JP2003294436A

JP2003294436A - 統合測定方法およびシステム

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Publication number: JP2003294436A
Application number: JP2003011822A
Authority: JP
Inventors: Sylvain G Muckenhirn; シルヴェイン・ジー・マッケンハーン
Original assignee: FEI Co
Current assignee: FEI Co
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP4490043B2; EP1329686A3; US20060185424A1; EP1329686A2; US6986280B2; US20030168594A1

Abstract

(57)【要約】【課題】積算光学機器と個別フィーチャ測定機器の両
方を１つのシステムに含む表面分析システムを提供する
こと。【解決手段】積算光学機器には、スキャタロメータな
どがあり、個別フィーチャ測定機器には、走査プローブ
顕微鏡または走査電子顕微鏡などのビーム撮像システム
がある。好ましい実施形態では、２つの機器は、共通の
ステージ上に保持されたウエハを特徴付けることができ
る。ステージは、ウエハの同じ領域を、ステージの１つ
の位置のスキャタロメータによって特徴付け、かつ走査
プローブ顕微鏡またはビーム撮像システムによって特徴
付けることを可能にするように、所定の変位量可動とす
ることが可能である。スキャタロメータは、ウエハを迅
速に測定して、問題が存在するかを判定し、走査プロー
ブ顕微鏡は、スキャタロメータによってフラグが立てら
れたウエハについて、詳細な測定を実施することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、微視的な
表面フィーチャ（特徴）を測定するためのシステムに関
し、具体的には、スキャタロメータなどの積算光学機器
と、走査プローブ顕微鏡または走査電子顕微鏡など、個
別のフィーチャを測定する器具との統合に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度な集積回路を製作するには、極度に
小さい、精密なフィーチャを半導体ウエハの上に形成す
る必要がある。そのようなフィーチャは、通常、まずフ
ォトレジストの仮層におけるフォトリソグラフィ・プロ
セスによって形成され、次いで、フォトレジストのフィ
ーチャを使用して、永続的な構造が、ウエハ上に創出さ
れる。例えば、孔を絶縁層に形成し、後に導電物質で充
填して、回路の層間に接続部を創出する。また、トレン
チ（溝）を絶縁層に形成し、後に導電物質で充填して、
キャパシタを形成する。薄い導電線のグループを形成し
て、チップの１つの領域から他の領域へ信号を搬送する
バスを作成する。導体のグループは、各導体の幅とピッ
チ、すなわち導体間の距離とによって特徴付けられる。

【０００３】半導体処理の精度要件が増大するにつれ、
絶えず製作プロセスを監視して、製作プロセスが、厳密
な要件を満たしていることを保証する必要がある。いく
つかの場合では、製作ラインを通過する各ウエハは、イ
ンライン計量と呼ばれる方法で測定される。技術者は、
仮フォトレジスト層上のフィーチャと、ウエハ上に創出
された永続的なフィーチャの両方を監視することが可能
である。ウエハ上のフィーチャは３次元構造であり、完
全な特徴付けは、ホールまたは導体の先端幅などの表面
の寸法だけでなく、フィーチャの完全な３次元プロファ
イルをも記述しなければならない。例えば、理想的なフ
ィーチャは、通常、垂直の側壁を有するが、実際の側壁
は、上面より下のフィーチャを狭めるまたは広げる過度
の傾斜を有する可能性がある。また、プロセスの技術者
は、そのような表面のフィーチャのプロファイルを精確
に測定して、製作プロセスを微細調整し、望ましい装置
の幾何学的形状を、確実に獲得することができなければ
ならない。

【０００４】プロセスの進行中、製作プロセスの結果を
特徴付ける１つの方法は、分割法による。すなわち、特
徴付けられるフィーチャを貫通してウエハを切断し、次
いで、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、暴露され
た断面を観測する。新しいプロセスの開発には有用であ
るが、この方法は、ウエハ全体が、フィーチャを測定す
るために破壊されるので、生産プロセスを監視するに
は、より有用ではない。さらに、正確な位置でウエハを
切断して、それをＳＥＭで見るのは、時間がかかる。

【０００５】そのようなインライン計量にしばしば使用
される３つのプロセスは、臨界寸法走査電子顕微鏡法
（ＣＤＳＥＭ）、走査プローブ顕微鏡法（ＳＰＭ）、
およびスキャタロメトリである。ＣＤＳＥＭは、処理
しているウエハの上面の画像を創出するために、走査電
子顕微鏡を使用する必要がある。ＣＤＳＥＭは、ホー
ルまたはトレンチの先端幅、あるいは導体の幅など、臨
界寸法を監視するのに特に有用である。ＣＤＳＥＭ
は、上面図を表示するので、ＣＤＳＥＭは、そのよう
なホールまたは導体の３次元プロファイルに関する情報
は、通常提供せず、フィーチャの側壁が、垂直からそれ
ている場合に、プロセス技術者に警告しない可能性があ
る。

【０００６】絶縁体およびフォトレジストは、ＣＤＳ
ＥＭでは、電子によって帯電される傾向があり、この帯
電により、フィーチャ画像の縁がぼやけ、２ｎｍと２５
ｎｍの間だけ、測定を不確定にする。縁ブラーリングの
影響は、既知の次元を有するフィーチャを測定すること
によって、特徴付けることができ、その後のＣＤＳＥ
Ｍ測定を部分的に補償して、縁ブラーリング（ぼやけ）
を補正することができる。しかし、帯電は、フィーチャ
の基本となるいくつかの層の組成と厚さに依存する。装
置の設計が、変化する場合、または基本となる層に対す
るプロセスが、変動する場合でも、別々の組の較正が必
要である。

【０００７】電子顕微鏡法の他の欠点は、プロービング
電子が、空気分子によって散乱されることを防止するた
めに、高真空で測定を実施する必要があることである。
ＳＥＭサンプル室から空気を除去するには、かなり時間
がかかり、それにより、迅速なフィードバックが妨げら
れ、測定することのできるウエハの数が限定される。

【０００８】インプロセス測定の第２の方法であるＳＰ
Ｍは、ウエハ表面を横切って走査される非常に小さなプ
ローブ・チップを使用する。走査トンネリング顕微鏡法
といくつかのタイプの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を含
む、多くのタイプのＳＰＭが存在する。半導体処理に使
用される１つのタイプのＡＦＭ（例えば、特許文献１参
照）では、プローブ・チップは、表面と接触するよう
に、またはほぼ接触するように、垂直および水平に移動
される。接点およびその近傍の垂直位置は、作表され、
表面のプロファイルを提供する。ＡＦＭは、１ｎｍ程度
の分解能を達成することが実証されてきた。これは、最
も進んだプロセスに適しており、大気圧で動作すること
ができる。

【０００９】しかし、ＡＦＭのスループットは低い。Ａ
ＦＭは、水平走査だけでなく、あるタイプの垂直走査を
も必要とする。垂直走査は、非接触モードで動作された
チップの周期性振動をフィードバック制御することによ
って、大幅に低減することができるが、鮮明にプロファ
イルされたフィーチャは、この利点を低減する。初めに
プローブ・チップをナノメートルサイズのフィーチャと
位置合わせすることは、困難である。その結果、格子の
形状の試験パターンを測定するときを除いて、プローブ
が、フィーチャと確実に遭遇するように、多数の並行走
査を実施しなければならない。１つのフィーチャを横切
って測定するには、数分かかることがあり、５０μｍ平
方の領域を測定するには、数時間かかることがある。こ
れらの理由のために、ＡＦＭは、生産作業では、チップ
の限定された領域しかプロファイルできない。

【００１０】第３のタイプのインプロセス検査方法は、
一般にスキャタロメトリと呼ばれ、光を表面上の試験パ
ターン上に向けて、反射光を測定することを必要とす
る。反射光は、対象の幾何学的形状と組成によって影響
を受ける。例えば、結果は、繰り返されるフィーチャの
幅と間隔、表面付近の任意の層の厚さを含む、表面とそ
の下の物質の組成によって影響を受ける。スキャタロメ
ータの測定結果は、通常、「シグニチャ」またはグラフ
であり、波長または入射角度が変化する際の、反射光の
強度の変化を示す。

【００１１】スキャタロメトリは、測定された回折効果
を創出するために、規則的な格子を必要とするので、ス
キャタロメトリを使用して、寸法を決定するときは、通
常、回路自体についてではなく、隔離した試験パターン
について使用される。試験パターンは、通常個々の集積
回路間である、ウエハの未使用部分の上に創出され、同
時に、試験パターンが、実際の生産製品、すなわち集積
回路を創出しているプロセスを反映するように、実際の
回路が創出される。試験パターンは、通常、約５０μｍ
×５０μｍの格子パターンからなる。スキャタロメトリ
は、比較的広い光のビームを使用して、ビームの領域に
わたる幾何学的形状に関する平均的な情報を提供する。
したがって、スキャタロメトリは、特定の線またはフィ
ーチャの幅を決定するのではなく、例えば、光学アセン
ブリまたは試験パターンのより小さいスポット・サイズ
にわたって、平均的な線幅を決定する。複数のフィーチ
ャから情報を統合して、結果を作成するスキャタロメー
タなどの光学機器は、ＡＦＭ、ＳＥＭなどの個別フィー
チャ測定機器、または単一のフィーチャの特性を測定し
た集束イオン・ビーム・システムとは対照的に、積算光
学機器と呼ばれる。

【００１２】通常、スキャタロメトリは、楕円偏光計ま
たは反射率計で実施され、約２５μｍから約２００μｍ
の直径を有する放射のプロービング・ビームが、表面の
法線と格子構造の軸とに対して、固定角度で、試験格子
パターンを照射する。偏光感受性光検出システムが、表
面から反射された放射を検出するように構成される。ス
キャタロメトリに使用される楕円偏光データのタイプに
対して、２つの一般的な手法がある。分光スキャタロメ
トリと呼ばれる第１の手法では、光検出器は、表面法線
の周りに余角で反射されたビーム、すなわち１次反射を
検出するように設定され、入射光の波長の範囲にわたっ
て、データが獲得される。獲得したデータは、単に、ス
ペクトル分解された強度である可能性があり、または、
スペクトル分解されたパラメータ、および楕円偏光法で
はよく知られたパラメータなど、楕円偏光法では可能性
のある２重組のデータである可能性がある。角度分解ス
キャタロメトリと呼ばれる第２の手法では、単一の波長
が使用されるが、検出器は、角度の範囲にわたって走査
される。どちらの場合でも、楕円偏光計は、波長または
角度に対して、少なくとも１つの明瞭な軌跡を作成す
る。

【００１３】スキャタロメトリは、プロセスの制御に特
に適している。スキャタロメトリは、ウエハを破壊せず
に検査し、したがって、ウエハを生産ラインに戻すこと
ができ、また、比較的狭い空間を占有する機器を使用し
て、大気圧で実施することができる。約２００ｍｓ以内
で、試験部位から、スキャタロメトリのデータの完全な
組を獲得することができる。ウエハ上の試験部位間の移
動は、３秒未満で実施することができる。ＩＣ製作の通
常のプロセス・シーケンスは、１分あたり１つのウエハ
未満のスループットを有するので、スキャタロメトリ
は、プロセスの流れを中断せずに、各ウエハ上の多数の
試験部位を検査することができる。

【００１４】プロセスの制御にスキャタロメトリを使用
するための一般的なプロセスは、Ａｌｌｇａｉｒ他によ
って、２０００年２月２８日から３月２日の、Ｍｅｔｒ
ｏｌｏｇｙ，Ｉｎｓｐｃｅｔｉｏｎ、ａｎｄＰｒｏｃ
ｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈ
ｏｇｒａｐｈｙＸＩＶＰｒｏｃ．の「Ｍａｎｕｆａ
ｃｔｕｒｉｎｇＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓＦｏ
ｒＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＯｆＳｃａｔｔ
ｅｒｏｍｅｔｒｙＦｏｒＰｒｏｃｅｓｓＭｏｎｉｔ
ｏｒｉｎｇ」に記載されている。多層構造では、楕円偏
光データを合理的および直接的に解釈して、格子構造、
または単に格子のピッチ、線幅、または線の間隔比率で
さえ、決定することができない。代わりに、パラメータ
のいくつかのみが変化し、他は既知であると想定される
構造について、光散乱計算を実施することによって、デ
ータのライブラリが生成される。例えば、特定のピッ
チ、直線的な垂直壁、および特定の物質の組成と層の厚
さを想定し、次いで、様々な線幅に基づいて、１組のパ
ターンまたはグラフを計算することが可能である。次い
で、実際の測定中に、スキャタロメトリのグラフを、ラ
イブラリ・グラフと比較する。ライブラリの情報は、グ
ラフまたはパターンと呼ばれるが、測定データを生成し
て、その測定データをライブラリのデータと比較するプ
ロセスは、グラフまたはパターンの実際の画像を作成せ
ずに、完全にソフトウエアにおいて実施することができ
ることを理解されたい。実験データに最も近いライブラ
リ・グラフの線幅パラメータは、測定された構造の線幅
であると想定される。近似は、各ライブラリ・グラフ
と、実験データとの間の２乗平均誤差の平方根を計算し
て、最小の２乗平均誤差の平方根を有するライブラリ・
グラフを選択することによって、決定することが可能で
ある。

【００１５】しかし、この手法は、垂直壁の傾斜、物質
の組成、および層の厚さなど、測定されていない試験構
造の属性が、ライブラリ・パターンを生成する際に想定
された属性と同じであることを想定している。ある属性
が異なる場合、結果は不正確であり、新しいライブラリ
を計算しなければならない。最小２乗平均誤差の平方根
で構造を探求する際に、すべての可能な構造を考慮する
ことは実行不可能であると、一般に考えられている。し
たがって、スキャタロメトリは、測定される構造のある
特性を想定するという必要性によって制限される。

【００１６】一般に、スキャタロメトリは、処理の際の
小さな変化および振動を検出することに適しているが、
より大きな変化はライブラリ・パターンと整合させるこ
とができないので、より大きな変化には適していない。
ＳＥＭと原子間力顕微鏡法は、著しい変化の検出には効
果的であるが、生産環境にはより適していない。さら
に、装置の信頼性にとって重要である組成の変化に対し
て、比較的感度が鈍い。

【００１７】

【特許文献１】国際公開第ＷＯ／０６５１６号パンフレ
ット

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微視
的測定の効率または精度を向上させることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、スキャタロメ
ータなどの積算光学測定と、個別フィーチャ測定機器と
を、単一の測定システムに統合する。積算光学測定を使
用して、サンプルを迅速にスクリーニングすることがで
き、個別フィーチャ測定機器は、積算光学測定機器が問
題を確認したときに測定を行うことができる。両方の機
器を単一測定システムに備えることによって、サンプル
上の点を、両方の機器によって、好ましくはほとんどま
たは全く再配置をせずに、容易に測定することができ
る。機器は、相補的なデータを提供して、対象のより完
全な特性を提供することができ、機器を使用して、互い
をクロス・チェックすることができる。

【００２０】例えば、スキャタロメータとＡＦＭを使用
する実施形態では、ＡＦＭを使用して、スキャタロメー
タを解釈、較正、および検証することができる。スキャ
タロメータは、ＡＦＭの検証を補助することができ、Ａ
ＦＭが、精度の限界に達したときを識別することができ
る。スキャタロメータをスクリーニング・ツールとして
使用することによりＡＦＭでの測定が少なくなり、した
がって、高価なＡＦＭのプローブ・チップの磨耗が低減
されるので、各機器を動作させるコストは減少する。ス
キャタロメータのＡＦＭ検証は、スキャタロメータの光
源の時期尚早な取替えを排除することができる。また、
スキャタロメータを使用して、層の厚さと組成の情報を
提供することもできる。統合機器の他の利点を以下で記
述する。

【００２１】同様に、スキャタロメータとＳＥＭを使用
する実施形態では、ＳＥＭを使用して、スキャタロメー
タの解釈、較正、および検証を補助することができる。
スキャタロメータは、ＳＥＭの較正および検証を補助す
ることができる。同様に、スキャタロメータと、イオン
・ビームおよび電子ビームを含んでいるシステムなど、
２重ビーム・システムとを使用する実施形態では、２重
ビームの一方のビームを使用して、スキャタロメータの
解釈、較正、および検証を補助することができる。スキ
ャタロメータは、２重ビームの較正および検証を補助す
ることができる。

【００２２】いくつかの実施形態では、分析される基板
は、可動支持体上で担持され、スキャタロメータとＡＦ
ＭまたはＣＤＳＥＭの両方とも、支持体上の基板を分
析することができる。必要であれば、支持体は、スキャ
タロメータと原子間力顕微鏡のプローブ位置の間で、ウ
エハを所定の距離移動させて、それにより、ＡＦＭを使
用して、対象のフィーチャを特定するという時間のかか
る作業を低減または排除することができる。クラスタ・
システムなど、他のシステムでは、各機器は、それ自体
の支持体を有する。

【００２３】上記では、以下に続く本発明の詳細な記述
をよりよく理解することが可能であるように、本発明の
フィーチャと技術的な利点をかなり大まかに概述した。
本発明の他のフィーチャと利点を、以下で記述する。当
業者なら、開示された概念と特有の実施形態は、本発明
と同じ目的を実施する他の構造を修正または設計するた
めの基盤として、容易に使用することができることを理
解するであろう。また、当業者なら、そのような等価な
構築は、本発明の精神および範囲から、逸脱しないこと
を理解するであろう。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明とその利点をより完全に理
解するために、ここで、添付の図面に関連して取り入れ
た以下の記述を参照する。スキャタロメータという用語
は、本明細書では、光をサンプルに向けて、サンプルか
ら反射された光または散乱された光を測定することによ
って、サンプルの特性を決定するあらゆる機器を記述す
る一般的な用語として使用される。この用語には、楕円
偏光計を基本とするスキャタロメトリ技術、反射光測定
技術、および同様の技術が含まれる。

【００２５】本発明は、積算光学機器と個別フィーチャ
測定機器を組み合わせた。本発明の一実施形態は、ＡＦ
Ｍなどの走査プロファイル顕微鏡としての走査プローブ
顕微鏡（個別フィーチャ測定機器）と、楕円偏光計を基
本とするスキャタロメータ（積算光学機器）とを単一の
測定機器に統合する。両方の機器によって共有された単
一ステージ上で担持されたウエハまたは他の基板は、ス
テージを再配置せずに、または所定のオフセットだけス
テージを移動させて再配置することによって、ＡＦＭま
たはスキャタロメータによって、検査することができ
る。したがって、好ましい実施形態では、加工物を拾い
出して、それを、１つの機械から他の機械に移動させる
必要がなく、それにより、第２の機械の上の測定される
領域を特定するという時間のかかる活動が排除される。
いくつかの実施形態は、個別フィーチャ測定機器として
走査電子顕微鏡または集束イオン・ビームなど、帯電粒
子ビーム機器としてのビーム撮像システムを使用する。
いくつかの実施形態は、積算光学機器として、楕円偏光
計、スキャタロメータ、または反射率計を使用する。

【００２６】実施形態を図１の側面図に概略的に示す。
ＡＦＭに関係する部分は、例えば、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ他
によって、１９９９年７月１５日に出願された米国特許
出願第０９／３５４，５２８号に開示されており、これ
は、参照によって、完全に本明細書に組み込まれてい
る。この出願は、国際公開第ＷＯ０１／０６５１６−Ａ
ｌ号パンフレットとして発表された（特許文献１）。ウ
エハ１２は、例えば機械的にまたは気圧式にウエハ１２
をつかむことができる加工物ホルダ１４の上で担持され
る。ｘスライド１６とｙスライド１８は、ウエハ１２を
水平移動させ、これにより、ウエハのあらゆる部分を、
試験位置に配置することが可能になる。所望であれば、
ウエハ１２が垂直移動するように、追加のｚ昇降機を含
むことが可能である。これらの移動は、ウエハ１２上で
検査されているフィーチャの寸法と比較して、比較的粗
い精度で行われる。

【００２７】オーバーヘッド・ガントリ２０は、加工物
としてのウエハ１２と支持するスライドやこの支持体を
も担持している重い静止テーブル２２の上で担持され
る。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ・ヘッド２４
は、平面内で延びる主面を有するほぼ平坦なウエハ１２
に覆い被さっているガントリ上で担持される。これに
は、ｘ方向とｙ方向のそれぞれにおける約７０ミクロン
の移動と、ｚ方向の１５μｍの移動を提供することがで
きる圧電性アクチュエータ２６が含まれる。プローブ・
チップ３０が、ウエハ１２のフィーチャと係合またはほ
ぼ係合することができるように、小さいプローブ・チッ
プ３０を有するプローブ２８が、アクチュエータ２６か
ら釣り下がっている。コンピュータ３４は、１または複
数のプロセッサを有しており、ウエハ１２を移動させる
ように、スライド１６、１８を制御し、またプローブ・
チップ３０を移動させるように、アクチュエータ２６を
制御する。また、コンピュータ３４は、プローブ・チッ
プ３０とウエハ１２の係合を感知するプローブ２８を監
視する。

【００２８】プローブ２８とそれに支持されるプローブ
・チップ３０は、２つのタイプとすることが可能であ
る。図２には、サンプルとしてのウエハからの距離、す
なわちチップからサンプルの距離の関数として、プロー
ブ・チップが受けた力を示す。図２では、正の力は、斥
力であり、負の力は、引力である。プローブ・チップ
が、サンプルに接触せずに、サンプルに近づく際に、チ
ップの原子の電子とサンプルの原子の電子との原子スケ
ールの相互作用のために、チップとサンプルの間に、フ
ァンデルワールス引力が存在する。ファンデルワールス
力は、距離が短くなると、大きさが増大する。しかし、
最終的には、プローブ・チップは、サンプルに接触し、
係合の弾性力のために、ファンデルワールス力に勝る急
速に増大する斥力が生成される。

【００２９】一方のタイプのプローブは、接触領域４０
において動作し、測定された斥力が、プローブ・チップ
がウエハの表面を弾性的に変形させる閾値を超えるプロ
ーブの垂直位置を記録する。このタイプのプローブは、
Ｍｉｔｃｈｅｌｌ他によって、上述した特許出願に記載
され、またＧｒｉｆｆｉｔｈ他によって、米国特許第
５，３０７，６９３号に記載されている。他のタイプの
プローブは、物理表面から約１ｎｍに配置された非接触
領域４２において動作する。プローブにより、カンチレ
バーの端部上に実装されたプローブ・チップは、通常約
３００Ｈｚである、カンチレバーの自然な共振の近傍で
振動する。レーザ干渉計は、振動の振幅を測定する。プ
ローブ・チップが、非接触領域４２のサンプル表面に近
づくに際に、ファンデルワールス力は、Ｈａｍｍｏｎｄ
他によって米国特許第５，２６２，６４３号に記載さ
れ、Ｆｌｅｃｈａ他によって米国特許第５，８０１，３
８１号に記載されたように、振動を減衰させ、または共
振周波数を少なくともシフトさせる。さらに、所望の振
幅が達成された後は、フィードバック機構を使用して、
垂直にプローブ・チップを移動させて、同じ振幅で振動
させ続けることが可能である。それにより、ゆるやかに
変化している微細構造にわたって、チップを横方向に走
査する際に、チップは、表面から一定の距離を維持し、
それにより、表面をプロファイルする。非接触プローブ
は、実際にサンプルに接触せず、したがって格子試験部
位の検査では、より問題ではないが、生産ウエハを損傷
することを回避し、ならびに相互作用基板チップが、自
然により滑らかになるときに、チップの磨耗を制限する
というさらなる利点を有する。

【００３０】図１に示した測定装置には、楕円偏光計の
形態であるスキャタロメータも含まれる。楕円偏光法自
体は、よく知られており、市販の楕円偏光計は、例えば
カルフォルニア州サンホゼのＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒＣ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。Ａｓｐｎｅ
ｓ他は、楕円偏光計の理論と構成を米国特許第５，０９
１，３２０号に記載している。ＡｚｚａｍとＢａｓｈａ
ｒａは、ＥｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙａｎｄＰｏｌａ
ｒｉｚｅｄＬｉｇｈｔ（１９７７年アムステルダム、
ノールトホラント）という本に、楕円偏光法の一般的な
記述を提供している。

【００３１】本発明のこの実施形態によれば、楕円偏光
計の光学構成要素は、通常、ＡＦＭと共に、ガントリ２
０の支持体構造上に実装され、互いに位置合わせされて
保持される。例示していない光学機器は、キセノン灯な
どの放射源としての広帯域光源５２からの入射光ビーム
５０を、振動偏光子５４を通して、ウエハ架台としての
加工物ホルダ１４の上に保持されたウエハ１２の表面の
焦点上に向ける。ビーム５０は、一般に、約４０ミクロ
ンのビーム幅に集束させることができる。振動偏光子５
４は、例えば、回転ロション・プリズム、または振動駆
動信号によって駆動された光弾性変調器としての光弾性
偏光子とすることが可能である。光弾性偏光子は、２つ
の電極の間にはさまれた圧電性水晶の本体を含むことが
可能である。この光弾性偏光子を用いることにより、楕
円偏光・光検出器５６等とともに光弾性偏光分析器が構
成されている。

【００３２】楕円偏光・光検出器５６は、ウエハ１２上
の焦点から反射されたビーム５８を受けるように配置さ
れる。入射光５０と反射光５８は、例示した楕円偏光計
では約７０度である、ウエハ表面の法線から余角で配置
される。この角度では、４０μｍのビーム幅は、約１５
０μｍの長さのスポットを照射する。２つの放射偏光間
の反射の相違を最大にするために、大きな角度が選択さ
れる。楕円偏光検出器には、１組の偏光子、走査単色
光、および光検出器が含まれる。コンピュータ３４は、
モノクロメータを制御して、スペクトル分解した強度の
データを記録する。これは、２重楕円偏光データ用に、
偏光に拠っても分解される。振動偏光分析器を反射ビー
ム上に配置する設計を含む、他の設計の楕円偏光計を使
用することが可能である。次いで、楕円偏光計によって
生成された強度のグラフは、ライブラリ情報としてのラ
イブラリ・グラフと比較される。次いで、測定された線
幅は、特定のライブラリ・グラフを生成するために使用
された線幅と同じであると想定される。本明細書の例
は、スキャタロメータを使用して、線幅を測定すること
を記述しているが、本発明は、そのようには限定され
ず、スキャタロメータを使用して、他の幾何学的パラメ
ータまたは非幾何学的パラメータを測定することができ
る。

【００３３】ウエハ１２上の楕円偏光焦点は、プローブ
・チップ３０の下にある検査位置と一致する必要はな
い。ＡＦＭと楕円偏光計光学機器は、通常担持されてい
るので、焦点と検査位置は、ｘスライド１６とｙスライ
ド１８、および可能であればｚスライド（ｘスライド１
６、ｙスライド１８（、ｚスライド）によって移送機構
が構成される）の固定変位が、ＡＦＭの試験位置と楕円
偏光計の試験位置の間で移動することを必要とする、設
定された所定の決定可能な変位だけ、オフセットするこ
とが可能である。ウエハ１２は、オフセット分の移動中
および移動前後の２つのタイプの測定中、加工物ホルダ
１４によって支持されたままである。それにより、スキ
ャタロメトリによって特徴付けられた同じ領域を見つけ
ることなく、原子間力顕微鏡法によって、プロファイル
することができる。

【００３４】上述したように、スキャタロメータの結果
を正確に解釈するために、精確なライブラリ・グラフを
生成する必要がある。ＡＦＭは、測定パラメータとして
の線幅を決定するために精確なライブラリ・グラフを作
成し、かつ所与の表面物質、層の厚さ、およびピッチに
対してのみ精確であるグラフが、測定されているサンプ
ルに適切であることを検証することを補助することがで
きる。

【００３５】ライブラリ・グラフは、通常、シミュレー
ション・コンピュータ・プログラムによって生成され
る。シミュレーション・プログラムに、ピッチと物質の
特性に関する精確な初期情報を提供する必要がある。し
ばしば、シミュレーション・プログラムで使用されるピ
ッチの情報は、パターン設計者によって指定されたピッ
チである。しかし、試験測定領域としての試験パターン
の実際のピッチは、パターンを創出するフォトリソグラ
フ・プロセスの不正確さのために、設計のピッチとは異
なる可能性がある。不正確なピッチを使用して、ライブ
ラリ・グラフを生成すると、測定したグラフとライブラ
リ・グラフの適合が不良になり、不正確な測定となる。

【００３６】ＡＦＭは、試験パターンを走査して、ライ
ブラリを構築するための入力として使用される精確なピ
ッチ情報を提供することができる。ＡＦＭからの精確な
ピッチ測定を使用して、線幅の変化をシミュレーション
することによって、１組のライブラリ・グラフを生成す
ることができる。精確な入力をライブラリ（情報）生成
プログラムに提供することにより、シミュレーションの
結果は、測定パターンを製作するために使用された実際
の物理的なプロセスに固定される。ライブラリが創出さ
れた後、ライブラリの精度は、ＡＦＭで試験パターンの
一部を走査して、ライブラリを使用して決定されたスキ
ャタロメータの結果が、ＡＦＭによって見つけられた寸
法と一致するかを検査することによって、検証すること
ができる。

【００３７】ライブラリ生成または測定検証の目的で、
ＡＦＭでスキャタロメータの試験パターンを測定するた
めに、ＡＦＭは、通常、パターン上の複数の位置のそれ
ぞれにおいて、複数の走査を実施する。たとえば、ビー
ム対象サークルを指定することができ、５つのＡＦＭ走
査を、対象サークルの中心と、中心から１０または１５
ミクロンの周囲に沿って配置された４つの点とにおい
て、実施することができる。各走査は、例えば、各線の
長さが３μｍで、線間の距離が約１μｍである、約２０
の走査線からなる。少なくとも５つのピッチを、走査線
に沿って走査すべきである。当業者なら、様々な対象を
適切に測定するように、ＡＦＭ測定を容易に変化させる
ことができる。

【００３８】試験パターンを迅速に測定するスキャタロ
メータを使用して、集積回路の製作プロセスを監視する
ことができる。スキャタロメータの結果は、多数のパラ
メータに依存するので、スキャタロメータは、多数のパ
ラメータのいずれかに影響を与えるプロセスの変化を迅
速に監視および検出することができる。スキャタロメー
タは、特に、ライブラリの限界内において、線幅など、
パラメータに対する小さな変化を識別することができ、
またスキャタロメータは、ライブラリ・グラフを整合さ
せることに失敗することによって、より大きな変化にフ
ラグを立てることができるが、スキャタロメータは、通
常、ライブラリの範囲外にある定量的または定性的変化
の性質を識別することができない。

【００３９】ＡＦＭは、問題がスキャタロメータによっ
て示されたときに、実際の製品を測定することができ
る。ＡＦＭは、外部の基準に対して較正され、その幾何
学的測定は、測定されている物質に本質的に無関係であ
る。ＡＦＭから入手可能な詳細な幾何学的情報を使用し
て、製作プロセスに問題が存在することを検証し、問題
の性質を識別することができる。したがって、スキャタ
ロメータは、多数の変数についてスクリーニングするこ
とができ、ＡＦＭは、スキャタロメータが、異常にフラ
グを立てるときに、使用することができる。１秒未満で
１つの部位を測定し、数秒でウエハ上の複数の部位を測
定するスキャタロメータをスクリーニング装置として使
用することは、単一のフィーチャを測定するのに約２分
必要とするＡＦＭで各部位を測定する必要性を不要にす
る。

【００４０】図３は、統合機器のセット・アップと、統
合機器を使用して、製作プロセスを監視するプロセスを
示すフローチャートである。以下のステップは、単一の
測定を記述するが、当業者なら、ステップは、統計的に
有効である条件の範囲にわたって、複数の測定を必要と
する可能性があることを理解するであろう。

【００４１】ステップ３０２において、フォトリソグラ
フィ・プロセスは、回路のフィーチャを創出しながら、
フォトリソグラフィ・プロセスは、スキャタロメータの
試験部位としての試験パターンをも創出する。ステップ
３０４において、試験パターンをＡＦＭで測定して、線
の間隔またはピッチを決定する。ステップ３０６におい
て、シミュレーション・プログラム（ライブラリ生成プ
ログラム）は、ステップ３０４において測定された結果
としてのピッチの情報を使用して、スキャタロメータの
測定結果の解釈に使用する特徴付けグラフとしてのライ
ブラリ・グラフを生成する。ステップ３０４と３０６
は、併せて、ライブラリを創出し、かつ固定するための
プロセス３１０を構築する。

【００４２】次いで、ライブラリを検証することができ
る。ステップ３１２において、スキャタロメータを使用
して、試験測定領域としての試験パターンを測定し、ス
テップ３１４において、測定したグラフをライブラリ・
グラフと比較して、試験パターンの線の線幅（測定パラ
メータ）を決定する。ステップ３２２において、試験パ
ターンの部分を、ＡＦＭを使用して測定する。ステップ
３２４において、スキャタロメータによって決定された
線幅を、ＡＦＭによって測定された線幅と比較する。測
定が一致する場合、ライブラリは、その測定について正
確であると見なされる。測定が一致しない場合、スキャ
タロメータのライブラリは、再生成する必要がある可能
性がある。スキャタロメトリの測定は、測定している物
質の光学的特性、特に屈折率（ｎ）および比誘電率
（ｋ）に依存し、これらの特性が、想定値とは異なる場
合、スキャタロメータは、線幅を正確には測定しないこ
とになる。表面のこれらの特性が、ライブラリ・グラフ
を創出したシミュレーションで使用した値とは異なる場
合、ライブラリ・グラフは、精確でなく、正しい値ｎお
よびｋを使用して、再生成する必要がある。ステップ３
２２および３２４は、ライブラリを統計的に有効にする
ように、様々なパターンに対して、複数回繰り返すこと
ができる。ステップ３１２から３２４は、ライブラリの
妥当性検査のためのプロセス３２６を構築する。

【００４３】スキャタロメータは、試験パターンを測定
し、実際の製品を測定しないので、試験パターンの測定
が、実際の製品の寸法と関連することを検証する必要が
ある。試験パターンと製品の測定差は、例えば、試験パ
ターンの線幅が、実際の回路の線幅とは異なるために、
生じる可能性がある。試験パターンと回路のフィーチャ
とは、同じフォトリソグラフィ・プロセスによって、同
時に創出されるが、それらのプロセスの結果は、局所的
な条件のために、異なることがある。例えば、回折効果
のために、フォトリソグラフィ・プロセスによって作成
された線幅は、一部には他の線の近さに依存することが
知られており、試験格子の線は、通常、製品上の線より
はるかにより離れている。また、線が上に印刷される基
板のために、線の印刷に影響を与える回折効果が生じ、
線幅に差異が生じることがある。

【００４４】ＡＦＭを使用して、製品を測定し、試験パ
ターンの測定が、実際の製品の寸法に対応するかを確認
する、または必要時にスキャタロメータの値と共に使用
するオフセット値を提供することができる。オフセット
値は、定数とすることが可能であり、または他の処理パ
ラメータに応じて変化する可能性がある。ステップ３３
０において、製品ウエハの部分をＡＦＭによって測定
し、ステップ３２２において、製品の線幅をＡＦＭによ
って測定する。ステップ３３０と３３２からの測定を、
ステップ３３４において比較し、測定結果が異なる場
合、その相違に基づいて、オフセット・ファクタを決定
する。オフセットは、その後のスキャタロメータの測定
に適用される。このオフセットは、製品上の線幅と試験
パターン上の線幅の相違に基づいており、スキャタロメ
ータの測定誤差の結果ではない。ステップ３３０から３
３４は、試験格子（試験パターン）と製品の相違を補償
するプロセス３３６を構築する。

【００４５】ライブラリを生成して、確認し、スキャタ
ロメータを較正した後、スキャタロメータは、製作プロ
セスを監視するために使用する準備が整う。製作プロセ
スが、適切に動作している限り、スキャタロメトリの結
果は、ライブラリが、厳密に対応するシグニチャ（固有
の特徴）の基準セットを提供する小さなウィンドウ内に
おいて有効である。しかし、部位が、現在使用されてい
るライブラリから著しく異なるシグニチャを示す場合、
その同じ部位をＡＦＭによって即座にプローブして、幾
何学的情報を提供することができる。

【００４６】図４は、統合測定機器をプロセス・モニタ
として使用するステップを示す。ステップ４０４におい
て、スキャタロメータは、例えば、生産ラインを通過す
るウエハの５つの格子部位（試験領域）を測定して、そ
れらの部位に対するスキャタロメータのグラフを創出す
る（オフセットがある場合には、オフセットが適用され
た結果に対応してグラフが創出される）。ステップ４０
８において、各部位のスキャタロメータのグラフをライ
ブラリ・グラフと比較する。部位のグラフが、プロセス
制御限度内の線幅に対応するライブラリ・グラフと整合
する場合、このグラフに対応するフィーチャの寸法が決
定され、ウエハは、ステップ４１０において、次の処理
ステップへと進められる。しかし、部位のスキャタロメ
ータのグラフが、プロセス限度外（規格外）の線幅に対
応するライブラリ・グラフと整合する場合、または部位
のグラフが、ライブラリ・グラフと整合しない場合（測
定範囲外にある場合）、ステップ４１４において、試験
領域をＡＦＭを使用して測定し、格子サイズが実際に変
化しているのか、またはスキャタロメータによるプロセ
ス制御の問題の指摘が、ライブラリの基本となる想定を
誤りとする基板の異なる変化によって生じたかを判定す
る。

【００４７】ステップ４１６において、ＡＦＭの測定
が、線幅がプロセス限度内にあることを示す場合、プロ
セス技術者は、ステップ４１８において、物質の光学特
性またはフィーチャプロファイルなど、線幅以外の特性
が変化しているかを判定するために、調査する。プロセ
スを調整することが必要である可能性があるか、あるい
は、変化したが許容できる条件に対応するために、新し
いライブラリ・グラフを生成することが必要である可能
性がある。線幅が、ステップ４１６において、許容範囲
内になかった場合、プロセス技術者は、ステップ４２０
において、プロセスを変化させた原因を知るために調査
する。

【００４８】スキャタロメータが、問題を指摘しないと
きでも、ＡＦＭを使用して、試験格子上または回路要素
上の部位を定期的に測定して、フィーチャの完全な３次
元幾何学的特性を獲得し、スキャタロメータが、正確に
測定していることを確認することが望ましい場合があ
る。

【００４９】２つの相補的な機器から最大の利益を獲得
するために、使用者は、各タイプの測定の原理を理解す
べきである。スキャタロメータは、３０から４０μｍの
比較的大きな測定スポット内のすべての差異を統合す
る。スキャタロメータの読みは、領域全体におけるすべ
ての線の平均的な線幅／厚さ／プロファイルを表す単一
の測定である。ＡＦＭは、１つまたは数個の走査線を走
査して、一連の点における線幅／高さ／プロファイルを
測定し、次いで、領域を網羅するために、隣接する線を
走査することが可能である。ＡＦＭは、単一構造内の差
異を特徴付けることができる。フィーチャの縁は、完全
な直線ではなく、線幅に差異が生じる可能性がある。Ａ
ＦＭを使用して、線の粗さと、線縁の差異を特徴付ける
ことができ、一方、スキャタロメータは、すべての差異
を平均する。ＡＦＭは、先端の線幅だけでなく、フィー
チャの完全な３次元プロファイルを測定することができ
る。

【００５０】ＡＦＭが、スキャタロメータに相補的な利
益を提供するだけでなく、スキャタロメータも、ＡＦＭ
に利益を提供する。ＡＦＭは、広い領域を走査するの
に、長時間を要する。例えば、５０μｍ×５０μｍの領
域を走査するのに、６時間または８時間かかることがあ
る。スキャタロメータは、広い領域を統合して、この領
域を、１秒未満で測定することができる。ウエハをスク
リーニングすることによって、スキャタロメータは、よ
り多くのウエハを測定することを可能にし、ＡＦＭの作
業負荷を低減して、それにより、高価なＡＦＭのプロー
ブ・チップの耐用寿命を延長する。

【００５１】ＡＦＭの測定能力は、チップのサイズと形
状によって制限される。例えば、チップの側角が、トレ
ンチ壁の角度より大きい場合、ＡＦＭのチップは、トレ
ンチ壁に接することができず、トレンチ壁上のある高さ
の位置では、幅を正確に測定することができない。ＡＦ
Ｍは、測定を返すが、これは無効であり、測定されるフ
ィーチャの形状によってよりも、チップの形状によって
影響を受けている。しかし、返された測定は無効である
ということは、ＡＦＭのオペレータには、示唆されない
可能性がある。一方、スキャタロメータのライブラリ・
グラフを生成するシミュレーション・プログラムは、Ａ
ＦＭを使用して、ライブラリに入力を提供し、それを検
証した場合でも、ＡＦＭのチップの能力を超えた測定に
用いるグラフを正確に創出することができる。スキャタ
ロメータを使用して、ＡＦＭが、精度の限界に達し、そ
の測定が信頼できないことを指摘することができる。

【００５２】比較的遅いＳＰＭで測定することができる
ウエハあたりの部位の数は、非常に限定される。例え
ば、ＡＦＭは、ウエハあたり５つの部位を測定するよう
に、現実的に制限することが可能である。スキャタロメ
ータは、非常により高速なので、同じ時間で、２００を
超える測定を実施することができる。これにより、スキ
ャタロメータは、より多くの測定を実施することが可能
になる。このサンプル・サイズの増大により、測定統計
の信頼性と精度を非常に向上させることができる。

【００５３】２つの測定を組み合わせることから、最大
の利益を獲得するために、両方の形態の強みと弱み、お
よび２つのタイプの測定間の特別分解能の相違を理解す
る必要がある。例えば、スキャタロメータによる幅の測
定は、広い領域にわたる平均的な幅を提供する。ＡＦＭ
による幅測定は、フィーチャ上のいくつかの場所におけ
る幅を提供することができる。ＳＥＭを使用する断面ウ
エハ上の幅測定は、単一点の幅情報を提供する。ＣＤ
ＳＥＭは、線に沿ったいくつかの場所の幅を測定するこ
とができる。

【００５４】スキャタロメータのグラフは、主に、Ｘ方
向と垂直方向またはＺ方向との２つの方向に関する情報
を含む。ＡＦＭは、複数の線を走査して、Ｘ、Ｙ、およ
びＺ方向の情報を提供することができる。したがって、
ＡＦＭは、フィーチャ端部の表面の粗さ、側壁の角度と
粗さ、直線からのずれに関する情報を提供することがで
きる。スキャタロメータは、通常、約５０μｍ×５０μ
ｍの領域を測定するが、ＡＦＭは、通常、はるかにより
小さい領域を測定する。スキャタロメータはまだ、約７
０ｎｍより下では精確であることが立証されていない
が、ＡＦＭは数ナノメートルまで精確であることが知ら
れている。スキャタロメータは、１ミクロンより大きい
Ｚ方向の寸法を有するいくつかのフィーチャを測定する
ことは、これらのフィーチャの潜在的な高アスペクト比
のために困難であるが、ＡＦＭは、そのような寸法を容
易に測定することができる。

【００５５】スキャタロメータの測定は、利用可能なラ
イブラリ・グラフによって制限され、したがって、予想
した結果からの大きなずれを示す測定は、通常、解釈可
能ではない。ＡＦＭの測定は、プローブのチップの形状
によって制限される。各機器は、他方が測定の限界に達
したとき、情報の提供を補助することができる。

【００５６】組み合わせた機器は、両方の機器を所有し
て動作する総コストを低減することができる。スキャタ
ロメータで、生産ウエハをスクリーニングすることによ
って、ＡＦＭ測定の必要な数が低減され、それにより、
高価なプローブ・チップの耐用寿命が延長される。スキ
ャタロメータの光源は、通常、精確な測定を保証するた
めに、周期的に取り替えられる。スキャタロメータをＡ
ＦＭで外部から精度検査するとき、光源は、測定が精確
な限り使用することができ、時期尚早に取り替える必要
はない。

【００５７】組み合わせた機器の他の利点は、ＡＦＭチ
ップの幅が、より精確に決定されることである。ＡＦＭ
でのピッチ、線の粗さ、およびプロファイルの測定（例
として）は、チップ幅の知識を必要としないが、線幅の
測定は、前記幅の精確な知識を必要とする。ＡＦＭは、
ライブラリ・シミュレーションに精確なピッチ（例とし
てＮＩＳＴまたはＶＬＳＩから入手可能な規格を使用し
て、精確に較正されたピエゾから取り出された）を供給
するが、スキャタロメトリは、精確に確定された波長相
互作用を使用して、シミュレーションから、線幅を決定
する。その後、線幅が、スキャタロメトリによって確定
され、ピッチがＡＦＭによって確定された領域を走査す
ることにより、先端幅を決定することが可能になり、し
たがって、ＡＦＭの繰返し性と精度が向上される。

【００５８】統合機器を使用して、例えば、動的ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）の製作に使用され
た、図５の断面図に示した、トレンチ構造に関連するプ
ロセスを監視するのが有利である。シリコン・ウエハ６
０は、下にあるケイ素をエッチングして、トレンチ６６
を形成するためのハード・マスクとして機能する、二酸
化ケイ素のパターン層６２と窒化ケイ素のパターン層６
４とで覆われている。記述しない一連のステップでは、
大きなＤＲＡＭキャパシタが、トレンチ６６の壁と底部
に形成される。ＳｉＯ₂層６２とＳｉ₃Ｎ₄層６４とを堆
積させて、シリコン・トレンチをエッチングするプロセ
スは、制御する必要がある。

【００５９】ＡＦＭは、トレンチの間隔Ｓとトレンチの
幅Ｌの差異を測定するのに効果的であり、これは、実際
のトレンチについて測定したか、または所定方向に平行
に構成され、かつＬとＳの固定値を有するような多数の
トレンチ６６を有する、対応して構成された試験格子に
ついて測定したかに拠らない。しかし、ＡＦＭは、パタ
ーン層６２と６４の厚さを測定すること、またはトレン
チ深度Ｄからこれらの厚さを分離することには効果的で
ない。一方、楕円偏光法は、少なくとも光学定数ｎおよ
びｋに明示したように、パターン層６２と６４の厚さお
よびそれらの組成の小さな差異を測定するのに効果的で
ある。その結果、ＡＦＭと楕円偏光計の組合わせは、図
５のトレンチ構造の構造と組成の完全な特徴付けを可能
にする。トレンチのパラメータが、楕円偏光法の分析に
影響を与える限り、ＡＦＭが測定したパラメータを使用
して、スキャタロメトリに使用されたライブラリの範囲
を狭めることができる。

【００６０】以前に記述した楕円偏光計は、ウエハの法
線から７０度に配置されたビームに対して設計されてい
る。この大きな角度は、２つの放射偏光の相違を最大に
するように選択される。しかし、大きな角度は、サンプ
ル表面上のプローブ・ビームの最大寸法も、例えば４０
μｍから１５０μｍに延長する。そのような大きなサン
プリング領域は、試験部位が、ダイ間のカーフ領域また
はクリーブ領域に配置された集積回路の製造には不利で
ある。生産性を高くするためには、カーフ領域またはク
リーブ領域を最小限にすべきである。したがって、半導
体プロセス制御のいくつかの応用分野では、ビームが、
２０度など、ウエハの法線から１０度未満の小さい角度
（入射角）に配置される楕円偏光計、または表面に垂直
な反射率計を使用することが有利である。

【００６１】楕円偏光計では、２つの光の偏光の相違
は、小さい角度（例えば２度）で、大きく低減される。
実際には、そのような低角楕円偏光法は、等方的な表面
では、不可能であると考えられている。しかし、半導体
プロセスの制御で使用された格子試験構造は、既知の方
向では、著しい異方性を提供する。さらに、２度楕円偏
光法の低下した感度を、回転偏光子の通常１００Ｈｚの
サイクリング率とは対照的に、５０ｋＨｚ以上で繰り返
すことができる前述した光弾性偏光子を使用することに
よって、補償することができる。非常に増大された偏光
サイクリング率では、多数の偏光データ点をかなり短い
時間で獲得し、平均化して、２つの偏光状態を分離する
際に、より優れた分解能を提供することができる。

【００６２】本発明の試験設備は、半導体処理の他の問
題を監視することに適用することもできる。狭く、異方
性のトレンチの反応イオン・エッチングと酸素のバイア
・ホール（ｖｉａｈｏｌｅｓ）は、しばしば、過剰な
異方性エッチングを防止するために、側壁上に形成され
た表面保護膜を使用する。エッチング後、アッシング
（ａｓｈｉｎｇ）または他の技術を適用して、膜が確実
に除去されるようにする。有機汚染物質も、任意の装置
物質のフォトリソグラフィック・エッチングで使用され
たフォトレジストから発生することがある。５μｍから
１６μｍの波長帯の赤外光で動作する楕円偏光計は、そ
のようなあらゆる有機ポリマーが残存しているかを検出
することができる。赤外楕円偏光計は、原子間力顕微鏡
と組み合わせて、例えば表面保護膜などに使用された有
機ポリマーを検出することができる。

【００６３】ＡＦＭは、フィーチャの完全なプロファイ
ルを監視するのに非常に有用であるが、非常に遅いの
で、全ウエハ上のいくつかの試験部位で実施することが
できないと考えられている。限界寸法走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）は、線幅のかなり精確な決定に非常に適して
いるが、返された臨界寸法は、上端から見たフィーチャ
または試験パターンの幅である。

【００６４】したがって、表面特徴付けツールの他の有
利な組合わせは、共通の標本ステージを有する単一プラ
ットフォーム上に統合されたスキャタロメータとＳＥＭ
である。図６の概略的な側面図に示したように、ウエハ
１２は、架台としての加工物ホルダ１４とその可動ステ
ージ１６、１８の上で担持され、これらは全て、真空ポ
ンピング・システム７２によって約１０⁵から１０^-8Ｔ
ｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１．３３×１０² Ｐａ）の真空に
ポンピングされる真空室７０に配置される。真空は、電
子エネルギーが、わずかに数キロボルトであるＳＥＭの
低エネルギー電子顕微鏡のために必要である。負にバイ
アスされたショットキー・エミッタ７４は、接地された
アノード７６に電子を放出する。アパーチャ７８は、加
速した電子を、ウエハ１２の表面にほぼ垂直であるわず
かに発散した電子ビーム８０に形成する。コイル駆動磁
気レンズ８２と静電レンズ８４は、ビーム８０をウエハ
１２の表面に集束させる。その結果ウエハ１２から放出
された電子は、電子検出器８６によって検出され、コン
ピュータの制御下にあるｘ−ｙステージ１４が、集束ビ
ームを通過してウエハ１２を走査する際の電子強度は、
ウエハ表面の画像を提供する。低エネルギー二次電子と
後方散乱（非弾性散乱）電子は、別々にまたは組み合わ
せて使用して、画像を作成することができる。そのよう
なＳＥＭは、市販されており、集積回路製作ラインのイ
ンライン計量に広く使用されている。

【００６５】真空室７０には、ウィンドウ９０、９２を
有する２つの光学真空ポートが含まれ、これにより、楕
円偏光計の入力ビーム５０が、室７０に入り、ウエハ１
２を照射し、同じ角度で、室７０を出る出力ビーム５８
として反射されることが可能になり、それにより、楕円
偏光計の部分５２、５４、５６を真空室７０の外部では
あるが、固定して取り付けて、配置することが可能にな
る。

【００６６】図４の統合ツールと同様に、統合したスキ
ャタロメータとＳＥＭにより、スキャタロメータは、処
理されている全ウエハ上の複数の試験パターンを迅速に
監視することが可能になる。定期的に、またはシグニチ
ャが現在のライブラリと整合しないときはいつでも、ウ
エハをＳＥＭに対して再位置合わせすることを必要とせ
ずに、ＳＥＭを使用して、試験パターンの完全な表面画
像を即座に提供することができる。ＡＦＭと同様に、や
はりＳＥＭを使用して、スキャタロメータ・ライブラリ
を生成するシミュレーション・プログラムに、精確なピ
ッチ情報を提供することを決定することができる。

【００６７】上述したように、ＣＤＳＥＭの測定は、
フィーチャ端部の帯電によって生じた縁のぼやけによっ
て、悪影響を受ける。このブラーリングは、フィーチャ
の基本となるいくつかの層の組成と厚さに依存するの
で、精確に補償するのは困難である。本発明では、ＣＤ
ＳＥＭの縁ブラーリングは、スキャタロメータによる
測定結果を用いて、補償することができるが、その理由
は、散乱光が、帯電によって影響を受けないからであ
る。スキャタロメータの繰返し性は、１ｎｍの範囲にあ
ることが知られている。ＣＤＳＥＭは、縁部の絶対的
な位置を、各側面でわずかに約５ｎｍの範囲内まで決定
することができるが、１ｎｍの範囲の縁位置の差異は、
ＣＤＳＥＭによって検出することができる。ＣＤＡ
ＦＭも、縁の位置を１ｎｍの範囲内で決定することがで
きる。スキャタロメータは、ＣＤＳＥＭと同じウエハ
を測定しているので、決定された補償は、特定のウエハ
に対して適切である。縁のぼやけの補償は、フィーチャ
の基本となるいくつかの層の組成と厚さが変化すると
き、必要に応じて、再計算することができる。

【００６８】スキャタロメータの全体的な分解能の限界
は、大気中で使用されるとき、現在は通常１９３ｎｍか
ら８５０ｎｍであり、使用された波長によって制限され
る。例えば最低で１４０ｎｍのより短い波長を、真空ま
たは窒素の中で使用することができる。スキャタロメト
リと、真空環境を必要とする帯電粒子ビーム・システム
との組合わせは、例えば１４０ｎｍ程度に低い、１９３
ｎｍより短い波長を使用する能力を提供し、これによ
り、スキャタロメトリは、実際の７０ｎｍの限界より下
に、全体的な分解能を向上させることができる。

【００６９】本発明とその利点を詳細に記述してきた
が、添付の請求項によって確定された本発明の精神およ
び範囲から逸脱せずに、様々な変更、代用、および修正
を本明細書において実施することができることを理解さ
れたい。例えば、積算光学機器と個別フィーチャ測定機
器は、クラスタで構成して（複数組を備えて）、物質ハ
ンドラが、一方の機器から他方へ、加工物を移動させる
ようにすることができる。一例として、寸法を測定する
機器の使用法を記述したが、機器は、表面の組成など、
他の特性（測定パラメータ）を測定することもできる。
さらに、本出願の範囲は、本明細書で記述したプロセ
ス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステ
ップの特定の実施形態に限定されることを意図していな
い。当業者なら、本発明の開示から、本明細書に記述し
た対応する実施形態とほぼ同じ機能を実施する、または
ほぼ同じ結果を達成する、現在既存のまたは後に開発さ
れる、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方
法、またはステップを、本発明に従って使用することが
可能であることを、容易に理解するであろう。したがっ
て、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製
造、物質の組成、手段、方法、またはステップなどを範
囲内に含むことを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】スキャタロメータと原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
の両方を組み込んでいる、本発明の一実施形態の表面分
析器の概略的な立面図である。

【図２】検査されている表面からのプローブ・チップの
距離の関数として、ＡＦＭのプローブに及ぼされた力の
図である。

【図３】測定のために、本発明の実施形態を準備する好
ましいステップを示すフローチャートである。

【図４】プロセスの監視に本発明の実施形態を使用する
ための好ましいステップを示すフローチャートである。

【図５】本発明を有利に適用することができる集積回路
構造の断面図である。

【図６】スキャタロメータと限界寸法走査電子顕微鏡の
両方を組み込んでいる、本発明の他の実施形態の表面分
析器の概略的な立面図である。

【符号の説明】

１２ウエハ１４加工物ホルダ１６ｘスライド１８ｙスライド２０オーバーヘッド・ガントリ２２静止テーブル２４原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ・ヘッド２６圧電性アクチュエータ２８プローブ３０プローブ・チップ３４コンピュータ４０接触領域４２非接触領域５０入射ビーム５２広帯域光源５４振動偏光子５６楕円偏光光検出器５８反射ビーム６０シリコン・ウエハ６２、６４パターン層６６シリコン・トレンチ７０真空室７２真空ポンピング・システム７４ショットキー・エミッタ７６接地されたアノード７８アパーチャ８０電子ビーム８２コイル駆動磁気レンズ８４静電レンズ８６電子検出器９０、９２ウィンドウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA12 AA22 AA53 CC19 DD00 FF00 FF42 FF49 GG03 GG24 HH12 LL33 PP12 RR05 2F069 AA42 AA49 AA51 BB15 CC06 GG04 GG07 GG08 HH30 JJ15 4M106 AA01 BA01 BA04 CA38 CA39 DJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製作プロセスを監視するために、統合し
たスキャタロメータと原子間力顕微鏡を使用する方法で
あって、前記原子間力顕微鏡と前記スキャタロメータの両方を含
む単一システムの加工物ホルダに、加工物を実装するこ
とと、前記原子間力顕微鏡を使用して、試験測定領域のフィー
チャを測定することと、前記原子間力顕微鏡の測定結果をライブラリ生成プログ
ラムへの入力として使用して、前記スキャタロメータの
ライブラリ・グラフを生成することと、前記スキャタロメータと生成された前記ライブラリ・グ
ラフとを使用して、前記加工物上の試験測定領域を測定
して、測定領域の測定パラメータを決定することと、前記測定パラメータが、指定された基準に整合しない場
合、前記加工物を前記単一システムの加工物ホルダから
取り外さずに、前記原子間力顕微鏡を使用して前記加工
物の１つまたは複数のフィーチャを測定し、それによ
り、前記スキャタロメータの測定結果が規格外にあるか
測定範囲外にある場合であっても、前記スキャタロメー
タによって測定された領域のフィーチャが前記原子間力
顕微鏡上で容易に測定可能になり、かつ前記原子間力顕
微鏡が、前記スキャタロメータと共に使用する精確な前
記ライブラリ・グラフを生成するための入力を提供する
ことが可能になることと、を備える統合測定方法。
【請求項２】製作プロセスを監視する方法であって、積算光学機器と個別フィーチャ測定機器の両方を含む単
一システムの加工物ホルダに加工物を実装することと、前記積算光学機器を使用して前記加工物上の試験測定領
域を測定して、測定領域の測定パラメータを決定するこ
とと、前記測定パラメータが指定された基準に整合しない場
合、前記単一システムから加工物を取り外さずに、前記
個別フィーチャ測定機器を使用して前記加工物の１つま
たは複数のフィーチャを測定することと、を備える統合測定方法。
【請求項３】前記個別フィーチャ測定機器を使用して
加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定すること
が、前記加工物ホルダから加工物を取り外さずに１つま
たは複数のフィーチャを測定することを含む請求項２に
記載の統合測定方法。
【請求項４】前記個別フィーチャ測定機器を使用して
前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定するこ
とが、前記積算光学機器を使用して測定した位置から前
記加工物を移動させずに１つまたは複数のフィーチャを
測定することを含む請求項３に記載の統合測定方法。
【請求項５】前記個別フィーチャ測定機器を使用して
前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定するこ
とが、前記積算光学機器を使用して測定した位置から、
前記加工物ホルダを所定の距離移動させることを含む請
求項３に記載の統合測定方法。
【請求項６】前記個別フィーチャ測定機器を使用して
前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定するこ
とが、試験測定領域の１つまたは複数のフィーチャを測
定することを含む請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項７】前記個別フィーチャ測定機器を使用して
前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定するこ
とが、製品領域の１つまたは複数のフィーチャを測定す
ることを含む請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項８】前記積算光学機器を使用して前記加工物
上の試験測定領域を測定することが、スキャタロメータ
を使用して試験測定領域を測定することを含む請求項２
に記載の統合測定方法。
【請求項９】前記積算光学機器を使用して前記加工物
上の試験測定領域を測定することが、楕円偏光計または
反射率計を使用して試験測定領域を測定することを含む
請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項１０】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定する
ことが、走査プロファイル顕微鏡または帯電粒子ビーム
機器を使用して前記加工物の部分を測定することを含む
請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項１１】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定する
ことが、プローブ・チップが前記加工物の表面に接触す
るように垂直に移動するモードで動作する原子間力顕微
鏡を使用して前記加工物の部分を測定することを含む請
求項１０に記載の統合測定方法。
【請求項１２】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定する
ことが、プローブ・チップが前記加工物の表面と接触す
るように垂直に移動する原子間力顕微鏡を使用して前記
加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定することを
含み、前記積算光学機器を使用して前記加工物上の試験測定領
域を測定することが、スキャタロメータで、前記試験測
定領域を測定することを含む請求項２に記載の統合測定
方法。
【請求項１３】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て試験部位を測定して、前記積算光学機器による測定結
果の解釈に使用する特徴付けグラフを生成するプログラ
ムに入力を提供することと、前記積算光学機器による結果の解釈に使用する特徴付け
グラフを生成することと、をさらに備える請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項１４】前記特徴付けグラフを生成すること
が、線ピッチまたは線幅に関連付けられた前記スキャタ
ロメータのグラフを構成する特徴付けグラフを生成する
ことを含む請求項１３に記載の統合測定方法。
【請求項１５】前記積算光学機器を使用して前記加工
物上の試験測定領域を測定して測定領域の測定パラメー
タを決定することが、前記積算光学機器を使用して前記
加工物上の試験パターンを測定してこの試験パターンの
幾何学的パラメータを決定することを含み、前記個別フィーチャ測定機器を使用して前記加工物上の
製品フィーチャの幾何学的パラメータを測定すること
と、前記個別フィーチャ測定機器によって測定された製品フ
ィーチャの幾何学的パラメータを、前記積算光学機器に
よって測定された試験パターンの幾何学的パラメータと
比較することと、前記個別フィーチャ測定機器によって決定された製品フ
ィーチャの幾何学的パラメータと、前記積算光学機器に
よって決定された前記試験パターンの幾何学的パラメー
タとが同じでない場合に、２つの測定結果の相違に基づ
いて試験パターン測定と製品フィーチャ測定の測定パラ
メータのオフセットを決定することと、スキャタロメータを使用して領域を測定し、オフセット
を試験領域測定に適用することによって、製品フィーチ
ャの寸法を決定することと、をさらに備える請求項２に記載の統合測定方法。
【請求項１６】測定する加工物を保持するための加工
物ホルダと、前記加工物の領域を照射するための放射源と、前記領域
から反射された反射光を受光する光検出器とを有する積
算光学機器と、前記積算光学機器によって測定された同じ加工物を容易
に測定することができるように、前記積算光学機器と同
じシステムに配置される個別フィーチャ測定機器と、を備える統合測定システム。
【請求項１７】前記積算光学機器と前記個別フィーチ
ャ測定機器の配置が、前記積算光学機器によって測定さ
れた領域が、前記加工物を再配置せずに前記個別フィー
チャ測定機器によって測定される領域を包含するように
なされる請求項１６に記載の統合測定システム。
【請求項１８】前記積算光学機器と前記個別フィーチ
ャ測定機器の配置が、前記積算光学機器によって測定さ
れた領域が、前記個別フィーチャ測定機器によって測定
された領域から所定の距離だけオフセットしているよう
になされ、それにより、２つの測定機器を切り替えると
きに、加工物ホルダを所定の量だけ再配置することが可
能になる請求項１６に記載の統合測定システム。
【請求項１９】前記積算光学機器が、スキャタロメー
タを備える請求項１６に記載の統合測定システム。
【請求項２０】前記積算光学機器がスキャタロメータ
を備え、前記個別フィーチャ測定機器が原子間力顕微鏡
を備える請求項１６に記載の統合測定システム。
【請求項２１】前記個別フィーチャ測定機器が、帯電
粒子ビーム機器または原子間力顕微鏡を含む請求項１６
に記載の統合測定システム。
【請求項２２】前記積算光学機器が、楕円偏光計また
は反射率計を備える請求項１６に記載の統合測定システ
ム。
【請求項２３】前記放射源が１０度未満の入射角で前
記加工物に向けてビームを放射し、前記加工物からの反
射の後のビームの光経路に沿った偏光分析器をさらに備
える請求項１６に記載の統合測定システム。
【請求項２４】前記積算光学機器と前記個別フィーチ
ャ測定機器の間で前記加工物を移動させるための移送機
構をさらに備える請求項１６に記載の統合測定システ
ム。
【請求項２５】平面内で延びる主面を有するほぼ平坦
な加工物を担持するように構成された支持体と、前記主面の法線に対して１０度以下の角度をなす入射ビ
ームで、前記支持体の領域を照射する放射源と、前記領域から反射され、かつ前記法線に対してわずかに
１０度以下の角度をなす反射ビームを受光する光検出器
と、前記入射ビームと前記反射ビームの一方に配置された光
弾性偏光分析器と、光検出器によって受信された光に対応するパターンを生
成し、かつ生成したパターンをライブラリ・パターンと
比較して、加工物表面の測定したパラメータを決定する
ための１つまたは複数のプロセッサと、を備えるスキャタロメータ。
【請求項２６】前記加工物を前記支持体上に配置し、
格子パターンが、所定の方向に沿って前記加工物に形成
されることと、１０ｋＨｚより大きい周波数で光弾性変
調器を変調させることとを備える請求項２５のスキャタ
ロメータを使用する方法。
【請求項２７】積算光学機器測定の結果を解釈するた
めのライブラリ情報を生成する方法であって、加工物上にパターンを製作することと、個別フィーチャ測定機器を使用して前記パターンの部分
を測定することによって測定パラメータを決定すること
と、決定された前記測定パラメータをライブラリ情報生成プ
ログラムへの入力として使用することによって、前記積
算光学機器測定の結果を解釈するためのライブラリ情報
を生成することと、を備える方法。
【請求項２８】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記パターンの部分を測定することによって前記測定
パラメータを決定することが、前記ライブラリ情報生成
プログラムが前記ライブラリ情報を生成する対象である
積算光学機器の照射領域内に測定対象領域を有する前記
個別フィーチャ測定機器を使用して寸法を測定すること
を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記パターンを測定することによって前記測定パラメ
ータを決定することが、前記加工物を所定量移動させな
いかまたは前記加工物を所定量移動させることによっ
て、前記個別フィーチャ測定機器の測定領域内と、前記
ライブラリ情報生成プログラムが前記ライブラリ情報を
生成する対象である前記積算光学機器の測定領域内とに
前記加工物を維持する加工物ホルダを有する前記個別フ
ィーチャ測定機器を使用して寸法を測定することを含む
請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】前記積算光学機器を使用して前記パタ
ーンを測定することによって測定パラメータを決定する
ことと、前記積算光学機器によって決定された測定パラメータの
値を、前記個別フィーチャ測定機器によって決定された
測定パラメータの値と比較して、前記ライブラリ情報の
精度を検証することと、をさらに備える請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記パターンを測定することによって前記測定パラメ
ータを決定することが、原子間力顕微鏡を使用してパタ
ーンを測定することによって前記測定パラメータを決定
することを含み、決定された前記測定パラメータを前記ライブラリ情報生
成プログラムへの入力として使用して前記積算光学機器
と共に使用する前記ライブラリ情報を生成することが、
スキャタロメータと共に使用する前記ライブラリ情報を
生成することを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】前記個別フィーチャ測定機器を使用し
て前記パターンを測定することによって前記測定パラメ
ータを決定することが線ピッチまたは線幅を決定するこ
とを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】前記パターンを測定することによって
前記測定パラメータを決定することが、前記個別フィー
チャ測定機器を使用して試験パターンを測定することに
よって前記測定パラメータを決定することを含み、製品について測定パラメータを測定することと、製品について測定した前記測定パラメータを、前記試験
パターンについて測定した前記測定パラメータと比較し
て相違があるかを判定し、相違がある場合、前記試験パ
ターンの測定に適用するオフセットを決定して、製品の
測定値を決定することと、をさらに備える請求項２７に記載の方法。