JP4601744B2 - フォトリソグラフィープロセスを制御するための方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定／検査技法の分野にあり、仕掛品を加工するための加工ツールの動作を制御するための方法およびシステムに関する。本発明は、とくに、フォトリソグラフィーツールの動作を制御し、フォトリソグラフィープロセス全体を最適化するために、半導体装置の製造において有効である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造は、アクティブエレメントおよびパッシブエレメントを定めるために半導体ウェハに適用されている複数の手順から成り立っている。ウェハが作成され、１つまたは複数の層がその上に堆積される。それ以降、フォトリソグラフィーのプロセスが実行され、回路エレメントに一致するパターンのあるウェハの表面が形成される。一番上の層に適用されるエッチングプロセスが、フォトリソグラフィーの後に続く。好ましくはこれらのプロセスを繰り返すことにより、マルチレベル半導体ウェハが作成される。このようにして、フォトリソグラフィーは、半導体装置の製造における主要なステップの１つである。それは、実際には、マスクから半導体ウェハへのパターンの光学的なイメージ転写から成り立っている。
【０００３】
ウェハ上の特徴を最小限に抑えること、すなわちパターンをさらに細かくすることが半導体業界の共通した目標である。イメージ転写に使用されている光学システムがその限度に到達するという事実のために、リソグラフィープロセスは、その操作上の性能より高い要件を満たさなければならない。これは、新しいリソグラフィー装置および化学品の開発だけではなくより細かいプロセス制御を意味する。フォトリソグラフィープロセスの主要なステップは、以下の通りである。
（ａ）ウェハをフォトレジスト材（ＰＲ）で被覆すること。
（ｂ）ＰＲ上のマスクの潜像を作り出すために、マスクを通して、ＰＲをＵＶ放射線にさらすこと。
（ｃ）画像を作り出すために露光されたＰＲを現像すること、および、
（ｄ）ウェハを測定し、検査すること。
ＰＲのＵＶ光への露光中、ＰＲは、露光されていないＰＲに比較して、多かれ少なかれ現像溶剤中で溶けやすくなり、それによりそれぞれポジ調画像またはネガ調画像を作成する。
【０００４】
図１は、全体を示す符号１で示された、フォトリソグラフィープロセスを実行するための、一般的なフォトリソグラフィーツール装置、つまり、いわゆる「リンク装置」を示す。このようなリンク装置の実現の根底にある主要な考えとは、プロセス／ツール変動を最小限に抑えるために、各ツールが列内の次のものに役立つために専用となっているということである。リンク装置１は、２つの主要な部分から構成されている。つまりフォトトラック２および露光ツール３である。フォトトラック２は、それぞれ４ａおよび５ａと示されるカセット装填／抜取りステーションと結び付けられているコータートラック４および現像液トラック５から形成されている。ロボット（図示されていない）は、ウェハをカセットステーション４ａからコータートラック４に装填し、被覆手順が完了すると、それを露光ツール３に移送する。ここでは、マスク上のパターンが露光ツール３の内側に取り付けられている光学手段によりウェハ上にすでにある構造物と整列（登録）され、ウェハはマスクを通って電磁放射線にさらされる。露光後、ロボットが、ウェハを現像液トラック５に、それからカセットステーション５ａに運ぶ。さらに、複数の異なる焼成手順が、ステップ（ａ）から（ｃ）のあいだで実施されている。コータートラック２、露光ツール３、および現像液トラック５は、プロセス変化性、および非常に敏感なプロセスであるフォトリソグラフィー中の汚染の潜在的なリスクを最小限に抑えるためにともに緊密に接合される。
【０００５】
測定／検査ステップは、典型的には、直列臨界寸法（ＣＤ）測定に役立つ、大きなスタンドアロン機械である計測学ツールを用いて実施される。ＣＤ測定ツール７は、ウェハ上の代表的な線、スペース、および線／スペースの組の幅を測定する。従来のＣＤ計測学ツールの動作は、２つの主要な方法に基づいている。つまり走査電子顕微鏡（ＣＤ ＳＥＭ）および原子間力顕微鏡（ＣＤ ＡＦＭ）である。ＣＤ測定は、典型的には、現像ステップの後に行なわれる。この目的のため、「現像された」ウェハは、リンク装置１から取り出され、ツール７により占有されている別個のＣＤステーションに移される。ＣＤ測定中に得られたデータは、（典型的にはＣＤ計測学ツールと一体化している）プロセッサ８を用いて分析されてから、ある種のフィードバックが提供され（たとえば、許容範囲外の幅の場合には警報）、生産ラインの関連する装置に伝送される。
【０００６】
フォトリソグラフィープロセス全体の品質は、最終的な画像転写に影響を及ぼすことがあるすべての関連したパラメータの公差の組み合わせにより定められる。制御されなければならない（そして、調整および補正がさらに容易でなければならない）主要なパラメータとは、曝射線量、つまりＰＲに達するエネルギーの量である。
【０００７】
いわゆる「ウェハを先に送る（send ahead wafer）」という１つの既知の技法に従って、パイロットウェハが、装置１を通して、つまり被覆−露光−現像ステップを通して送られ、一定の推奨曝射線量（および時間）を適用してから、ＣＤ測定を受ける。測定の結果は、ロット全体のセットアップ条件、あるいはロット内での別のウェハの露光の前にツール３に適用されなければならない補正信号の基礎、つまりフィードバックループとなるだろう。このような「ウェハを先に送る」手順のシーケンス全体には多くの時間を要することがあり、生産ツールの貴重な時間が完全に活用されず、ウェハの流れが遅延する。別の技法によれば、各ロットは、いわゆる「ロット間（lot-to-lot）制御」を表すこのプロセスで次のロットが動作するための基礎となる。過去のロットの結果を考慮することにより、小さい補正を行うことができる。しかしながら、ロット全体が失われてしまう可能性があるため、リスクの一定の増分が存在する。これらの技法は両方とも、時間、労力、および材料を消費し、通常、問題を含んだ原因を明らかにしない。
【０００８】
フォトリソグラフィーは、ＰＲ脱色の一定レベルで充分な結果を提供することが知られている。残念なことに、走査速度および光輝度の変動のため、毎回、最適な曝射線量を再生することは非常に困難である。
【０００９】
直接的にフォトレジストリソグラフィー画像と相関づけられている測定を提供するために生産で使用されている最も一般的な方法は、いわゆる「光学暴露試験」である。この方法によれば、フォトレジスト材で被覆されているウェハは、マスクを通して一連の異なる露光量で露光される。露光ステップおよび現像ステップに続いて、線量は、電子顕微鏡技法を活用して、線幅の関数として概算される。この方法は、フォトリソグラフィープロセス（つまり、被覆、露光、現像、焼成、抵抗など）のすべての関連する処理および材料を考慮することができるが、露光装置の高価で有効な時間を消費する。
【００１０】
米国特許第５，６２０，８１８号明細書は、校正曲線を構築するための潜像格子の屈折を活用するフォトリソグラフィー線量決定技法を開示している。この技法は、以下の特徴のためにオンライン生産制御とは両立しない。それは、特殊マスクが設計され、すべての関連したスタック層を有している特殊な試験ウェハを作成することを必要とする。充分な信号対雑音比を提供するために、大面積の試験用構造（格子パターン）が必要である。さらに、校正曲線構築時に各層および各レジストを考慮するためには、ウェハ上でのマスクの漸進的な露光のシーケンスが実施されなければならない。
【００１１】
米国特許第５，６３５，２８５号明細書は、露光のために補正を決定する複数の方法を開示している。それらの内の１つは、追加の位置合わせ手順の必要性を欠点として持つ移相マスクを使った露光に基づいている。別の方法は、焦点深度（ＤＯＦ）の限度を克服するために複数の焦点条件で露光のための既知のＦＬＥＸ技法を使用している。この方法は、位置合わせおよび拡大の誤差に関係する問題を抱えている。さらに別の方法は、追加の「焦点を外れた照明」の使用に基づいている。さらに特定すると、追加放射線が焦点深度の外側に加えられ、マスクがグレースケール様式（regime）として動作する。その結果、方法は、「マスク様式依存型」となり、そのため、マスク領域ごと、層ごと、および製品ごとに別個に適用されなければならない。
【００１２】
米国特許第４，４７４，８６４号明細書は、第１露光セットアップ用校正曲線の構築に関係している初期の計算手順を提示する線量計算のための方法を開示している。この校正は、一定の単一な波長での脱色の結果生じる吸収を測定するためのいくつかの透明なウェハの被覆および漸進的な露光により実現される。ただし、この方法は時間がかかり、長い準備手順を必要とするため、実験室の測定手順に適しているが、リアルタイムプロセス制御には適していない。この方法は、厚さおよび露光中に変化し、それにより吸収に影響を及ぼす可能性がある屈折率（吸収だけ）の同時測定は考慮していない。さらに、この方法は、実際には誤差を生じさせる可能性がある反射がごくわずかであるという前提に基づいている。この特許明細書の開示によれば、校正曲線の演繹（deduction）は、単一波長に基づく。これは、測定値が、測定自体の誤差を減少する可能性がある統計的な平均化（averaging）をもたないことを示している。
【００１３】
前記を考慮すると、線量決定／補正のための既存の技法が、オンライン製造ステップとして使用できず、高い精度および自動分析、ならびにフィードバックよりむしろフィードフォワード線量制御を提供できないことは明白である。既存の方法は、フォトリソグラフィツールの高価で／有効な時間の浪費だけではなく、ウェハおよびフォトレジストおよび溶剤などの他の物質の無駄につながる。したがって、それらはリソグラフィツールの生産率（つまり、スループット）を削減する。さらに、現在の方法は、吸収係数ｋおよび屈折係数ｎなどのＰＲ層の光学パラメータの正確かつ高速な決定を考慮していないため、直接的な放射線量の補正を可能としない。
【００１４】
発明の要約
したがって、この分野の技術には、新規測定方法およびシステムを提供することにより半導体装置の製造において使用されているフォトリソグラフィープロセスの質を改善するニーズがある。
【００１５】
生産においてフォトリソグラフィーのパラメータを制御するために使用することができるこのような方法およびシステムを提供することが、本発明の主要な目的である。
【００１６】
本発明の１つの態様に従って、一定のプロセス結果を提供するために仕掛品の作業領域に適用される加工ツールの少なくとも１つの作業パラメータの自動光学制御用方法が具備され、加工ツールの前記少なくとも１つの作業パラメータは、加工中の仕掛品の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼし、加工ツールは、仕掛品の加工の前に前記少なくとも１つの作業パラメータの事前設定値を有しており、前記方法は、
（ａ）加工ツールによるその加工の前に仕掛品に適用される測定ツールを提供するステップと、
（ｂ）以下の目的のために仕掛品に測定ツールを適用するステップと、
（ｃ）仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを測定し、それを表す測定済みデータを作成するステップと、
（ｄ）作業パラメータの前記事前設定値に関して、および前記加工結果に関して前記測定済みデータを分析し、加工ツールを前記仕掛品に適用するときに、前記一定のプロセス結果を提供するために前記事前設定値が補正されるべきかどうかを判断するステップと、
（ｅ）前記事前設定値が補正されなければならないことを検出すると、補正値を計算し、それを表すデータを作成するステップ
とを含んでいる。
【００１７】
本発明の主要な考えは、以下から成り立っている。生産ラインに沿って進行している仕掛品は、加工ツールにより加工されなければならない。加工ツールの作業パラメータは、典型的には、事前設定値に調整される。加工ツールを用いた仕掛品の加工中、この作業パラメータの値は、仕掛品のいくつかのパラメータに影響を及ぼす。加工は、(加工結果を構成している）仕掛品のパラメータの一定の希望値を提供すると予想される。しかしながら、仕掛品が（生産ライン上で進行している半導体ウェハのような仕掛品を考慮するケースである）加工ツールに到達する前に、多様な手順が仕掛品に適用されていたという事実のため、これらの手順は仕掛品のパラメータに予測できない影響を及ぼす可能性がある。その結果、作業パラメータの事前設定値は、特定の仕掛品の実際の加工前条件の要件を満たし、加工プロセスが目的とする結果を満たすことができるように補正される必要がある。その目的のため、新規制御方法が提案される。方法は、加工前に仕掛品のパラメータを測定すること、および測定済み仕掛品に加工ツールを適用するときに、加工結果を達成するための事前設定値に適用されなければならない補正値を求めるために、作業パラメータの事前設定値および加工結果とともに、前記の測定値を分析することから成り立っている。その加工の前に仕掛品を測定し、加工ツールパラメータをそれに応じて調整する技法は、フィードフォワードクローズドループを表す。
【００１８】
測定および測定済みデータの分析を実行するためには、一定の基準データが提供され、使用される。基準データは、加工ツールの少なくとも１つの作業パラメータの関数として、仕掛品の少なくとも１つのパラメータの形で少なくとも１つの校正曲線を表す。基準データは、仕掛品の少なくとも１つのパラメータを表す理論的なデータを入手するために、加工品のある特徴の名目値に基づいた光学モデルも備える。光学モデルは、波長の関数としての放射線強度の形で理論的なデータ（数学等式）を提示し、放射線は、仕掛品の照明領域から戻される（反射される）ものである。反射放射線は、特定の既知の種類の仕掛品に関連した既知の物理的な作用に従って仕掛品の必要とされているパラメータに依存する。
【００１９】
加工される仕掛品が、同じグループ（たとえば、ウェハのケースでは１つまたは複数のロットまたはバッチなど）の先行している（すでに加工されている）仕掛品に続く場合、校正曲線は既知である（すでに入手されている）。知られている種類の仕掛品の「新規」グループを取り扱うとき、校正曲線は、グループ内で第１に来る仕掛品に関して作成される。その少なくとも１つの校正曲線を作成するために、いわゆる「セットアップ処理ステージ」が実行されなければならない。この段階は、希望されている数の「試験サイクル」を、処理中の仕掛品の「試験領域」内に適用することから成り立っている。ウェハのような仕掛品は、典型的には、作業（パターン化済み）領域の外に位置していて作業領域の特徴に類似する特徴を有している試験領域をもって形成される。
【００２０】
好ましくは、試験サイクルは、連続して試験領域に適用され、前述されるように位置している測定ツールにより実行されている、加工前測定、試験プロセス、および加工後測定のステップから成り立っている。この目的のため、測定ツールは、加工ツールによる処理に類似した仕掛品の処理をするために適応され、測定ツールと加工ツールの作業パラメータ間の割合は、所定値である。希望される数のこのような試験サイクルは、サイクルごとに測定ツールの作業パラメータの異なる値を使用して、試験領域内の対応する数の試験サイト（部分）への小さな移動により実行され、毎回、仕掛品の必要とされているパラメータの値を求める。
【００２１】
校正曲線から作業パラメータの推奨値を求めることができる。推奨値が、製造メーカにより与えられることもあることを注意する必要がある。この場合、校正曲線は、この指定値がプロセス結果を満足させるかどうかを判断し、それが加工結果を満たさないことを検出すると、推奨値に適用される補正値を計算するために役立つ。さらに、校正曲線の作成中、仕掛品のいくつかの特徴の名目値が更新され、そのように最適化された光学モデルが測定のためにさらに使用されるだろう。
【００２２】
各測定は、所定の入射放射線スペクトルにより試験領域内の少なくとも一部（試験サイト）を照明し、照明された領域から戻されている（反射されている）放射線を検出することにより実行される。このようにして入手された測定データは、波長の関数として放射線強度という形を取っている。測定済みデータと理論上のデータの間の適合手順を使用し、補正値を表すデータを作成するために、必要とされているパラメータを求め、分析することができる。このデータは、この特定の測定済み仕掛品に関し加工結果を入手するためのその作業パラメータの値を調整するために、加工ツールに「フィードフォワード」されてよい。
【００２３】
好ましくは、仕掛品はウェハであり、生産ラインは従来のフォトリソグラフィー装置である。ウェハの作業領域とは、希望されているパターンをもって形成されているまたは形成されることになる領域である。制御されなければならない加工ツールは、好ましくは、露光ツールであり、補正される作業パラメータとは曝射線量である。しかしながら、一般的には、加工ツールは、フォトリソグラフィー装置（つまり、コーター、現像液など）で使用されている装置の内の任意の１つであってよい。仕掛品のその少なくとも１つの測定済みパラメータは、ウェハの反射率（つまり、基板または基板上のフォトレジスト層のどちらかの反射率）、ＰＲ屈折率、吸収係数または厚さである。
【００２４】
したがって、本発明の別の態様によれば、一定の加工結果を提供するために仕掛品の作業領域に適用される加工ツールの少なくとも１つの作業パラメータの自動光学制御の方法が提供されており、前記加工ツールがフォトリソグラフィーツール装置の一部であり、加工ツールの前記少なくとも１つの作業パラメータが加工中の仕掛品の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼし、加工ツールが、加工前に前記少なくとも１つの作業パラメータの事前設定値を有しており、前記方法が、
− 加工ツールによりその加工の前に前記加工品に適用される測定ツールを提供するステップと、
− 以下のために測定ツールを前記ウェハに適用するステップと、
− ウェハの前記少なくとも１つのパラメータを測定し、それを表す測定済みデータを作成するステップと、
− 作業パラメータの前記事前設定値に関して、および加工ツールを前記ウェハに適用するときに、前記事前設定値が前記加工結果を提供するために補正されるべきかどうかを判断するために、前記加工結果に関して前記測定済みデータを分析するステップと、
− 前記事前設定値が補正されなければならないことを検出すると、補正値を計算し、それを表すデータを作成するステップ
とを含んでいる。
【００２５】
本発明のさらに別の態様によれば、一定の加工結果を提供するためにその作業領域を加工するために仕掛品に適用されることになる加工ツールの少なくとも１つの作業パラメータの自動光学制御に測定ツールが提供され、前記作業パラメータは、加工中の仕掛品の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼし、加工ツールが、加工前に前記少なくとも１つの作業パラメータの事前設定値を有し、前記測定ツールは、
（１）加工ツールの加工に類似して仕掛品を加工するために適応されている加工チャネルであって、加工チャネルの作業パラメータと加工ツールの作業パラメータとの間の割合が所定の値である加工チャネルと、
（２）仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを測定し、それを表す測定済みデータを作成するために適応されている測定チャネルと、
（３）前記加工チャネルと前記測定チャネルとに付随し、それらのうちの１つを選択して作動するためのアクチュエータと、
（４）前記測定チャネルに結合されているプロセッサであって、仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを求め、分析するために前記測定済みデータに反応し、加工ツールを前記仕掛品に適用するときに、前記加工結果を達成するために、仕掛品の加工の前に、加工ツールの作業パラメータに適用される補正値を計算するプロセッサ
とを備えている。
【００２６】
本発明のさらに別の態様によれば、一定の加工結果を提供するために、生産ラインに沿って進行している加工連続仕掛品のために適応されている少なくとも１つの加工ツールを有している生産ラインが具備され、前記加工ツールが、加工中の仕掛品の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼす少なくとも１つのその作業パラメータを有しており、加工ツールが前記仕掛品の加工前に前記少なくとも１つの作業パラメータの事前設定値を有しており、生産ラインが加工ツールによるその加工の前に加工すべき仕掛品に適用されるために設置されている測定ツールを備え、測定ツールは、仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを測定するために適応されており、前記運転中の仕掛品に加工ツールを適用するときに、前記事前設定値が、加工結果を適用するために補正されなければならないかどうか判断するために適応されている。
【００２７】
さらに具体的には、本発明は、露光ツールパラメータを制御するためのフォトリソグラフィツール装置とともに使用されるため、本出願に関して以下に説明される。
【００２８】
図面の簡単な説明
本発明を理解し、それが実際問題としてどのように実行されてよいのかを確かめるために、好まれている実施態様が、添付図面に関して、非制限的な例だけにより以下に説明されるだろう。
【００２９】
従来の技術および好ましい実施態様の詳細な説明
従来の技術
図１は、ウェハのフローチャートとともに、全体を符号１で示され、それぞれ被覆ツール、露光ツール、および現像ツールの４，３，および５を含む従来のフォトリソグラフィーツール装置、および図１にはとくに図示されていないロボットを図解している。装置１は、典型的には、加工およびツールパラメータを制御するための手動フィードバックループを提供するために適切なプロセッサ８を具備しているＣＤ測定ツール７により占有されている別個の測定／検査ステーションに結び付けられている。ＣＤ測定ツール７は、典型的には手動で装填／抜取りされる高価な「スタンドアロン」装置である。
【００３０】
本発明の作業環境
リンク装置
図２ａを参照すると、本発明に従って構築され、動作される、全体を１０と示されるシステムが図解されている。システム１０は、従来の装置１に類似したフォトリソグラフィーリンク装置をウェハフローチャートとともに提示するが、「フィードフォワード」ループの提供に含まれるいくつかの独特な機能を有している。本発明の主要な概念の理解を容易にするために、装置１およびシステム１０において同一である構成部品を識別するため同じ参照番号が使用されている。このようにして、被覆ツール、露光ツールおよび現像ツールに加えて、システム１０のフォトトラック１２は、制御装置１６およびオペレータのステーション１８に結び付けられている測定ツール１４を備える。制御装置１６は、適切な画像処理ユーティリティを備えているプロセッサである。ステーション１８の構築および動作は、本発明の一部を形成していないため、ステーション１８が、典型的には、データベースおよびユーザインタフェースを備えているパーソナルコンピュータを含むことを注記する以外、とくに説明される必要はない。
【００３１】
クラスタ装置
図２ｂは、リンク１０の構造に比較していくぶん異なる構造を有している、いわゆる「クラスタツール」というフォトリソグラフィー装置を提示するシステム１００を図解している。同様に、システム１０および１００で同一である構成部品を示すためには、同じ参照番号が使用される。ここでは、クラスタツール１０内で各仕掛品を伝達するロボット６が図解されている。このようにして、システム１００は、従来のクラスタツールに加えて、測定ツール１４を備えている。
【００３２】
測定ツールの概念
測定ツール１４は、仕掛品が、たとえば露光ツール３などの、制御される加工ツールへ到着する前に適用されるように設置される。図２ａの例に従って、測定ツール１４は、露光ツール３の上流に設置される。言い替えると、ウェハ（図示されていない）は、ＰＲ被覆手順および焼成手順後に（ロボットにより）測定ツール１４にもたらされる。測定ツール１４に到達すると、ウェハは、その露光準備完了位置にあり、一定のＰＲ層により被覆されている。ウェハは、その露光ツール３への途中にあり、そこで一定のＵＶ放射線波長λ₀の一定の線量ｄ₀にさらされなければならない。線量値および波長値ｄ₀およびλ₀は、露光ツール３の名目の、調整されている（「知られている」）パラメータである。追加の「知られている」パラメータは、基板反射率Ｒ_sub、およびツール３を用いた露光手順後に入手されるＰＲ層の、つまり露光ツール３から続いて起こり、現像液ツール５の中に進行している加工済みウェハ上のＰＲ層の知られているパラメータである。知られているように、反射率信号は、正反射（鏡面反射）成分および拡散成分（Ｒ_specおよびＲ_diff）から構成されている。ＰＲ層のパラメータは、吸収係数ｋと屈折率ｎ（光学パラメータ）、および厚さｈである。したがって、露光ツール３は、以下のパラメータの希望されている露光後の値を提供するために、予想されている基板物質およびＰＲ層（つまり、一定の予想光学パラメータと厚さを有している）に適用される露光手順（つまり、曝射線量ｄ₀）のために準備（調整）されている。それらのパラメータは、入射光の波長の関数としての基板反射率（つまり、ＰＲ層の下の）Ｒ_sub（λ）（Ｒ_specとＲ_diff）、ｋ（λ）、ｎ（λ）、およびｈである。これらのパラメータの希望される値は、予想される加工結果を構成する。
【００３３】
ただし、加工中のウェハＷは、入ってくる基板、ＰＲ材、および被覆ツールの変動のために予想されている値に一致しない前記のパラメータの実際の値をもっている可能性がある。測定ツール１４は、プロセッサ１６とともに、加工中の実際のウェハに適用されるときに、希望されるＰＲ層パラメータを得るために、露光ツール３の曝射線量ｄ₀に対してなされるリアルタイムの線量補正Δｄを行なうのに役立つ。このリアルタイム補正は、ツール３内での露光手順の前にツール１４により実行され、それにより露光プロセスのフォワード制御を実現している。
【００３４】
機器
図３を見ると、測定ツール１４の主要な構成部品が、さらに明確に図解されている。ツール１４は、露光ツールにより加工されるシステム１０に沿って進行するウェハＷに結び付けられている。ウェハＷは、測定中にウェハを段階的にサポートするために、ここにはとくに示されていない載置台の上に位置している。ツール１４は、通常露光、測定、および画像取得に役立つ、それぞれ２０ａ、２０ｂ、および２０ｃの３つの操作チャネルを備える。測定用チャネル２０ｂは、ウェハＷのＰＲ層の光学パラメータおよび厚さを求める分光光度計である。一般的には、分光光度計チャネルおよびイメージングチャネル２０ｂおよび２０ｃは、本出願の譲受人に譲渡されている米国特許第５，５１７，３１２号の明細書に開示されているもののような任意の既知の種類であってよい。
【００３５】
露光チャネル２０ａは、照明装置２２、光案内装置２４、および検出器装置２６から成り立っている。照明装置２２は、典型的には、ＵＶ入射放射線を生じさせるための光源２８、単色フィルター３０、およびピンホール３２を備える。チャネル２０ａを用いた露光手順は、露光ツール３と同じ波長λ₀を活用する。そのため、単色フィルター３０が適切に具備される。光案内装置２４は、ビームスプリッタ３４と３６、管レンズ３８、ビームスプリッタ４０、および対物レンズ４２を備える。後者は、従来の方法で自動焦点調節の目的のための、明確に図示されていない適切なモータにより駆動される。ビームスプリッタ４０は、入射放射線の一部を検出器２６に向けて、ウェハＷの上（つまり、その一番上のＰＲ層）に焦点が合わせられる対物レンズ４２に他の部分を偏向する。これらのすべての光学素子の動作原理は、それ自体既知である。
【００３６】
測定用チャネル２０ｂは、入射光を生じさせる光源４４、光学装置４６、および検出器装置４７を備える。光源４４は、光源４４がツール１４の中に光を案内するための適切な光案内光学部品に結び付いているのならば、ツール１４全体に関して外部の放射線源であってよいことを注記しなければならない。光学装置４６は、パターン認識モードおよび測定モードの両方で動作する。光学装置４６は、フィルター４８、グリッドアレイ５０、光案内装置２４、および追加ビームスプリタ５２を備える。フィルター４８は、ＵＶ放射線を遮断するように設計されており、それぞれチャネル２０ｂを通り抜ける光の光学経路の内および外にあるその動作位置と非動作位置のあいだで変位可能であるアクチュエータ（図示されていない）により適切に駆動されている。フィルター４８の動作位置および非動作位置は、それぞれ光学装置４６のパターン認識モードおよび測定モードに対応する。検出器装置４７は、分光光度計センサ５４およびピンホール５６を備える。グリッドアレイ５０は、典型的には、画像焦点合わせを容易にする。ピンホール５６は、典型的には、露光領域縁部影響を排除するために利用される。ビームスプリッタ４０および検出器装置２６とともに、対物レンズ４２が、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿った移動のために可動光学ヘッド（図示されていない）上に取り付けられるのが好ましい。この場合、光ビームは追加の鏡によって光学ヘッドに向かって、および光学ヘッドから向けられる。この技法は、前述した米国特許第５，５１７，３１２号明細書に開示されている。
【００３７】
イメージングチャネル２０ｃは、ウェハＷと分割鏡５２のあいだの分光光度計チャネルの経路、および光学鏡５８とＣＣＤカメラ６０により形成される。ＣＣＤカメラ６０は、自動焦点合わせのために投影されるグリッドを含む全画像を受け取る。
【００３８】
それぞれ露光チャネル２０ａおよび測定チャネル２０ｂの中に設置されている（アクチュエータを備えている）シャッター６２と６４もさらに具備されている。このようにして具備されているシャッターにより、露光チャネルまたは測定チャネルのどちらかを選択式で作動できるようになる。その結果、測定チャネル２０ｂがいったん作動されると、イメージングチャネル２０ｃが関与する。
測定ツール動作
ツール動作の主要なモードは、ＰＲ層の所定サイトの第１の分光光度計測定、露光ツール線量と波長に同等な線量と波長を備えたそのサイトのプローブ露光、同サイトの第２の分光光度計測定、それから曝射線量補正の計算を含む。
【００３９】
プローブ露光
露光チャネル２０ａは、一般的には、同じ波長λ₀を使用する露光ツール３のプローブ露光手順に類似するプローブ露光手順を実行する。ただし、プローブ露光は、たとえば画線内のウェハＷのパターン化された領域（ダイス領域）の外側に典型的に位置している試験サイト（図示されていない）で実施され、露光ツール３の名目（既知）線量ｄ₀に同等な一定の所定の曝射線量ｄ_iを使用する。
【００４０】
プローブ曝射線量ｄ_iは、一定のマスクまたは製品の正確に名目の露光ツール線量ｄ₀である必要はないが、それらのあいだの割合は設定されなければならない。これは、最初にＣＤ結果に対する相互関連を実行することによるか、または名目露光に関する知られているデータを使用するかのどちらかにより実現される。このようにして、測定ツール１４は、プローブ曝射線量ｄ_iと露光ツール線量ｄ₀の間の比例割合を使用し、加工中の実際のウェハの適切な露光のために、露光ツール線量ｄ₀に適用される正確な補正Δｄを求める。
【００４１】
試験サイトは、レジストとその下にある層の同じスタックを有しているダイス領域内の領域に類似した明確な領域でなければならない。サイト領域は、露光ツール３で使用されるマスクの明確なマスク領域の内側になければならない。実際には、約５０×５０ミクロンのウェハ面積が、マスクに関連した信号対雑音の要件を満たす。
【００４２】
スペクトル反射率測定
チャネル２０ｂの動作中、入射光は光案内光学部品４６を通り抜け、ウェハＷに衝突し、ビームスプリッタ３４まで光案内光学部品２４を通って後方方向に伝搬する反射光を作り出す。ここでは、光伝搬は、測定装置１４の主要な構成要素および動作原理の説明を容易にするために概略的に図示されている。後者は、反射された光を検出器装置４７に向ける。ビームスプリッタ５２は、反射された光の一部を分光光度計センサ５４に伝達し、反射された光の他の部分をイメージングチャネル２０ｃの中に反射させる。分光光度計チャネル２０ｂの動作は、光学パラメータ（吸収係数ｋおよび屈折率ｎ）、基板反射率Ｒ_sub、およびウェハ上のＰＲ層の厚さｈを決定することを目的としている。分光光度計センサ５４は、ＰＲ層から反射される光を受け取り、それを表すデータを生成する。測定データは、光波長λの関数として基板または／およびＰＲ反射率Ｉ_mつまりＩ_m（λ）の形をとる。
【００４３】
測定データ分析
プロセッサ１６は、測定データＩ_m（λ）に対応して前記パラメータＲ_sub、ｋ、ｎ、およびｈを計算する。この目的のため、プロセッサ１６は、一定の光学モデル係数の名目値に基づいて（基準データを構成している）所定の光学モデルを実行するために事前にプログラミングされている。これらの係数は、加工中のスタックに類似した種類のマルチレイヤスタックからの光反射を記述する既知の物理法則、およびオプションでＵＶ放射線にさらされるときに感光性の構成要素（ＰＡＣ）の挙動により定められている。スペクトル分析手順は、以下にさらに詳細に説明される。
【００４４】
ＰＲをＵＶ光にさらすと、化学変化（たとえば、異なる可溶性）およびＰＲの光学特性、つまりその吸収と屈折の変動が生じる。ＰＲ材は、典型的には、光学吸収に影響を及ぼす主要な要因である脱色効果により特徴付けられている。ＰＡＣ露光の挙動は、典型的には、ベールの法則と結合されたランベルトの吸収の法則により定められている。この技法は、３つのフォトレジストパラメータＡＢＣ（つまりＤｉｌｌパラメータ）を使用し、ＡとＢは、それぞれ脱色可能吸収係数と脱色不能吸収係数であり、Ｃは標準露光率定数である。Ｄｉｌｌパラメータは、リソグラフィープロセスのＣＤ評価およびシミュレーションで重要な役割を果たし、フォトレジストおよびその裏側が無反射コーティング（ＡＲＣ）で被覆された石英基板の伝達される強度を測定するための、既知のオフラインの不便な技法を活用することにより求めることができる。マルチレイヤスタック（つまり、ウェハ）からの反射の光学モデルにおいては、波長の関数として、ＰＲ反射率Ｉ_th（λ）を表す理論上のデータに基づいたＤｉｌｌの数学方程式が使用できるだろう。Ｄｉｌｌパラメータは、ＰＲの化学特性および光学特性の露光効果を記述するので、数学方程式は、各線量レベルでのＰＲ層からの反射率を理解するために使用できるだろう。
【００４５】
本発明に従って、ＰＲのＡＢＣパラメータの事前の知識に対する必要性はない。本発明の好ましい実施態様の内の１つは、露光時間の値を適用し、波長の関数としてＰＲ反射率Ｉ_m（λ）の測定データを求めるときに、校正曲線から高速かつ正確にこれらのパラメータの計算を提示する。それから、ＵＶ放射線にさらされているＰＡＣの挙動は、正確に説明することができる。補正された（更新された）ＰＲパラメータを使用する光学モデルが計算され、ＤｉｌｌパラメータＡＢＣが更新されるだろう。この技法は、高速インラインモードでＰＲの特徴付けのために光学モデルを最適化するためにも役立つことがある。いったん補正されたＡＢＣが求められると、計算された理論上のデータＩ_th（λ）を測定済みのデータＩ_m（λ）に整合するルーチン試験が、測定ごとに追加特性として提示できるだろう。校正曲線から実際検索することができるのは、Ｉ_th（λ）線量放射線に対する正確な光学パラメータ反応を入手するための経験に基づいた技法である。したがって、光学パラメータ反応を介した線量制御は直接実行することができる。
【００４６】
正確な露光を達成し、反復可能な線量をレジストに与えることができることを確実にするためには、優れた自動焦点合わせ機構が、システム１０の中に統合されなければならない。焦点精度に対する要件は、使用されているリソグラフィックプロセスの焦点深度より優れていなければならない。つまり、今日の技術水準では、１μｍを下回る焦点精度が必要とされている。焦点目標に関しては、この目標が露光位置に近く、視界より狭い限り、任意の高いコントラストパターンを使用することができる。自動焦点合わせ方法自体は、たとえば、米国特許第５，６０４，３４４号明細書で開示されているもののような任意の適当な既知の技法を利用してよい。
【００４７】
校正手順
概要
測定装置１４は、以下に示すように動作する。装置１４の第１動作段階は、現在、露光されることになる特定のＰＲ層用データベースの作成から成り立っている。さらに特定すると、過去に提供された光学モデルが最適化され、（基準データを構成する）校正曲線が、実際のＰＲ材、基板反射率Ｒ_sub、および名目厚さに基づいて作成される。ｈおよびＲ_subという名目値での考えられる変化の影響は、校正曲線での多大な変化を引き起こさないほど小さいと考えられていることが想定される。校正曲線は、光学パラメータｋおよびｎに影響を及ぼすプローブ曝射線量の変動を提示する。図４ａおよび図４ｂは、それぞれ、曝射線量の関数、つまりｋ（ｄ_i）およびｎ（ｄ_i）としてのＰＲ光学パラメータ、および線量の関数、つまり∂ｄ／∂ｋ（ｄ）と∂ｄ／∂ｎ（ｄ）としての光学パラメータの変化による曝射線量の変化を表す４つのグラフＣ₁とＣ₂、およびＧ₁とＧ₂を示している。
【００４８】
厚さおよび基板反射率での変化が検出される（つまり、測定される）と、人は、厚さおよび基板反射率の現在値を含む反射の、厚さおよび基板反射率の名目値からの既知の反射に対する比率を使用することにより、曝射線量に必要とされる補正を計算することができる。
【００４９】
校正曲線決定
図５は、第１動作段階、つまりセットアップ動作の主要なステップを示している。最初に、いわゆる「事前位置合わせ」（つまり登録）手順が、処理されるウェハスタックから最初に出てくるウェハ、つまりパイロットウェハに適用されている従来の方法で実行される（ステップ７０）。それから、パイロットウェハ（または、測定チャネル２０ｂの対応する光学部品）が、試験サイト位置、いわゆる「校正サイト」まで移動される（ステップ７２）。ここでは、サイトパターン認識手順および自動焦点合わせ補正手順が、イメージングチャネル２０ｃで実現される（ステップ７４）。そのために、シャッター６２および６４は、露光チャネル２０ａを遮断し、測定チャネル２０ｂを作動するために、それぞれ、その非操作位置および操作位置にある。フィルター４８に関しては、それは、その運転位置、つまりチャネル２０ｂを通って伝搬する光学経路内にある。それ以降、一定の露光分光光度測定手順が適用される（ステップ７６）。この手順は、以下のものから成り立っている。
【００５０】
フィルター４８は、チャネル２０ｂを通り抜ける光の光学経路から外れて、その非運転位置に移動される。すなわち、チャネル２０ｂは測定モードに切り替えられる。波長の関数、つまりＩ_m（λ）としてのＰＲ反射率が測定され、光学パラメータＲ_sub（λ）、ｎ（λ）、ｋ（λ）、およびＰＲ層の厚さｈが、Ｄｉｌｌパラメータの名目値に基づいてオプションで光学モデルを使用して計算される。それから、シャッター６２および６４が、それぞれ、露光チャネルと測定チャネル２０ａと２０ｂを開放し、閉鎖し、プローブ露光が、露光ツール名目線量ｄ₀に比例して所定の曝射線量ｄｉを使用して適用される。それ以降、シャッター６２および６４は、それぞれ、露光チャネル２０ａを遮断し、測定チャネル２０ｂを作動するために動作され、「露光後」測定は、測定されたデータＩ’_m（λ）を入手し、パラメータｋ’_i（λ）、ｎ’_i（λ）、厚さｈ’_i、および反射率Ｒ’_subを計算するために実行される。「校正サイト」は、実際には、ｍ個の試験サイトのアレイを含む。このアレイ内でのサイトからサイトへの（オプションでは小さい）移動、およびｍ回の異なる曝射線量で前記方式を実行することにより、校正曲線ｋ（ｄ）およびｎ（ｄ）が入手される（ステップ７８）。校正曲線から、推奨曝射線量ｄ_recが求められる（ステップ８０）。推奨線量ｄ_recは、計算されたパラメータｋ、ｎ、Ｒ_subおよびｈのそれぞれが、露光ツール３を用いる露光手順により入手される希望されているパラメータの内の対応する１つに同等である線量値である。したがって、この特殊ＰＲコーティングに関連するデータベースが提供される（ステップ８２）。このデータベースは、一定の基板反射率Ｒ_subに関して、線量の関数（つまり、ｋ（ｄ）、ｎ（ｄ）、ｈ（ｄ））としてのＰＲの光学パラメータおよび厚さを含む。一定の名目線量がエンドユーザにより指定される場合には、推奨線量の決定に関連する前記ステップが排除できるだろうことを注記しなければならない。この場合、名目線量値は、必要ならば測定を通して分析され、補正される推奨線量として役立つ。
【００５１】
この段階では、すなわち露光ツール３のこの推奨線量値ｄ_recの場合には、光学モデルは、測定済みデータＩ’_m（λ）と対応する理論上のデータＩ_th（λ）の間で適合手順を実行することにより最適化できるだろう。前に示したように、理論上のデータは、一定の光学モデル係数を使用して入手される。これらの係数は、典型的には、測定済みデータと理論上データのあいだのいわゆる「適合度」を定めるメリット（ｍｅｒｉｔ）関数の形をとる、一定の条件を満たすために調整することができる。
【００５２】
測定手順および露光制御
測定手順は、曝射線量に影響を及ぼす、基板反射率、ＰＲ厚さ、およびＰＲ光学パラメータというすべてのパラメータの決定から成り立っている。図６は、それぞれ測定および光学モデルを通して入手されている波長の関数としてＰＲ反射率を表している２つのグラフＩ_mおよびＩ_thを示している。ＰＲパラメータ、ｈ、ｎ、ｋおよびＲ_subの値を変化させる（適合させる）ことにより、充分な適合度を得ることができるだろう。これを実行することにより、光学モデル係数は更新され、光学モデルは最適化される。
【００５３】
基板反射率の曝射線量に対する寄与は、以下の２つの基本的な技法により計算できるだろう。
（１）分光光度計チャネルによる、ＰＲコーティング前のサイトの追加測定
（２）測定済みデータＩ_mから基板反射率Ｒ_subおよびＰＲパラメータを同時並行で計算すること
両方のケースにおいて、基板反射率の名目反射率からの変動の影響を演繹し、考慮に入れることができる。
【００５４】
計算が、推奨線量値が加工結果、つまりＰＲパラメータの希望値を達成しないことを示す場合、動作は追加試験サイト、いわゆる「測定サイト」に移動され、推奨曝射線量ｄ_recに適用されることになる補正を決定するために、追加動作段階が実行される。この動作段階の主要なステップが、図７に改めて説明するまでもなく図解されている。
【００５５】
前述したように、セットアップ動作の結果、この特殊ＰＲコーティングに関連するデータベースが提供される（ステップ８２）。それ以降、測定−露光−測定手順が、推奨曝射線量ｄ_recおよび露光ツール波長λ₀を使用して一度実行される（ステップ９２）。露光前ＰＲパラメータｋ_i（λ）、ｎ₁（λ）、ｈ_iおよび露光後ＰＲパラメータｋ₂（λ）、ｎ₂（λ）、およびｈ₂が別個に入手される。対応するパラメータは、それらのあいだの差異つまりΔｋ、Δｎ、およびΔｈを求めるために比較される（ステップ９４）。これにより、推奨曝射線量ｄ_recが補正される必要があるかどうかを検出できるようになる（ステップ９６）。補正される必要がある場合は、補正された曝射線量ｄ_corが、以下のようにして計算される。
【００５６】
【数１】

【００５７】
ここでは、Δｄは、Δｈ、Δｋ、Δｎ、δＲ_subの関数である。つまりΔｄ＝ｆ（Δｋ、Δｎ、ΔｈおよびδＲ_sub）であるか、あるいはさらに特定すると、
【００５８】
【数２】

【００５９】
この場合ｋ_eおよびｋ_mは、それぞれ校正曲線から、および測定によって入手されている吸収係数の値である。（∂ｄ／∂ｋ）_cは、「校正」吸収係数用の線量に対応する傾斜値である。ε_Rsubは、露光波長での、スタック内のすべての層を含んだ、基板の絶対反射率レベルによる線量変化である。比率δＲ_sub／Ｒ_subが線量変化に関する以下の条件を満たすとき、
【００６０】
【数３】

【００６１】
線量変化は
【００６２】
【数４】

【００６３】
となり、この場合、一定のＰＲの場合、α＝定数（Ｃｏｎｓｔ）である。
【００６４】
測定（第２）段階は、複数の測定−露光−測定サイクルを含むことができるだろうことに注記しなければならない。言い替えると、所定パラメータは、１回の名目線量よりむしろ、複数回の部分線量を適用することにより訂正されるだろう。
【００６５】
さらに明確に前述した本発明の独特な特徴を説明するために、露光制御の以下の例を考えてみよう。
【００６６】
実施例
この例では、δＲ＝０、Δｈ＝０である。図４ａおよび図４ｂに戻ると、校正曲線が入手されている。言い替えると、関連データベースは、前述されたようにすでに作成されている。推奨曝射線量は以下の通りである。
【００６７】
【数５】

【００６８】
校正曲線Ｃ₁およびＧ₁は、この線量値の場合には、以下になることを示している。
【００６９】
【数６】

【００７０】
線量補正が必要である典型的なケースを考慮すると、第２の動作段階が実行される。つまり、推奨曝射線量による露光が測定サイトに適用され、吸収係数に対する測定された（計算された）データが、以下であると求められる。
【００７１】
【数７】

【００７２】
吸収係数の測定値ｋ_mに関し、校正曲線Ｃ₁およびＧ₁に見られるように、以下となる。
【００７３】
【数８】

【００７４】
補正済み線量値に対して前記等式を使用すると、以下となる。
【００７５】
【数９】

【００７６】
したがって、ＰＲ脱色の希望される値を入手するためには、露光ツール３の曝射線量が７．５％減少されなければならない。この特定の例では、線量補正の完全なシーケンスは、ｋ校正曲線に関して実現される。類似する手順は、ｎ−校正曲線に関して実行されてよい。
【００７７】
プロセス制御応用
プロセッサ１６は、補正値Δｄを求め、それを表すデータを作成する。このデータは、直接的に、または特殊ホスト施設（図示されていない）を介してのどちらかにより露光ツール３の各ユーティリティに伝送される。この技法は、実際には、補正信号の検出、および露光ツール３への「フィードフォワード」を表す。
【００７８】
露光ツール３に対する適切な線量を求めることを目標とした高速で、正確、かつ自動的な測定の前述した方式が、試験構造、パターン、およびウェハ上の特別に設計されているマークなどの異なる種類の対象に適用することができることに特に注記されなければならない。
【００７９】
さらに、高速で正確、かつ自動的な測定の前述した方法は、プロセス制御全体に使用できるだろう。実際、この方法により、任意の基板上での液体および固体ＡＲＣを含む任意の放射線に敏感な物質のパラメータを比較、評価することが可能になる。測定は、ウェハ全体で、ウェハ間で、ロット間、またはバッチ間で実効できるだろう。測定装置１４は、「リンク」または「クラスタ」などの任意のフォトリソグラフィーツール装置の一部として設置できるだろう。各ウェハに適用されている前述された動作により、ウェハ間の動向は、たとえばＰＲ感光性などの「露光前起源」をもつあらゆる変動を克服するために必要とされる露光の量に対しフィードバック補正を与えるために決定できるだろう。最終的に入手されたＣＤは、多様なパラメータにより補正されてよいことが知られている。この関係で、測定中に見つけられるだろうパラメータｋ、ｎ、およびｈの変化性は、これらのパラメータによって補正することができる。複数のフィードバックオプションが、ループを閉じ、ＰＲのｋパラメータ、ｎパラメータ、ｈパラメータまたはＲ_subパラメータの変化性を補正するために実行することができる。
【００８０】
測定ツール１４の提供により、その処理が、スピン速度、湿度、温度、排気などの被覆パラメータのインラインまたはオフラインのクローズドループの確立を可能にするこのようなデータを入手できるようにする。さらに、測定ツールは、たとえば、開発時間、露光後焼成（ＰＥＢ）時間、ＰＥＢ温度などの開発加工パラメータのインラインまたはオフラインのクローズドループ制御に利用できるだろう。
【００８１】
また、このようにして得られた校正曲線が、ＡＢＣパラメータ（つまりＤｉｌｌパラメータ）の高速で正確、かつ自動的なインライン決定に備えることも注記しなければならない。実際、一連の部分露光により、総合ＰＲ脱色が達成できる。初期の「露光前」反射率スペクトルへの適合と最終反射率スペクトルへの適合とから、初期吸収および最終吸収が決定され、それらのあいだの差異は第１ＤｉｌｌパラメータＡを表す。
【００８２】
前述した技法により、ＡＢＣパラメータのインライン決定を使用して、ウェハ上の任意の位置に対する曝射線量をインライン予測できるようになる。このため、ＣＤ値の予測が可能になり、Ｒ_subパラメータ、ＡＢＣパラメータ、ｎパラメータ、ｋパラメータ、およびｈパラメータの実際の値を使用してインラインシミュレーションが可能になる。これは、オフラインシミュレーションに比べて有利である。
【００８３】
ここでは、プロセス制御手順の他のいくつかの実施態様のフロー図を図解する図８ａおよび図８ｂを参照する。これらの手順は、測定が実施されるプロセス段階ごとに互いに異なっている。
【００８４】
被覆前測定
基板反射率Ｒ_subは、被覆手順の前に測定される（ステップ１０３）。測定された反射率は、曝射線量の部分的な制御のため、あるいは後述されるように、追加最適化の自由度を最小限に押さえるために使用できるだろう。
【００８５】
測定−露光−測定
ウェハは、ＰＲ被覆（ステップ９８）プロセスおよびそれに適用されるソフト焼成プロセスの後に、関連するパラメータ、ｋ₀、ｎ₀、およびｈ₀の測定を受ける（ステップ１０２）。それから、前記露光−測定手順が、部分曝射線量（ステップ１０４および１０５）だけを使用して第１サイトに、または完全曝射線量（ステップ１０６および１０７）を使用して第２試験サイトのどちらかに適用される。これらのパラメータの露光後測定値が求められた。それは、ｋ₁、ｎ₁、ｈ₁、Ｒ₁、およびｋ₂、ｎ₂、ｈ₂およびＲ₂（ステップ１０８および１１０）である。「露光前」および「露光後」の測定（ステップ１１４）を分析することにより、露光ツール３の曝射線量を調整することができる。
【００８６】
測定および露光ツールの校正
類似した完全露光は、関連するパラメータｋ^* ₂、ｎ^* ₂、ｈ^* ₂、Ｒ^* ₂の露光後値を求める（ステップ１１２）のために露光ツール３により試験サイトに適用されてよい（ステップ１１１）。ステップ１０６、１０７、１１０は、ｋ₂、ｎ₂、ｈ₂、Ｒ₂を求めるために適用できるだろう。入手される結果は、ステップ１１１および１１２の結果に比較されるだろう。ステップ１１１およびステップ１１２は、関連するパラメータｋ^* ₂、ｎ^* ₂、ｈ^* ₂、Ｒ^* ₂の露光後値を求めるために、露光ツール３により試験サイトに適用することができる同様の完全露光を提示する。２つの異なる完全露光結果の比較は、露光ツールおよび測定ツールにより実施される露光手順の整合に役立つだろう。
【００８７】
露光のための厚さの損失
ステップ１０２および１１０の結果を比較することにより、露光のための厚さの損失を演繹できるだろう。これは、露光中の厚さの変化による線量制御に役立つだろう。前記制御は、校正手順から求めることができるだろう校正曲線ｈ（ｄ）から評価されるだろう。
【００８８】
Ｄｅ−ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎにより誘発される厚さの損失（ＤＩＴＬ）
２つの異なる露光後測定の追加分析は、ＰＥＢプロセスの後のウェハの厚さの損失の概算を補助する。図８ａおよび図８ｂに示されている別のオプションとは、露光ツール３内でさらに加工され（ステップ１１６）、測定を受け（ステップ１１１、１１２）よびＰＥＢプロセスを受けている（ステップ１１８）ウェハのオプションである。それ以降、ＰＥＢ後測定が実行され（ステップ１１９）、ｋ’₂、ｎ’₂、ｈ’₂、Ｒ’₂パラメータは第２試験サイトで求められる（ステップ１２０）。求められた値は、ステップ１１１および１１２から入手される値に比較される。これにより、「露光後測定」のためのベースラインを、化学的に増幅されているレジスト内でのＤｅ−ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎにより誘発される厚さ損失（ＤＩＴＬ）の見積りのために作成できるようになる。
【００８９】
露光チャネルを使用しない手順
図９ａおよび図９ｂを見ると、本発明に従った方法のさらに２つの例が、改めて説明するまでもなく提示されている。これらの例に従って、測定ツール１４は、加工（露光）チャネルを必要としないが、加工前に、すなわち図９ａの例での被覆手順および露光手順の前に、および図９ｂの例での露光手順の前だけに、ウェハの関連したパラメータを測定するためだけに動作する。これらのケースでは、測定ツールは、対象品から戻される光の強度の高速かつ正確な測定を提供することができる、任意の適切な種類の分光光度計であってよい。たとえば、このような分光光度計の構成および動作は、本出願の譲受人に譲渡されている米国特許第５，５１７，３１２号明細書に開示されているものに類似したものでよい。
【００９０】
したがって、本発明により、プロセス制御のためのより詳細なセットアップの一部として、ＰＲ露光またはＰＥＢのあいだの厚さ変化に影響を及ぼすリソグラフィープロセスを制御するためのベースラインを始動するために使用することができるデータを入手することができる。前記方法から入手されるデータは、他の計測学ツール結果の相関関係、たとえば、臨界寸法の測定用の既知の計測学ツール（たとえば、ＳＥＭＣＤ、ＡＦＭ）の任意の１つに沿ったこの方法のあいだの校正曲線の構築に使用してよい。
【００９１】
前記を考慮して、本発明の優位点は自明である。それは、各製品ウェハに対し、パターン化露光ツールの中間の（mid-）、近い（near-）、または深い（deep-）ＵＶ正確曝射量の決定のための方法および機器を提供する。本発明により、生産におけるフォトリソグラフィーツールの自動的で、高速かつ正確な線量制御が可能になる。そのように設計されている測定装置１４が、製品ウェハの測定に基づくクローズドループフィードフォワード制御を入手するために、フォトリソグラフィーツール装置の内側の測定システムの統合を可能にする。このようなツールの統合は、とりわけウェハ間の厚さの変動、ウェハ厚さ非画一性、レジスト、ＡＲＣまたはそれらの下の層での反射率変動に対する高速解答および比較を可能にするだろう。本発明は、揮発性の構成要素の蒸発または酸の損失により引き起こされる厚さ変化の制御を達成するための時間の関数として厚さ測定を可能にする。測定装置１４は、露光およびＰＥＢなどの複数のリソグラフィーステップをモニタするための複数の計測学動作を含んでよい。
【００９２】
本発明は、他のすべてのプロセスおよび／またはツール変数に、いわゆる「情報ベースライン」を提供し、あらゆる初期変動を補正するために使用することができる。たとえば、それは、光学パラメータと厚さの、初期、ソフト焼成前の状態、および最終の焼成後状態のあいだ、初期状態、露光後および最終状態、露光後焼成状態のあいだの差異の測定から入手されるデータを分析することにより、フォトリソグラフィープロセスの制御に備える。露光後状態の状況は、露光ツールの完全名目露光、および露光に続く焼成後手順を適用することにより、システム１０，１００で容易に達成することができる。本発明は、特殊マスクまたは透明ウェハ、あるいは特殊オフライン試験に対するニーズなしに、Ｄｉｌｌパラメータの決定のための直接的な方法も提供する。本発明は、線量補正の既知の計測学ツール結果に対する相互関係が必要とされるたびに使用することができる。本発明は、露光ツールの元の場所での内部構成を必要とせずに、フォトリソグラフィープロセス用露光ステップを制御することの困難さを克服する。
【００９３】
当業者は、添付請求項の中に、および添付請求項により定められるその範囲から逸脱することなく、これまで例証されてきたように、多くの修正および変更を本発明に適用してよいことを容易に理解するだろう。たとえば、本発明は、露光時間などの露光ツールの他のパラメータを制御するために使用してよい。代わりに、本発明は、加工品を処理するためのそれ以外の加工ツールだけではなく他のフォトリソグラフィーの動作を制御するためにも使用されてよい。発明された技法により制御できるだろう加工ツールは、その変動が加工対象の光学的に測定可能なパラメータに影響を及ぼす作業パラメータにより特徴付けられなければならない。これにより、測定ツールを加工ツールの上流に設置し、必要とされるときに、作業パラメータを補正するためのフィードフォワードループを提供できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォトリソグラフィーツールの共通装置のブロック図である。
【図２ａ】本発明の一実施態様に従ったシステムの主要構成要素のブロック図である。
【図２ｂ】本発明の別の実施態様に従ったシステムの主要構成要素のブロック図である。
【図３】図２ａまたは図２ｂのどちらかのシステムに適切な測定ツールの主要な構成要素を概略的に示す図である。
【図４ａ】図３の測定ツールを用いて入手できるだろう校正曲線の例を図表を用いて示す図である。
【図４ｂ】図３の測定ツールを用いて入手できるだろう校正曲線の例を図表を用いて示す図である。
【図５】図４ａおよび図４ｂの校正曲線を入手するための方法のフロー図である。
【図６】図５ａから図５ｃの方法での適合手順の主要な原則を図表を用いて示す図である。
【図７】本発明の１つの実施態様に従って線量補正方法のフロー図である。
【図８ａ】本発明のいくつかの実施態様に従った線量補正方法のフロー図である。
【図８ｂ】本発明のいくつかの実施態様に従った線量補正方法のフロー図である。
【図９ａ】本発明のさらに２つの実施態様の主要な原理を示すフロー図である。
【図９ｂ】本発明のさらに２つの実施態様の主要な原理を示すフロー図である。

Claims (14)

1. 一定の加工結果を提供するためにその作業領域を加工するために仕掛品に適用される加工ツールの少なくとも１つの作業パラメータの自動光学制御用測定ツールであって、前記作業パラメータが、加工中の仕掛品の少なくとも１つのパラメータに影響を及ぼし、加工の前に前記少なくとも１つの作業パラメータの事前設定値を有し、
   （１）加工ツールの加工と類似した仕掛品の加工をするために適応され、前記加工ツールの作業パラメータに対して所定の比率に設定される作業パラメータを有する加工チャネルと、
   （２）仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを測定し、それを表す測定済みデータを生じさせるために適応されている測定チャネルと、
   （３）前記加工チャネルに関連するアクチュエータであって、それらの内の１つを選択式で作動するためのアクチュエータと、
   （４）イメージング光学部品およびセンサを含むイメージングチャネルであって、前記測定チャネルが作動されると作動されるイメージングチャネルと、
   （５）仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを求め、分析するために前記測定済みデータに反応し、前記仕掛品に加工ツールを適用するときに前記一定の加工結果を入手するために、仕掛品の加工の前に加工ツールの加工パラメータに適用される補正値を計算するプロセッサを備え、前記測定チャネルおよび前記イメージングチャネルに結合されている制御装置
   とを備えてなる自動光学制御用測定ツール。
2. 前記プロセッサが、仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータを表す理論上のデータを入手するために、仕掛品の一定の特徴の名目値に基づき、光学モデルを表す基準データを活用する請求項１記載のツール。
3. 前記基準データが、前記少なくとも１つの作業パラメータの関数として、仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータの形をとる少なくとも１つの校正曲線を表すデータベースを含む請求項２記載のツール。
4. 前記測定チャネルが所定の入射放射線を生じさせるための照明装置、光学装置、および検出器装置を備え、光学装置が仕掛品の一定の領域に前記入射放射線を向け、照明領域から戻される放射線を検出器装置に向ける請求項１記載のツール。
5. 前記測定チャネルが、所定の入射放射線により仕掛品の一定の領域を照明し、照明された領域から戻される放射線を検出し、前記所定入射放射線の波長の関数として戻される放射線の強度を表すデータを作成する分光光学計である請求項１記載のツール。
6. 前記プロセッサが、それに対する計算済み補正値を伝達するための加工ツールに結合される請求項１記載のツール。
7. 前記加工ツールが露光ツールである請求項１記載のツール。
8. 前記露光ツールがフォトリソグラフィーツール装置の一部である請求項７記載のツール。
9. 加工ツールの前記少なくとも１つの作業パラメータが、曝射線量である請求項７記載のツール。
10. 仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータが、その上に形成されている材料の吸収係数である請求項１記載のツール。
11. 仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータが、その上に形成されている材料の屈折率である請求項１記載のツール。
12. 前記少なくとも１つのパラメータがその反射率である請求項１記載のツール。
13. 仕掛品の前記少なくとも１つのパラメータが、その少なくともいちばん上の層の厚さである請求項１記載のツール。
14. 前記仕掛品が半導体ウェハである請求項１記載のツール。

Images