3D構造デバイスの特性評価

トレンチ形状検査装置（MBIR）は、正確なFTIR測定システムに、1～20μmのスペクトル範囲と、多層膜・構造からの反射スペクトルのモデルベース分析機能を組み合わせた検査装置です。赤外波長域は、3Dエッチング構造の測定に独自の強みがあり、この利点はすでに、メモリーコンデンサ、パワーデバイストレンチ、分離トレンチなどの様々な構造に対して、MBIRアプリケーションとして活用されています。

赤外線ベースのメトロロジーの主な強みの1つは、複雑な周期構造のモデリングを簡単に行えることです。構造のピッチより高い波長帯では、光は、有効屈折率を持つ均質媒質であるかのように構造内で伝播されます。これを、有効媒質近似（EMA）を用いて、トレンチ構造の形状とその膜材料の屈折率から計算できます。トレンチ幅などの構造パラメータが深さによって変化する場合、それは、各層が独自の有効屈折率を持つ複数の層からなる積層としてモデリングされます。したがって、複雑なエッチング構造の光学的応答をモデリングする際の問題を、多層積層モデリングなどのより単純な問題へと緩和ができます。

このポイントを理解するために、図1に示す例を参照してください。この図は、シリコンにエッチングされた正方形トレンチのアレイの45度入射とS偏光のスペクトルのシミュレーションを示しています。トレンチは、深さ1ミクロン、ピッチ0.25ミクロン、幅0.125ミクロンです。図は、厳密結合波解析（RCWA）を用いた正確な計算と、Maxwell-GarnettのEMAを用いた単純な計算の両方を示しています。約10,000cm^-1（1ミクロンの波長）に示されている垂直線は、「回折限界」（最初の透過回折次数が出現する場所）を表しています。回折限界の右側にある短波長域には、スキャトロメトリーで典型的な、より複雑なスペクトルがあります。回折限界の左側にある赤外域には、回折の効果はありません。スペクトルは、トレンチ構造の上部と下部からの反射光の干渉から生じる干渉縞の規則的なパターンで構成されています。図に示すとおり、干渉縞はEMA法で十分に近似できます。トレンチの深さや幅などの構造のパラメータは、干渉縞の周期と振幅から容易に得られます。このように、長波長測定手法により、3Dエッチング構造の測定が非常に簡単に行えます。メリットとしては、解析モデリングが簡単なことのみでなく、赤外線スペクトル自体がかなり単純であり、スペクトルと構造のパラメータとの関係を簡単に理解できるという利点もあります。