JP2021531663A - 位相解明光学及びｘ線半導体計量 - Google Patents

Abstract

本願開示の諸実施形態によれば、半導体ウェハ上にあるターゲットを再構築及び／又は撮像することが可能となる。半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を、ウェハ計量ツールを用いて計測する。その面のボクセルマップを、幾何計測結果と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用い固定する。固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われうる。

Description

本件開示は半導体計量に関する。

半導体製造業の発展により、かつてなく強い要求が歩留まり管理に、またとりわけ計量及び検査システムに課されつつある。限界寸法が小さくなり続けている。高歩留まり高付加価値生産達成所要時間を縮めよと、市場が業界を駆り立てている。歩留まり問題を察知してからそれを正すまでの合計時間を縮めることが、半導体製造業者にとり投資収益率の決め手となっている。

半導体デバイス例えば論理デバイス及び記憶デバイスを作成する際には、通常、多数の作成プロセスを用い半導体ウェハを処理することで、それら半導体デバイスの様々なフィーチャ（外形特徴）及び複数個の階層が形成される。例えばリソグラフィなる半導体製造プロセスでは、半導体ウェハ上に配置されたフォトレジストへと、レティクルからパターンが転写される。半導体製造プロセスの別例には、これに限られるものではないが化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積及びイオンインプランテーションがある。複数個の半導体デバイスを１枚の半導体ウェハ上に配列をなし作成した後、個別の半導体デバイスへと分けるようにするとよい。

計量プロセスは、半導体製造プロセス中の様々な工程で、そのプロセスを監視、制御すべく用いられている。計量プロセスが検査プロセスと異なる点は、ウェハ上の欠陥が検出される検査プロセスと違い、それらウェハに備わる一通り又は複数通りの特性であり既存検査ツールを用いても判別できないものを、計量プロセスを用いれば計測できる点にある。計量プロセスを用いウェハの特性一通り又は複数通りを計測することで、当該一通り又は複数通りの特性からプロセスの性能を判別することが可能となる。例えば、そのプロセス中にそれらウェハ上に形成されたフィーチャの寸法（例．ライン幅、厚み等々）を、計量プロセスにて計測することができる。加えて、それらウェハの特性一通り又は複数通りが（例．その特性（群）向けの所定範囲外にあり）許容不能なものであっても、それらウェハの特性一通り又は複数通りについての計測結果を用いそのプロセスのパラメタ１個又は複数個を改変することで、そのプロセスにより製造される後続ウェハの特性を許容可能なものとすることができる。

半導体計量トモグラフィでは、周期性平面ターゲットに発する回折光からフリーフォームの散乱密度マップ（ＳＤＭ）が決定される。硬Ｘ線では散乱密度が複素数となり、１なる屈折率からの偏差たる実部と、消衰係数たる虚部とがそれにより表される。Ｘ線波長の二乗を２πにより除したものを古典電子半径に乗じたものが関わる定数逆スケーリングを行うと、そのＳＤＭの実部がその物質の電子密度と等価なものになる。そのため、電子密度なる語が、散乱密度に代わる代用定義として用いられることが多い。密度決定は、そのＳＤＭを正規化しつつ模擬回折パターンと計測回折パターンとを整合させる最適化プロセスの成果である。ＳＤＭは、Ｘ線ターゲットの散乱ボリュームを埋め尽くす体積要素（ボクセル）に割り当てられた一組の散乱密度なる形態を採るものであり、そのＸ線ターゲットは、平面方向（ｘ，ｙ）にて通常は周期的な単位セルをなし且つそれに対し垂直な方向（ｚ）にて通常は非周期的な散乱領域をなしている。この散乱ボリュームのことを拡張単位セルという。

米国特許第７９３３０２６号明細書

回折光強度からＳＤＭを推し量ろうとする技術の短所の一つは、計測にて入手できる絶対又は相対位相情報がないことである。そのため、ＳＤＭを一意に決定する機構が存在していない。実のところ、全く同じ回折光信号を生成できるＳＤＭには数多くの例がある。更に、散乱ボリュームの所在個所に対する高さ依存性が硬Ｘ線スペクトルでは弱い。これが原因となり、決定されるＳＤＭにて幾種類かの曖昧性、例えば並進、空間フラクション及び垂直方向反転曖昧性が生じる。並進方向曖昧性があると、ＳＤＭをどの方向にシフトさせても模擬計測結果に変化がないことがあるため、制約条件上の効果が全くない。空間フラクション曖昧性があると、単純構造内の個別な二通りの幾何形状によって、０次以外の全次数に関し同じ散乱プロファイルがもたらされうる。垂直方向反転曖昧性があると、水平面を基準としてそのＳＤＭをひっくり返したとしても、その単一の散乱モデルにより同じ模擬スペクトルがもたらされる。

従前の諸技術では、ある意味で、ＳＤＭ初期条件から位相を借用すること及び／又は決定ＳＤＭ・初期ＳＤＭ間最適化差にペナルティを課すことによって、位相欠如を解決しようと試みられていた。しかしながら、初期条件から位相を誘導すると、推定されるＳＤＭがその初期ＳＤＭ寄りに歪むことがある。これにより、そこには存在しないはずの特徴又はそこに存在すべき幾何学的特徴を抑圧する特徴が、その推定ＳＤＭ内にもたらされることがある。

そのため、計量における改良が必要とされている。

第１実施形態では方法を提供する。本方法では、ウェハ計量ツールを用い、半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を計測する。プロセッサを用いることで、幾何計測結果と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用いその面のボクセルマップを固定する。それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われる。

ある例では、前記ウェハ計量ツールが限界寸法走査型電子顕微鏡とされる。

別の例では前記ウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータ（散乱計）とされる。本方法では、反射モードに従い構成された計測ツールで以て前記ターゲットの表面を計測することができる。その計測ツールたりうるものには透過型小角Ｘ線スキャタロメータがある。

別の例では前記ウェハ計量ツールが光スキャタロメータとされる。本方法では、透過技術を用いるよう構成された計測ツールで以てターゲット表面を計測することができる。その計測ツールたりうるものには透過型小角Ｘ線スキャタロメータがある。

前記ターゲット表面を計測する際に、そのターゲットの幾何形状を計測することで幾何計測結果を提供することができる。

ボクセル向けの散乱値は、ターゲット内物質に関連付けられた一組の値から採取することができる。それら散乱値は連続的に浮動しうる。

第２実施形態ではシステムを提供する。本システムは、半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を計測するよう構成されたウェハ計量ツールと、そのウェハ計量ツールと電子通信するプロセッサとを有する。そのプロセッサを、幾何計測結果と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用い前記表面のボクセルマップを固定するよう、構成する。それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われる。

ある例では前記ウェハ計量ツールが限界寸法走査型電子顕微鏡とされる。

別の例では前記ウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータとされる。本システムには、反射モードを用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを設けることができる。その計測ツールたりうるものには透過型小角Ｘ線スキャタロメータがある。

別の例では前記ウェハ計量ツールが光スキャタロメータとされる。本システムには、透過技術を用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを設けることができる。その計測ツールたりうるものには透過型小角Ｘ線スキャタロメータがある。

本システムには、透過技術を用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを設けることができる。前記ウェハ計量ツールを、更に、前記ターゲットの幾何形状を計測するよう構成することができる。ある例ではそのウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータ又は光スキャタロメータとされ、その計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータとされる。本システムには、ターゲット内物質に関連付けられている複数個の散乱値を格納するよう構成された、電子データ格納ユニットを設けることができる。その電子データ格納ユニットを前記プロセッサと電子通信させてもよい。そのプロセッサを、前記一組の値からボクセル向けに散乱値を採取するよう構成することができる。それら散乱値は連続的に浮動しうる。

本件開示の性質及び目的についてのより遺漏なき理解のためには、後掲の詳細記述と併せ、以下の添付図面を参照すべきである。

本件開示に係る方法の一実施形態のフローチャートである。 同様の散乱を呈するが周期的単位セルにおける定義が違う２Ｄ構造例群を描いた図である。 付随計測による位相解明を描いた図である。 先行計測による位相解明を描いた図である。 本件開示に係るシステムのブロック図である。 シリコンにおける孔の２Ｄ周期アレイ例を示す図である。 計測又は撮像された表面の例を示す図でありボクセル化用格子線が重畳されている。 その２Ｄ周期アレイ内の単位セル１個の３Ｄ外観例を示す図である。 計測又は撮像されボクセル化された面の例を示す図でありボクセル化エッジが格子線に対し整列している。 粗ボクセル化後の２Ｄ周期アレイ内の単位セル１個の３Ｄ外観例を示す図である。 本件開示に係る別のシステムのブロック図である。

特定の諸実施形態により特許請求の範囲記載の主題につき記述するが、本件開示の技術的範囲内には、本願中で説明される諸利益及び諸特徴の部分集合しか提供されない諸実施形態を含め、他の諸実施形態も存在している。本件開示の技術的範囲から離隔することなく様々な構造的、論理的、処理ステップ的及び電子的変更を施すことができる。従って、本件開示の技術的範囲は専ら別項の特許請求の範囲への参照によって定まる。

本願開示の諸実施形態では二種類の位相回復又は部分回復を物語っている。一種類目は撮像法由来のものであり、物体の一部分につき計測することができる。そしてその計測結果を用いることで、初期条件を補正することや、その最適化に対する付加的ペナルティ条件を提供することができる。二種類目はスキャタロメトリ（散乱計測）法を用いるものであり、計測された付加的スペクトルに含まれる付加的な情報が、少なくとも垂直方向曖昧性を解決するのに役立つ。これら二種類の位相回復又は部分回復を併用することで、ある種の構造に関し秀逸な結果を提供することができる。本願開示の諸実施形態によれば、透過型小角Ｘ線散乱（Ｔ−ＳＡＸＳ）スキャタロメトリ単独時よりも効率的に、ターゲットを再構築及び／又は撮像することが可能となりうる。本願記載の情報処理方法の諸実施形態によれば、トモグラフィに係る結果が得られるまでの時間を短縮することもできる。

本願記載の如く位相回復を用いることで、ＳＤＭの一部分が決定された後に、そのＳＤＭの残余未知部分に係る一意解を、計測信号から得ることができる。記載されている諸方法では拡張単位セルのＳＤＭマップの頂層が精巧に作成される。他の諸実施形態ではそのＳＤＭの他部分が決定される。

ＳＤＭのうち何れかの部分を固定しても、そのＳＤＭについての一意解が計測回折信号のみから得られることは、必ずしも保証されない。とはいえ、十分な個数の計測コンフィギュレーションが与えられ、十分な量の散乱がそのＳＤＭの固定部分から与えられれば、一意解を得ることができる。

図１は方法１００のフローチャートである。方法１００を用いることで、ターゲット頂層のＳＤＭを割り当てることができ、その頂層より下のＳＤＭを決定することができる。１０１では、半導体ウェハ上にあるターゲットの表面が、ウェハ計量ツールを用い計測される。ウェハ計量ツールの例としては、限界寸法走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）、反射型小角Ｘ線スキャタロメータ、光スキャタロメータ等がある。

ターゲット頂表面の幾何形状を計測により判別した後は、ターゲット表面に存在するものと期待される諸物質の散乱密度を用い、それら計測された幾何形状に基づき、諸ボクセルの頂層のＳＤＭが割り当てられる。入射輻射束が散乱計算にて独立に算入されない場合は、それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングを用い、その輻射束における不確定性を算入すればよい。例えば１０２では、その表面のボクセルマップが、他の計測により求まった幾何形状と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用い固定される。固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われうる。例えば、固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングのみが行われうるし、固定済表面ボクセル全ての散乱密度の少なくとも幾ばくか均一なスケーリングが行われうる。

一般に、入射束にも物質の散乱密度にも不確定性があるため、それを固定値に設定するのが難しいことがある。ある例ではその代わりにスケーリング因子が適用される。その表面内に複数の物質が存するのであれば、物質毎に別々のスケーリング因子にする必要があろう。

ボクセルは小さくて規則的な塊（ボリューム）であり、直角プリズム状であることが多い。ボクセルの幾何形状は、拡張単位セルの埋め尽くし、即ちそれらボリュームの有限集合によりその拡張単位セルを重複なしで完全に覆うことを、許すものとする。一例としては、レンダリングシステムにて、ボクセルの位置を、他の諸ボクセルに対する自ボクセルの位置（即ちある単一のボリュメトリック画像を組成するデータ構造における自ボクセルの位置）に基づき推定することができる。ボクセルにより、規則的に標本化された空間であり非ホモジニアスに満たされたものを、表すことができる。

諸ボクセルには、ターゲット内物質に関連付けられている一組の値から散乱値、例えば物質の散乱又は電子密度を含むそれを採取することができる。本願記載の計量方式ではそれら散乱値が連続的に変化しうるので、下はボクセルの離散化レベルに至るまで、ターゲット内形状をレンダリングすることができる。このレンダリングはＸ線画像のそれに類似しており、各図画構成要素（画素）の輝度が、点状光源から放射されるＸ線の円錐に対する、ターゲット物質の透過率に比例する。

図６〜図１０は方法１００の一例である。図６はシリコンにおける孔の２Ｄ周期アレイ例である。図７は計測又は撮像された表面の例であり、ボクセル化用格子線が重畳されている。図７は図６に対応させうる。図８はその２Ｄ周期アレイ内の単位セル１個の３Ｄ外観例である。図９は計測又は撮像されボクセル化された表面の例であり、ボクセル化エッジが格子線に対し整列している。図９は図８に対応させうる。図１０は粗ボクセル化後の２Ｄ周期アレイ内の単位セル１個の３Ｄ外観例である。図１０には３×３×６ボクセルアレイが示されている。９個のボクセルからなる頂層が補助計測により決定され、その残りをＸ線散乱トモグラフィ法により一意に決定することができる。

ある実施形態によれば、反射技術を用いるよう構成された計測ツール、とりわけターゲットへの浸透深さが比較的小さな類のシステムで以て、ターゲット表面を計測することができる。その計測ツールを別のウェハ計量ツール或いは他の何らかの計測システムにしてもよい。ある例によれば、そのウェハ計量ツールを反射型Ｘ線スキャタロメータとすることができ、且つ計測ツールを透過型小角Ｘ線スキャタロメータとすることができる。別例によれば、そのウェハ計量ツールを光スキャタロメータとし、計測ツールを透過型小角Ｘ線スキャタロメータとすることができる。これらのツールを、単独で又はタンデムにて用いることで、それら計量ツールにより指し示される幾何に対しターゲットの表面を固定することができ、その残りは、それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングとすることができる。

ハイブリッド撮像実施形態では、撮像法例えばＣＤ−ＳＥＭ撮像又はコヒーレント回折撮像によりターゲット表面の計測を行うことができる。その画像を用いることで、期待物質の散乱密度を用い、表面のボクセルマップをその撮像結果の幾何に対し固定することができ、その残りは、それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングとすることができる。

ハイブリッドスキャタロメトリ実施形態では、方法例えば反射型小角Ｘ線散乱（Ｒ−ＳＡＸＳ）又は光スキャタロメトリにより、透過技術（例．Ｔ−ＳＡＸＳ）を併用してそのターゲットの幾何形状の計測を行うことができる。通常、その計測結果は信頼できるであろうし、それによりターゲットの所与深さに至る正確な結果が与えられよう。これは特にＶＮＡＮＤチャネル孔計測にて役立つものであり、これはそうしたチャネル孔の幾何形状がデバイス頂部では比較的単純だがデバイス底部ではより込み入った幾何形状であるためである。この手法から受益できそうな他のデバイス／構造例にはＤＲＡＭデバイス、Ｗリセス構造、ＣＭＯＳアンダーアレイがあり、一般に比較的高背な半導体デバイス全てが例となる。スキャタロメトリ結果ではデバイス頂部しか調べえないが、Ｔ−ＳＡＸＳ単独時よりも上寄りの幾何形状につきより正確な計測結果が得られる潜在性がある。

加えて、ターゲットが複数個の処理工程を経て構築される場合、先行処理工程での計測結果を用い、そのターゲットの下部寄り部分の幾何形状を固定することができる。

頂表面付近での反射スキャタロメトリ結果を用いることで、上寄り部分のボクセルマップを、期待物質の散乱密度を用い頂部幾何形状の別途計測結果に対し固定でき、それら固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングのみが行われることとなる。

Ｔ−ＳＡＸＳを用いターゲットの断層像を算出する実施形態では、最適化技術を用いることで、固定されていない諸ボクセルに係る散乱密度の値の変化を、散乱密度の分布に関連付けられている模擬Ｔ−ＳＡＸＳ信号が計測Ｔ−ＳＡＸＳ信号と整合する態とすることができる。即ち、この最適化により当て嵌め指標が最小化される。Ｔ−ＳＡＸＳ信号の自由度がＳＤＭよりも少ない場合や、ＳＤＭ対スペクトルマップがランク落ち（本願記載の技術によりなくそう又は減らそうとしている特性）である場合は、付加的な正規化条件をその最適化に付加することで、そのＳＤＭのエントロピ的指標を減少させればよい。そうしたエントロピ的指標の一つに、有限差分物質勾配のＬ１ノルム、即ち全変分がある。

混合整数法によれば、ターゲット内に存することが判明している物質に関連付けられた一組の値から諸ボクセルへと、散乱値を採取することが可能となる。混合整数法では物質マップを用いることができる。有限可算集合に属する数値を、諸物質を踏まえそのマップの各領域に割り当てることができる。それら物質の散乱値が連続的に浮動することを許容することで、それと同じ又は類似したノルムを最小化することができる。このアルゴリズムは並列化が可能であり、何故かといえば、幾つかの別々なプロセッサを一意整数物質マップ上で稼働させうるので、比較的少数の散乱密度値に亘り標準的な最適化を行えばよいからである。これにより、他の諸技術に比べその処理時間を短縮することができる。

ヒューリスティクスを採用すること、例えば初期的な整数ボクセルマップと提唱される整数マップとの間のディスパリティについての離散指標を適用し、至近組合せファーストにて最適化することで、問題の組合せ的複雑性を低減することができる。

混合整数法は、撮像法その他、ターゲットについての付加的な情報をもたらす諸方法と併せ、効果的に稼働させうる。

ＳＡＸＳ計測では遠視野強度単独計測に固有な曖昧性が現れうる。完全な空間情報は、電界振幅の二乗の絶対値として定義される実数値強度ではなく、複素数値の電界振幅の態で搬送される。加えて、弱いＸ線散乱の帰結として垂直方向曖昧性が生じうる。Ｔ−ＳＡＸＳトモグラフィでは、硬Ｘ線に弱散乱特性があるため、被写体を垂直方向に沿い反転させても、大雑把には同じスペクトル整合となりうる。単純な長方形格子の場合、０次回折次数を計測することでスペクトルの曖昧性をなくすことができるが、その計測は現実には不可能であるので空間フラクション曖昧性が生じうる。Ｔ−ＳＡＸＳトモグラフィでは、４０％なるライン／空間フラクションを伴う２Ｄ格子が、６０％なるライン／空間フラクションを伴う別の格子により表現され同じ計測信号に対し整合することがありうる。並進方向曖昧性は振幅に代え強度を計測することの直接的帰結である。図２には、同様の散乱を有するが周期的単位セル内定義が異なる諸２Ｄ構造例が描かれている。

図３には付随計測による位相解明が描かれている。このモデルにおける未知位相は、付随計測を通じその構造のうち一部分を知り、それを周期的単位セル内で固定し、そして様々な照明角にて十分な個数の計測結果を採取してその構造の残りを判別することで、決定することができる。

図４には先行計測による位相解明が描かれている。位相を判別できるよう、ターゲット構造の下方又は上方に付加的な既知構造が独立的に作成又は配置されている。ターゲット作成プロセス中の別工程にてその一部を計測することによっても、位相を判別することができる。

位相解明、例えば図４中のそれは、構造底部から構造頂部へと進行させうる。

図５は一実施形態に係るウェハ計量ツール２００のブロック図である。本ウェハ計量ツール２００は、ウェハ２０５その他のワークピースを保持するよう構成されたチャック２０４を有している。チャック２０４は、一軸、二軸又は三軸に沿い移動又は回動させうるよう構成することができる。チャック２０４は、例えばＺ軸周りで回転させうるようにも構成することができる。

ウェハ計量ツール２００は、ウェハ２０５上にある面、デバイス、フィーチャ又は層のうち一部分を計測しうるよう構成された計測システム２０１をも有している。例えば、半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を計測するようウェハ計量ツール２００を構成することができる。ウェハ計量ツール２００たりうるものにはＣＤ−ＳＥＭ、反射型小角Ｘ線スキャタロメータ、光スキャタロメータ等がある。例えば、ウェハ計量ツール２００のハードウェア構成を特許文献１記載のそれに類するものとすることができるので、参照により同文献の全容を本願に繰り入れることにする。

ウェハ計量ツール２００が反射型小角Ｘ線スキャタロメータ又は光スキャタロメータである場合、透過技術を用いるよう計測ツール（図５には描出せず）を構成し、それをプロセッサ２０２と電子通信させてもよい。その計測ツールたりうるものには透過型小角Ｘ線スキャタロメータがある。ウェハ計量ツール２００は、更に、ターゲットの幾何形状を計測するよう構成することができる。

図１１はシステム３００のブロック図である。ウェハ計量ツール２００及び計測ツール３０１の双方でウェハ２０５を撮像することができ、或いはその双方をウェハ２０５の諸性質の計測に用いることができる。ウェハ計量ツール２００及び計測ツール３０１は、双方共、プロセッサ２０２及び電子データ格納ユニット２０３と電子通信する。ウェハ計量ツール２００及び計測ツール３０１を同じシステムの構成部分としてもよいし、それらウェハ計量ツール２００・計測ツール３０１間でウェハ２０５を移送することもできる。

翻って図５中の計測システム２０１によれば、光ビーム、電子ビーム、広帯域プラズマ等を生成することができ、或いはその他の技術を用いウェハ２０５の表面を計測することができる。一例に係る計測システム２０１はレーザを有するものである。別例に係るウェハ計量ツール２００は広帯域プラズマ式検査ツールである。計測システム２０１によって、ウェハ２０５上にあるターゲットの画像を提供することや、ウェハ２０５上にあるダイの画像を形成するのに用いられる情報を提供することができる。

具体的には、ウェハ計量ツール２００や計測システム２０１を、回動偏光子回動補償器分光エリプソメトリ（楕円偏向法）データ、全ミュラー行列成分データ、回動偏光子分光エリプソメトリデータ、リフレクトメトリ（反射計測法）データ、レーザ駆動分光リフレクトメトリデータ及びＸ線データのうち一種類又は複数種類を提供するよう、構成することができる。

一例に係るウェハ計量ツール２００は、広帯域光源と、その光源がターゲットとどう相互作用するかを計測する計測システム２０１と、そのターゲットの関連パラメタを抽出する処理アルゴリズムとを用い、分光エリプソメトリを実行する。その光源をレーザ駆動光源とすれば、Ｘｅランプとは対照的に、高い強度を提供して検出器における信号対雑音比を高めることができよう。一例に係る集光システムは、一連のポラライザ（回動型又は固定型）、補償器（回動型又は固定型）、検出器、スペクトロメータ（分光計）、カメラ、レンズ、鏡及び／又はコリメータを有するものである。ターゲットシグネチャを増強することを狙い、本システムにて、Ｎ_２又はＡｒガスパージを用い波長域を１７０ｎｍ以下へと拡張してもよい。

ウェハ計量ツール２００はプロセッサ２０２及び電子データ格納ユニット２０３と通信し、またその電子データ格納ユニット２０３がプロセッサ２０２と電子通信する。例えば、プロセッサ２０２は計測システム２０１その他、ウェハ計量ツール２００の諸構成部材と通信することができる。プロセッサ２０２は、実際上、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの任意な組合せにより実現されうる。また、その諸機能であり本願記載のものを、単一ユニットにより実行してもよいし、相異なる構成部材間で分かち合ってもよいし、翻ってその構成部材それぞれをハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの任意な組合せにより実現してもよい。様々な方法及び機能をプロセッサ２０２にて実行・実現させるためのプログラムコード又は命令をコントローラ可読格納媒体内、例えば電子データ格納ユニット２０３内メモリ、プロセッサ２０２内メモリ、プロセッサ２０２外メモリ又はそれらの組合せに格納してもよい。

プロセッサ２０２及び電子データ格納ユニット２０３が１個しか描かれていないが、複数個のプロセッサ２０２及び／又は複数個の電子データ格納ユニット２０３を組み込むこともできる。各プロセッサ２０２の電子通信相手を電子データ格納ユニット２０３のうち１個又は複数個とすればよい。ある実施形態では１個又は複数個のプロセッサ２０２が可通信結合される。この場合、計測システム２０１にて受け取った読み値を当該１個又は複数個のプロセッサ２０２が受け取り、その読み値をプロセッサ２０２の電子データ格納ユニット２０３内に格納することができる。プロセッサ２０２及び／又は電子データ格納ユニット２０３は、ウェハ計量ツール２００自体の一部であってもよいし、ウェハ計量ツール２００とは別体であってもよい（例．スタンドアロン制御ユニットとし又は集中品質制御ユニット内におく）。

プロセッサ２０２を、ウェハ計量ツール２００の構成部材に対し何らかの好適な要領で（例．１個又は複数個の伝送媒体、例えば有線及び／又は無線伝送媒体を含むそれを介し）結合させることで、ウェハ計量ツール２００により生成された出力、例えば計測システム２０１からの出力を、プロセッサ２０２にて受け取れるようにすることができる。その出力を用い多数の機能を実行するようプロセッサ２０２を構成することができる。例えば、ウェハ２０５上の諸層を計測するようプロセッサ２０２を構成することができる。また例えば、その出力を電子データ格納ユニット２０３その他の格納媒体へと出力レビュー抜きで送るよう、プロセッサ２０２を構成することができる。プロセッサ２０２は本願記載の如く更に構成することができる。

本願記載のプロセッサ２０２、その他のシステム（群）或いはその他のサブシステム（群）は、パーソナルコンピュータシステム、イメージコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器その他のデバイスを初め、様々な形態を採りうる。そのサブシステム（群）又はシステム（群）に、本件技術分野にて既知で好適な何らかのプロセッサ、例えば並列プロセッサを組み込むこともできる。加えて、そのサブシステム（群）又はシステム（群）に、スタンドアロンかネットワーク接続ツールかを問わず、高速処理及びソフトウェアを伴うプラットフォーム組み込むことができる。例えば、プロセッサ２０２にはマイクロプロセッサ、マイクロコントローラその他のデバイスが包含されうる。

システムが複数個のサブシステムを有しているのであれば、それら相異なるサブシステムを互いに結合させることで、画像、データ、情報、命令等々を、それらサブシステム間で送れるようにすることができる。例えば、あるサブシステムを、別のサブシステム（群）に、本件技術分野で既知なあらゆる好適有線及び／又は無線伝送媒体が含まれうる何れか好適な伝送媒体により、結合させればよい。それらサブシステムのうち２個以上を、共有型のコンピュータ可読格納媒体（図示せず）によって実質結合させてもよい。

プロセッサ２０２は、欠陥レビューシステム、検査システム、計量システムその他、何らかの種類のシステムの一部分とすることもできる。即ち、本願開示の諸実施形態により記述されている幾つかの構成は、その能力が異なり用途の違いによりその好適性に多寡がある諸システム向けに、多様な要領で仕立てることができる。

プロセッサ２０２は、計測システム２０１その他、ウェハ計量ツール２００の諸構成部材と電子通信することができる。プロセッサ２０２は本願記載の諸実施形態の何れに従い構成すればよい。プロセッサ２０２を、計測システム２０１の出力を用い、或いは他の源泉からの画像、計測結果又はデータを用い、他の諸機能又は付加的諸ステップを実現・実行するよう、構成してもよい。

ある付加的実施形態は、コントローラ上で実行可能なプログラム命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体、特に本願開示のコンピュータ実施方法を実行するためのそれに関するものである。とりわけ、図５に示すように、プロセッサ２０２に、電子データ格納ユニット２０３その他の電子データ格納媒体なる態のメモリを、プロセッサ２０２上で実行可能なプログラム命令入りの非一時的コンピュータ可読媒体と共に、組み込むことができる。そのコンピュータ実施方法には、本願記載の何れの方法（群）の何れのステップ（群）をも含めうる。例えば、方法１００の諸ステップのうち一部又は全てを実行するよう、プロセッサ２０２に対しプログラミングしてもよい。電子データ格納ユニット２０３その他の電子データ格納媒体の態を採るメモリを格納媒体、例えば磁気又は光ディスク、磁気テープその他、本件技術分野にて既知で好適な何らかの非一時的コンピュータ可読媒体としてもよい。

一例としては、１個又は複数個のソフトウェアモジュールを実行するようプロセッサ２０２を構成することができる。例えば、期待物質の散乱密度を用い、表面のボクセルマップを、ウェハ計量ツール２００から得られる計測結果の幾何に固定するよう、プロセッサ２０２を構成することができる。固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングのみが行われることもある。電子データ格納ユニット２０３は、そのターゲット内の物質に関連付けられている複数個の散乱値が格納されるよう、構成することができる。プロセッサ２０２は、それらボクセルに関し一組の値から散乱値を採取するよう構成することができる。それら散乱値は連続的に浮動しうる。

それらプログラム命令は、就中、手続きベース技術、要素ベース技術及び／又はオブジェクト指向技術を初め、様々なやり方の何れで実現してもよい。例えば、それらプログラム命令を、ＡｃｔｉｖｅＸ（登録商標）コントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、ＪａｖａＢｅａｎｓ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｌａｓｓｅｓ（ＭＦＣ）、ストリーミングＳＩＭＤエクステンション（ＳＳＥ）その他のテクノロジ又は方法論を随意使用して実施すればよい。

また、実施形態に係るプロセッサ２０２は、ウェハ計量ツール２００に備わる様々な部材又はサブシステムの何れにも、本件技術分野で既知な何れかの要領で可通信結合させることができる。更に、伝送媒体例えば有線及び／又は無線区間を有するそれによって他システム（例．計測結果をもたらす検査システム例えばレビューツール、別の計測ツール、リモートデータベース内のデザインデータ等）からデータ又は情報を受領及び／又は獲得するよう、プロセッサ２０２を構成することができる。こうすることで、その伝送媒体を、プロセッサ２０２とそのウェハ計量ツール２００の他サブシステムとの間、或いはウェハ計量ツール２００外の諸システムとの間のデータリンクとして、働かせることができる。

幾つかの実施形態では、本願開示のウェハ計量ツール２００及び諸方法の様々なステップ、機能及び／又は動作が、電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラマブル論理デバイス、ＡＳＩＣ、アナログ又はディジタルコントローラ／スイッチ、マイクロコントローラ並びに情報処理システムのうち、１個又は複数個により実行される。諸方法例えば本願記載のそれらを実現するプログラム命令を、キャリア媒体上で伝送してもよいし、その上に格納してもよい。そのキャリア媒体には格納媒体、例えばリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスク、光ディスク、不揮発性メモリ、固体メモリ、磁気テープ等が含まれうる。キャリア媒体には伝送媒体、例えばワイヤ、ケーブル又は無線伝送リンクも含まれうる。例えば、本件開示の随所に記載されている様々なステップを、単一のプロセッサ２０２（又はコンピュータシステム）により実行してもよいし、それに代え複数個のプロセッサ２０２（又は複数個のコンピュータシステム）により実行してもよい。更に、ウェハ計量ツール２００に備わり相異なっているサブシステムが、１個又は複数個の情報処理又は論理システムを有していてもよい。従って、上掲の記載は、本件開示に対する限定としてではなく、単なる例証として解されるべきである。

一例としては、図５中のウェハ計量ツール２００を、ターゲットを照明する照明システムと、ウェハ２０５上のターゲット、デバイス又はフィーチャと照明システムとの相互作用（又はその欠如）によりもたらされた関連情報を捉える計測システム２０１と、一通り又は複数通りのアルゴリズムを用い収集済情報を分析するプロセッサ２０２とを、有するものとすることができる。

ウェハ計量ツール２００には、それを用い様々な半導体構造及び素材特性を計測しうる一通り又は複数通りのハードウェア構成を、組み込むことができる。そうしたハードウェア構成の例としては、これに限られるものではないが、分光エリプソメータ（分光楕円偏向計；ＳＥ）、複数通りの照明角を有するＳＥ、ミュラー行列要素を（例．回動型補償器（群）を用い）計測するＳＥ、単一波長エリプソメータ、ビームプロファイルエリプソメータ（角度分解エリプソメータ）、ビームプロファイルリフレクトメータ（角度分解リフレクトメータ（反射計））、広帯域反射スペクトロメータ（分光リフレクトメータ）、単一波長リフレクトメータ、角度分解リフレクトメータ、撮像システム、並びにスキャタロメータ（例．スペックルアナライザ）がある。それらハードウェア構成は、ディスクリートな動作システム群に分けることや、組み合わせて単一ツールにすることができる。

ある種のハードウェア構成に備わる照明システムを、１個又は複数個の光源を有するものとすることができる。その光源にて生成されうるものには、一波長しか有していない光（即ち単色光）、多数の離散波長を有する光（即ち多色光）、複数個の波長を有する光（即ち広帯域光）、及び／又は、連続的に又は波長ホッピングにより諸波長を通じ掃引される光（即ち可調又は掃引光源）がある。好適な光源の例には、白色光源、紫外（ＵＶ）レーザ、アークランプ又は無電極ランプ、レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）光源、超連続体（超広帯域）光源例えば広帯域レーザ光源、或いはより短波長な光源例えばＸ線源、極端ＵＶ光源、或いはそれらの何らかの組合せがある。その光源を、十分な輝度を有する光をもたらすよう構成することもでき、場合によってはそれを約１Ｗ／（ｎｍ・ｃｍ^２・Ｓｒ）超の輝度とすることができる。そのウェハ計量ツール２００にその光源への高速フィードバックを組み込み、そのパワー及び波長を安定化させてもよい。その光源の出力は自由空間伝搬により送給することができ、場合によっては何らかの種類の光ファイバ又は光導波路を介し送給することができる。

ウェハ計量ツール２００は、半導体製造に関連する多種多様な計測を行えるよう設計することができる。例えばある種の実施形態によれば、そのウェハ計量ツール２００により１個又は複数個のターゲットの特性、例えば限界寸法、オーバレイ、サイドウォール（側壁）角、膜厚或いはプロセス関連パラメタ（例．焦点及び／又は照射量）を計測することができる。ターゲットたりうるものには、性質的に周期的なある種の注目領域、例えばメモリダイ内格子がある。ターゲットたりうるものには、複数個の層（又は膜）でありその厚みをウェハ計量ツール２００により計測可能なものがある。ターゲットたりうるものには半導体ウェハ上に配置された（或いは既存の）ターゲットデザイン、例えばアライメント及び／又はオーバレイ位置揃え操作用のものがある。ターゲットの種類によっては、半導体ウェハ上の様々な個所に所在させることができる。例えば、ターゲットをスクライブライン内（例．ダイ間）に所在させること、及び／又は、ダイ自体の内部に所在させることができる。ある種の実施形態では、複数個のターゲットが同一又は複数個の計量ツールにより（同時に又は異時点で）計測される。そうした計測に由来するデータを組み合わせてもよい。計量ツールからのデータを半導体製造プロセスにて用いることで、例えばそのプロセス（例．リソグラフィ、エッチング）に補正量をフィードフォワード、フィードバック及び／又はフィードサイドウェイすることができ、従って無欠なプロセス制御ソリューションをもたらすことができる。

計測正確性と実デバイス特性への整合性とを改善するため、並びにインダイ又はオンデバイス計測を改善するため、様々な計量装置が提案されている。例えば、概ね反射性の光学系に依拠する集束ビームエリプソメトリ（楕円偏向法）を用いることができる。アポダイザを用いることで、光回折の効果のうち、幾何光学系により規定されるサイズを超えた照明スポットの広がりを引き起こす効果を、軽減することができる。高数値開口ツールを、同時複数入射角照明と併用することが、小ターゲット能を達成する別の途である。他計測例のなかには、半導体スタックを構成する一層又は複数層の組成を計測するもの、ウェハ上（又はウェハ内）におけるある種の欠陥を計測するもの、並びにフォトリソグラフィ輻射のうちウェハへの露出に供された分量を計測するものがあろう。場合によっては、非周期性ターゲットを計測すべく計量ツール及びアルゴリズムが構成されよう。

注目パラメタの計測には、通常は複数のアルゴリズムが関わってくる。例えば、入射ビームと標本との光学相互作用については、電磁（ＥＭ）ソルバを用いモデル化することができ、且つ厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）、有限要素法（ＦＥＭ）、モーメント法、表面積分法、体積積分法、有限差分時間ドメイン（ＦＤＴＤ）その他といったアルゴリズムを用いることができる。注目ターゲットは、通常は幾何エンジンを用い、また場合によってはプロセスモデル化エンジンか両者の組合せを用い、モデル化（パラメタ表記）される。幾何エンジンは、例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒのソフトウェア製品たるＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）にて実現することができる。

収集されたデータは、ライブラリ、高速次数低減モデル、回帰、機械学習アルゴリズム例えばニューラルネットワーク及びサポートベクタマシン（ＳＶＭ）、次元縮退アルゴリズム例えば主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）及び局所線形埋込（ＬＬＥ）、スパース表現例えばフーリエ又はウェーブレット変換、カルマンフィルタ、同じ又は異なるツール種からのマッチングを促進するアルゴリズムその他を初め、多数のデータ当て嵌め及び最適化技術及びテクノロジにより分析することができる。収集されたデータを、モデル化、最適化及び／又は当て嵌めを含まないアルゴリズムにより分析することもできる。

情報処理アルゴリズムは、通常、情報処理ハードウェアの設計及び実現、並列化、分散情報処理、負荷バランシング、マルチサービスサポート又は動的負荷最適化等、一通り又は複数通りの手法を用いることで、諸計量アプリケーション向けに最適化される。相異なる実現形態のアルゴリズムを、ファームウェア、ソフトウェア、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及びプログラマブル光学素子等々の態にて実現することができる。

そのデータ分析及び当て嵌めステップでは、通常、１個又は複数個の目標が追及される。その目標の例としては、ＣＤ、サイドウォール角（ＳＷＡ）、形状、応力、組成、膜、バンドギャップ、電気特性、焦点／照射量、オーバレイ、生成プロセスパラメタ（例．レジスト状態、分圧、温度及び集束モデル）及び／又はそれらの任意の組合せの計測があろう。その目標が計量システムのモデル化及び／又は設計であってもよい。その目標が計量ターゲットのモデル化、設計及び／又は最適化であってもよい。

本件開示の諸実施形態は半導体計量の分野に対処するものであり、先に概括したハードウェア、アルゴリズム／ソフトウェア実現形態及びアーキテクチャ並びに用例に限定されるものではない。

本方法の各ステップは本願記載の如く実行されうる。それら方法には、本願記載のコントローラ及び／又はコンピュータサブシステム（群）若しくはシステム（群）により実行可能であれば、他のどのようなステップ（群）でも含めうる。それらステップを実行しうる１個又は複数個のコンピュータシステムを、本願記載の諸実施形態のうち何れに従い構成してもよい。加えて、上述の諸方法を、本願記載のシステム実施形態のうち何れにより実行してもよい。

１個又は複数個の具体的実施形態を基準にして本件開示につき記述してきたが、理解し得るように、本件開示の技術的範囲から離隔することなく本件開示の他の諸実施形態をなすこともできる。即ち、本件開示は、添付する特許請求の範囲及びその合理的解釈によってのみ限定されるものと解される。

Claims (20)

1. ウェハ計量ツールを用い、半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を計測し、更に
   プロセッサを用いることで、幾何計測結果と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用い前記表面のボクセルマップを固定する方法であり、固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われる方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記ウェハ計量ツールが限界寸法走査型電子顕微鏡である方法。
3. 請求項１に記載の方法であり、前記ウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータである方法であって、更に、反射モードに従い構成された計測ツールで以て前記ターゲットの表面を計測する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータである方法。
5. 請求項１に記載の方法であり、前記ウェハ計量ツールが光スキャタロメータである方法であって、更に、透過技術を用いるよう構成された計測ツールで以て前記ターゲットの表面を計測する方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータである方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記ターゲットの表面を計測する際に、そのターゲットの幾何形状を計測することで幾何計測結果を提供する方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記ターゲット内の物質に関連付けられている一組の値からボクセルへと散乱値を採取する方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記散乱値が連続的に浮動する方法。
10. 半導体ウェハ上にあるターゲットの表面を計測するよう構成されたウェハ計量ツールと、
    前記ウェハ計量ツールと電子通信するプロセッサと、
    を備え、前記プロセッサが、幾何計測結果と整合させるべく且つ期待物質の散乱密度を用い、前記表面のボクセルマップを固定するよう構成されており、固定済表面ボクセル全ての散乱密度の均一スケーリングが行われるシステム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、前記ウェハ計量ツールが限界寸法走査型電子顕微鏡であるシステム。
12. 請求項１０に記載のシステムであり、前記ウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータであるシステムであって、更に、反射モードを用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを備えるシステム。
13. 請求項１２に記載のシステムであって、前記計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータであるシステム。
14. 請求項１０に記載のシステムであり、前記ウェハ計量ツールが光スキャタロメータであるシステムであって、更に、透過技術を用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを備えるシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、前記計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータであるシステム。
16. 請求項１０に記載のシステムであって、更に、透過技術を用いるよう構成されており前記プロセッサと電子通信する計測ツールを備え、前記ウェハ計量ツールが、更に、前記ターゲットの幾何形状を計測するよう構成されているシステム。
17. 請求項１６に記載のシステムであって、前記ウェハ計量ツールが反射型小角Ｘ線スキャタロメータ又は光スキャタロメータであり、前記計測ツールが透過型小角Ｘ線スキャタロメータであるシステム。
18. 請求項１６に記載のシステムであって、更に、前記ターゲット内の物質に関連付けられている複数個の散乱値を格納するよう構成された電子データ格納ユニットを備え、その電子データ格納ユニットが前記プロセッサと電子通信するシステム。
19. 請求項１８に記載のシステムであって、前記プロセッサが、前記ボクセルに関し前記一組の値から散乱値を採取するよう構成されているシステム。
20. 請求項１９に記載のシステムであって、前記散乱値が連続的に浮動するシステム。
    

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