JP5165852B2 - 蛍光x線を用いたディッシングおよびティルティングの検出 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に従った、マイクロ蛍光X線アナライザ20の概略図である。アナライザ20の態様は、上記に引用した米国特許第6,108,398号に詳細に記載されている。アナライザ20は、後述する方法を用いてウエハ加工形成プロセスにおける不良を識別するために、試料22、標準的には半導体ウエハを検査するように構成される。
図2は、一般的なディッシング効果を示す、試料22、本実施例では半導体ウエハの一部を概略的に示す図である。標準的なウエハ加工形成プロセスでは、ウエハは、シリコン基板42上に形成された、標準的には二酸化シリコンを含む誘電体層40を含む。導電体のためのヴィア、トレンチ、および導体パッドのための凹部などの特徴部分は、フォトリソグラフィプロセスによって層40に形成される。これらの特徴部分は、導電材料、標準的には銅で充填される。特徴部分に銅を充填する前処理として、銅が誘電体層に入り込むのを防ぐために、層40の上にまずバリア層44が蒸着される。バリア層は、標準的にはタンタルを含む。次いで、特徴部分の残りの容積に、銅充填物46が充填される。このプロセスは、本発明のいくつかの実施形態の操作を理解する助けとして、一例としてここに記載される。しかしながら、本発明の原理は、他のタイプの材料およびプロセスで生じるディッシング効果を検出するのに同様に適用されてもよい。
上述したように、現在利用可能なマイクロ蛍光測定方法の主な制限は、その制限された空間分解能である。制限された分解能は、標準的には、励起ビームの、したがって試料22表面上における照射領域30の範囲の、達成可能な最小幅に起因する。そのような照射領域の標準的な直径は、約20ミクロン単位であり、これは、導体パッドまたはヴィアの特徴的なサイズと同位である。標準的には、従来のマイクロ蛍光アナライザは、領域30内の銅の総質量を概算し、この領域に対して予測された質量との偏差があるかどうかを示すことしかできない。領域30内に含まれる銅の全質量が蛍光X線を放射するので、従来のアナライザは、導体パッド中の銅の分布のより微細な幾何学的パターンを識別するなど、領域30よりも小さな特徴的サイズを有する細部を分解することができない。
○ビームのFWHM(半値全幅)幅。
○最大ビーム強度。
○バックグラウンドオフセットおよび勾配などのバックグラウンド減算パラメータ(線形のバックグラウンドモデルが使用される場合。バックグラウンド減算は、下記のステップ76の説明に詳細に記載される。)
○走査線の軸に垂直な、走査された特徴部分の中心からの走査線の距離を表すY方向オフセット。
○パッド長さ − 走査線に平行なパッドの寸法。
○パッド幅 − 走査線に垂直なパッドの寸法。
○模擬パッドプロファイルで使用されるポイントの数。
○ディッシング − 名目上の仮想ディッシング値。
○ティルト − 名目上の仮想ティルティング値。(ティルトは正または負であることができ、これはティルト方向を示す。)
○X方向オフセット − 走査線に平行な寸法での、パッドの名目上および実際の中心の差。
○測定XRFプロファイルの最大強度を正規化するための乗法的正規化因数。
○測定XRFプロファイルおよび模擬XRFプロファイルが揃うように、走査線に平行な寸法で測定XRFプロファイルをシフトさせるための、シフトパラメータ。
○バックグラウンド減算の方法を指定する任意のバックグラウンドパラメータ。一実施形態では、プロセッサは、プロファイル中のすべてのデータポイントから測定XRFプロファイルの最小値を減算する。あるいは、測定XRFプロファイルの左側縁部と右側縁部とを接続するラインが計算される。走査線に沿った各x座標において、このラインの値は、測定XRFプロファイルの対応するデータポイントから減算される。さらに別の方法として、プロセッサは、測定XRFプロファイルの左側縁部および右側縁部における所定の数のデータポイントを検討する。プロセッサは、最小平方誤差基準にしたがって、これらのポイントに最良に適合するラインを計算する。走査線に沿った各x座標において、このラインの値は、対応するデータポイントから減算される。さらに別の方法として、バックグラウンド減算パラメータは、ビーム強度断面の定義の一部として、ユーザによって指定されてもよい(上記のステップ72を参照)。
○概算された差に基づいて、模擬パッドプロファイルおよびビームモデルのパラメータを修正して、更新された模擬パッドプロファイルおよびビームモデルを作成する。
○更新された模擬パッドプロファイルと更新されたビームモデルとの間の畳み込みを計算して、更新された模擬XRFプロファイルを作成する。
使用されるFOM関数にしたがって、模擬XRFプロファイルと測定XRFプロファイルとの差が所定のしきい値よりも小さくなるまで、反復最適化プロセスを継続する。
発明者らは、標準的には、いくつかの代替FOM関数を使用して、測定XRFプロファイルと模擬XRFプロファイルとの差を概算する。例えば、
○「統計値」または重み付けされたFOM関数は、次式で与えられる。
「SQ」または平方誤差FOM関数は、次式で与えられる。
○最適化するパラメータ(ディッシング値、ティルティング値、パッド長さ、x方向シフト、ビーム強度、およびビーム幅など)の一覧。例えば、ユーザは、パッドプロファイルパラメータのみを最適化し、適切なパラメータ群を選択することによって固定したビームモデルを保持してもよい。
○最適化された各パラメータの名目上の初期値。これらの値も、ステップ72および74でそれぞれ定義された、初期のビームモデルおよびパッドプロファイルの中で指定することができる。
○最適化された各パラメータに対する最小および最大許容値。
○FOM関数の計算範囲を定義する開始値および終了値。
○GA最適化の反復(世代)の最大値。
○所望のFOM基準。
上述したディッシング/ティルティングの検出方法をさらによく説明するために、次の実施例は、銅が充填されたパッド内のディッシングおよびティルティング効果を測定するために、開示される方法が使用される、標準的なシナリオを例証する。本実施例は、20ミクロンのFWHMビーム幅を有するガウスビームを使用する。選択される初期のパッドプロファイルは、ディッシングまたはティルティングを有さない、単純な80×80ミクロンのパッドの形をとる。50個のデータポイントが、模擬パッドプロファイルで使用される。簡便さのため、乗法的正規化およびバックグラウンド減算の適用は控える。使用される唯一の正規化関数は、測定XRFプロファイルと模擬XRFプロファイルとの間のx方向シフトの補正である。
Claims (21)
- 試料の表面に適用された材料を試験する方法であって、
既知のビーム幅および強度断面を有する励起ビームを、特徴部分を含む前記試料の領域上を走査し、
前記励起ビームに応答して前記領域から放射される蛍光X線の強度のプロファイルを測定し、
測定された前記蛍光X線の強度のプロファイル、ならびに前記励起ビームの前記強度断面に対応させて、前記特徴部分の模擬プロファイルと、前記励起ビームの前記強度断面を表すビームモデルとの間の畳み込みを計算することにより、前記ビーム幅よりも微細な空間分解能で前記特徴部分内における前記材料の分布を概算することを含む方法。 - 前記試料が半導体ウエハを含み、前記領域が前記ウエハ上の金属で充填された特徴部分を含み、かつ前記分布を概算することが、前記特徴部分内の欠陥を識別することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記欠陥が、ディッシング効果およびティルティング効果の少なくとも1つを含む、請求項2に記載の方法。
- 強度を測定することが、測定XRFプロファイルからバックグラウンドノイズを減算することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ビームモデルが少なくとも1つのガウス関数を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記分布を概算することが、模擬XRFプロファイルを測定XRFプロファイルに適合させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記模擬プロファイルを適合させることが、前記特徴部分の前記模擬XRFプロファイルに対して反復最適化プロセスを適用することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記反復プロセスを適用することが、前記測定XRFプロファイルと前記模擬XRFプロファイルとの差を定量化するために、性能指数(FOM)関数を計算することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記反復プロセスを適用することが、遺伝的アルゴリズム(GA)を適用することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記概算された分布の前記空間分解能が前記ビーム幅の半分よりも微細である、請求項1に記載の方法。
- 試料の表面に適用された材料を試験する装置であって、
既知のビーム幅および強度断面を有する励起ビームを、特徴部分を含む前記試料の領域上を走査するように結合された放射源と、
前記励起ビームに応答して前記領域から放射される蛍光X線の強度のプロファイルを測定するように結合された検出器のアレイと、
前記特徴部分の模擬プロファイルと、前記励起ビームの前記強度断面を表すビームモデルとの間の畳み込みを計算することにより、測定された前記蛍光X線の強度のプロファイル、ならびに前記励起ビームの前記強度断面に対応させて、前記ビーム幅よりも微細な空間分解能で前記特徴部分内における前記材料の分布を概算するように構成されたプロセッサとを備える装置。 - 前記試料が半導体ウエハを含み、前記領域が前記ウエハ上の金属で充填された特徴部分を含み、かつ前記プロセッサが、前記特徴部分内の欠陥を識別するように構成された、請求項11に記載の装置。
- 前記欠陥が、ディッシング効果およびティルティング効果の少なくとも1つを含む、請求項12に記載の装置。
- 前記プロセッサが、測定XRFプロファイルからバックグラウンドノイズを減算するように構成された、請求項11に記載の装置。
- 前記ビームモデルが少なくとも1つのガウス関数を含む、請求項11に記載の装置。
- 前記プロセッサが、前記材料の前記分布を概算するために、模擬XRFプロファイルを測定XRFプロファイルに適合させるように構成された、請求項11に記載の装置。
- 前記プロセッサが、前記模擬XRFプロファイルを前記測定XRFプロファイルに適合させるために、前記特徴部分の前記模擬XRFプロファイルに対して反復最適化プロセスを適用するように構成された、請求項16に記載の装置。
- 前記プロセッサが、前記測定XRFプロファイルと前記模擬XRFプロファイルとの差を定量化するために、性能指数(FOM)関数を計算するように構成された、請求項17に記載の装置。
- 前記反復最適化プロセスが遺伝的アルゴリズム(GA)を含む、請求項17に記載の装置。
- 前記概算された分布の前記空間分解能が前記ビーム幅の半分よりも微細である、請求項11に記載の装置。
- 試料の表面に適用された材料を試験するためのコンピュータソフトウェア製品であって、前記製品がプログラム命令が格納されたコンピュータ可読媒体を含み、前記命令が、前記コンピュータで読み出されたときに、励起ビームの強度断面を前記コンピュータに受け取らせ、前記励起ビームが、特徴部分を含む前記試料の領域上を走査し、前記励起ビームに応答して前記領域から放射された蛍光X線の強度のプロファイルの測定値を受け取り、また、前記特徴部分の模擬プロファイルと、前記励起ビームの前記強度断面を表すビームモデルとの間の畳み込みを計算することにより、前記蛍光X線の強度のプロファイルの前記測定値ならびに前記励起ビームの前記強度断面に対応させて、前記ビーム幅よりも微細な空間分解能で前記特徴部分内における前記材料の分布を概算するのに使用される、コンピュータソフトウェア製品。
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