JP2013540272A - 構造の非対称特性の判定方法 - Google Patents

Abstract

構造の非対称特性の判定方法について記載する。方法は、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。次に、第１の信号と第２の信号との間の差を判定する。格子構造の非対称構造パラメータは、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて判定される。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、光計測の分野であり、さらに詳細には、構造の非対称特性の判定方法に関する。

過去数年間にわたり、厳密結合波解析法（ＲＣＷＡ）および同類のアルゴリズムが回折構造の研究および設計に広く使用されている。ＲＣＷＡ法では、周期構造のプロファイルは、特定数の十分に薄い平面状の格子スラブによって近似される。具体的には、ＲＣＷＡには３つの主なステップが含まれる。すなわち、格子内部のフィールドのフーリエ展開、回折信号を特徴付ける定数係数行列の固有値および固有ベクトルの計算、ならびに条件に一致する境界から引き出される線形システムの解である。ＲＣＷＡは、問題を次の３つの異なる空間領域に分割する：１）入射平面波動場を支持し、反射した回折次数を合計する周囲領域、２）波動場が各回折次数と関連するモードの重ね合わせとして扱われる、格子構造およびパターン形成されていない土台の層、および３）送信された波動場を含む基板。

ＲＣＷＡによる解の精度は、エネルギーの保全を全体的に満たした状態で、波動場の空間高調波展開で保持される項数に部分的に左右される。保持される項数は、計算中に考慮される回折次数の数の関数である。シミュレートした回折信号を特定の仮説プロファイルに対して効果的に生成するには、回折信号のＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光成分および／またはＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光成分の両方に対する各波長で、一連の最適な回折次数を選択することが必要になる。数学的には、回折次数を選択するほど、シミュレーションの精度は高くなる。しかし、回折次数が高くなるほど、シミュレーションした回折信号を判定するのに必要な計算が多くなる。その上、計算時間は、使用した次数の数の非線形関数である。

米国特許出願第１０／６０８，３００号 米国特許出願第１１／３８８，２６５号

本発明の実施形態は、構造の非対称特性の判定方法を含む。

一実施形態では、方法は、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。本方法は、第１の信号と第２の信号との間の差を判定することも含む。本方法は、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて、格子構造の非対称構造パラメータを判定することもさらに含む。

もう１つの実施形態では、機械アクセス可能な記憶媒体は、この中に記憶された命令を有し、この命令によりデータ処理システムが、構造の非対称特性の判定方法を実施する。本方法は、光学式スキャトロメトリによって得られる第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を、格子構造に対して測定することを含む。本方法は、第１の信号と第２の信号との間の差を判定することも含む。本方法は、さらに、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて、格子構造の非対称構造パラメータを判定することも含む。

本発明の実施形態による、自動化プロセスおよび設備管理に対して構造パラメータを判定して使用するための一連の操作の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、自動化プロセスおよび設備管理に対して構造パラメータを判定して使用するためのシステムの例示的ブロック図である。 本発明の実施形態による、構造の非対称特性の判定方法における操作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、ｘ−ｙ平面に変化するプロファイルを有する周期格子の図である。 本発明の実施形態による、ｘ方向に変化するがｙ方向には変化しないプロファイルを有する周期格子の図である。 本発明の実施形態による、左右のスペーサ幅が非対称である構造の斜視図である。 図５の構造を有するウエハの上面図であり、本発明の実施形態に従って、第１の方位角（ＡＺ１）で測定した後、このウエハを１８０度回転させて第２の方位角（ＡＺ２）で測定した図である。 本発明の実施形態に従って、図６をもとに第１の方位角（ＡＺｌ）の測定値と第２の方位角（ＡＺ２）の測定値との間で判定された差に基づく計算を表すグラフである。 本発明の実施形態に従って、図６をもとに第１の方位角（ＡＺｌ）の測定値と第２の方位角（ＡＺ２）の測定値との間で判定された差に基づく計算を表すグラフである。 本発明の実施形態による、左右の壁の角度が異なる非対称の格子ターゲットの図である。 本発明の実施形態による、測定の方位角に沿った、図９の格子ターゲットの上面図である。 本発明の実施形態による、９０度および−９０度で測定した方位角に沿った、図９の格子ターゲットの上面図である。 本発明の実施形態による、ＳＷＡ＿Ｌ＝８５°でありＳＷＡ＿Ｒ＝８６°である２つの壁の角度の測定の感度を示すグラフ１２００および１２０２である。 本発明の実施形態による、ＳＷＡ＿Ｌの感度とＳＷＡ＿Ｒの感度との間の相関関係係数の絶対値が、規則的な信号（「Ａｚ＝９０」および「Ａｚ＝−９０」と表記）よりも差動信号（「Ａｚ（９０）−Ａｚ（−９０）」と表記）の方が遙かに急速に低下することを示すグラフ１３００である。 本発明の実施形態による２次元成分と３次元成分の両方を有する構造の断面図である。 本発明の実施形態による、半導体ウエハ上の構造のプロファイルを判定するために光計測を使用する様子を示す構造図である。 本発明の実施形態による例示的なコンピュータシステムのブロック図である。

本明細書では、構造の非対称特性の判定方法を説明する。以下の説明では、本発明の実施形態を完全に理解してもらうために、構造の非対称特性の例などの数々の特定の詳細を記載する。当業者には、これらの特定の詳細がなくとも本発明の実施形態を実践できることは明らかであろう。このほか、パターン形成した材料層の重なりを作るなどの公知の処理ステップについては、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、詳細に記載していない。さらに、図示した様々な実施形態は例として示したものであり、必ずしも実寸通りではないことは理解されるべきである。

本明細書で開示するのは、構造の非対称特性の判定方法である。この方法の１つの実施形態では、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。次に、第１の信号と第２の信号との差を判定する。第１の信号、第２の信号、およびその差を用いる計算に基づき、格子構造の非対称構造パラメータを判定する。本発明の実施形態によれば、また、従来の手法とは対照的に、差を計算に含めることによって、測定した構造の非対称性は、平均化されるのとは反対に保持されて、逆に非対称構造を表さないシミュレーションを提供する。

回折信号の次数は、周期構造から引き出されるものとしてシミュレートすることができる。ゼロ次は、周期構造の法線Ｎに対して仮説入射ビームの入射角に等しい角度で回折した信号を表す。回折次数が高次になると、＋１、＋２、＋３、−１、−２、−３などと表される。エバネッセント次数（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｏｒｄｅｒｓ）として知られる他の次数を考慮してもよい。本発明の実施形態によれば、シミュレートした回折信号を生成して光計測に使用する。例えば、構造の側壁角などのプロファイルパラメータをモデル化して光計測に使用することができる。ウエハ構造内の屈折率および消衰係数（ｎとｋ）などの材料の光学特性をモデル化して、光計測に用いてもよい。

本発明の実施形態によれば、半導体デバイス構造の非対称特性を得ることによって、スキャトロメトリ信号に対する異なる限界寸法（ＣＤ）パラメータ同士の相関関係を低減するか、あるいはこれらのパラメータの感度を向上させる。この手法は、回帰解析または最適化法を用いてＣＤ計測の精度を改善することができる。例えば、スキャトロメトリのＣＤ計測における従来の方法では、回帰解析または最適化法を用いて、モデルとなるスキャトロメータ信号を単一または複数の方位角をもとに測定した信号にマッチングさせることによって、最適なＣＤパラメータを見いだす。このような従来の手法の欠点は、非対称の半導体デバイスの異なる位置にある同じ（または類似の）タイプのＣＤパラメータ間の相関関係を破壊することが不可能な点である。例えば、左右の壁角が非対称、または左右のスペーサ幅が非対称である台形の格子の場合、従来の方法では、台形の左右サイドの２つの壁角または２つのスペーサ幅の間には、ほぼ完全な相関関係がある。したがって、そのように強い相関関係にあるＣＤパラメータを、従来の光学式スキャトロメトリ計測を用いて正確に測定することはできない。

半導体デバイスは、規模が小さいことが特徴であるため、そのデバイスの構造はさらに一層複雑になる。例えば、リソグラフプロセスおよびエッチングプロセスで起こり得るミスアライメントを監視する必要があるだろう。本発明の実施形態によれば、異なる方位角（Ａｚ）または異なる入射角（ＡＯＩ）で測定したスキャトロメータ信号の差をＣＤパラメータの回帰解析または最適化法に算入して、デバイス構造の非対称特性についての情報をさらに多く得る。したがって、形状のプロファイルにおける左右の壁角または左右のスペーサ幅などの非対称の特徴をさらに正確に計測できる。

特定の構造に対する非対称性の度合いを測定する差動信号に基づいて、非対称要因を定義することができる。例えば、１つの実施形態では、１つの可能性のある定義は、以下の式１で求められる差動信号の平均二乗振幅である。

式中、ｄ_iは差動信号であり、ｉ＝１、・・・、ｎである。

計算に基づいてシミュレートした回折次数は、パターン形成した半導体膜またはフォトレジスト層などのパターン形成した膜に対するプロファイルパラメータを示すものであり、自動化プロセスまたは設備管理の校正に使用できるものである。図１は、本発明の実施形態による、自動化プロセスまたは設備管理に対してプロファイルパラメータなどの構造パラメータを判定して使用するための一連の操作の例を示すフローチャート１００である。

フローチャート１００の操作１０２を参照すると、測定した一連の回折信号からプロファイルパラメータを取り出すために、ライブラリまたは仕込んだ機械学習システム（ＭＬＳ）を開発する。操作１０４では、ライブラリまたは仕込んだＭＬＳを用いて、構造の少なくとも１つのプロファイルパラメータを判定する。操作１０６では、少なくとも１つのプロファイルパラメータを、処理ステップを実行するように構成された製造クラスタに送信し、この場合、処理ステップは、半導体生産プロセスの流れの中で実行することができ、計測ステップ１０４の前または後に行われる。操作１０８では、送信された少なくとも１つのプロファイルパラメータを用いて、製造クラスタが実施する処理ステップに対するプロセス変数または設備設定を修正する。

機械学習システムおよびアルゴリズムのさらに詳細な説明については、２００３年６月２７日に出願された米国特許出願第１０／６０８，３００号、タイトル「ＯＰＴＩＣＡＬ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ ＯＦ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＦＯＲＭＥＤ ＯＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＷＡＦＥＲＳ ＵＳＩＮＧ ＭＡＣＨＩＮＥ ＬＥＡＲＮＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ（機械学習システムを用いて半導体ウエハ上に形成される構造の光計測）」（特許文献１）を参照されたく、この文献は本願発明を理解するのに有効である。２つの２次元繰り返し構造に対する回折次数の最適化についての説明については、２００６年３月２４日に出願された米国特許出願第１１／３８８，２６５号、タイトル「ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ ＯＲＤＥＲ ＳＥＬＥＣＴＩＯＮ ＦＯＲ ＴＷＯ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ（２次元構造についての回折次数選択の最適化）」（特許文献２）を参照されたく、この文献も本願発明を理解するのに有効である。

図２は、本発明の実施形態に従って、自動化プロセスおよび設備管理に対して、プロファイルパラメータなどの構造パラメータを判定して使用するためのシステム２００の例示的ブロック図である。システム２００は、第１の製造クラスタ２０２および光計測システム２０４を備える。システム２００は、第２の製造クラスタ２０６も備える。第２の製造クラスタ２０６は、図２では第１の製造クラスタ２０２に続くものとして図示しているが、システム２００（および例えば生産プロセスの流れ）では、第２の製造クラスタ２０６は、第１の製造クラスタ２０２の前にあってもよいことが認識されるべきである。

ウエハに塗布したフォトレジスト層を露光し現像するなどのフォトリソグラフィプロセスは、第１の製造クラスタ２０２を用いて実施できる。１つの例示的実施形態では、光計測システム２０４は、光計測器２０８およびプロセッサ２１０を備える。光計測器２０８は、構造から得られた回折信号を測定するように構成される。測定した回折信号とシミュレートした回折信号とがマッチすれば、プロファイルパラメータの１つ以上の値は、シミュレートした回折信号と関連するプロファイルパラメータの１つ以上の値であると判定される。

１つの例示的実施形態では、光計測システム２０４は、複数のシミュレート回折信号と、この複数のシミュレート回折信号と関連する１つ以上のプロファイルパラメータの複数の値とを有するライブラリ２１２も備えることができる。前述したように、ライブラリは、事前に生成されることができる。計測プロセッサ２１０は、構造から得られた測定された回折信号を、ライブラリ内にある複数のシミュレート回折信号と比較することができる。マッチしているシミュレート回折信号が発見されると、ライブラリ内のマッチしているシミュレート回折信号と関連するプロファイルパラメータの１つ以上の値は、ウエハを塗布して構造を製造するのに使用されるプロファイルパラメータの１つ以上の値であると仮定される。

システム２００は、計測プロセッサ２１６をも備えている。１つの例示的実施形態では、プロセッサ２１０は、１つ以上のプロファイルパラメータの１つ以上の値を計測プロセッサ２１６に送信できる。すると計測プロセッサ２１６は、光計測システム２０４を用いて判定された１つ以上のプロファイルパラメータの１つ以上の値に基づいて、１つ以上のプロセスパラメータまたは第１の製造クラスタ２０２の設備設定を調整できる。計測プロセッサ２１６は、光計測システム２０４を用いて判定された１つ以上のプロファイルパラメータの１つ以上の値に基づいて、１つ以上のプロセスパラメータまたは第２の製造クラスタ２０６の設備設定も調整できる。上記のように、製造クラスタ２０６は、製造クラスタ２０２の前または後にウエハを処理できる。もう１つの例示的実施形態では、プロセッサ２１０は、測定された一連の回折信号を機械学習システム２１４の入力として使用し、プロファイルパラメータを機械学習システム２１４の予想出力として用いて、機械学習システム２１４を仕込むように構成される。

本発明の一態様では、構造内の非対称性は、その構造の光計測から得た測定を用いた計算に基づいて判定される。例えば、図３は、本発明の実施形態による、構造の非対称特性の判定方法における操作を示すフローチャート３００である。

フローチャート３００の操作３０２を参照すると、構造の非対称特性の判定方法は、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。

本発明の実施形態によれば、第１の信号および第２の信号は、それぞれ格子構造の第１および第２の方位角で測定される。もう１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、それぞれ格子構造の第１および第２の入射角で測定される。もう１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、それぞれ格子構造の第１および第２の偏光子／アナライザ角度で測定される。もう１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、それぞれ格子構造の第１および第２の測定ターゲットに対して測定される。一実施形態では、光学式スキャトロメトリは、光学式の分光エリプソメトリ（ＳＥ）、ビームプロファイル反射率測定法（ＢＰＲ）、および高度な紫外線反射率測定法（ｅＵＶＲ）などの技術だが、これに限定されない。

一実施形態では、格子構造に対する第１の信号および第２の信号の測定は、３次元格子構造を使用することを含む。「３次元格子構造」という用語は、本明細書では、２次元に変化するｘ−ｙプロファイに加えてｚ方向の深さも有する構造を指すのに用いる。例えば、図４Ａは、本発明の実施形態による、ｘ−ｙ平面に変化するプロファイルを有する周期格子４００の図である。周期格子のプロファイルは、ｘ−ｙプロファイルに応じてｚ方向に変化する。

一実施形態では、格子構造に対する第１の信号および第２の信号の測定は、２次元格子構造を使用することを含む。「２次元格子構造」という用語は、本明細書では、１次元のみに変化するｘ−ｙプロファイルに加えてｚ方向の深さも有する構造を指すのに用いる。例えば、図４Ｂは、本発明の実施形態による、ｘ方向に変化するがｙ方向には変化しないプロファイルを有する周期格子４０２の図である。周期格子のプロファイルは、ｘプロファイルに応じてｚ方向に変化する。２次元構造の場合にｙ方向におけるバリエーションの欠如が無限である必要はないが、パターンの任意の崩壊は長い範囲で考えられ、例えばｙ方向におけるパターンの任意の崩壊は、ｘ方向におけるパターンの崩壊よりも実質的にさらに間隔をあけて起こることは理解されるべきである。

フローチャート３００の操作３０４を参照すると、構造の非対称特性の判定方法は、第１の信号と第２の信号との間の差を判定することも含む。例えば、一実施形態では、２つの異なる方位角の測定値間の差または２つの異なる入射角の測定値間の差など、２つの類似の信号間で差を取得する。

フローチャート３００の操作３０６を参照すると、構造の非対称特性の判定方法は、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて、格子構造の非対称構造パラメータを判定することも含む。

本発明の実施形態によれば、非対称構造パラメータは、側壁角であり、この場合、格子構造は、第１の側壁角を有する第１の側壁およびこれとは異なる第２の側壁角を有する第２の側壁を有する。一実施形態では、非対称構造パラメータは、上の角の丸み、底の基盤、または限界寸法（ＣＤ）のピッチシフトなどのパラメータだが、これに限定されない。一実施形態では、格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２の材料で構成される側壁スペーサをさらに含み、この場合、非対称構造パラメータは、側壁スペーサの幅または側壁スペーサの高さなどのパラメータだが、これに限定されない。特定の実施形態では、側壁はそれぞれ、単一の側壁スペーサのみを含む。しかし、もう１つの特定の実施形態では、側壁はそれぞれ２つ以上の側壁スペーサを含む。もう１つの実施形態では、非対称構造パラメータは、格子構造であり、この格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２および第３の材料でそれぞれ構成される左右の側壁スペーサをさらに含む。

一実施形態では、計算は回帰計算である。１つのこのような実施形態では、構造パラメータの判定はさらに、計算に１つ以上の非差動信号を同時に用いることを含み、１つ以上の非差動信号は、方位角、入射角、偏光子／アナライザ角度、または追加の測定ターゲットなどの信号だが、これに限定されない。

一実施形態では、構造の非対称特性の判定方法は、フィードバック技術、フィードフォワード技術、およびｉｎ ｓｉｔｕ制御技術などだがこれらに限定されない技術を用いることによって、非対称構造パラメータに基づいてプロセス機器のパラメータを変更することをさらに含む。一実施形態では、非対称要因を用いて、ＣＤ計測器の製法過程でデバイスの構造プロファイルおよび形状をさらに正確に設定することができる。例えば、非対称要因が、与えられた閾値、例えば機器のノイズレベルよりも小さい場合、構造は、対称プロファイルによってモデル化されてよい。逆の場合、一実施形態では、プロファイルは、角度が非対称な角度を有する非対称性であり、これが非対称要因に相当する。一実施形態では、差動信号および非対称要因は、「公知の」対称構造を測定することによって、ＣＤ計測器の検証、診断、および特徴付けの一部として用いられる。非対称要因は、機器の効果を判断するのに用いられ、この効果は、一般的な非対称構造の測定値に今後適用できるように、所定の具体的な量よりも少ない必要がある。

本発明の実施形態によれば、構造の非対称特性の判定方法はさらに、シミュレートしたスペクトルをサンプルスペクトルと比較することを含む。１つの実施形態では、一連の回折次数をシミュレートして、図１５を参照して以下に説明する光計測システム１５００のようなエリプソメトリによる光計測システムによって生成される３次元の格子構造を基に回折信号を表す。しかし、同じ概念および原理も、同じように反射システムなどの他の光計測システムに適用されることは理解されるべきである。図示した回折信号には、プロファイル、寸法または材料の組成などだがこれらに限定されない３次元の格子構造の特徴を計算に入れてもよい。

上記の方法による操作の詳細について、以下の例で説明する。本発明の実施形態による第１の例では、図５に示すように、左右のスペーサの幅が非対称である構造５００を用意する。具体的には、説明のために図５を参照すると、各中央構造５０２は、右の側壁に薄いスペーサ層５０４を有する。図６に示すように、構造５００を有するウエハ６００を第１の方位角（ＡＺ１）で測定した後、このウエハを１８０度回転させて第２の方位角（ＡＺ２）で測定する。信号差は、図７および図８のグラフ７００および８００に示すように、この２つの測定値に基づいてそれぞれ計算される。非対称要因は、次式２の通りに定義できる：

第１の例の特定の実施形態では、中央構造はシリコンで構成され、側壁スペーサは酸化シリコンまたは二酸化シリコンで構成される。構造は、２つの反対方向に測定される。側壁厚が等しければ、例えば構造がスペーサの側壁厚を境に対称であれば、計算された２つの測定値間の差はゼロである。しかし、スペーサの側壁厚が異なるために非対称構造になっていれば、２つの測定値間の差はゼロではなく、オフセットを出す。すると、計算されたオフセットは、光計測の測定値またはシミュレーションのいずれか、あるいはこの両方に含まれて、測定されたデバイスの構造プロファイルについてさらに現実的な指示を出す。

本発明の実施形態による第２の例では、図９に示すように、左右の壁角が異なる非対称の格子ターゲット９００を用意する。図９を参照すると、スキャトロメータが測定したパラメータは、限界寸法（ＣＤ）、高さ、膜厚、左の側壁角（ＳＷＡ＿Ｌ）、および右の側壁角（ＳＷＡ＿Ｒ）を含む。測定の方位角は、図１０に示すように、格子ターゲット９００の上面図のように定義され、この場合、方位角の値は、反時計回りの正の値と定義される。

再度図９および図１０を参照すると、従来の手法であれば、典型的には、ターゲット９００または１０００をそれぞれ０度の方位角で測定する。なぜなら、この手法では、上に列挙したどのパラメータに対しても感度が良好だからである。次に、回帰解析を用いて、理論的に計算したモデルのスペクトルと測定したスペクトルとの間の距離（何らかの費用関数で定義される）を最短にするこれらのパラメータの最適値を求める。しかし、回帰解析の結果は通常正確ではない。なぜなら、ＳＷＡ＿ＬおよびＳＷＡ＿Ｒの感度はほとんど完全に補正されるからである。これに加えて、従来の手法は、９０（または−９０）度の方位角でターゲットを測定すること、および方位角が０度であるこれらのスペクトルを単独でまたは一緒に回帰解析で用いることを含んでいると思われる。この手法が用いられるのは、ＳＷＡ＿ＬおよびＳＷＡ＿Ｒの感度の相関関係が、９０（または−９０）度の方位角のスペクトルではわずかに少ないためである。しかし、相関関係の低下は極めて少なく、これは測定精度を大幅に補助するものではない。

これとは対照的に、本発明の１つ以上の実施形態では、ターゲット９００は、図１１のターゲット１１００に示すように、９０度と−９０度の両方の方位角で測定される。非対称の格子ターゲット１１００の２つのスペクトルの差は、回帰計算で判定され、使用される。そのため、ＳＷＡ＿ＬおよびＳＷＡ＿Ｒは、両者の相関関係が軽減することによってさらに正確に判定されることができる。ＳＷＡ＿Ｌ＝８５°であり、ＳＷＡ＿Ｒ＝８６°である２つの壁の角度の感度を、図１２のグラフ１２００および１２０２に示す。回帰解析で差動スペクトル自体を単独で用いて、または０度、９０度、−９０度の方位角で測定した１つ以上のスペクトルと共に用いて、最良の感度および最小の相関関係を達成することができる。

本発明の１つ以上の実施形態は、測定した構造の特性に応じて、方位角＝φ₁でありＡＯＩ＝θ₁である測定値１と方位角＝φ₂’でありＡＯＩ＝θ₂である測定値２との間の差動スペクトル、または方位角が様々でありかつ／またはＡＯＩが様々である測定値の対から生じる複数のこのような差動スペクトルが、相関関係を低減しかつ／またはＣＤパラメータの感度を増強するために回帰解析に算入されるという点で、一般化されてもよい。これらの差動スペクトルを、それ自体でまたは他の従来の非差動スペクトルと共に回帰解析で用いて、最良の感度および最小の相関関係を達成することができる。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、上記の手法の１つの利点は、非対称の半導体デバイス構造の異なる位置での同じ（または類似の）タイプのＣＤパラメータの相関関係を低減できる点である。１つの実施形態では、ＳＷＡ＿Ｌの感度とＳＷＡ＿Ｒの感度との間の相関関係係数の絶対値は、図１３のグラフ１３００に示すように、規則的な信号（「Ａｚ＝９０」および「Ａｚ＝−９０」と表記）よりも差動信号（「Ａｚ（９０）−Ａｚ（−９０）」と表記）の方が遙かに急速に低下する。

一実施形態では、半導体デバイスの限界寸法の回帰解析で、２つの異なる方位角および／または２つの異なる入射角で測定された２つの信号の差を取得することによって算出される各スペクトルと共に、差を示すスキャトロメータ信号を用いて、限界寸法の測定の精度を向上させる。今日、半導体デバイスはますます複雑になりつつあるため、光学ＣＤ（ＯＣＤ）計測に頼って限界寸法を監視する非対称構造がますます多くなっている。差を示すスキャトロメータ信号は、非対称構造についての非対称情報を従来の信号よりも多く提供できる。これらの新たな信号は、パラメータ相関関係が高いまたはパラメータの感度が低いために、今日正確に測定できない多くの非対称パラメータの測定を可能にすることができる。新たな信号を用いて、非対称構造の数を把握するまでの時間を大幅に改善することもでき、これができなければ、次善策および／または試行錯誤の手法が必要となる。

本発明の実施形態は、膜を多様な形で積層するのに適している。例えば、一実施形態では、ＣＤプロファイルの非対称特性の判定方法は、基板に形成される絶縁膜、半導体膜および金属膜を含む積層膜を作るために実施される。一実施形態では、積層膜は、単一層または多層を含む。また、本発明の一実施形態では、解析したまたは測定した格子構造は、３次元成分と２次元成分の両方を含む。例えば、シミュレートした回折データに基づく算出の効率は、２次元成分が構造全体およびその回折データに及ぼす単純な役割を利用することによって最適化することができる。図１４は、本発明の実施形態による２次元成分と３次元成分の両方を有する構造の断面図である。図１４を参照すると、構造１４００は、基板１４０６の上方に２次元成分１４０２および３次元成分１４０４を有する。２次元成分の格子は方向２に沿って広がっているのに対し、３次元成分の格子は方向１と方向２の両方に沿って広がっている。１つの実施形態では、方向１は、図１４に示すように、方向２に対して直角である。もう１つの実施形態では、方向１は、方向２に対して直角ではない。

図１５は、本発明の実施形態による、半導体ウエハ上の構造のプロファイルを判定するために光計測を使用する様子を示す構造図である。光計測システム１５００は、ウエハ１５０８のターゲット構造１５０６に計測ビーム１５０４を照射する計測ビーム源１５０２を備える。計測ビーム１５０４は、ターゲット構造１５０６に向かって入射角θで照射される。回折ビーム１５１０は、計測ビーム受信器１５１２が測定する。回折ビームデータ１５１４は、プロファイルアプリケーションサーバ１５１６に送信される。プロファイルアプリケーションサーバ１５１６は、測定した回折ビームデータ１５１４を、シミュレートした回折ビームデータのライブラリ１５１８と比較し、ターゲット構造の限界寸法と分解能との組み合わせの変化を表す。

本発明の実施形態によれば、シミュレートした回折ビームデータの少なくとも一部は、２つ以上の方位角に対して判定された差に基づくものである。本発明のもう１つの実施形態によれば、シミュレートした回折ビームデータの少なくとも一部は、２つ以上の入射角に対して判定された差に基づくものである。１つの例示的実施形態では、測定した回折ビームデータ１５１４に最もマッチングするライブラリ１５１８のインスタンスが選択される。回折スペクトルまたは回折信号のライブラリおよびその仮説プロファイルは、概念および原理を説明するためにしばしば用いられるが、本発明は、回帰解析、ニューラル・ネットワーク、およびプロファイルの取得に用いられる類似の方法など、シミュレートした回折信号およびその一連のプロファイルパラメータを含むデータスペースにも同じように適用されることは理解されるべきである。選択したライブラリ１５１６のインスタンスの仮説プロファイルおよびその限界寸法は、ターゲット構造１５０６の特徴の実際の断面プロファイルおよび限界寸法に対応すると仮定される。光計測システム１５００では、反射率計、エリプソメータ、または回折ビームまたは回折信号を測定するためのその他の光計測デバイスを使用してもよい。

本発明の実施形態の説明を容易にするため、エリプソメトリによる光計測システムを用いて上記の概念および原理を説明する。同じ概念および原理が反射率計システムなどのその他の光計測システムにも同じように適用されることは理解されるべきである。同じように、半導体ウエハを使用してこの概念の適用を説明してもよい。また、この方法およびプロセスは、繰り返し構造を有するその他のワークピースにも同じように適用される。

本発明は、命令を記憶した機械可読型媒体を備えることができるコンピュータプログラム製品、またはソフトウェアとして提供されてもよく、これを、コンピュータシステム（またはその他の電子機器）をプログラムして本発明によるプロセスを実行するのに用いてもよい。機械可読型媒体は、機械（例えばコンピュータ）で読み取り可能な形態の情報を記憶または送信するための任意の機構を備える。例えば、機械可読型（例えばコンピュータが読み取れる）媒体には、機械（例えばコンピュータ）可読型記憶媒体（例えば読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光学式記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）、機械（例えばコンピュータ）可読型送信媒体（電子信号、光信号、音響信号またはその他の形態の伝搬信号（例えば搬送波、赤外線信号、デジタル信号など））などがある。

図１６は、コンピュータシステム１６００という例示的形態での機械を示す図であり、このシステムでは、本明細書で考察した任意の１つ以上の計測を機械に行わせるための命令セットを実行できる。代替実施形態では、機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネットで他の機械に接続されることができる（例えばネットワーク化される）。機械は、クライアントサーバのネットワーク環境にあるサーバまたはクライアントマシンの容量内で、またはピアツーピアの（または分散型の）ネットワーク環境にあるピアマシンとして動作できる。機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ｗｅｂアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチもしくはブリッジ、またはこの機械が取るべき行為を特定する（連続的またはそうでない）命令セットを実行する能力のある任意の機械とすることができる。このほか、単一の機械のみを説明しているが、「機械」という用語は、本明細書で考察した任意の１つ以上の計測を実施する１つの（または複数の）命令セットを個々にまたは共同で実行する機械の任意の集合（例えば複数のコンピュータ）も含むとみなされるものとする。

例示的なコンピュータシステム１６００は、プロセッサ１６０２、メインメモリ１６０４（例えば読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）またはラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）のようなダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ１６０６（例えばフラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、および二次メモリ１６１８（例えばデータ記憶デバイス）を備え、これらはバス１６３０を介して互いに通信する。

プロセッサ１６０２は、マイクロプロセッサ、中央処理デバイスなど、１つ以上の汎用処理デバイスである。さらに詳細には、プロセッサ１６０２は、複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）のマイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）のマイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）のマイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットを組み合わせたものを実装するプロセッサとすることができる。プロセッサ１６０２は、１つ以上の特定の用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような特別目的の処理デバイス、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどであってもよい。プロセッサ１６０２は、本明細書で考察した操作を実施する処理回路１６２６を実行するように構成される。

コンピュータシステム１６００は、ネットワークインターフェースデバイス１６０８をさらに備えてもよい。コンピュータシステム１６００は、映像表示ユニット１６１０（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス１６１２（例えばキーボード）、カーソルコントロールデバイス１６１４（例えばマウス）、および信号生成デバイス１６１６（例えばスピーカー）を備えてもよい。

二次メモリ１６１８は、機械アクセス可能な記憶媒体（またはさらに具体的にはコンピュータ可読型記憶媒体）１６３１を備えることができ、この記憶媒体には、本明細書に記載した任意の１つ以上の計測または関数を包含する１つ以上の命令セット（例えばソフトウェア１６２２）が記憶される。ソフトウェア１６２２は、コンピュータシステム１６００に実行されている間は、完全にまたは少なくとも部分的に、メインメモリ１６０４内および／またはプロセッサ１６０２内にあってもよく、メインメモリ１６０４およびプロセッサ１６０２は、機械可読型記憶媒体も構成する。ソフトウェア１６２２は、さらに、ネットワークインターフェースデバイス１６０８を介してネットワーク１６２０上で送受信されることができる。

機械アクセス可能な記憶媒体１６３１は、例示的実施形態で単一の媒体として示しているが、「機械可読型記憶媒体」という用語は、１つ以上の命令セットを記憶する単一の媒体または複数の媒体（例えば中央集中型または分散型のデータベース、ならびに／またはそのキャッシュおよびサーバ）を含むとみなされるべきである。「機械可読型記憶媒体」という用語は、機械が実行する命令セットを記憶または符号化する能力があり、本発明の任意の１つ以上の計測をその機械に実施させる任意の媒体も含むとみなされるべきである。「機械可読型記憶媒体」という用語は、したがって、ソリッドステートメモリ、ならびに光学媒体および磁気媒体だがこれに限定されないものを含むとみなされるべきである。

本発明の実施形態によれば、機械アクセス可能な記憶媒体は、この中に記憶された命令を有し、この命令によりデータ処理システムが、構造の非対称特性の判定方法を実施する。本方法は、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られる第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。本方法は、第１の信号と第２の信号との間の差を判定することも含む。本方法は、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて、格子構造の非対称構造パラメータを判定することもさらに含む。

１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の方位角でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の入射角でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の偏光子／アナライザ角度でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の測定ターゲットでそれぞれ測定される。１つの実施形態では、非対称構造パラメータは、側壁角であり、この場合、格子構造は、第１の側壁角を有する第１の側壁およびこれとは異なる第２の側壁角を有する第２の側壁を有する。１つの実施形態では、非対称構造パラメータは、上の角の丸み、底の基盤、または限界寸法（ＣＤ）のピッチシフトなどのパラメータだが、これに限定されない。１つの実施形態では、格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２の材料で構成される側壁スペーサをさらに含み、この場合、非対称構造パラメータは、側壁スペーサの幅または側壁スペーサの高さなどのパラメータだが、これに限定されない。もう１つの実施形態では、非対称構造パラメータは、格子構造であり、この格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２および第３の材料でそれぞれ構成される左右の側壁スペーサをさらに含む。

１つの実施形態では、計算は、回帰計算である。特定の実施形態では、構造パラメータの判定はさらに、計算に１つ以上の非差動信号を同時に用いることを含み、１つ以上の非差動信号は、方位角、入射角、偏光子／アナライザ角度および追加の測定ターゲットなどの信号だが、これに限定されない。１つの実施形態では、光学式スキャトロメトリは、光学式の分光エリプソメトリ（ＳＥ）、ビームプロファイル反射率（ＢＰＲ）、または高度な紫外線反射率（ｅＵＶＲ）などの技術だが、これに限定されない。１つの実施形態では、本方法は、フィードバック技術、フィードフォワード技術、およびｉｎ ｓｉｔｕ制御技術などだがこれに限定されない技術を使用することによって、非対称構造パラメータに基づいてプロセス機器のパラメータを変更することをさらに含む。

上記の計測は、本発明の実施形態の精神および範囲内で、多様な状況下で適用されてもよいことは理解されるべきである。例えば、一実施形態では、上記の計測は、背後の光があってもなくても実施される。一実施形態では、上記の方法は、半導体、ソーラー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または関連する製造プロセスで実施される。一実施形態では、上記の方法は、単独型または内蔵型の計測器で用いられる。一実施形態では、上記の方法は、単一または複数の測定ターゲットの回帰解析で用いられる。

以上のように、構造の非対称特性の判定方法を開示してきた。本発明の実施形態によれば、１つの方法は、格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られる第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定することを含む。次に、第１の信号と第２の信号との差が判定される。格子構造の非対称構造パラメータは、第１の信号、第２の信号、およびその差を用いた計算に基づいて判定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の方位角でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の入射角でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の偏光子／アナライザ角度でそれぞれ測定される。１つの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、格子構造の第１および第２の測定ターゲットでそれぞれ測定される。

Claims (25)

1. 構造の非対称特性の判定方法であって：
   格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定すること；
   前記第１の信号と前記第２の信号との間の差を判定すること；および
   前記第１の信号、前記第２の信号、および前記差を用いた計算に基づいて、前記格子構造の非対称構造パラメータを判定すること
   を含む、判定方法。
2. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の方位角で測定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の入射角で測定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の偏光子／アナライザ角度で測定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の測定ターゲットに対して測定される、請求項１に記載の方法。
6. 前記非対称構造パラメータは、側壁角であり、前記格子構造は、第１の側壁角を有する第１の側壁およびこれとは異なる第２の側壁角を有する第２の側壁を有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記非対称構造パラメータは、上の角の丸み、底の基盤、限界寸法（ＣＤ）のピッチシフトからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
8. 前記格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２の材料で構成される側壁スペーサをさらに含み、前記非対称構造パラメータは、側壁スペーサの幅および側壁スペーサの高さからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
9. 前記格子構造は、第１の材料で構成され、第２の材料で構成される第１の側壁スペーサと、第３の材料で構成され前記第１の側壁スペーサから反対側の側壁にある第２の側壁スペーサとをさらに含み、前記非対称構造パラメータは、前記第２の材料と第３の材料との間の組成差である、請求項１に記載の方法。
10. 前記計算は回帰計算である、請求項１に記載の方法。
11. 前記構造パラメータの判定はさらに、前記計算に１つ以上の非差動信号を同時に用いることを含み、前記１つ以上の非差動信号は、方位角、入射角、偏光子／アナライザ角度、および追加の測定ターゲットを用いて測定された信号からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光学式スキャトロメトリは、光学式の分光エリプソメトリ（ＳＥ）、ビームプロファイル反射率測定法（ＢＰＲ）、および高度な紫外線反射率測定法（ｅＵＶＲ）からなる群から選択される技術である、請求項１に記載の方法。
13. フィードバック技術、フィードフォワード技術、およびｉｎ ｓｉｔｕ制御技術からなる群から選択される技術を用いることによって、
    前記非対称構造パラメータに基づいてプロセス機器のパラメータを変更すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 構造の非対称特性の判定方法をデータ処理システムに実施させる命令を記憶した機械アクセス可能な記憶媒体であって、前記データ処理システムが、
    格子構造に対して、光学式スキャトロメトリによって得られた第１の信号およびこれとは異なる第２の信号を測定すること；
    前記第１の信号と前記第２の信号との間の差を判定すること；および
    前記第１の信号、前記第２の信号、および前記差を用いた計算に基づいて、前記格子構造の非対称構造パラメータを判定すること
    の動作を行うための命令を記憶したことを特徴とする記憶媒体。
15. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の方位角で測定される、請求項１４に記載の記憶媒体。
16. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の入射角で測定される、請求項１４に記載の記憶媒体。
17. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の偏光子／アナライザ角度で測定される、請求項１４に記載の記憶媒体。
18. 前記第１の信号および前記第２の信号は、それぞれ前記格子構造の第１および第２の測定ターゲットに対して測定される、請求項１４に記載の記憶媒体。
19. 前記非対称構造パラメータは、側壁角であり、前記格子構造は、第１の側壁角を有する第１の側壁およびこれとは異なる第２の側壁角を有する第２の側壁を有する、請求項１４に記載の記憶媒体。
20. 前記非対称構造パラメータは、上の角の丸み、底の基盤、限界寸法（ＣＤ）のピッチシフトからなる群から選択される、請求項１４に記載の記憶媒体。
21. 前記格子構造は、第１の材料で構成され、これとは異なる第２の材料で構成される側壁スペーサをさらに含み、前記非対称構造パラメータは、側壁スペーサの幅および側壁スペーサの高さからなる群から選択される、請求項１４に記載の記憶媒体。
22. 前記計算は回帰計算である、請求項１４に記載の記憶媒体。
23. 前記構造パラメータの判定はさらに、前記計算に１つ以上の非差動信号を同時に用いることを含み、前記１つ以上の非差動信号は、方位角、入射角、偏光子／アナライザ角度、および追加の測定ターゲットからなる群から選択される、請求項２２に記載の記憶媒体。
24. 前記光学式スキャトロメトリは、光学式の分光エリプソメトリ（ＳＥ）、ビームプロファイル反射率測定法（ＢＰＲ）、および高度な紫外線反射率測定法（ｅＵＶＲ）からなる群から選択される技術である、請求項１４に記載の記憶媒体。
25. フィードバック技術、フィードフォワード技術、およびｉｎ ｓｉｔｕ制御技術からなる群から選択される技術を用いることによって、
    前記非対称構造パラメータに基づいてプロセス機器のパラメータを変更する命令をさらに含む、請求項１４に記載の記憶媒体。

Images