JP4641890B2 - 測定方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
Blayo, N., et al., "Ultraviolet-visible ellipsometry for process control during the etching of submicrometer features," J. Opt. Soc. Am. A, vol.12, no.3, 1995, pp.591-599
基板上に形成されるラインアンドスペースパタ―ンの膜厚、屈折率、および吸収率と、下地の膜厚、屈折率、および吸収率とを入力する工程と、
ラインアンドスペースパタ―ンに入射する入射光ビームを複数の光線に分解する分解工程と、
前記ラインアンドスペースパタ―ンに前記複数の光線を入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記ラインアンドスペースパタ―ンから出射する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算し積分する計算工程と、
前記積分された偏光成分及び強度に基づいて、前記ラインアンドスペースパタ―ンを通過した後における出射光ビームの位相差と扁平率とを求める演算工程とを含み、
前記位相差と扁平率は露光工程およびエッチング工程を含む半導体装置のプロセス制御に使用されることを特徴とする測定方法、あるいは
エリプソメトリを使用して基板上のラインアンドスペースパタ―ンからの出射ビームの位相差と扁平率とを測定する工程が含まれる半導体装置の製造方法において、
膜厚、屈折率、および吸収率と、下地の膜厚、屈折率、および吸収率とに基づいて基板上に設定されるラインアンドスペースパタ―ンに複数の光線に分解された入射光ビームを入射させ、
前記入射光ビームが入射した構造物から出射する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算して積分し、
前記積分された偏光成分及び強度に基づいて求められた前記出射光ビームの位相差と扁平率と、前記エリプソメトリを使用して測定された位相差と扁平率とを比較し、
前記比較結果に基づいて露光条件または条件を変更して半導体装置を製造すること
を特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
図3は、本発明の第1実施例による、エリプソメトリを使った基板上に形成されたパターンの寸法測定装置の構成を示す。
図6を参照するに、ステージ21上には基板22を構成するウェハのオリエンテーションフラット22Aと衝合する位置決め部材21Aが形成され、さらに基板22の側面に衝合する位置決めピン21Bが形成される。その際、前記基板22上にはラインアンドスペースパターン22aが、基板22が位置決め部材21Aおよび21Bに衝合した状態で光源23からの光ビームの光路に直交するように形成される。ラインアンドスペースパターン22aをこのような方位に形成することにより、前記光ビームは、その位相中に前記ラインアンドスペースパターン22aの情報を効率的に取り込む。換言すると、図3のエリプソメータは、基板22をステージ21上に図6に示した方位に設置することにより、ラインアンドスペースパターン22aの幅Wに対する感度が最大になる。
[第2実施例]
図7は、本発明の第2実施例を示す。ただし、図7中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第3実施例]
図9は、図3の加工物寸法測定装置を組み込んだ本発明の第3実施例による半導体装置の製造ラインを概略的に示す。
rp =tan(Θ1 −Θ2 )/tan(Θ1 +Θ2 )
rs =−sin(Θ1 −Θ2 )/sin(Θ1 +Θ2 )
tp =2sinΘ2 cosΘ1 /sin(Θ1 +Θ2 )cos(Θ1 −Θ2 )
ts =2sinΘ2 cosΘ1 /sin(Θ1 +Θ2 )
tk =exp(−2πkd/λ)
δ=exp(−i2πnd/λ)
で与えられる。ただし、λは入射光ビームの波長、dは試料中の光路長を表す。
Ip (1)’=tp1tp2rp3tp4tp5 × exp(−2πk2 d1 /λ)
exp(−i2πn2 d1 /λ)・I0
Is (1)’=ts1ts2rs3ts4ts5 × exp(−2πk2 d1 /λ)
exp(−i2πn2 d1 /λ)・I0
Ip (2)’=tp1rp2tp3 × exp(−2πk2 d2 /λ)
exp(−i2πn2 d2 /λ)・I0
Is (2)’=ts1rrs2 ts3 × exp(−2πk2 d2 /λ)
exp(−i2πn2 d2 /λ)・I0
Ip (3)’=rp1・Io
Is (3)’=rs1・Io
ただし、n2 ,k2 は、それぞれラインアンドパターン中における屈折率および吸収係数を表し、またd1,d2 は光線(1),(2)の、ラインアンドスペース中における光路長をそれぞれあらわす。また、添字1〜5は、それぞれの光線の反射点、屈折点の、入射側から数えた順番を示す。図11を参照。
ρ=Rp /Rs =ΣIp (n)’/ΣIs (n)’=tanΨexp(iΔ)
で与えられ、これからパラメータΨ,Δが、
Ψ=tan− 1 (|ρ|)
Δ=arg(ρ)
で求められる。
[第4実施例]
図15は、本発明の第4実施例の原理を示す。
[第5実施例]
ところで、図3,図7,図9あるいは図15の装置において、光源23から出射される光ビームの入射角は70°に限定されるものではなく、他の角度を使うこともできる。また、入射角を様々に変化させてΔ,Ψを測定し、これをもとに、Ψ,Δの他に入射角をパラメータとして含むデータベースを参照することにより、パターンの幅のみならず、パターン側壁の、基板表面に対する傾き角をも求めることが可能である。
[第6実施例]
図20は、SiO2 膜上に形成された同じラインアンドスペースパターンにおいて、ポリシリコン膜の膜厚を変化させた場合の偏光パラメータΨ,Δの関係を示す。ただし、図20中、黒丸で示したカーブは、厚さが100nmのSiO2 膜上に厚さが178nmのポリシリコンラインアンドスペースパターンを形成した場合を、また白丸で示したカーブは、ポリシリコンラインアンドスペースパターンの厚さを163nmとした場合のものである。いずれの場合においても、ラインアンドスペースパターンのピッチは300nm、またパターン幅Wは110nm〜200nmの範囲で変化させている。
さらに、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
2,25 偏光子
3 試料
4 回転検光子
4a,24 1/4波長板
4b 回転1/4波長板
5,27,27A,27B 検出器
10,22 基板
11 パターン
11a,11b パターン要素
21 ステージ
21A 位置決め構造
21B 位置決めピン
22a パターン
22b パターン要素
22A オリエンテーションフラット
25A ビームチョッパ
26 回転検光子
28 増幅器
29 A/D変換器
30 処理装置
31 レンズ
32 ビームスプリッタ
101 ウェハプロセス部
102 プロセス制御部
103 エリプソメトリ部
104 初期条件設定部
104a データベース
104b 理論計算部
Claims (5)
- 基板上に形成されるラインアンドスペースパタ―ンの膜厚、屈折率、および吸収率と、下地の膜厚、屈折率、および吸収率とを入力する工程と、
ラインアンドスペースパタ―ンに入射する入射光ビームを複数の光線に分解する分解工程と、
前記ラインアンドスペースパタ―ンに前記複数の光線を入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記ラインアンドスペースパタ―ンから出射する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算し積分する計算工程と、
前記積分された偏光成分及び強度に基づいて、前記ラインアンドスペースパタ―ンを通過した後における出射光ビームの位相差と扁平率とを求める演算工程とを含み、
前記位相差と扁平率は露光工程およびエッチング工程を含む半導体装置のプロセス制御に使用されることを特徴とする測定方法。 - 前記求められた位相差と扁平率に基づいて、位相差および扁平率と前記ラインアンドスペースパターンとの関係を含むデータベースを参照することにより、前記求められた位相差と扁平率に対応するパタ―ン幅を求めることを特徴とする請求項1記載の測定方法。
- エリプソメトリを使用して基板上のラインアンドスペースパタ―ンからの出射ビームの位相差と扁平率とを測定する工程が含まれる半導体装置の製造方法において、
膜厚、屈折率、および吸収率と、下地の膜厚、屈折率、および吸収率とに基づいて基板上に設定されるラインアンドスペースパタ―ンに複数の光線に分解された入射光ビームを入射させ、
前記入射光ビームが入射した構造物から出射する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算して積分し、
前記積分された偏光成分及び強度に基づいて求められた前記出射光ビームの位相差と扁平率と、前記エリプソメトリを使用して測定された位相差と扁平率とを比較し、
前記比較結果に基づいて露光条件または条件を変更して半導体装置を製造すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記比較結果が小さくなるようにウェハプロセスを制御することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ウェハプロセスの制御は、露光条件又はエッチング条件を変化させることで実行されることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
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