JP2014524028A

JP2014524028A - 複数のアナライザ角分光偏光解析法

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Publication number: JP2014524028A
Application number: JP2014519266A
Authority: JP
Inventors: ヒンドンクワック; ワードディクソン; レオニードポスラフスキー; トーステンカーク
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-09-18
Also published as: EP2729789A4; EP2729789A1; WO2013006637A1; TW201314173A; TWI558975B

Abstract

偏光解析システムおよび改良された安定性をもつ偏光解析データ収集方法が開示される。本開示によれば、複数の所定の離散アナライザ角を利用して単一測定に対する偏光解析データを収集し、これらの所定の離散アナライザ角で収集した偏光解析データに基づいて、データ回帰を実行する。単一測定に対する複数の離散アナライザを利用することにより、偏光解析システムの安定性が向上する。

Description

本開示は、一般に表面検査の分野に関し、詳細には偏光解析ツールに関する。

シリコンウェハなどの薄い磨き板は、現代技術の非常に重要な部分である。たとえば、ウェハは、集積回路の組立および他のデバイスに使用される半導体材料の薄片を指してもよい。薄い磨き板／薄膜の他の例には、磁気ディスク基板、ゲージブロックなどが含まれてもよい。本明細書に記載される技術は主にウェハを指すが、この技術はまた他のタイプの磨き板および薄膜にも適用可能であることを理解されたい。用語ウェハならびに用語薄い磨き板および／または薄膜は、本開示において交換可能に使用されてもよい。

概してウェハの誘電特性に対してある種の要件が確立されてもよい。偏光解析法は、ウェハの誘電特性の調査のための光学技術である。試料（たとえば、ウェハ表面）に反射する偏光の変化を分析すると、偏光解析法は試料についての情報を得ることができる。偏光解析法は、複素屈折率または誘電関数テンソルを精査でき、これは基礎物理パラメータを利用でき、形態論、結晶品質、化学成分、または導電率を含む様々な試料特性に関する。偏光解析法を使用して、通常数オングストロームまたは数１０ナノメートルから数マイクロメートルまでの単層または複合多層スタックに対して薄膜の厚さを特徴付ける。

分光偏光解析法は、広帯域光源を利用するタイプの偏光解析法であり、ある一定範囲のスペクトル領域（たとえば、赤外線、可視または紫外線スペクトル領域）を網羅する。スペクトル領域を網羅することにより、対応するスペクトル領域における複素屈折率または誘電関数テンソルを得ることができ、これにより多くの基礎物理特性を利用できる。

米国出願公開第２００６／０２７４３１０号米国特許第５７０６０８８号

しかし、試験結果は、既存の偏光解析ツールによって得た測定結果が、ある特定の状況下では安定しないことを示す。そこで改良された測定の安定性のある偏光解析ツールが必要とされる。

本開示は偏光解析システムを対象とする。偏光解析システムは、ウェハを支持するように構成された支持機構、および入射ビームをウェハに向かって送達するように構成された照明光源を含んでもよい。入射ビームはウェハに反射し、それによって反射ビームを形成してもよい。また偏光解析システムは、反射ビームを偏光するように構成されたアナライザを含んでもよい。アナライザの偏光方向は、複数の所定の離散角度位置に回転可能であってもよい。検出器を利用して、アナライザを通過する反射ビームに基づいてスペクトルデータのセットを収集してもよい。収集されるスペクトルデータのセットのそれぞれのスペクトルデータは、所定の離散角度位置のセットの１つに対応してもよい。一旦スペクトルデータのセットが収集されると、プロセッサモジュールを利用してスペクトルデータのセット上で同時に回帰を実行してもよい。

本開示のさらなる実施形態は、ウェハを検査するための偏光解析方法を対象とする。該方法は、入射ビームをウェハに向かって送達することであって、入射ビームはウェハに反射し、それによって反射ビームを形成する、送達することと、アナライザを利用して反射ビームを偏光することであって、アナライザは所定の離散角度位置のセットに回転可能な偏光方向を有する、偏光することと、アナライザを通過する反射ビームに基づいてスペクトルデータのセットを収集することであって、スペクトルデータのセットのそれぞれのスペクトルデータは、アナライザの偏光方向が所定の離散角度位置のセットの１つを指しているときに収集される、収集することと、収集されたスペクトルデータのセットに同時に回帰を実行することとを含んでもよい。

また本開示のさらなる実施形態は、ウェハを検査するための偏光解析方法を対象とする。該方法は、入射ビームをウェハに向かって送達することであって、入射ビームはウェハに反射し、それによって反射ビームを形成する、送達することと、アナライザを利用して反射ビームを偏光することであって、アナライザは第１の所定の離散角度位置を指している偏光方向を有する、偏光することと、アナライザの偏光方向が第１の所定の離散角度位置を指しているとき、アナライザを通過する反射ビームを収集することと、アナライザを回転させることであって、アナライザの偏光方向を第２の所定の離散角度位置を指すために回転させる、回転させることと、アナライザの偏光方向が第２の所定の離散角度位置を指しているとき、アナライザを通過する反射ビームを収集することと、アナライザの偏光方向が第１の所定の離散角度位置を指しているとき、またアナライザの偏光方向が第２の所定の離散角度位置を指しているとき、収集されたスペクトルデータに同時に回帰を実行することとを含んでもよい。

前述の概要および以下の詳細はどちらも、例示および説明に過ぎず、必ずしも本開示を制限するものではないことを理解されたい。添付図面は、本明細書の一部に組み込まれ構成し、本開示の主題を示す。ならびに、詳細および図面は、本開示の原理を説明する働きをする。

本開示の多くの利点は、添付図面を参照して当業者にはより良好に理解され得る。

本開示による偏光解析システムを示す等角投影図である。反射ビームの断面図に関する、複数の所定の離散角度位置を示す図である。本開示によるウェハを検査するための偏光解析方法を示す流れ図である。複数の所定の離散角度位置により、スペクトルデータを収集するための方法を示す流れ図である。

次に、添付の図面に示された、開示された主題の詳細について説明する。

本開示は、偏光解析システムおよび改良された安定性のある偏光解析データ収集方法を対象とする。本開示によれば、複数の所定の離散アナライザ角を利用して、単一測定に対する偏光解析データを収集し、データ回帰を、これらの所定の離散分析角度で収集された偏光解析データに基づいて実行する。単一測定に対する複数の離散アナライザ角を利用することによって、偏光解析システムの安定性が向上する。

図１および２を参照すると、本開示の一実施形態による偏光解析システム１００を示す図が示されている。偏光解析システム１００は、ウェハ１０４を支持するように構成された支持機構１０２を含んでもよい。また偏光解析システム１００は、入射ビーム１０８を偏光子１１０を通ってウェハ１０４に向かって送達するように構成された照明光源１０６を含み、ウェハ１０４の少なくとも一部を照らしてもよい。入射ビーム１０８をウェハ１０４に反射し、図１に示したように反射ビーム１１２を形成してもよい。入射ビーム１０８および反射ビーム１１２は、一般に入射面と呼ばれる面にかかる。

次いで反射ビーム１１２は、アナライザ１１４と呼ばれる第２の偏光子を通り、検出器１１６の中に入る。アナライザ１１４および検出器１１６は、合わせてアナライザモジュールと呼ばれてもよく、アナライザモジュールは入射面における反射ビーム１１２の光路に沿って位置付けられる。本開示によれば、複数のアナライザ角を利用して、単一測定に対する偏光解析データを収集し、したがって偏光解析システムの安定性を向上させる。

より具体的には、アナライザ１１４の偏光方向（図１におけるベクトルＡ）が様々な所定の離散角度位置を指すときに、偏光解析データを収集してもよい。一例示的実施形態では、アナライザ１１４の方向を１つの離散位置から次に固定された角度位置のそれぞれに対して進めてもよく／回転させてもよく、検出器１１６が偏光解析データをそれぞれの固定された角度位置で収集できる。

たとえば、アナライザ角αおよび入射面のいずれかの側部に対称的にずれた−αの対を、所定の離散角度位置と画定してもよい。アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）がアナライザ角αを指しているように、アナライザ１１４をまず回転させてもよい。検出器１１６は、ベクトルＡがアナライザ角αを指しているとき、ウェハ１１４に反射してアナライザ１１４を通過するスペクトルを収集してもよい。アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）は、検出器１１６がスペクトルを収集している間、所定の期間変わらない（すなわち、アナライザ角αを指している）ままであってもよい。続いて、アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）がアナライザ角−αを指しているように、アナライザ１１４を反射ビーム１１２に対して回転させてもよい。次いで検出器１１６は、ベクトルＡがアナライザ角−αを指しているとき、ウェハ１０４に反射してアナライザ１１４を通過するスペクトルを収集してもよい。アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）は、検出器１１６がスペクトルを収集している間、所定の期間変わらない（すなわち、アナライザ角−αを指している）ままであってもよい。

αの値は変化してもよく、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、各特定の用途のために決定されてもよいことが企図される。さらに、アナライザ角（すなわち、角度位置）は、上の例に示した２つに限定されない。３つ以上の離散角度位置が、本開示の精神および範囲から逸脱することなく画定されてもよい。

またアナライザ１１４は、１つの離散点から次に進む必要はないことも企図される。代替的実施形態では、アナライザ１１４は角度範囲を通って連続して回転してもよく、検出器１１６は、アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）が所定のアナライザ角の１つを指すと、ウェハ１０４に反射したスペクトルを収集してもよい。さらに別の実施形態では、アナライザ１１４は角度範囲を通って連続して回転してもよく、検出器１１６はウェハ１０４に反射したスペクトルデータを収集してもよいが、アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）が所定のアナライザ角の１つを指しているとき収集されたデータのみが、次の処理ステップに使用されてもよい／供給されてもよい（すなわち、他の角から収集されたデータは使用されない）。

本開示により収集された偏光解析データを、検出器１１６と連通結合したプロセッサモジュールを利用して処理してもよい。プロセッサモジュールを、処理ユニット、コンピューティング装置、集積回路、または検出器１１６と連通するあらゆる制御論理（独立型または組み込まれた）として実装しもよい。プロセッサモジュールを検出器１１６に近接して配置して、または他の場所に配置して、有線もしくは無線通信手段を介して検出器１１６と連通させてもよい。

プロセッサモジュールを、上述のように複数のアナライザ角を利用して収集された偏光解析データの同時に回帰を実行するように構成してもよい。偏光解析法に対して、モデルベース測定が一般の手法である。異なるアナライザ角度位置をもつ複数のスペクトルを、単一アナライザ角スペクトルをもつ測定結果を平均する代わりに、より良好な精度のために同時に処理してもよい。本開示によるデュアル／複数のアナライザ角測定の利点の１つは、モデルを適合後に得られるエラーがゼロエラーの理想状態の周囲に対称的に分散されるように、システムの光学設計および数学モデルに存在する系統エラーを最小にすることであり、偏光解析システム１００の安定性を向上させる。

加えて、プロセッサモジュールは、アナライザ１１４に対する臨界角を選択するために校正プロセスを促進するように構成されてもよい。たとえば、アナライザ１１４は可動の／回転可能な機構によって支持されてもよい。最初に、アナライザ１１４の方向（ベクトルＡ）を角度αを指すように設定し、次いで第２の角を−αの開始位置から測定モデルを適合後に残差の対称性を最大にする方法で注意深く調整してもよい。すなわち、２つのアナライザ角は、入射面に対して厳密に対称である必要はない。

偏光解析システムは、さらなる入射ビーム（複数可）をウェハに向かって送達するために、上述のように２つ以上の照明光源を含んでもよいことがさらに企図される。各照明光源は、本開示に従って配置した対応するアナライザモジュールを有してもよい。上述のようにアナライザ角を有する測定の配置は、各照明光源に対して独立して構成されてもよいことが理解される。すなわち、偏光解析システムが、それぞれが独特の光学設計をもつ複数の偏光解析器を含む場合、各サブシステムは、その独自の感度を最大にするために最適な測定アナライザ角を決定することが適切である。

さらに、偏光子１１０を連続して回転する偏光子として構成してもよいことが理解される。連続して回転する偏光子は、ウェハに送達される入射ビームを偏光し、分光偏光解析システムを有効に提供してもよい。また分光偏光解析システムは、その安定性および感度を向上させるために、本開示による複数の角アナライザモジュールを利用してもよい。

本開示による偏光解析法および分光偏光解析システムは、高誘電率（高ｋアプリケーションとも呼ばれる）をもつ材料を含む様々なタイプのウェハを検査するために、改良された安定性、精度および感度を提供し得ることが企図される。このような高ｋアプリケーションに対して、α値は２５°〜３７°の範囲であってもよい。しかし、このような範囲は変化してもよく、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、それぞれの特定のアプリケーションに対して決定されてもよいことが理解される。

本開示による偏光解析法および分析偏光解析システムは、米国特許第５，６０８，５２６号および／または米国特許第６，８１３，０２６号に記載されたタイプの装置と組み合わせて実施されてもよく、参照によりその全体が本明細書に組み込まれることがさらに企図される。

次に図３を参照すると、ウェハを検査するための偏光解析方法３００が示されている。ステップ３０２は、入射ビームをウェハに向かって送達してもよい。入射ビームは、ウェハに反射し、それによって上述のように反射ビームを形成してもよい。ステップ３０４では、アナライザを利用して反射ビームを偏光してもよい。アナライザの偏光方向は、所定の離散角度位置のセットに回転可能であってもよい。ステップ３０６は、アナライザを通過する反射ビームに基づいてスペクトルデータのセットを収集してもよい。収集されるスペクトルデータのセットのそれぞれのスペクトルデータは、所定の離散角度位置のセットの１つに対応してもよい。一旦スペクトルデータのセットが収集されると、ステップ３０８は、これらの所定の離散角度位置で収集されたスペクトルデータのセットに同時に回帰を実行してもよい。

様々な手法を利用してスペクトルデータのセットを収集してもよいことが企図される。一例の手法では、図４に示したように、ステップ４０２は、その偏光方向が第１の所定の離散角度位置を指すように、アナライザを回転させてもよい。次いでステップ４０４は、アナライザの偏光方向が第１の所定の離散角度位置を指してきるとき、アナライザを通過する反射ビームを収集してもよい。続いて、ステップ４０６は、その偏光方向が第２の所定の離散角度位置を指しているように、アナライザを回転させてもよい。ステップ４０８は、アナライザの偏光方向が第２の所定の離散角度位置を指しているとき、アナライザを通過する反射ビームを収集してもよい。ステップ４１０は、アナライザの偏光方向が第１の所定の離散角度位置を指しているとき、およびアナライザの偏光方向が第２の所定の離散角度位置を指しているとき、収集されたスペクトルデータに同時に回帰を実行してもよい。

しかし、アナライザは１つの離散点から次に進む必要はないことが企図される。代替的実施形態では、アナライザは角度範囲を通って連続して回転してもよく、検出器はアナライザの方向が所定のアナライザ角の１つを指すと、スペクトルデータを収集してもよい。さらに別の実施形態では、アナライザは角度範囲を通って連続して回転してもよく、検出器はウェハに反射したスペクトルデータを収集してもよいが、アナライザの方向が所定のアナライザ角の１つを指しているときに収集されたデータのみが、同時に回帰するために使用されてもよい。

上の例はウェハ検査に言及したが、本開示によるシステムおよび方法は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他のタイプの磨き板にも同様に適用可能であることが企図される。本開示に使用された用語ウェハは、集積回路の組立および他のデバイスに使用される半導体材料の薄片、ならびに磁気ディスク基板、ゲージブロックなどの他の薄い磨き板を含んでもよい。

開示された方法を、単一の製造装置を通して、および／または複数の製造装置を通して命令のセットとして実施してもよい。さらに、開示された方法におけるステップの具体的な順序または階層は、例示的手法の例であることが理解される。設計の嗜好に基づいて、方法におけるステップの具体的な順序または階層を並べ替えることができるが、本開示の範囲および精神の範囲内にあることが理解される。添付の方法の特許請求の範囲は、試料の順序における様々なステップの要素を提示し、提示された特定の順序または階層に限定されることを必ずしも意味しない。

本開示のシステムおよび方法、ならびにその付随の利点の多くは前述の記載によって理解されると考えられ、様々な変化を開示された主題から逸脱すくことなく、またはその材料の利点のすべてを損なうことなく、構成部品の形、構成および配置になされてもよいことが明らかになろう。記載された形は説明に過ぎない。

Claims

ウェハを支持するように構成された支持機構と、
入射ビームを前記ウェハに向かって送達するように構成された照明光源であって、前記入射ビームは前記ウェハに反射し、それによって反射ビームを形成する、照明光源と、
前記反射ビームを偏光するように構成されたアナライザであって、前記アナライザは、複数の所定の離散角度位置に回転可能な偏光方向を有する、アナライザと、
前記アナライザを通過する前記反射ビームに基づいて、スペクトルデータのセットを収集するように構成された検出器であって、スペクトルデータの前記セットのそれぞれのスペクトルデータは、前記アナライザの前記偏光方向が所定の離散角度位置の前記セットの１つを指しているときに収集される、検出器と、
収集されたスペクトルデータの前記セットに同時に回帰を実行するように構成されたプロセッサモジュールとを備える、偏光解析システム。
前記アナライザは、前記複数の所定の離散角度位置の１つから前記複数の所定の離散角度位置の次の１つに進むように構成される、請求項１に記載の偏光解析システム。
前記アナライザは連続して回転するように構成され、前記検出器は、前記アナライザの前記偏光方向が前記複数の所定の離散角度位置の１つにあるとき、スペクトルデータを収集するように構成される、請求項１に記載の偏光解析システム。
前記複数の所定の離散角度位置は、前記入射ビームおよび前記反射ビームによって画定された入射面に対してペアワイズ対称である、請求項１に記載の偏光解析システム。
前記複数の所定の離散角度位置は、第１の角度位置および第２の角度位置を含み、前記第１の角度位置および前記第２の角度位置は、前記入射面に対して実質的に対称である、請求項４に記載の偏光解析システム。
前記離散角度位置は、測定感度を最大にするために調節可能である、請求項１に記載の偏光解析システム。
前記照明光源は回転可能な偏光子をさらに含み、前記入射ビームを偏光するように構成された前記回転可能な偏光子は、前記ウェハに向かって送達される、請求項１に記載の偏光解析システム。
ウェハを検査するための偏光解析方法であって、
入射ビームを前記ウェハに向かって送達することであって、前記入射ビームは前記ウェハに反射し、それによって反射ビームを形成する、送達することと、
アナライザを利用して前記反射ビームを偏光することであって、前記アナライザは所定の離散角度位置のセットに回転可能な偏光方向を有する、偏光することと、
前記アナライザを通過する前記反射ビームに基づいてスペクトルデータのセットを収集することであって、スペクトルデータの前記セットのそれぞれのスペクトルデータは、前記アナライザの前記偏光方向が所定の離散角度位置の前記セットの１つを指しているときに収集される、収集することと、
収集されたスペクトルデータの前記セットに同時に回帰を実行することを含む、方法。
前記アナライザは、複数の所定の離散角度位置の１つから前記複数の所定の離散角度位置の次の１つに進むように構成される、請求項８に記載の偏光解析方法。
前記アナライザは連続して回転するように構成され、検出器は、前記アナライザの前記偏光方向が複数の所定の離散角度位置の１つにあるときに、スペクトルデータを収集するように構成される、請求項８に記載の偏光解析方法。
複数の所定の離散角度位置は、前記入射ビームおよび前記反射ビームによって画定された入射面に対してペアワイズ対称である、請求項８に記載の偏光解析方法。
複数の所定の離散角度位置は、第１の角度位置および第２の角度位置を含み、前記第１の角度位置および第２の角度位置は、前記入射面に対して実質的に対称である、請求項１１に記載の偏光解析方法。
前記離散角度位置は、測定感度を最大にするために調節可能である、請求項８に記載の偏光解析方法。
前記ウェハに向かって送達された前記入射ビームは、連続して偏光される、請求項８に記載の偏光解析方法。
ウェハを検査するための偏光解析方法であって、
入射ビームを前記ウェハに向かって送達することであって、前記入射ビームは前記ウェハに反射し、それによって反射ビームを形成する、送達することと、
アナライザを利用して前記反射ビームを偏光することであって、前記アナライザは第１の所定の離散角度位置のセットを指している偏光方向を有する、偏光することと、
前記アナライザの前記偏光方向が前記第１の所定の離散角度位置を指しているときに、前記アナライザを通過する前記反射ビームを収集することと、
前記アナライザを回転させることであって、前記アナライザの前記偏光方向を、第２の所定の離散角度位置を指すように回転させる、回転させることと、
前記アナライザの前記偏光方向が、前記第２の所定の離散角度位置を指しているとき、前記アナライザを通過する前記反射ビームを収集することと、
前記アナライザの前記偏光方向が前記第１の所定の離散角度位置を指しているとき、および前記アナライザの前記偏光方向が前記第２の所定の離散角度位置を指しているとき、収集されたスペクトルデータに同時に回帰を実行することを含む、方法。
前記第１の所定の離散角度位置および前記第２の所定の離散角度位置は、前記入射ビームおよび前記反射ビームによって画定された入射面に対して実質的に対称である、請求項１５に記載の偏光解析方法。
前記第１の所定の離散角度位置および前記第２の所定の離散角度位置の少なくとも１つを調節することと、
どちらの測定感度が向上したかを判定することをさらに含む、請求項１５に記載の偏光解析方法。
前記第１の所定の離散角度位置および前記第２の所定の離散角度位置の少なくとも１つを、前記測定感度が最大になるまで連続して調節することをさらに含む、請求項１７に記載の偏光解析方法。
前記ウェハに向かって送達された前記入射ビームは連続して偏光される、請求項１５に記載の偏光解析方法。
前記アナライザを回転させることであって、前記アナライザの前記偏光方向を、第３の所定の離散角度位置を指すように回転させる、回転させることと、
前記アナライザの前記偏光方向が、前記第３の所定の離散角度位置を指しているとき、前記アナライザを通過する前記反射ビームを収集することと、
前記アナライザの前記偏光方向が前記第１の所定の離散角度位置を指しているとき、前記アナライザの前記偏光方向が前記第２の所定の離散角度位置を指しているとき、および前記アナライザの前記偏光方向が前記第３の所定の離散角度位置を指しているとき、収集されたスペクトルデータに同時に回帰を実行することをさらに含む、請求項１５に記載の偏光解析方法。