基板計測方法
【課題】異なるピッチの周期的構造を持つ基板について、高精度かつ効率的な形状計測を可能とする基板計測方法を提供すること。
【解決手段】実施の形態の基板計測方法によれば、第１のピッチで形成された第１の周期的構造と、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２の周期的構造と、を含む計測対象について、シミュレーションにより、第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、が算出される。第１の周期的構造及び第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、第１の周期的構造による散乱プロファイルが抽出される。第１の周期的構造及び第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分が、第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出される。
【解決手段】実施の形態の基板計測方法によれば、第１のピッチで形成された第１の周期的構造と、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２の周期的構造と、を含む計測対象について、シミュレーションにより、第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、が算出される。第１の周期的構造及び第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、第１の周期的構造による散乱プロファイルが抽出される。第１の周期的構造及び第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分が、第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、基板計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、高性能化の達成のために、回路パターンの微細化が進行している。回路パターンの微細化に伴って、回路パターンの計測に要求される精度は厳しさを増している。従来の半導体プロセスでは、周期的構造を構成する単位構造体について、主に幅や高さなど、比較的大まかな寸法が管理の対象とされてきた。その一方で、回路パターンの微細化が進行するに従って、側壁角、トップラウンディングと呼ばれる単位構造体上部の丸み、ボトムラウンディングと呼ばれる単位構造体下部の丸みなど、形状の詳細な寸法についても厳密に計測する必要が生じている。
【０００３】
構造体の断面形状を精密に観察するものとして、例えば、走査型電子顕微鏡（断面ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、スキャトロメトリ、ＣＤ−ＳＡＸＳ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｍａｌｌ Ａｎｇｌｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が知られている。これらのうち、Ｘ線小角散乱を利用して表面形状を計測するＣＤ−ＳＡＸＳは、非破壊及び非接触で、微細形状に対する良好な感度が得られる観点から、微細な回路パターンの計測に適しているといえる。
【０００４】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、回路パターンに対して例えば０．４度程度以下の小さい仰角でＸ線を入射させることから、Ｘ線の照射面積は比較的大きくならざるを得ない。そのため、互いに異なるピッチの周期的構造が基板に存在する場合、あるピッチの周期的構造を計測対象としても、計測対象以外の周期的構造もＸ線の照射領域に含まれることがあり得る。
【０００５】
Ｘ線の散乱プロファイルは、周期的構造のピッチや単位構造体の断面形状によって異なる。異なるピッチの周期的構造が形成された複数の領域がＸ線の照射領域に含まれる場合、領域ごとの異なる散乱プロファイルが混合することになる。計測対象としている周期的構造による散乱プロファイルに、計測対象以外の周期的構造による散乱プロファイルが混合する場合、計測対象である周期的構造についての計測精度が低下することになる。Ｘ線のスポット径の縮小等の措置によって、計測対象である周期的構造に照射領域を限定することも、計測対象の領域が小さいほど困難である。ピッチが異なる複数の周期的構造を合わせたシミュレーションにより散乱プロファイルを算出し、実測した散乱プロファイルとのフィッティングを一括して試みるとすると、形状パラメータの数が多くなるため、フィッティングの効率や精度が低下することが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５０５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施の形態は、異なるピッチの周期的構造を持つ基板について、高精度かつ効率的な形状計測を可能とする基板計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態によれば、基板計測方法は、周期的構造を構成する単位構造体の断面形状モデルを設定することを含む。基板計測方法は、前記断面形状モデルを設定した周期的構造について、当該周期的構造からの散乱による電磁波の散乱強度の分布を表す散乱プロファイルをシミュレーションにより算出することを含む。基板計測方法は、計測対象とする周期的構造が形成された基板へ、前記基板の基準面に平行な面内における方位角を変化させながら電磁波を入射させて、前記計測対象から散乱した前記電磁波を検出することを含む。基板計測方法は、前記シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、前記電磁波の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価することを含む。第１の周期的構造と第２の周期的構造とを含む計測対象について、前記シミュレーションにより、前記第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、が算出される。前記第１の周期的構造は、第１のピッチで形成されている。前記第２の周期的構造は、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成されている。前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルが抽出される。抽出された当該散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングが実施される。前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分が、前記第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出される。算出された当該散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングが実施される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る基板計測方法に使用する基板計測装置の模式図である。
【図２】図２は、検出器の斜視概略構成を示す図である。
【図３】図３は、半導体基板及びラインパターンの一部分の断面模式図である。
【図４】図４は、断面形状モデルを表した図である。
【図５】図５は、二次元の散乱プロファイルの例を示す図である。
【図６】図６は、異なるピッチの周期的構造が形成された２つの領域にＸ線の照射領域が形成された状態を示す図である。
【図７】図７は、方位角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。
【図８】図８は、仰角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る基板計測方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る基板計測方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る基板計測方法に使用する基板計測装置の模式図である。本実施の形態に係る基板計測方法は、基板上の周期的構造で散乱させたＸ線による干渉パターンから、パターン形状を再構築する手法を採用する。
【００１２】
基板計測装置は、Ｘ線光源３及び検出器４を含む光学系と、半導体基板１が載置されるステージ５と、演算手段であるＰＣ１０とを備える。図１（ａ）において、ステージ５は、半導体基板１が載置された状態における側面構成として示している。図１（ｂ）において、ステージ５は、半導体基板１が載置された側から見た平面構成として示している。
【００１３】
半導体基板１は、周期的構造であるラインパターンを構成する複数の単位構造体２が設けられている。単位構造体２は、所定方向を長手方向とするライン状に形成されている。ここで、半導体基板１のうちラインパターンが形成された面を基準面とする。ステージ５は、基準面に平行な面内において回転可能に構成されている。
【００１４】
Ｘ線光源３は、例えば、０．０５ｎｍから０．５ｎｍのうちのいずれかを波長とするＸ線を射出する。Ｘ線光源３は、基板計測のための電磁波を射出する電磁波射出部として機能する。Ｘ線光源３は、例えば、ＣｕＫα線を発生させるＣｕ（銅）の対陰極を備える回転陽極型Ｘ線管と、発生させたＸ線の焦点を合わせる凹面鏡とを備える。Ｘ線光源３は、基準面に対してＸ線が例えば０．４度以下の傾きで入射するように配置されている。ＰＣ１０は、検出器４からの信号の演算処理を実行する。
【００１５】
図２は、検出器４の斜視概略構成を示す図である。検出器４は、二次元方向へ配列させた複数の受光部６を備える。受光部６は、Ｘ線を検出する検出素子として機能する。検出器４は、二次元方向におけるＸ線の強度分布を検出する。検出器４は、ラインパターンから広く散乱したＸ線を検出可能とするために、ステージ５上の半導体基板１から十分離れた位置に配置される。
【００１６】
図３は、半導体基板１及びラインパターンの一部分の断面模式図である。図示する断面は、単位構造体２の長手方向に垂直な面とする。単位構造体２の断面形状モデルは、各形状パラメータの値により設定される。形状パラメータは、単位構造体２の幅（ＣＤ）、基準面Ａから単位構造体２の最上部までの高さ（ＨＴ）、側壁部７と基準面Ａとがなす側壁角（ＳＷＡ）、トップラウンディング及びボトムラウンディングとする。
【００１７】
トップラウンディングは、単位構造体２のうち基準面Ａ側とは反対側の肩落ち状部分８の曲率あるいは曲率半径とする。ボトムラウンディングは、単位構造体２のうち基準面Ａ側の裾引き状部分９の曲率あるいは曲率半径とする。側壁部７は、肩落ち状部分８及び裾引き状部分９の間の壁状部分である。
【００１８】
ラインパターンへ照射したＸ線は、ラインパターンで反射し、散乱する。ここで、基準面Ａに平行な面内における角度を方位角、基準面Ａに垂直な面内における角度を仰角とする。Ｘ線は、単位構造体２の長手方向に対して平行に近い方位角、かつ例えば０．４度程度の仰角をなして、ラインパターンへ入射する。ラインパターンで散乱したＸ線同士が干渉することにより、方位角方向（基準面Ａに平行な方向）に回折ピークが現れ、仰角方向（基準面Ａに垂直な方向）には回折ピークごとに干渉縞が現れる。
【００１９】
散乱プロファイルは、ラインパターンからの散乱によるＸ線の散乱強度の分布を表す。干渉縞を含む散乱プロファイルは、光学条件、ラインパターンの断面形状及び材料を基にして計算することが可能である。光学条件とは、ラインパターンへ入射するＸ線の波長、入射方位角、入射仰角、ラインパターンから散乱するＸ線の散乱方位角及び散乱仰角とする。断面形状とは、単位構造体２の断面の輪郭形状であって、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングの各形状パラメータの関数として表される。Ｘ線の散乱プロファイルは、かかる断面形状を表す関数をフーリエ変換することにより算出される。
【００２０】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、断面形状モデルから二次元の散乱プロファイルをシミュレーションにより算出し、実際の計測によって得られたプロファイルとの比較により、断面形状の計測結果を求める。ここで、二次元の散乱プロファイルの計算について説明する。本実施の形態では、二次元の散乱プロファイルは、単位構造体２の断面形状モデルから求められた形状因子（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）を用いて算出する。
【００２１】
図４は、断面形状モデルを表した図である。断面形状モデルの式（Ｚ＝ｚ（Ｘ，Ｙ））は、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディングの曲率半径（ＲＴ）及びボトムラウンディングの曲率半径（ＲＢ）に基づいて求められる。次に、断面形状モデルの式Ｚを代入して、形状因子Ｆを計算する。形状因子Ｆは、電子が存在するところ（電子密度ρｅ＝ρ１≠０）を空間積分することにより、以下に示すように求められる。なお、散乱ベクトル（Ｑ＝（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ））には、光学条件（入射角α、出射角β）を代入する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
Ｘ線回折強度は、形状因子Ｆとラインパターンの繰り返し周期とに基づき、以下に示すように求められる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
なお、Ｘ線回折条件として、以下の関係を満たすものとする（但し、ｈは整数、ｄはラインパターンのピッチとする）。
Ｑｙ＝２πｈｄ Ｑｘ＝０
ｒｅ＝２．８１８×１０−１５ｍ （電子の古典半径）
【００２６】
このようにして、Ｘ線回折強度を、出射角β、回転角θごとに計算することにより、二次元の散乱プロファイルが求められる。形状パラメータの値を変化させると、干渉縞におけるＸ線の強度、干渉縞の周期や形状が変化することにより、散乱プロファイルには差異が生じる。
【００２７】
図５は、二次元の散乱プロファイルの例を示す図である。図５に示す散乱プロファイルは、出射角（散乱仰角）を縦軸、回折角（散乱方位角）を横軸として表している。散乱プロファイルは、図５に破線で囲んで示すように、縦方向（仰角方向）に表れる散乱強度分布と横方向（方位角方向）に表れる散乱強度分布とについて注目するものとする。
【００２８】
図６は、異なるピッチの周期的構造が形成された２つの領域にＸ線の照射領域が形成された状態を示す図である。ここでは、互いに異なるピッチのラインパターンが形成された第１の領域１１と第２の領域１２とに跨る照射領域１３が形成される場合を例とする。
【００２９】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、計測対象に対して例えば０．４度程度以下の小さい仰角でＸ線を入射させることから、Ｘ線の照射面積は比較的大きくならざるを得ない。そのため、仮に第１の領域１１のラインパターンを計測対象とする場合であっても、第１の領域１１のラインパターンのみならず、計測対象ではない第２の領域１２のラインパターンも照射領域１３に含まれることがあり得る。
【００３０】
例えば、第１の領域１１のラインパターン（第１のラインパターン）のピッチは４０ｎｍ、第２の領域１２のラインパターン（第２のラインパターン）のピッチは２０ｎｍであって、双方のラインパターンには同じ強度のＸ線が入射しているとする。Ｘ線は、第１のラインパターンと第２のラインパターンとでそれぞれ散乱する。この場合、検出器４は、第１のラインパターンで散乱したＸ線と、第２のラインパターンで散乱したＸ線とを同時に検出することになる。
【００３１】
図７は、方位角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。方位角方向については、ラインパターンのピッチ幅を反映した回折ピークが表れる。ここでは、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合における観測値に、４０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布と、２０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布とを重ねて表している。強度分布は、いずれも回折ピークをプロットして表している。４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合、４０ｎｍピッチのラインパターンによる偶数次の回折ピークと２０ｎｍの回折ピークとが、重なって観測される。
【００３２】
図８は、仰角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。仰角方向については、ラインパターンの高さを反映した干渉縞が現れ、回折ピークごとの散乱プロファイルが得られる。ここでは、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとで同時に散乱した場合における観測値に、４０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布と、２０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布とを重ねて表している。
【００３３】
図８には、４０ｎｍのラインパターンについては４次回折光の強度分布、２０ｎｍのラインパターンについては２次回折光の強度分布をそれぞれプロットして表している。４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合、４０ｎｍのラインパターンによる４次回折光の強度分布と、２０ｎｍのラインパターンによる２次回折光の強度分布とが、重なって観測される。
【００３４】
このように、第１のラインパターンと第２のラインパターンとを同時にＸ線が照射する場合、ピッチが異なる２つのラインパターンに起因する散乱プロファイルが混合した状態で観測されることとなる。この場合、観測した散乱プロファイルを従来と同様にそのまま解析しても、高精度な形状計測を実現することは困難である。Ｘ線のスポット径の縮小等の措置によって、計測対象である周期的構造に照射領域を限定することも困難である。第１のラインパターンと第２のラインパターンとを合わせたシミュレーションにより散乱プロファイルを算出し、実測した散乱プロファイルとのフィッティングを一括して行うとすると、形状パラメータの数が多くなることで、フィッティングの効率低下や、精度低下が問題となる。
【００３５】
図９は、本実施の形態に係る基板計測方法の手順を示すフローチャートである。半導体基板１は、第１のピッチで形成された第１のラインパターンと、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２のラインパターンとを含むものとする。第１のラインパターンと第２のラインパターンは、計測対象である。第１のピッチは４０ｎｍ、第２のピッチは２０ｎｍとする。
【００３６】
ステップＳ１では、第１のラインパターンと第２のラインパターンとについて、シミュレーションの対象とする単位構造体２の断面形状モデルを設定する。ステップＳ２では、ステップＳ１での設定に基づくシミュレーションにより、第１のラインパターンについての散乱プロファイルと、第２のラインパターンについての散乱プロファイルとを算出する。
【００３７】
ステップＳ３では、第１のラインパターン及び第２のラインパターンで散乱したＸ線の検出により、散乱プロファイルを実測する。半導体基板１が載置されたステージ５を回転させながらラインパターンへＸ線を入射させることで、ラインパターンに対するＸ線の入射方位角を変化させる。ラインパターンに対するＸ線の入射方位角を変化させることにより、さまざまな回折条件での散乱光が取得可能となる。基板計測装置の計測レシピには、ステージ５を回転させる方位角範囲と回転速度とが対応付けられて指定されている。
【００３８】
検出器４は、第１のラインパターン及び第２のラインパターンで反射し方位角方向と仰角方向とへ散乱したＸ線を検出する。検出器４によるＸ線の検出結果からは、Ｘ線の強度分布を表す二次元散乱強度画像が作成される。検出器４の各受光部６では、入射したＸ線による露光を継続させることで、Ｘ線による信号強度が積算される。Ｘ線の強度分布は、計測レシピに基づいて積算時間が変わるごとにＰＣ１０に取り込まれ、単位時間当たりの強度分布に変換される。ＰＣ１０は、単位時間当たりの強度分布を加算することにより、二次元散乱強度画像を得る。ＰＣ１０は、得られた二次元散乱強度画像から、方位角方向についての散乱プロファイルと仰角方向とについての散乱プロファイルとを算出する。ステップＳ３では、第１のラインパターンによる散乱プロファイルと第２のラインパターンによる散乱プロファイルとの和を実測する。
【００３９】
ステップＳ４では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出する。ここでは、例えば、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する。
【００４０】
例えば、図７に示す方位角方向についての散乱強度分布の例では、ピッチ４０ｎｍの偶数次の回折ピークはピッチ２０ｎｍの回折ピークと重なって観測される。ピッチ４０ｎｍの奇数次の回折ピークは、ピッチ２０ｎｍの回折ピークと重ならずに観測される。この場合、ステップＳ４では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならずに現れる奇数次の回折ピークを抽出する。仰角方向についても、第１のラインパターンと第２のラインパターンとで回折ピークが重ならない部分が観測される場合に、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する。
【００４１】
ステップＳ５では、ステップＳ４で抽出した散乱プロファイルと、第１のラインパターンについてステップＳ２でシミュレーションした散乱プロファイルとのフィッティングを実施する。このフィッティングは、ステップＳ４にて抽出した回折次数について実施する。なお、ステップＳ４では、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する場合に限られない。例えば、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルの推測値を抽出することとしても良い。
【００４２】
ステップＳ６では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルと、ステップＳ５で抽出された散乱プロファイルとの差分を、第２のラインパターンによる散乱プロファイルとして算出する。ステップＳ７では、ステップＳ６で算出した散乱プロファイルと、第２のラインパターンについてステップＳ２でシミュレーションした散乱プロファイルとのフィッティングを実施する。
【００４３】
次に、シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、Ｘ線の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価する。ステップＳ８では、第１のラインパターンについてのシミュレーションによる散乱プロファイル及び第２のラインパターンについてのシミュレーションによる散乱プロファイルの和と、第１のラインパターン及び第２のラインパターンについてステップＳ３にて実測した散乱プロファイルとの誤差が最小であるか否かを判断する。
【００４４】
ステップＳ８において誤差が最小ではないと判断した場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、ステップＳ９において、第１のラインパターンと第２のラインパターンとについて、シミュレーションの対象とする単位構造体２の断面形状モデルを設定する。断面形状モデルは、ステップＳ５及びステップＳ７でのフィッティングの結果に応じて調整される。ステップＳ１０では、ステップＳ９での設定に基づくシミュレーションにより、第１のラインパターンについての散乱プロファイルと、第２のラインパターンについての散乱プロファイルとを算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ４に戻り、ステップＳ１０で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出する。ここでは、第１のラインパターン及び第２のラインパターンについてステップＳ３にて実測した散乱プロファイルから、前回のステップＳ６にて第２のラインパターンについて算出した散乱プロファイルを差し引くことにより、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出することとしても良い。ステップＳ４からステップＳ７の手順の後、ステップＳ８において再びフィッティングの誤差を評価する。
【００４６】
計測を開始した当初は、ステップＳ５、ステップＳ７におけるフィッティングのサンプリング点が少ないことや、ラインパターンごとの散乱プロファイルの分離が不十分であること等により、断面形状の割り出しは精度が低く大まかなものとなる。ステップＳ４からステップＳ１０の手順を繰り返すうちに、断面形状を割り出す精度を向上させていく。
【００４７】
ステップＳ４からステップＳ１０の手順を繰り返した後、ステップＳ８において誤差が最小であると判断した場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、このときの第１のラインパターンの断面形状モデルの形状パラメータの値と、第２のラインパターンの断面形状モデルの形状パラメータの値とを、計測結果とする（ステップＳ１１）。以上により、基板計測を終了する。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、Ｘ線を小角で入射させ、互いに異なるピッチのラインパターンによる散乱プロファイルが混合する場合でも、上記の手順により分離された散乱プロファイルを解析することで、断面形状の高精度かつ効率的な計測が可能となる。形状計測の精度の向上により、半導体装置の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４９】
本実施の形態の基板計測方法は、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍのラインパターンとを計測対象とする場合を例としているが、互いに異なるピッチのラインパターンが計測対象である場合であれば適用可能である。互いに異なるピッチのラインパターンの散乱プロファイルは、ピッチの公約数の回折次数において重なりが生じることとなる。本実施の形態のように、ラインパターンのピッチが２対１の関係である場合、ピッチが長いほうのラインパターンによる偶数次の回折ピークと、ピッチが短いほうのラインパターンによる回折ピークとが重なることとなる。
【００５０】
ラインパターンのピッチがいずれの長さである場合も、実測した散乱プロファイルからは、ピッチが長いほうのラインパターンによる散乱プロファイルを先に抽出することが望ましい。例えば、方位角方向についての散乱プロファイルでは、ピッチが長いほうのラインパターンのほうが、重ならずに観測される回折ピークが多くなる。ピッチが長いほうのラインパターンによる散乱プロファイルの抽出を先に実施することで、フィッティングのためのサンプリング点をできるだけ多く確保することが可能となり、フィッティングの精度を高めることができる。
【００５１】
本実施の形態は、例えば１００ｎｍ以下のピッチの周期的構造の計測に適用可能であって、特に、微細な単位構造体からなる周期的構造の計測に有用である。基板計測に使用される電磁波は、Ｘ線である場合に限られず、散乱光の干渉により回折パターンを生じさせるものであればいずれの波長の電磁波であっても良い。
【００５２】
断面形状モデルの形状パラメータは、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングを全て含む場合に限られず、これらの少なくともいずれかを含む場合であれば良いものとする。また、形状パラメータは、本実施の形態で説明するものに限られない。形状パラメータとしては、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングの他、基準面Ａからの深さ、ラインエッジラフネス、ライン幅ラフネス、高さラフネス等を採用しても良い。これらの各形状パラメータは、断面形状モデルの関数に用いることが可能である。
【００５３】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 半導体基板、２ 単位構造体、３ Ｘ線光源、４ 検出器、５ ステージ、７ 側壁部、Ａ 基準面。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、基板計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、高性能化の達成のために、回路パターンの微細化が進行している。回路パターンの微細化に伴って、回路パターンの計測に要求される精度は厳しさを増している。従来の半導体プロセスでは、周期的構造を構成する単位構造体について、主に幅や高さなど、比較的大まかな寸法が管理の対象とされてきた。その一方で、回路パターンの微細化が進行するに従って、側壁角、トップラウンディングと呼ばれる単位構造体上部の丸み、ボトムラウンディングと呼ばれる単位構造体下部の丸みなど、形状の詳細な寸法についても厳密に計測する必要が生じている。
【０００３】
構造体の断面形状を精密に観察するものとして、例えば、走査型電子顕微鏡（断面ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、スキャトロメトリ、ＣＤ−ＳＡＸＳ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｓｍａｌｌ Ａｎｇｌｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が知られている。これらのうち、Ｘ線小角散乱を利用して表面形状を計測するＣＤ−ＳＡＸＳは、非破壊及び非接触で、微細形状に対する良好な感度が得られる観点から、微細な回路パターンの計測に適しているといえる。
【０００４】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、回路パターンに対して例えば０．４度程度以下の小さい仰角でＸ線を入射させることから、Ｘ線の照射面積は比較的大きくならざるを得ない。そのため、互いに異なるピッチの周期的構造が基板に存在する場合、あるピッチの周期的構造を計測対象としても、計測対象以外の周期的構造もＸ線の照射領域に含まれることがあり得る。
【０００５】
Ｘ線の散乱プロファイルは、周期的構造のピッチや単位構造体の断面形状によって異なる。異なるピッチの周期的構造が形成された複数の領域がＸ線の照射領域に含まれる場合、領域ごとの異なる散乱プロファイルが混合することになる。計測対象としている周期的構造による散乱プロファイルに、計測対象以外の周期的構造による散乱プロファイルが混合する場合、計測対象である周期的構造についての計測精度が低下することになる。Ｘ線のスポット径の縮小等の措置によって、計測対象である周期的構造に照射領域を限定することも、計測対象の領域が小さいほど困難である。ピッチが異なる複数の周期的構造を合わせたシミュレーションにより散乱プロファイルを算出し、実測した散乱プロファイルとのフィッティングを一括して試みるとすると、形状パラメータの数が多くなるため、フィッティングの効率や精度が低下することが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５０５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施の形態は、異なるピッチの周期的構造を持つ基板について、高精度かつ効率的な形状計測を可能とする基板計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態によれば、基板計測方法は、周期的構造を構成する単位構造体の断面形状モデルを設定することを含む。基板計測方法は、前記断面形状モデルを設定した周期的構造について、当該周期的構造からの散乱による電磁波の散乱強度の分布を表す散乱プロファイルをシミュレーションにより算出することを含む。基板計測方法は、計測対象とする周期的構造が形成された基板へ、前記基板の基準面に平行な面内における方位角を変化させながら電磁波を入射させて、前記計測対象から散乱した前記電磁波を検出することを含む。基板計測方法は、前記シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、前記電磁波の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価することを含む。第１の周期的構造と第２の周期的構造とを含む計測対象について、前記シミュレーションにより、前記第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、が算出される。前記第１の周期的構造は、第１のピッチで形成されている。前記第２の周期的構造は、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成されている。前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルが抽出される。抽出された当該散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングが実施される。前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分が、前記第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出される。算出された当該散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングが実施される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る基板計測方法に使用する基板計測装置の模式図である。
【図２】図２は、検出器の斜視概略構成を示す図である。
【図３】図３は、半導体基板及びラインパターンの一部分の断面模式図である。
【図４】図４は、断面形状モデルを表した図である。
【図５】図５は、二次元の散乱プロファイルの例を示す図である。
【図６】図６は、異なるピッチの周期的構造が形成された２つの領域にＸ線の照射領域が形成された状態を示す図である。
【図７】図７は、方位角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。
【図８】図８は、仰角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る基板計測方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る基板計測方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る基板計測方法に使用する基板計測装置の模式図である。本実施の形態に係る基板計測方法は、基板上の周期的構造で散乱させたＸ線による干渉パターンから、パターン形状を再構築する手法を採用する。
【００１２】
基板計測装置は、Ｘ線光源３及び検出器４を含む光学系と、半導体基板１が載置されるステージ５と、演算手段であるＰＣ１０とを備える。図１（ａ）において、ステージ５は、半導体基板１が載置された状態における側面構成として示している。図１（ｂ）において、ステージ５は、半導体基板１が載置された側から見た平面構成として示している。
【００１３】
半導体基板１は、周期的構造であるラインパターンを構成する複数の単位構造体２が設けられている。単位構造体２は、所定方向を長手方向とするライン状に形成されている。ここで、半導体基板１のうちラインパターンが形成された面を基準面とする。ステージ５は、基準面に平行な面内において回転可能に構成されている。
【００１４】
Ｘ線光源３は、例えば、０．０５ｎｍから０．５ｎｍのうちのいずれかを波長とするＸ線を射出する。Ｘ線光源３は、基板計測のための電磁波を射出する電磁波射出部として機能する。Ｘ線光源３は、例えば、ＣｕＫα線を発生させるＣｕ（銅）の対陰極を備える回転陽極型Ｘ線管と、発生させたＸ線の焦点を合わせる凹面鏡とを備える。Ｘ線光源３は、基準面に対してＸ線が例えば０．４度以下の傾きで入射するように配置されている。ＰＣ１０は、検出器４からの信号の演算処理を実行する。
【００１５】
図２は、検出器４の斜視概略構成を示す図である。検出器４は、二次元方向へ配列させた複数の受光部６を備える。受光部６は、Ｘ線を検出する検出素子として機能する。検出器４は、二次元方向におけるＸ線の強度分布を検出する。検出器４は、ラインパターンから広く散乱したＸ線を検出可能とするために、ステージ５上の半導体基板１から十分離れた位置に配置される。
【００１６】
図３は、半導体基板１及びラインパターンの一部分の断面模式図である。図示する断面は、単位構造体２の長手方向に垂直な面とする。単位構造体２の断面形状モデルは、各形状パラメータの値により設定される。形状パラメータは、単位構造体２の幅（ＣＤ）、基準面Ａから単位構造体２の最上部までの高さ（ＨＴ）、側壁部７と基準面Ａとがなす側壁角（ＳＷＡ）、トップラウンディング及びボトムラウンディングとする。
【００１７】
トップラウンディングは、単位構造体２のうち基準面Ａ側とは反対側の肩落ち状部分８の曲率あるいは曲率半径とする。ボトムラウンディングは、単位構造体２のうち基準面Ａ側の裾引き状部分９の曲率あるいは曲率半径とする。側壁部７は、肩落ち状部分８及び裾引き状部分９の間の壁状部分である。
【００１８】
ラインパターンへ照射したＸ線は、ラインパターンで反射し、散乱する。ここで、基準面Ａに平行な面内における角度を方位角、基準面Ａに垂直な面内における角度を仰角とする。Ｘ線は、単位構造体２の長手方向に対して平行に近い方位角、かつ例えば０．４度程度の仰角をなして、ラインパターンへ入射する。ラインパターンで散乱したＸ線同士が干渉することにより、方位角方向（基準面Ａに平行な方向）に回折ピークが現れ、仰角方向（基準面Ａに垂直な方向）には回折ピークごとに干渉縞が現れる。
【００１９】
散乱プロファイルは、ラインパターンからの散乱によるＸ線の散乱強度の分布を表す。干渉縞を含む散乱プロファイルは、光学条件、ラインパターンの断面形状及び材料を基にして計算することが可能である。光学条件とは、ラインパターンへ入射するＸ線の波長、入射方位角、入射仰角、ラインパターンから散乱するＸ線の散乱方位角及び散乱仰角とする。断面形状とは、単位構造体２の断面の輪郭形状であって、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングの各形状パラメータの関数として表される。Ｘ線の散乱プロファイルは、かかる断面形状を表す関数をフーリエ変換することにより算出される。
【００２０】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、断面形状モデルから二次元の散乱プロファイルをシミュレーションにより算出し、実際の計測によって得られたプロファイルとの比較により、断面形状の計測結果を求める。ここで、二次元の散乱プロファイルの計算について説明する。本実施の形態では、二次元の散乱プロファイルは、単位構造体２の断面形状モデルから求められた形状因子（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）を用いて算出する。
【００２１】
図４は、断面形状モデルを表した図である。断面形状モデルの式（Ｚ＝ｚ（Ｘ，Ｙ））は、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディングの曲率半径（ＲＴ）及びボトムラウンディングの曲率半径（ＲＢ）に基づいて求められる。次に、断面形状モデルの式Ｚを代入して、形状因子Ｆを計算する。形状因子Ｆは、電子が存在するところ（電子密度ρｅ＝ρ１≠０）を空間積分することにより、以下に示すように求められる。なお、散乱ベクトル（Ｑ＝（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ））には、光学条件（入射角α、出射角β）を代入する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
Ｘ線回折強度は、形状因子Ｆとラインパターンの繰り返し周期とに基づき、以下に示すように求められる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
なお、Ｘ線回折条件として、以下の関係を満たすものとする（但し、ｈは整数、ｄはラインパターンのピッチとする）。
Ｑｙ＝２πｈｄ Ｑｘ＝０
ｒｅ＝２．８１８×１０−１５ｍ （電子の古典半径）
【００２６】
このようにして、Ｘ線回折強度を、出射角β、回転角θごとに計算することにより、二次元の散乱プロファイルが求められる。形状パラメータの値を変化させると、干渉縞におけるＸ線の強度、干渉縞の周期や形状が変化することにより、散乱プロファイルには差異が生じる。
【００２７】
図５は、二次元の散乱プロファイルの例を示す図である。図５に示す散乱プロファイルは、出射角（散乱仰角）を縦軸、回折角（散乱方位角）を横軸として表している。散乱プロファイルは、図５に破線で囲んで示すように、縦方向（仰角方向）に表れる散乱強度分布と横方向（方位角方向）に表れる散乱強度分布とについて注目するものとする。
【００２８】
図６は、異なるピッチの周期的構造が形成された２つの領域にＸ線の照射領域が形成された状態を示す図である。ここでは、互いに異なるピッチのラインパターンが形成された第１の領域１１と第２の領域１２とに跨る照射領域１３が形成される場合を例とする。
【００２９】
ＣＤ−ＳＡＸＳでは、計測対象に対して例えば０．４度程度以下の小さい仰角でＸ線を入射させることから、Ｘ線の照射面積は比較的大きくならざるを得ない。そのため、仮に第１の領域１１のラインパターンを計測対象とする場合であっても、第１の領域１１のラインパターンのみならず、計測対象ではない第２の領域１２のラインパターンも照射領域１３に含まれることがあり得る。
【００３０】
例えば、第１の領域１１のラインパターン（第１のラインパターン）のピッチは４０ｎｍ、第２の領域１２のラインパターン（第２のラインパターン）のピッチは２０ｎｍであって、双方のラインパターンには同じ強度のＸ線が入射しているとする。Ｘ線は、第１のラインパターンと第２のラインパターンとでそれぞれ散乱する。この場合、検出器４は、第１のラインパターンで散乱したＸ線と、第２のラインパターンで散乱したＸ線とを同時に検出することになる。
【００３１】
図７は、方位角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。方位角方向については、ラインパターンのピッチ幅を反映した回折ピークが表れる。ここでは、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合における観測値に、４０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布と、２０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布とを重ねて表している。強度分布は、いずれも回折ピークをプロットして表している。４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合、４０ｎｍピッチのラインパターンによる偶数次の回折ピークと２０ｎｍの回折ピークとが、重なって観測される。
【００３２】
図８は、仰角方向についての散乱強度分布の例を表した図である。仰角方向については、ラインパターンの高さを反映した干渉縞が現れ、回折ピークごとの散乱プロファイルが得られる。ここでは、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとで同時に散乱した場合における観測値に、４０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布と、２０ｎｍピッチのラインパターン単独での散乱による強度分布とを重ねて表している。
【００３３】
図８には、４０ｎｍのラインパターンについては４次回折光の強度分布、２０ｎｍのラインパターンについては２次回折光の強度分布をそれぞれプロットして表している。４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍピッチのラインパターンとでＸ線が同時に散乱した場合、４０ｎｍのラインパターンによる４次回折光の強度分布と、２０ｎｍのラインパターンによる２次回折光の強度分布とが、重なって観測される。
【００３４】
このように、第１のラインパターンと第２のラインパターンとを同時にＸ線が照射する場合、ピッチが異なる２つのラインパターンに起因する散乱プロファイルが混合した状態で観測されることとなる。この場合、観測した散乱プロファイルを従来と同様にそのまま解析しても、高精度な形状計測を実現することは困難である。Ｘ線のスポット径の縮小等の措置によって、計測対象である周期的構造に照射領域を限定することも困難である。第１のラインパターンと第２のラインパターンとを合わせたシミュレーションにより散乱プロファイルを算出し、実測した散乱プロファイルとのフィッティングを一括して行うとすると、形状パラメータの数が多くなることで、フィッティングの効率低下や、精度低下が問題となる。
【００３５】
図９は、本実施の形態に係る基板計測方法の手順を示すフローチャートである。半導体基板１は、第１のピッチで形成された第１のラインパターンと、第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２のラインパターンとを含むものとする。第１のラインパターンと第２のラインパターンは、計測対象である。第１のピッチは４０ｎｍ、第２のピッチは２０ｎｍとする。
【００３６】
ステップＳ１では、第１のラインパターンと第２のラインパターンとについて、シミュレーションの対象とする単位構造体２の断面形状モデルを設定する。ステップＳ２では、ステップＳ１での設定に基づくシミュレーションにより、第１のラインパターンについての散乱プロファイルと、第２のラインパターンについての散乱プロファイルとを算出する。
【００３７】
ステップＳ３では、第１のラインパターン及び第２のラインパターンで散乱したＸ線の検出により、散乱プロファイルを実測する。半導体基板１が載置されたステージ５を回転させながらラインパターンへＸ線を入射させることで、ラインパターンに対するＸ線の入射方位角を変化させる。ラインパターンに対するＸ線の入射方位角を変化させることにより、さまざまな回折条件での散乱光が取得可能となる。基板計測装置の計測レシピには、ステージ５を回転させる方位角範囲と回転速度とが対応付けられて指定されている。
【００３８】
検出器４は、第１のラインパターン及び第２のラインパターンで反射し方位角方向と仰角方向とへ散乱したＸ線を検出する。検出器４によるＸ線の検出結果からは、Ｘ線の強度分布を表す二次元散乱強度画像が作成される。検出器４の各受光部６では、入射したＸ線による露光を継続させることで、Ｘ線による信号強度が積算される。Ｘ線の強度分布は、計測レシピに基づいて積算時間が変わるごとにＰＣ１０に取り込まれ、単位時間当たりの強度分布に変換される。ＰＣ１０は、単位時間当たりの強度分布を加算することにより、二次元散乱強度画像を得る。ＰＣ１０は、得られた二次元散乱強度画像から、方位角方向についての散乱プロファイルと仰角方向とについての散乱プロファイルとを算出する。ステップＳ３では、第１のラインパターンによる散乱プロファイルと第２のラインパターンによる散乱プロファイルとの和を実測する。
【００３９】
ステップＳ４では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出する。ここでは、例えば、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する。
【００４０】
例えば、図７に示す方位角方向についての散乱強度分布の例では、ピッチ４０ｎｍの偶数次の回折ピークはピッチ２０ｎｍの回折ピークと重なって観測される。ピッチ４０ｎｍの奇数次の回折ピークは、ピッチ２０ｎｍの回折ピークと重ならずに観測される。この場合、ステップＳ４では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならずに現れる奇数次の回折ピークを抽出する。仰角方向についても、第１のラインパターンと第２のラインパターンとで回折ピークが重ならない部分が観測される場合に、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する。
【００４１】
ステップＳ５では、ステップＳ４で抽出した散乱プロファイルと、第１のラインパターンについてステップＳ２でシミュレーションした散乱プロファイルとのフィッティングを実施する。このフィッティングは、ステップＳ４にて抽出した回折次数について実施する。なお、ステップＳ４では、第１のラインパターンによる回折ピークのうち第２のラインパターンによる回折ピークとは重ならない部分を抽出する場合に限られない。例えば、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルの推測値を抽出することとしても良い。
【００４２】
ステップＳ６では、ステップＳ３で実測した散乱プロファイルと、ステップＳ５で抽出された散乱プロファイルとの差分を、第２のラインパターンによる散乱プロファイルとして算出する。ステップＳ７では、ステップＳ６で算出した散乱プロファイルと、第２のラインパターンについてステップＳ２でシミュレーションした散乱プロファイルとのフィッティングを実施する。
【００４３】
次に、シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、Ｘ線の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価する。ステップＳ８では、第１のラインパターンについてのシミュレーションによる散乱プロファイル及び第２のラインパターンについてのシミュレーションによる散乱プロファイルの和と、第１のラインパターン及び第２のラインパターンについてステップＳ３にて実測した散乱プロファイルとの誤差が最小であるか否かを判断する。
【００４４】
ステップＳ８において誤差が最小ではないと判断した場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、ステップＳ９において、第１のラインパターンと第２のラインパターンとについて、シミュレーションの対象とする単位構造体２の断面形状モデルを設定する。断面形状モデルは、ステップＳ５及びステップＳ７でのフィッティングの結果に応じて調整される。ステップＳ１０では、ステップＳ９での設定に基づくシミュレーションにより、第１のラインパターンについての散乱プロファイルと、第２のラインパターンについての散乱プロファイルとを算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ４に戻り、ステップＳ１０で実測した散乱プロファイルから、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出する。ここでは、第１のラインパターン及び第２のラインパターンについてステップＳ３にて実測した散乱プロファイルから、前回のステップＳ６にて第２のラインパターンについて算出した散乱プロファイルを差し引くことにより、第１のラインパターンによる散乱プロファイルを抽出することとしても良い。ステップＳ４からステップＳ７の手順の後、ステップＳ８において再びフィッティングの誤差を評価する。
【００４６】
計測を開始した当初は、ステップＳ５、ステップＳ７におけるフィッティングのサンプリング点が少ないことや、ラインパターンごとの散乱プロファイルの分離が不十分であること等により、断面形状の割り出しは精度が低く大まかなものとなる。ステップＳ４からステップＳ１０の手順を繰り返すうちに、断面形状を割り出す精度を向上させていく。
【００４７】
ステップＳ４からステップＳ１０の手順を繰り返した後、ステップＳ８において誤差が最小であると判断した場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、このときの第１のラインパターンの断面形状モデルの形状パラメータの値と、第２のラインパターンの断面形状モデルの形状パラメータの値とを、計測結果とする（ステップＳ１１）。以上により、基板計測を終了する。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、Ｘ線を小角で入射させ、互いに異なるピッチのラインパターンによる散乱プロファイルが混合する場合でも、上記の手順により分離された散乱プロファイルを解析することで、断面形状の高精度かつ効率的な計測が可能となる。形状計測の精度の向上により、半導体装置の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４９】
本実施の形態の基板計測方法は、４０ｎｍピッチのラインパターンと２０ｎｍのラインパターンとを計測対象とする場合を例としているが、互いに異なるピッチのラインパターンが計測対象である場合であれば適用可能である。互いに異なるピッチのラインパターンの散乱プロファイルは、ピッチの公約数の回折次数において重なりが生じることとなる。本実施の形態のように、ラインパターンのピッチが２対１の関係である場合、ピッチが長いほうのラインパターンによる偶数次の回折ピークと、ピッチが短いほうのラインパターンによる回折ピークとが重なることとなる。
【００５０】
ラインパターンのピッチがいずれの長さである場合も、実測した散乱プロファイルからは、ピッチが長いほうのラインパターンによる散乱プロファイルを先に抽出することが望ましい。例えば、方位角方向についての散乱プロファイルでは、ピッチが長いほうのラインパターンのほうが、重ならずに観測される回折ピークが多くなる。ピッチが長いほうのラインパターンによる散乱プロファイルの抽出を先に実施することで、フィッティングのためのサンプリング点をできるだけ多く確保することが可能となり、フィッティングの精度を高めることができる。
【００５１】
本実施の形態は、例えば１００ｎｍ以下のピッチの周期的構造の計測に適用可能であって、特に、微細な単位構造体からなる周期的構造の計測に有用である。基板計測に使用される電磁波は、Ｘ線である場合に限られず、散乱光の干渉により回折パターンを生じさせるものであればいずれの波長の電磁波であっても良い。
【００５２】
断面形状モデルの形状パラメータは、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングを全て含む場合に限られず、これらの少なくともいずれかを含む場合であれば良いものとする。また、形状パラメータは、本実施の形態で説明するものに限られない。形状パラメータとしては、ＣＤ、ＨＴ、ＳＷＡ、トップラウンディング及びボトムラウンディングの他、基準面Ａからの深さ、ラインエッジラフネス、ライン幅ラフネス、高さラフネス等を採用しても良い。これらの各形状パラメータは、断面形状モデルの関数に用いることが可能である。
【００５３】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 半導体基板、２ 単位構造体、３ Ｘ線光源、４ 検出器、５ ステージ、７ 側壁部、Ａ 基準面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的構造を構成する単位構造体の断面形状モデルを設定し、
前記断面形状モデルを設定した周期的構造について、当該周期的構造からの散乱による電磁波の散乱強度の分布を表す散乱プロファイルをシミュレーションにより算出し、
計測対象とする周期的構造が形成された基板へ、前記基板の基準面に平行な面内における方位角を変化させながら電磁波を入射させて、前記計測対象から散乱した前記電磁波を検出し、
前記シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、前記電磁波の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価すること、を含み、
第１のピッチで形成された第１の周期的構造と、前記第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２の周期的構造と、を含む前記計測対象について、
前記シミュレーションにより、前記第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、を算出し、
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルを抽出して、抽出した当該散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングを実施し、
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分を、前記第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出して、算出した当該散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングを実施することを特徴とする基板計測方法。
【請求項２】
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による回折ピークのうち前記第２の周期的構造による回折ピークとは重ならない部分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の基板計測方法。
【請求項３】
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルから、前記第２の周期的構造について算出した散乱プロファイルである前記差分を差し引くことにより、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルを抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板計測方法。
【請求項４】
前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイル及び前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルの和と、前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差が最小となるときの、前記第１の周期的構造の前記断面形状モデルの形状パラメータの値と、前記第２の周期的構造の前記断面形状モデルの形状パラメータの値とを計測結果とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板計測方法。
【請求項５】
前記形状パラメータは、前記単位構造体の幅、前記単位構造体の前記基準面からの高さ或いは深さ、前記単位構造体の側壁部と前記基準面とがなす側壁角、前記単位構造体のうち前記基準面側のボトムラウンディング、及び前記基準面側とは反対側のトップラウンディング、の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載の基板計測方法。
【請求項１】
周期的構造を構成する単位構造体の断面形状モデルを設定し、
前記断面形状モデルを設定した周期的構造について、当該周期的構造からの散乱による電磁波の散乱強度の分布を表す散乱プロファイルをシミュレーションにより算出し、
計測対象とする周期的構造が形成された基板へ、前記基板の基準面に平行な面内における方位角を変化させながら電磁波を入射させて、前記計測対象から散乱した前記電磁波を検出し、
前記シミュレーションにより算出した散乱プロファイルと、前記電磁波の検出により実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差を評価すること、を含み、
第１のピッチで形成された第１の周期的構造と、前記第１のピッチより小さい第２のピッチで形成された第２の周期的構造と、を含む前記計測対象について、
前記シミュレーションにより、前記第１の周期的構造についての散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての散乱プロファイルと、を算出し、
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造から散乱した電磁波の検出により実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルを抽出して、抽出した当該散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングを実施し、
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルと、前記第１の周期的構造について抽出された散乱プロファイルとの差分を、前記第２の周期的構造による散乱プロファイルとして算出して、算出した当該散乱プロファイルと、前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルとのフィッティングを実施することを特徴とする基板計測方法。
【請求項２】
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルから、前記第１の周期的構造による回折ピークのうち前記第２の周期的構造による回折ピークとは重ならない部分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の基板計測方法。
【請求項３】
前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルから、前記第２の周期的構造について算出した散乱プロファイルである前記差分を差し引くことにより、前記第１の周期的構造による散乱プロファイルを抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板計測方法。
【請求項４】
前記第１の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイル及び前記第２の周期的構造についての前記シミュレーションによる散乱プロファイルの和と、前記第１の周期的構造及び前記第２の周期的構造について実測した散乱プロファイルとのフィッティングによる誤差が最小となるときの、前記第１の周期的構造の前記断面形状モデルの形状パラメータの値と、前記第２の周期的構造の前記断面形状モデルの形状パラメータの値とを計測結果とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板計測方法。
【請求項５】
前記形状パラメータは、前記単位構造体の幅、前記単位構造体の前記基準面からの高さ或いは深さ、前記単位構造体の側壁部と前記基準面とがなす側壁角、前記単位構造体のうち前記基準面側のボトムラウンディング、及び前記基準面側とは反対側のトップラウンディング、の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載の基板計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１８３９（Ｐ２０１２−２１８３９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８７１９（Ｐ２０１０−１５８７１９）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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