JP4607072B2

JP4607072B2 - 複数のｃｄ計測ツール間の一貫した測定結果を検証する方法

Info

Publication number: JP4607072B2
Application number: JP2006225962A
Authority: JP
Inventors: アオグスティヌスヨセフクラーマーフーゴー; ヨハネスマリアファンブレデローデエリック
Original assignee: エーエスエムエルネザーランズビー．ブイ．
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2007057531A; US20070046954A1

Description

本発明は、一般に、複数のＣＤ計測ツール（ＣＤ−Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙｔｏｏｌｓ）を使用した相関測定法（ｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｒｒｅｌａｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）に関する。

リソグラフィ装置は、基板、通常は基板のターゲット部分に、所望のパターンを焼き付ける機械である。リソグラフィ装置は、たとえば集積回路（ＩＣｓ）の製造に使用することができる。その場合、二者択一的にマスク又はレチクルと呼ばれるパターニング装置を使用して、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（たとえばシリコン・ウェハ）上のターゲット部分（たとえば１つ又は複数のダイを構成する部分）に転写することができる。パターンの転写は、通常、基板上に備えられた放射線感応材料（レジスト）の層上への画像投影システムによる画像の投影によって行われる。放射線のビームを使用してレチクルを照射し、パターン化された放射線のビームが（レチクルを通過した後で）、基板上の放射線感応材料を露光する。一般に、個々の基板は、連続的にパターン化された隣接するターゲット部分のネットワークを含む。知られているリソグラフィ装置には、ターゲット部分にパターン全体を一度に露光することによって各ターゲット部分を照射するいわゆるステッパ、及び、パターンを放射線ビームによって指定の方向（「スキャニング」方向）にスキャンし、基板をこの方向と平行に又は非平行（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ）に同時にスキャンすることによって、各ターゲット部分を照射するいわゆるスキャナがある。また、パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニング装置から基板に転写することも可能である。

マイクロチップの製造には、フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅｓ）間の間隔又はフィーチャの幅、及び／又は、たとえばフィーチャの２つの縁部などフィーチャの要素間の距離の許容差の制御が必要である。特に、デバイス又はＩＣの層の製造に許容されるそのような間隔、幅、及び／又は距離の最小のものの寸法許容差の制御が重要である。上記の最小の間隔及び／又は最小の幅は、一般に、クリティカル・ディメンション（ｃｒｉｔｉｃａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：「ＣＤ」）と呼ばれる。

リソグラフィ装置は非常に高機能であり、顧客に約束した厳しい動作規準を満たすことを検査し保守するために検定（ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及びモニタリング（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を要求される。リソグラフィ装置の検定及びモニタリングは、フィーチャ間のクリティカル・ディメンション及び／又は他の間隔、幅、及び距離の制御を測定するために、ＣＤ計測ツール（たとえば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ））を使用して機械の外で部分的に実行される。このために、リソグラフィ装置機械製造業者及びリソグラフィ装置機械のユーザは、リソグラフィ装置によって画像を投影された試験用基板を試験するために使用されるいくつかのＣＤ計測ツールを有していてもよい。これらの試験は、様々なタイプのフィーチャ（複数の線、分離された線、コンタクト・ホール、ズレ試験のフィーチャ（ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｔｅｓｔｆｅａｔｕｒｅｓ）など）のクリティカル・ディメンションＣＤを測定することを含む。これらのＣＤの測定結果は使用される特定のＣＤ計測ツールに依存しないことが好都合であり、したがってＣＤ計測ツールが同じサイズのフィーチャのサイズを許容された誤差の範囲内で測定することを保証するようにＣＤ計測ツールのマッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）を行なう。たとえば、総許容差、すなわちリソグラフィ装置及び試験測定結果の許容差は、１００ｎｍノード（ｎｏｄｅ）では通常８ｎｍ、６５ｎｍでは約４ｎｍであり、分離された線と複数の線の１つとの間の差など特定の試験のフィーチャに対する許容差はさらに小さい。このため、ＳＥＭのマッチングは、通常総許容差の１／５の許容差で行われることが必要とされる。ＣＤ計測ツールについては非特許文献１を参照されたい。
"INTERNATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS 2003 EDITION METROLOGY"

本発明の一態様によれば、予め決められたフィーチャ・サイズの予め決められたフィーチャを有する複数のフィールドで照射された感光性の層を有する基板を提供するステップと、複数のＣＤ計測ツールの第１のものを用いて、前記基板上の第１フィールドの中の第１エリア内の前記フィーチャ・サイズを第１に測定するステップと、前記複数のＣＤ計測ツールの第２のものを用いて、第２エリアの第２フィールドに関する位置が第１エリアの第１フィールドに関する位置と同じである、第２フィールドの第２エリア内にある前記フィーチャ・サイズを第２に測定するステップと、前記第１の測定と第２の測定の結果を比較して前記複数のＣＤ計測ツール間に一貫した測定結果（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）が存在するかどうか判定するステップとを含む、複数のＣＤ計測ツール間の一貫した測定結果を検証する方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、予め決められたフィーチャ・サイズの予め決められたフィーチャを有する複数のフィールドで照射された感光性の層を有する基板を提供するステップと、前記複数のＣＤ計測ツールのそれぞれを用いて、前記基板上の２つのフィールドのそれぞれの中の少なくとも２つのエリア内の前記フィーチャ・サイズを測定するステップと、前記測定の結果を比較して前記複数のＣＤ計測ツール間の一貫した測定結果が存在するかどうか判定するステップとを含む、複数のＣＤ計測ツール間の一貫した測定結果を検証する方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、予め決められたフィーチャ・サイズの予め決められたフィーチャを有する複数のフィールドで照射された感光性の層を有する基板を提供するステップと、前記複数のＣＤ計測ツールのそれぞれを用いて、前記基板上の２つのフィールドのそれぞれの中の少なくとも２つのエリア内の前記フィーチャ・サイズを測定するステップと、前記複数のＣＤ計測ツールの第２のものを用いて、第２エリアの第２フィールドに関する位置が第１エリアの第１フィールドに関する位置と同じである、第２フィールドの第２エリア内の前記フィーチャ・サイズを第２に測定する、前記複数の測定間の一貫した測定結果であるか判定するために前記測定の結果を比較するステップと、前記第１測定と第２測定の結果を比較して前記複数のＣＤ計測ツール間の一貫した測定結果が存在するかどうか判定するステップとを含む、複数のＣＤ計測ツール間の一貫した測定結果を検証する方法が提供される。

ここで、本発明の実施例は、対応する参照符号が対応する部分を示す添付の図面を参照しながら、例としてのみ説明される。

リソグラフィ装置のクリティカル・ディメンション（ＣＤ）検定に使用される走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である、いわゆるＣＤ−ＳＥＭｓは、ＣＤ−ＳＥＭｓの据付基部（ｉｎｓｔａｌｌｅｄｂａｓｅ）全体にわたって一貫した測定結果を保証するために、互いにマッチされていなければならない。マッチング検証には、据付基部のＣＤ−ＳＥＭｓ全てによる同じ組及びサイズのフィーチャの測定結果の比較が必要である。たとえば、複数のラインのフィーチャを、複数の異なるピッチ（クリティカル・ディメンション）に関して測定することができる。本発明は、どんな特定のタイプのフィーチャにも、どんな特定のタイプのフィーチャ・サイズにも限定されず、ＣＤ−ＳＥＭｓをどんなサイズ及びタイプのフィーチャに関して評価するために使用されることができる。

他のタイプのＣＤ計測ツール、特にスキャッタロメータもまた、ＣＤ検定のために使用され、本発明はまた、それらのツールにも適用される。本発明は、以下で、ＣＤ−ＳＥＭｓに関して説明される。

ＳＥＭの電子ビームは、基板の表面でレジスト（感光性層）と相互作用し、この相互作用がいわゆる「収縮（ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ）」を引き起こすので、レジスト・フィーチャ（すなわち、放射線ビームによってレジスト上に照射されて現像されたフィーチャ）は、直接的なやり方では何回も測定することはできない。それに反して、パターン化されたＳｉフィーチャを有するウェハ（すなわち、基板にフィーチャを転写するために、パターン化された放射線のビームによる露光に引き続いてフォトレジスト層を露光し現像した後で基板が処理されている場合）には、この問題がない。

リソグラフィ装置の検定及びモニタリング中は、ＳＥＭはパターン化されたＳｉ基板と、レジストとは違うように相互作用するので、レジストに投影され現像されたフィーチャのクリティカル・ディメンションを測定するほうが好ましい。したがって、マッチングのためにパターン化されたＳｉ基板を使用することによって、正しくないオフセットが発生する可能性があり、マッチングは、実際の測定のために使用されたのとは異なるＣＤ−ＳＥＭの動作条件で行われる必要があり得る。しかし、ＳＥＭの電子ビームはレジストと相互作用するので、同じレジスト・フィーチャが繰り返し測定されると様々な結果が生じることになり、したがって、レジスト・フィーチャを有する基板を使用して直接的に複数のＣＤ−ＳＥＭｓをマッチすることはできない。収縮を回避する１つの方法は、基板上の複数のフィールド内で露光された対応するフィーチャを測定することである。しかし、この方法は、露光及び特に処理（すなわち非画一的な露光後焼き付け（ｂａｋｅ））から生じるウェハ全体にわたる複数のフィールド内の対応するフィーチャのＣＤの変動が、マッチング検証の結果に影響を与える可能性がある。

以下で説明される方法は、処理変動及びレチクル・パターン・エラーによる変動の影響、並びに従来技術の少なくとも５分の１（ａｆａｃｔｏｒｏｆ５）に露光変動の影響を低減することができることが分かっている。したがって、この方法を使用することによって、ＣＤ−ＳＥＭマッチング、すなわち、パターンが予め決められたフィーチャ・サイズの予め決められたフィーチャをそれによって備える、パターン化されたビームで、複数のフィールドで露光された感光性層を有する基板を使用して、複数の走査電子顕微鏡間の一貫した測定結果の検証を行うことが可能である。

この方法は、図１から図３を参照しながら、より詳しく説明される。

図１は、複数のフィールド１０内にフォトレジストが露光されている基板Ｗを示す。図１の実施例では、基板は、各フィールド内で、クリティカル・ディメンションすなわち限界寸法に対応するサイズすなわち大きさの１つの寸法を有するフィーチャを１つだけ備えた同じレチクルを使用して露光されており、その結果、露光された各フィールド内のパターンは同じフィーチャとフィーチャ・サイズを有する。しかし、必ずしもこうであるわけではなく、個々のウェハが、様々なフィーチャ及び／又は様々なサイズのフィーチャを有する様々なフィールドで照射されることもあり得る。また、各フィールドが１つ以上のサイズの１つ以上のフィーチャを含むことも可能である。ＣＤ−ＳＥＭマッチングでは、様々なタイプのフィーチャ用の、及び様々なサイズのフィーチャ用のＳＥＭｓにマッチすることが好ましいことは明らかである。

複数のＳＥＭが全てのフィールドでフィーチャ・サイズを測定すれば、レジストの収縮によって結果は大きくばらつくであろう。各ＳＥＭが、同じＣＤのものであるように設計された同じフィールド内の隣接するエリアを測定する場合、レチクル又はマスクの製造工程での変動及び／又は露光ステップでの体系的な非画一性によって結果は大きくばらつく可能性がある。各ＳＥＭが基板上の様々なフィールド内の対応するエリアを測定する場合（「対応する」は、フィールド内の同じ関係する位置にあり、したがって、レチクル又はマスクの同じ部分を使用して露光されることを意味する）、ウェハ上の処理（塗布、焼付け、及び／又は現像の各ステップ）の変動によって結果がばらつく可能性がある。

レジスト・プロファイルの変動による測定されたフィーチャ・サイズの変動を抑制することができる。

以下の説明は、２つのＳＥＭをマッチするために使用される方法に基づく。ただし、マッチされているどんな数のＳＥＭに対しても同じ原理を使用することができる。図２は、第１ＳＥＭによって測定されたエリア２０、４０が右から左へ下がる斜線で示され、第２ＳＥＭによって測定されたエリア３０、５０が左から右へ下がる斜線で示されている最も簡単な実施例を示す。第１フィールド１０１で、第１ＳＥＭは、図示されているようにフィールド１０１の上部に配置されている第１エリア内のフィーチャ・サイズを測定することが分かる。第２フィールド１０２で、第２ＳＥＭは、第１フィールドで第１ＳＥＭによって測定されたエリアに相当するエリア４０内のフィーチャ・サイズを測定する。第２ＳＥＭはまた、フィールドの下半分にあり、第１ＳＥＭによって測定されたエリア２０とは異なるエリア３０にある第１フィールド１０１内のフィーチャ・サイズも測定する。第２フィールド１０２で、第１ＳＥＭは、第１フィールド１０１で第２ＳＥＭによって測定されたエリア３０に相当するエリア５０内のフィーチャ・サイズを測定する。

図２で、第１エリア２０、４０及び第２エリア３０、５０は、両方とも、フィールドの中の全く同じ相対的な位置にあることが示されているが、これは必ずしもこうである必要はなく、これらのエリアは少し異なるように配置されてもよい。各ＳＥＭは同じ変動を受けるエリアを測定するので、エリアのインターレース（ｉｎｔｅｒｌａｃｉｎｇ）を使用してフィールドの変動内に抑制することができる。

このパターンは拡大することができ、図３では、フィールド１０１、１０２は全て、陰影をつけられたエリア及び陰影をつけられていないエリアを有する仮想グリッドに分割さているように示されている。グリッドの陰影をつけられていないエリア２０１は第１ＳＥＭによって測定され、陰影をつけられているエリア３０１は第２ＳＥＭによって測定される。図から分かるように、パターンは完全にインターレースすなわち組み合わされていて、第１フィールド１０１で第１ＳＥＭによって測定されたエリアは、第２フィールド１０２で第２ＳＥＭによって測定される。したがって、複数の走査電子顕微鏡はそれぞれ、少なくとも２つのフィールドそれぞれの少なくとも２つの位置にあるフィーチャ・サイズを測定する。複数の走査電子顕微鏡のうちの第１のものは、２つのフィールドのうちの第１フィールド１０１の第１エリア２０１内のフィーチャ・サイズを測定し、複数の電子顕微鏡のうちの第２のものは、第１エリアに相当する、ただし２つのフィールドのうちの第２フィールドにある、エリア３０１内のフィーチャ・サイズを測定し、逆の場合も同じである。その結果、複数のＳＥＭそれぞれのこれらの測定結果の平均値は、体系的なレチクル及び露光システムの変動の全く同じ影響を受け、これらの変動はもはやマッチング結果に影響を与えない。また、複数のＳＥＭはそれぞれ各フィールド内のほとんど同じ位置にある各フィールド内の同じ数のフィーチャを測定するので、マッチング結果に対するフィールドごとの変動の影響も効果的に抑制される。

複数のフィーチャはそれぞれの位置で測定することができ、個々の基板Ｗは、全てのフィールド１０内にただ１つのタイプのフィーチャを与えられてもよく、或いは、様々なタイプのフィーチャ及び／又はフィーチャ・サイズの様々なフィールドを与えられてもよい。図示された実施例では、２つのフィールド１０１、１０２は、隣接しているように示されているが、これは必ずしもこうである必要はなく、間に間隔が置かれていてもよい。また、３つ以上のフィールドを測定する場合にも、フィールドごとの変動を抑制することができる。

マッチング結果は、同じタイプのフィーチャ／間隔／幅に関するＣＤ−ＳＥＭｓの平均読み値の間の差である。

新しい手順が０．３６ｎｍのような低い３σを有する一貫した測定結果になることは、８０ｎｍノードでのセルフマッチングによって実験的に（１つのＳＥＭの結果を同じＳＥＭによる第２の一組の測定結果と比較して）分かっている。２つのフィールド内のフィーチャがＳＥＭ１によって測定され、２つの隣接するフィールド内のフィーチャがＳＥＭ２によって測定される手順は、２．０ｎｍのような高い３σのセルフマッチングで残余を有する。

本明細書では、リソグラフィ装置のＩＣ製造での使用について具体的に述べることがあるが、本明細書に記載されたリソグラフィ装置は、磁気ドメインメモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃｄｏｍａｉｎｍｅｍｏｒｉｅｓ）、フラット・パネル・ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなど用の集積光システムやガイダンス及び検出パターンの製造のような、他の用途を有してもよいことを理解されたい。そのような代替用途に関連して、本明細書中の用語「ウェハ」又は「ダイ」のどんな使用でも、それぞれ、より一般的な用語「基板」又は「ターゲット部分」と同義語と考えられることができることを当業者は理解するであろう。本明細書中で言及される基板は、露光の前又は後で、たとえばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、計測ツール及び／又は検査ツール内で、処理されてよい。適切な場合は、本明細書中の開示は、そのような又は他の基板処理ツールに適用されることができる。さらに、基板は、たとえば、多層ＩＣを生成するために何回も処理されてよく、その結果、本明細書中で使用される用語、基板はまた、複数の処理済み層をすでに含む基板を指してもよい。

上記で、光リソグラフィに関連する本発明の実施例の使用について具体的に述べたが、本発明はリソグラフィの他の分野で使用されてもよいことが理解されるであろう。

用語「放射線」及び「ビーム」は、（たとえば、ちょうど又はおよそ３６５、３５５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外（ＵＶ）線、及び（たとえば、５ｎｍから２０ｎｍの範囲の波長を有する）超紫外（ＥＵＶ）線、並びに、イオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含む全てのタイプの電磁放射線を包含する。

上記で本発明の特定の諸実施例が説明されてきたが、本発明は、説明されたのとは違う別の方法で実施されてもよいことが理解されるであろう。たとえば、本発明は、上記で開示された方法を記載した１つ以上の文字列の機械可読命令が入っているコンピュータ・プログラム、或いは、そのようなコンピュータ・プログラムを記憶しているデータ記憶メディア（たとえば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）の形態を取ることができる。

上記の説明は、例示を意図するものであって、限定を意図するものではない。したがって、添付の特許請求の範囲に記載された諸請求項の範囲を逸脱することなく、説明された本発明に変更が加えられてよいことは、当業者には明らかであろう。

基板の上面を示す平面図である。本発明の測定技法を示す図である。本発明の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１０フィールド
２０エリア
３０エリア
４０エリア
５０エリア
１０１第１フィールド
１０２第２フィールド
２０１エリア
３０１エリア

Claims

それぞれ同じサイズのフィーチャが設けられた複数のフィールドを有する基板を供給するステップと、
複数のＣＤ計測ツールの第１のもので、前記基板上の第１フィールドの中の第１エリアにある前記フィーチャのサイズを測定するステップと、
前記複数のＣＤ計測ツールの第２のもので、第２フィールドの第２エリアにある前記フィーチャのサイズを測定するステップであって、前記第２フィールドに関する前記第２エリアの位置が、前記第１エリアの前記第１フィールドに関する位置と同じであるステップと、
前記複数のＣＤ計測ツールの第１のもので、前記第２フィールドの中の第３エリアにある前記フィーチャのサイズを測定するステップと、
前記複数のＣＤ計測ツールの第２のもので、前記第１フィールドの中の第４エリアにある前記フィーチャのサイズを測定するステップであって、前記第１フィールドに関する前記第４エリアの位置が、前記第２フィールドに関する前記第３エリアの位置と同じであるステップと、
前記複数のＣＤ計測ツールの第１のもので複数測定された前記フィーチャのサイズの平均値と、前記複数のＣＤ計測ツールの第２のもので複数測定された前記フィーチャのサイズの平均値と、の差をとるステップと、
を含む、複数のＣＤ計測ツール間の測定結果を検証する方法。
前記第１及び第２ＣＤ計測ツールがそれぞれ、前記第１及び第２フィールドの中の複数のエリア内の前記フィーチャ・サイズを測定し、
前記第１ＣＤ計測ツールによって測定された前記第１フィールドに関する前記エリアの位置が、前記第２ＣＤ計測ツールによって測定された前記第２フィールドに関するエリアの位置と同じである、請求項１に記載の方法。
前記２つのフィールドが隣接している、請求項１又は２に記載の方法。
前記２つのフィールドの間に間隔が置かれている、請求項１又は２に記載の方法。
複数のフィーチャが各エリアで測定される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
前記複数のＣＤ計測ツールが複数の走査電子顕微鏡又は複数のスキャッタロメータである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。