[发明专利]图案测量装置以及测量方法

说明书

本发明的目的在于提供一种图案测量装置以及测量方法，不管深槽、深孔的形成精度如何，均能够高精度地测量深度以及测量立体形状。因此，在本发明的测量装置中，检测通过照射产生的来自图案的反射电子，将来自上述图案的上表面、底面和侧壁的反射电子信号强度进行比较，根据上述上表面和下表面的高度差，计算上述侧壁的立体形状(或高度信息)。将上述计算出的上述侧壁的立体形状与根据初级电子束的强度分布(开口角度)推定出的侧壁的立体形状进行比较，根据上述比较差，校正推定出的侧壁的立体形状，进行上述校正直到比较差达到允许值为止。

技术领域

本发明涉及一种半导体晶圆等的图案的测量装置和测量方法。

背景技术

以往，在半导体设备中为了使存储器的容量增大以及降低比特成本而进行着微型化、高集成化等。近年来，对高集成化的要求较高，正在开发和制造替代微型化的结构的立体结构设备。

通过使平面结构立体化，设备整体具有变厚的倾向。随之，例如在3D-NAND、DRAM的结构中，层积膜的层数增加，在形成孔、槽等的工序中，孔、槽的平面尺寸与深度之比(厚宽比(aspect ratio))也具有变大的倾向。

例如为了获知孔径50nm～100nm、深度3μm以上这种厚宽比非常大的孔、槽的立体形状，切断晶圆并测定截面形状，由此能够得到准确的截面形状，但是在调查晶圆面内的均匀性时，费工夫和成本。因此，除了孔的顶部与底部尺寸以外，还需要一种非破坏性高精度地测量图案截面形状或立体形状的方法。

在此，将在以电子显微镜等为代表的显微镜中不会破坏晶圆而观察立体形状的一般的方法大致分类为立体观察和自上而下观察这两种方法。

例如在专利文献1所记载的立体观察中，使试样台或电子束倾斜，改变电子束相对于试样的相对入射角度，根据与来自上表面的照射不同的多个图像来测量图案高度、侧壁的倾斜角度等的形状。

另外，在专利文献2中记载了以下方法：当深孔、深槽的厚宽比变大时，从底部发射的二次电子(SE：secondary electron，通常，能量大致定义为50eV以下。)的检测效率降低，因此在测量孔底尺寸时并不有效。另一方面，通过高能的初级电子生成的反射电子(BSE：backscattered electron，还被称为反向散射电子。通常，能量大致定义为50eV以上。)从孔底到试样表面的量与二次电子相比相对较多。因此，在测定尺寸时较有效，使用孔越深则BSE信号量越少这种现象，测量孔底深度。

关于厚宽比较大的图案，难以控制孔槽侧壁、底部形状，有时形成锥形、弓形(bowing)、曲折(twisting)的形状。因此，认为不仅是孔、槽的上下尺寸而且截面形状也是重要的评价项目。另外，以较高水平要求晶圆面内均匀性，检查和测量面内分布而向半导体的制造工序(例如蚀刻装置)进行反馈是提高成品率的关键。

然而，在专利文献1中需要以多个角度进行测量，存在测量时间延长、分析方法变得复杂等问题。而且，仅能够得到图案的边缘(端)的信息，因此无法测量连续的立体形状。

另外，在专利文献2中公开了以下情况：以标准试样、孔深度为已知的实测数据为基准，测量槽、孔底部的高度。

即，在专利文献1和2中说明了用于进行立体结构的试样观察、测定的方法，但是并未考虑由相同孔内部的相对高度、连续的立体形状以及初级电子束的强度分布引起测定精度降低的消除方法。另外，电子扫描显微镜中的初级电子束具有有限的开口角度，因此在与焦点位置不同的高度横向电子束的强度分布发生变化。特别是，在深孔、深槽的情况下，其效果变得显著，还有可能无法区别从上表面、底面以及侧壁产生的电子这一情况也通过发明人的实验而得以明确。

现有技术文献

专利文献1：日本特表2003-517199号公报

专利文献2：日本特开2015-106530号公报

发明内容