変化させることが可能であり、試料表面の法線方向の実空間分解能を向上させることができる。その際の回転角度範囲は、スループットおよび解析精度を勘案して決定する。ここで、着目する断面方向に試料を回転させると、最小の回転角度量で効率良くデータを取得することができる。【００８９】〔第１の検査装置における測定データの解析方法〕  そして、所定の試料の周期的構造の単位構造体の形状を特定するパラメータにより、試料モデルを仮定し、シミュレーションでＸ線散乱強度を算出する。すなわち、表面上の微細構造により表面に垂直な方向に１または複数の層が形成される。それらの層内において、試料表面に平行な方向に単位構造体を周期的に配列している試料モデルを仮定し、それぞれの界面により屈折および反射されたＸ線の構造体による散乱を計算する。その計算結果に基づいて、試料モデルにより算出されるＸ線の散乱強度を、測定された散乱強度にフィッティングする。そして、フィッティングの結果、単位構造体の形状を特定するパラメータの最適値を決定する。【００９０】  図１５Ａは、検査対象であるラインアンドスペースパターンの形状を解析するためのパラメータを示す図である。同形状は、ライン３００とスペース３０１とが交互に繰り返し形成されている。ここでは、もっとも単純な場合として、ライン３００の高さ（Height）、最小線幅（ＣＤ；Critical Dimension）、ピッチ（Pitch）、側壁角（Side-Wall Angle）、上部ラウンド（Top Round）、底部ラウンド（Bottom Round）を定義している。実際の形状に合わせて、楕円、直線、曲線等の幾何学図形を組み合わせて、任意の形状を表現することが可能である。【００９１】  図１５Ｂは、２重露光プロセスで作成したラインアンドスペースパターンの形状を解析するためのパラメータを示す図である。多重露光では、フォトリソグラフィの分解能の限界を超えるため、複数回の露光を繰り返す方法である。さらにセルフ・アラインと呼ばれる方法を組み合わせて、１０ｎｍ以下の微細構造を形成する方法が提案されている。  本発明の第１の検査装置１を用いれば、単一のピッチに加え、複数のフォトリソグラフィプロセスのずれも計測することが可能である。【００９２】  さらに、図１６Ａは、検査対象である深穴繰り返し構造の断面模式図を示す。図１６Ｂは、図１６Ａに示した断面模式図における一つの深穴の拡大図である。プロセス管理の観点から、深穴３０２の形状を計測することが重要であるが、第１の検査装置１により、穴径を計測することが可能である。【００９３】〔第２の検査装置における測定データの解析方法〕  図１７は、走査電子顕微鏡を用いた検査装置（ＣＤ−ＳＥＭ）による測定データの例を示す図である。第２の検査装置２として、ＣＤ−ＳＥＭを用いることで、例えば、同図に示すような半導体基板上に形成されたパターン形状（測定対象）の観察像を測定データとして得ることができる。【００９４】  こ��測定データから、パターン形状の平面上の相対寸法を認識することが可能となる。例えば、図１７に示すＣＤ−ＳＥＭの観察像から、図１８に示すように、Ｘ座標の寸法ＬｘとＹ座標の寸法Ｌｙとの相対比Ｌｘ／Ｌｙや、Ｘ座標の寸法Ｌｘと部分寸法Ｒｘとの相対比Ｒｘ／Ｌｘ、Ｙ座標の寸法Ｌｙと部分寸法Ｒｙとの相対比Ｒｙ／Ｌｙ等を求めることができる。【００９５】〔第２の検査装置おける第１の検査装置からの出力値の利用例〕まず、第２の検査装置２としてＯＣＤを用いた場合の第１の検査装置（ＣＤ−ＳＡＸＳ）からの出力の利用例を以下に記す。ＯＣＤは、先に述べたように、測定部位周辺の材料や形状が異なると、その影響を受けてスペクトル波形が大きく変動するという性質がある。従って、大きく異なるスペクトル波形が得られたとき、それが形状の変動なのかあるいは外乱による影響なのかを区別するのは困難である。そこで、本発明を用いることによりこの問題を克服する。ＯＣＤで測定を行い、取得したスペクトル波形が、例えばＯＣＤモデルで算出されたいずれのデータとも一致しないなど異常値を示した場合、ＣＤ−ＳＡＸＳのデータと比較を行う。もし、ＣＤ−ＳＡＸＳのデータが正常な値であるときは、ＯＣＤの結果は外乱による異常値として処理する。ＣＤ−ＳＡＸＳの値も異常であれば、形状異常として処理する。ＣＤ−ＳＡＸＳデータは、代表点を予め測定しておいてもよいし、ＯＣＤデータに異常が見られたときに対象部分を測定する手順でもよい。いずれにしてもＣＤ−ＳＡＸＳのデータをＯＣＤ検査に利用することになる。この方法により、ＯＣＤの検査精度の向上、異常原因の特定が容易にできるようになる。【００９６】次に、第２の検査装置２としてＣＤ−ＳＥＭを用いた場合のＣＤ−ＳＡＸＳからの出力値の利用例を説明する。前述の通り、ＣＤ−ＳＥＭは取得したラインプロファイルからエッジを検出することでＣＤを算出するが、エッジ部の取り方次第で算出される寸法が変わってしまうため測定結果の信頼性が低いという課題がある。本発明によれば、ＣＤ−ＳＡＸＳの出力値を利用してＣＤ−ＳＥＭの測定精度を高めることで本課題を解決することが可能である。まず、ＣＤ−ＳＡＸＳで対象試料のある部分を測定する。次にＣＤ−ＳＥＭで同じ部分を測定しラインプロファイルを取得する。これら２つのデータを照らし合わせ、ＣＤ−ＳＥＭのラインプロファイルのどの部分がＣＤ−ＳＡＸＳデータでのエッジ部分に相当するかを検証し、これをＣＤ値と規定する。以降はＣＤ−ＳＥＭで測定を継続する。このような手法により、高精度かつ高効率にＣＤの検査を実行することができる。【００９７】  上述したように、第２の検査装置２は、第１の検査装置１からの出力値（第１の検査装置１から入力したＸ線測定データまたは当該Ｘ線測定データの解析結果を含む）を利用して、検査結果を検証することもできる。すなわち、第２の検査装置２において第１の検査装置１からの出力値等を利用する構成の本発明にあって、第２の検査装置２が「試料を検査する」は、検査結果を検証する等の操作（工程）を含む広い概念である。【００９８】〔第１の検査装置おける第２の検査装置からの出力値の利用例〕  図１７に示したＣＤ−ＳＥＭ（第２の検査装置２���の観察像を、図１８に示すように、ＣＤ−ＳＡＸＳ（第１の検査装置１）の形状モデルでフィットさせ、当該形状モデルを利用して、測定対象となる半導体基板上に形成されたパターン形状の輪郭位置を推定する。そして、推定した輪郭位置に基づいて、ＣＤ−ＳＡＸＳによる測定と測定結果のデータ解析を実行して、例えば、寸法Ｌｙを算出する。この算出結果と、各寸法の相対比Ｌｘ／ＬｙとＲｙ／Ｌｙにより、寸法ＬｘやＲｙを算出することができ、さらにＲｘも算出することができる。また、ＣＤ−ＳＡＸＳにより、測定対象のパターン形状に対し、その深さ寸法も解析することができる。【００９９】  ＣＤ−ＳＥＭ（第２の検査装置２）の観察像を利用することで、測定対象となる半導体基板上に形成されたパターン形状の輪郭位置を推定することができるので、測定範囲や測定回数を減らして、スループットを向上させることができる。【０１００】  また、第１の検査装置１においても、第２の検査装置２からの出力値（第２の検査装置２から入力したＸ線測定データまたは当該Ｘ線測定データの解析結果を含む）を利用して、検査結果を検証することができる。すなわち、第１の検査装置１において第２の検査装置２からの出力値等を利用する構成の本発明にあっても、第１の検査装置１の「試料を検査する」は、検査結果を検証する等の操作（工程）を含む広い概念である。【０１０１】  なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。
【図１】
2018016430.tif 000003
【図２】
2018016430.tif 000004
【図３】
2018016430.tif 000005
【図４】
2018016430.tif 000006
【図５】
2018016430.tif 000007
【図６】
2018016430.tif 000008
【図７】
2018016430.tif 000009
【図８】
2018016430.tif 000010
【図９】
2018016430.tif 000011
【図１０】
2018016430.tif 000012
【図１１】
2018016430.tif 000013
【図１２】
2018016430.tif 000014
【図１３】
2018016430.tif 000015
【図１４】
2018016430.tif 000016
【図１５】
2018016430.tif 000017
【図１６】
2018016430.tif 000018
【図１７】
2018016430.tif 000019
【図１８】
2018016430.tif 000020
【国際調査報告】
2018016430.tif 000021
2018016430.tif 000022
2018016430.tif 000023
2018016430.tif 000024