JP3641604B2 - リソグラフィツールの調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリソグラフィツールの調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ製造プロセスでは、線幅が小さくなるにつれてウェハ検査の重要性がますます高まっている。光学および深紫外線ＤＵＶの欠陥検査ツールおよび顕微鏡は現在では走査電子顕微鏡ＳＥＭないし原子間力顕微鏡ＡＦＭによって補完されているが、これらには複雑性が増大する欠点があり、ウェハおよびツールの品質が犠牲となることがある。
【０００３】
特別に設計されたテストウェハまたはテスト用の通常のブランクウェハを検査することにより、リソグラフィツールのツールチェックをルーチンベースで行うことができる。このために特殊なマスクがマスク製造業者から供給される。このマスクはテストパターンを有しており、簡単に露光ステップの特性、例えば格子タイプパターンまたはクリアマスクを識別することができる。製造に使用されないテストウェハはこれらのパターン化マスクを用いて時間またはイベントによってトリガされて露光される。
【０００４】
ウェハに転写されたパターンにより相応のウェハが検査ツールで検査される際に個々のテストが実行される。例えばチェス盤状のパターンでは走査エラーがｘ方向およびｙ方向で識別される。格子タイプパターンまたはクリアマスクの露光により均一性がチェックされる。焦点合わせテスト、重ね合わせテスト、チャックコンタミネーションテストなども相応のパターンを用いる露光とこれに続く検査とによって行われる。
【０００５】
通常はエンジニアまたはオペレータがウェハを顕微鏡で視覚的に検査しており、所定のプロセスウィンドウが残ってしまったり、ツールエラーが累積されたり、粒子汚染が閾値を超えて増大したりする場合には、おのおのの経験に基づいて行うべきアクションを定めている。典型的なアクションとしては焦点合わせ、配量、露光ツールでのステージチルト、その他の機械的パラメータの調整、装置の洗浄、または設備の製造業者によるシステムメンテナンスなどである。
【０００６】
現在の半導体欠陥検査ツール（例えば走査電子顕微鏡）によりパターンの正確性解析の機能、すなわちイメージ相関または走査相関による解析機能が得られるが、リソグラフィツールのパラメータ調整におけるこの解析の解釈はエンジニアに依存する。主観的な判断基準を使用したオペレータごとの調整量の決定が不可避であるため、客観的かつ統計的な監視プロシージャが不可能となる。このためプロセスパラメータのドリフトの認識が遅れたり、または基礎となるプロセスモデル内のパラメータどうしの複雑な内部相関のために全く気づかれなかったりすることがあり、ウェハ品質および歩留まりが低下する。さらにオペレータベースの決定は、特に付加的なエンジニアとの打ち合わせや露光ツールオペレータスタッフの行うべきアクションが考慮される際に時間がかかるものとなる。
【０００７】
米国特許第５６５５１１０号明細書で行われている方法では、ウェハマスク製造におけるクリティカル寸法値の統計分布が統計的解析を用いて適合化されたプロセスモデルツールパラメータの集合に由来することが示されている。変動に最も強く寄与するツールパラメータが識別されて適合化され、これによりクリティカル寸法の変化が適合化される。このアプローチによりプロセスパラメータのドリフトへの迅速なオンライン応答が実現されるが、これは大量生産ラインでは中間でのセットアップ変更が不可能であるために制限される。特にパラメータの識別は不可能となり、それほどクリティカルではない寸法差のために識別されなくなる。さらに局所的な欠陥ないし粒子汚染の問題は一般にクリティカル寸法の測定時には検出されない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ウェハ品質および歩留まりを改善するリソグラフィツールの調整方法を提供し、最適なプロセスパラメータを維持するのに必要な再処理量および必要時間を低減することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、第１のステップとして第１のウェハについて可視光または紫外光を用いた検査ツールによって撮影された２次元ウェハイメージとイメージライブラリから供給された２次元基準イメージとを各検査イメージごとに少なくとも１つのリソグラフィツールパラメータの不整合量に相応に相関させ、第２のステップとしてウェハイメージとの最大の相関を示す基準イメージを選択し、第３のステップとして選択された基準イメージに属する不整合量についてリソグラフィツールを調整することにより解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、ウェハプロセスシーケンスにおけるツールパラメータの迅速かつ効率的な調整を達成する方法が提供される。本発明はウェハ１：１投影システムなどの露光ツール、ステッパまたはスキャナ、および場合によりエッチングツールないし現像ツールなどに適用される。調整すべきパラメータを識別する相応のツールチェックは特定のテストウェハのイメージを検査ツール上で撮影することによって行われ、これらのイメージとイメージライブラリからの基準イメージの集合とが相関される。それぞれの基準イメージには少なくとも１つのリソグラフィツールについてリソグラフィツールのウェハプロセスシーケンスを所定の状態へ戻すにはプロセスシーケンスでどれだけ再調整が必要かという情報が付属している。所定の状態とはウェハの品質パラメータ、例えばクリティカル寸法、登録、均一性、欠陥密度などが最適化された状態である。
【００１１】
テストウェハイメージに対して最大の相関を示す基準イメージが選択されると、リソグラフィツールの再調整量が付属情報から既知となる。このようにすればリソグラフィツールパラメータの調整がオペレータまたはエンジニアの主観的な決定には依存せず、客観的で再現性のあるオートメーションプロセスによって行われることになる。有利にはこれによりプロセスパラメータの統計的監視が行われる。なぜならパラメータ値および種々の時間間隔からの調整量を相互に比較できるようになるからである。統計的なパラメータ監視により、全体的な問題および特徴を簡単に識別することができる。このようにしてウェハ製造工程の歩留まりおよび品質を大幅に改善することができる。
【００１２】
基準イメージに必要な不整合量または再調整量の情報を付加することによりイメージライブラリのセットアップに努力が傾注される場合、方法全体が自動的に実行され、オペレータの目視も必要なくなる。結果はリソグラフィツールのパラメータの観点で解釈され、再調整の必要量がリソグラフィツールのオペレータとやり取りされる。その結果時間と人員とが節約される。
【００１３】
さらにイメージライブラリが拡大されるので、この方法を修正および適合化して以前書き込まれなかった新たなパラメータを含むようにすることができる。この方法の種々の利点は、リソグラフィツールパラメータに固有のテストパターンがウェハに使用され、別のリソグラフィツールパラメータを表す新たなテストパターンを簡単にこの方法に組み込むことができることから得られる。このように本発明の方法はきわめて広範囲の情報に依存しており、唯一のウェハ品質パラメータ（例えばクリティカル寸法）のみに基づいているのではない。また選択されるアクションは連続的にリソグラフィツールパラメータを調整すること（例えばフォーカシングその他）から洗浄のために単純にプロセスマシンを停止させることまで種々である。ウェハ品質の最適な出力を得るための既知のリソグラフィツールのパラメータ条件から出発して、種々のウェハが露光され、エッチングされ、または現像され、これらはそれぞれ段階的に変更されるリソグラフィツールのパラメータを表す。意図的に不整合となっているツールパラメータ値から、イメージごとにリソグラフィツールを最適条件へ戻すために必要な再調整量が得られる。このプロシージャでは必要な最適条件または正規化条件での値に対する相対差のみが必要であり、リソグラフィツールの絶対的な再キャリブレーションは必要ない。
【００１４】
類似した別の実施形態は粒子汚染や走査エラーまたはステップエラーのケースに関している。適切なテストパターンを使用してそれぞれのウェハは露光、エッチングないし現像されるが、各ウェハに属する種々の欠陥が生じる。同種の欠陥を示す２つのウェハは異なる位置にあるエラーのために良好に相関されないので、イメージライブラリは関心領域をカバーするイメージを有する。相関プロシージャは特徴認識解析により補完される。これによりほぼ同じ時点でテストウェハに生じた欠陥、粒子エラーまたはパターンエラーを検出することができる。これはウェハイメージと基準イメージとの比較により行われ、結果として発生したエラーの位置が検出される。次のステップではこれらのエラーがエラーの高分解能の特徴イメージとイメージライブラリからの基準特徴イメージとを相関させることにより識別される。このことから有利には、欠陥解析ないしパターンエラー解析を統計的に効率よく監視でき、リソグラフィツールでの調整またはリアクションを迅速に行うことができる。
【００１５】
別の実施形態は、光学欠陥検査ツールまたは深紫外線欠陥検査ツールに関している。相応のウェハイメージがウェハフィールド全体をカバーするので、イメージピクセルは２つの値しか有さず、そのうち一方は閾値を上回る検出信号であり、他方は閾値を下回る検出信号である。ウェハイメージと基準イメージの相関は順方向で行われる。
【００１６】
別の実施形態は一層進んだ顕微鏡技術に関している。関心領域が高分解能であることによりピクセルごとのグレイスケール値をカバーするイメージが得られ、ライブラリイメージと比較される。この方法はフォーカシングが監視されるケースで有利である。なぜなら単純なクリティカル寸法の測定のみでは焦点ずれに関する充分な情報が得られず、高分解能のイメージの相関によってはじめてフォーカシングドリフトの詳細な情報が得られるからである。
【００１７】
別の実施形態はコントロールユニットを用いたウェハないしツールパラメータの解析、決定および調整の有利なプロシージャに関している。コントロールユニットは選択されたイメージに属する情報を検査ツールから受け取り、この情報からその時点でのリソグラフィツールのパラメータ条件のもとでの値を導出して、これを正規化条件のもとでの値と比較する。さらにコントロールユニットは変更すべきリソグラフィツールパラメータを識別し、制御信号を実際の条件での値と正規化条件での値との差から導出して、この制御信号をリソグラフィツールへ送信し、リソグラフィツールパラメータを制御する。
【００１８】
コントロールユニットは有利には一般的かつ既存の制御要素、例えばローカルの欠陥検査ホストコンピュータおよびファブワイドマニファクチャリング実行システムをユニットの構成部分の組み合わせであり、本発明による閉ループ制御回路の論理タスクを実行する。
【００１９】
さらに有利な実施形態は本発明の方法の３つの主なステップを複数の製品ウェハの処理後に自動的に反復することに関している。イベントはコントロールユニットまたは欠陥検査ホストコンピュータによって行われ、新たなテストウェハのテストパターンによるリソグラフィツール上での露光が開始される。製品ウェハに対するイメージライブラリが存在する場合、ツールチェックは複数の製品ウェハが処理されるまで延期することもできる。
【００２０】
さらに有利な実施形態は、前述の欠陥検査ホストコンピュータの少なくとも１つのニューラルネットワークの使用法に関する。本発明の方法は自己学習型の方法に基づいており、この自己学習は基準イメージと不整合量に対する基準イメージの意義とによってシステムをトレーニングすることにより行われる。また新たなイメージ（基準イメージ、テストイメージ、または製品イメージ）を自動的にグループ化することにより、システムは検査にかけられるイメージの分類を学習し、コントロールユニットのパラメータＩＤ識別のタスクを支援することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例を以下に図を参照しながら説明する。
【００２２】
続いてリソグラフィツールのフォーカシングパラメータを調整する実施例を説明する。複数ロットの製品ウェハはプロセスシーケンスにしたがってコーティング１０、露光１１、現像１２、エッチング１３、および欠陥検査２０などのプロセスステップを図１に示されているように少なくとも１度経由する。この回数は加えるべきマスクレベルの数に依存する。所定の時間間隔後（例えば毎日）、１つのテストウェハロットがコータ１０で開始される。コーティングが終了した後、検査ウェアは露光ツール１１で露光される。このツールは有利にはウェハ１：１投影露光ツール、ステッパまたはスキャナ、または電子ビーム描画機などである。ツールチェックおよび調整を行うために格子型マスクまたはレチクルがパターニングに使用される。
【００２３】
現像ツール１２を経て処理された後、フォーカシングテストウェハはリソグラフィステップを制御する検査ツール２０’で検査される。露光が充分でない場合、ウェハは再処理ルート上をコータまで戻され、プロセスシーケンスが反復される。その後ウェハはエッチングツール１３で処理され、続いて新たにエッチング制御またはリソグラフィ制御を実行する検査ツール２０で検査される。本発明の方法による検査はウェハの現像後またはエッチング後に行われる。
【００２４】
フォーカシングテストに対して有利には走査電子顕微鏡が検査ツール２０として使用されるが、光学スキャッタロメータなどの他の検査ツールも同様に適している。最初に低分解能の光学検査が行われる場合、重要性の高い領域では高分解能のイメージが撮影される。イメージ撮影は欠陥検査ホストコンピュータ２０１によって制御ないしディジタル化される。
【００２５】
欠陥検査ホストコンピュータ２０１に付属してイメージライブラリを含むデータベース２０２が設けられている。このイメージライブラリはどのツールチェックルーチンよりも先にセットアップされる。フォーカシングテストに関して基準イメージの集合はリソグラフィツールのフォーカシングパラメータの所定の不整合についてデータベース２０２内に記憶される。各基準イメージは１つの基準フォーカシングテストウェハを反映しており、基準フォーカシングテストウェハは露光ツール１１で露光されるが、それぞれ或る程度のリソグラフィツールフォーカシングパラメータの不整合量を有する。
【００２６】
データベースの設定は露光ツール１１のキャリブレーションセットアップ時に正規化条件値が既知となり、リソグラフィツールのパラメータの集合として定義されると行われる。このパラメータはウェハの最良品質のアウトプットをクリティカル寸法、登録証、均一性などで表したものである。データベースは、フォーカシングテストウェハの不整合量が所定の範囲で明示的に既知であれば、個々の基準イメージがデータベースへ加えられるたびに増大する。
【００２７】
イメージ撮影ステップの後、欠陥検査ホストコンピュータ２０１は製造実行システムの一部であるコントロールホストコンピュータ１５１へ記録を送信する。この記録はテストロット番号、プロセス条件ＩＤ、実行されたテストの種別、調整すべき１つまたは複数のパラメータ名、および相応の再調整量などから成る。欠陥検査ホストコンピュータ２０１およびコントロールホストコンピュータ１５１はともにコントロールユニットとして露光ツール１１で行われるアクションを制御する。その際にコントロールホストコンピュータ１５１は、システムを正規化条件に戻すための再調整が露光ツールへ申し送りを要するほど重要であるか否かを判別する。再調整が必要な場合、相応の記録は露光ツールホストコンピュータ１１１へ送信される。露光ツール１１のフォーカシングパラメータの再調整は露光ツールホストコンピュータ１１１からのメッセージによってオペレータが手動で行ってもよいし、または直接に露光ツールホストコンピュータ１１１ないし露光ツール１１からの自動リンクによって直接に行ってもよい。
【００２８】
コントロールホストコンピュータ１５１が欠陥検査ホストコンピュータ２０１から受け取った情報はさらに統計プロセスコントロールツールによって解析され、これにより同じパラメータを反復調整しなければならない場合にシステムの全体的な問題が識別される。
【００２９】
さらに少なくとも１つのウェハから成る２つのテストウェハロット開始の間の時間間隔は露光ツール１１の再調整量に合わせて適合化される。例えば調整が必要ない場合、システムは明らかに安定しており、時間間隔は拡大され、設備全体の効率特性が改善される。
【００３０】
ここに説明した本発明の実施例によりリソグラフィツールパラメータのドリフトへの迅速かつ反復的なリアクションが保証される。これにより時間が節約され、オペレータスタッフは低減され、ウェハの製造品質および歩留まりも改善される。本発明の実施例および方法は、製品ウェハのイメージの集合がイメージライブラリを含むデータベースに加えられるとさらに改善される。このケースでは検査後のテストウェハに対するディスポーザ３０が設けられているが、これは必須のものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のウェハおよび情報流を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ コータ
１１ 露光ツール
１２ 現像ツール
１３ エッチングツール
２０ 検査ツール（エッチング後）
２０’ 検査ツール（現像後）
３０ ウェハディスポーザ
１１１ 露光ツールホストコンピュータ
１５１ コントロールホストコンピュータ
２０１ 欠陥検査ホストコンピュータ
２０２ イメージライブラリを含むデータベース

Claims (8)

1. 第１のステップとして第１のウェハについて可視光または紫外光を用いた検査ツール（２０、２０’）によって撮影された２次元ウェハイメージとイメージライブラリから供給された２次元基準イメージとを各検査イメージごとに少なくとも１つのリソグラフィツールパラメータの不整合量に相応に相関させ、
   第２のステップとしてウェハイメージとの最大の相関を示す基準イメージを選択し、
   第３のステップとして選択された基準イメージに属する不整合量についてリソグラフィツール（１１）を調整する
   ことを特徴とするリソグラフィツールの調整方法。
2. イメージライブラリは基準イメージの集合を含み、該基準イメージはリソグラフィツールのパラメータ条件を変化させながら露光、エッチングまたは現像される種々のウェハから撮影されたものであり、
   基準イメージ集合の各基準イメージに正規化条件での値に対するそれぞれの差を割り当て、ここで正規化条件での値とは最良品質の基準イメージによって表されるリソグラフィツールパラメータの集合である、
   請求項１記載の方法。
3. イメージライブラリは基準イメージの集合を含み、該基準イメージは粒子汚染、走査エラーまたはステップエラーの条件を変化させながら露光、エッチングまたは現像される種々のウェハから撮影されたものであり、
   各基準イメージに粒子汚染、走査エラーまたはステップエラーのクラシフィケーションが割り当てられる、
   請求項１記載の方法。
4. 検査ツール（２０’）によりウェハイメージまたは基準イメージを光学光または深紫外線で撮影するステップを行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 全フィールド画像または高分解能画像をウェハイメージまたは基準イメージとして取得する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
6. コントロールユニット（１５５、２０１）により
   ａ）選択されたイメージに属する情報を検査ツール（２０、２０’）から受け取り、
   ｂ）実際のリソグラフィツールパラメータ条件での値を前記情報から導出し、該条件での値を正規化条件での値と比較し、
   ｃ）変更すべきリソグラフィツールパラメータを識別し、制御信号を実際の条件での値と正規化条件での値との差から導出し、
   ｄ）前記制御信号をリソグラフィツール（１１）へ送信し、リソグラフィツールパラメータを制御する、
   請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 複数のウェハの処理後にテストウェハに対して前記第１〜第３のステップを実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. コントロールユニット（１５１、２０１）はニューラルネットワークを有しており、該ネットワークを少なくとも１つの基準イメージと関連する不整合量とによってトレーニングし、変更すべきリソグラフィツールパラメータの識別に使用する、請求項７記載の方法。

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