JP5785571B2 - 試験体の測定または分析のためのシステム - Google Patents
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Description
試験体チャンバーは、開いて、試験体が試験体チャンバー内に配置されることを可能にするよう構成してよい。試験体チャンバーは、試験体が試験体チャンバー内に配置された後、かつ、第1の測定の前に、パージされるよう構成してもよい。
一つのこのような実施形態では、異なるパージされた環境は、パージされた環境より、より高いレベルで無用な分子を有していてよい。いくつかの実施形態では、システムは、開いて、試験体が試験体チャンバー内に配置されることを可能にするよう構成された試験体チャンバーを含んでいてよい。試験体チャンバーは、試験体が試験体チャンバー内に配置された後、かつ、測定の前に、パージされるよう構成してもよい。システムは、ここで記述するように更に構成してよい。
別法として、分光偏光解析データは、約190 nm〜約300 nmの波長で測定してよい。別の別法では、分光偏光解析データは、VUV波長で測定してよい。いくつかの実施形態では、分光偏光解析データは、試験体上の多数の場所で測定してよい。このような実施形態では、この方法は、多数の場所で窒素濃度を判定すること、および、窒素濃度のWIW均一性を判定することも含んでいてよい。
ここで使用される場合、術語「ウェーハ」は、一般に、半導体または非半導体材料から形成された基板を指す。このような半導体または非半導体材料の例としては、単結晶シリコン、砒化ガリウム、および燐化インジウム等が挙げられるが、それらに限定されない。このような基板は、一般に、半導体製作設備において、見出され、かつ(あるいは)処理されてよい。
このような実施形態では、機械的組立体は、試験体を平行移動させて、光ビームが、スパイラル様の経路で試験体の上を走査されるように構成してよい。機械的組立体は、この技術分野において既知の任意の適当な機械的またはロボット式組立体を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、ステージは、エッジハンドリング機構を含んでいてよい。例えば、ステージは、試験体の縁部に接触するよう、および、試験体をステージの上面の上方の離れた距離に支持するよう構成された機械的形体(図示せず)を含んでいてよい。このやり方では、試験体の裏側の相互汚染は、低減され、さらには、防止されてよい。
ステージ38(第4の、かつ、最も内側のステージ)は、このステージが、無用な分子を実質的に含んでいないようなレベルまでパージされる。ステージ32、34、36、および38は、それぞれ、別々の組立体44、46、48および50に、個別的に結合してよい。組立体は、ポンプ、管、フィルター、およびステージのそれぞれの内部にパージされた環境を独立的に与えるのに適した他のハードウェアを、含んでいてよい。組立体は、この技術分野において既知の任意の構成を有することができ、また、このようなハードウェアは、これらの用途のために、市販されている。
超過圧力は、湿気が内側のパージングゾーン内に移行するのを防止する。周囲圧力ベント42は、ベント40によって生成された超過圧力と第1のパージングステージ32との間に、周囲空気圧力のリングを生成する。周囲圧力ゾーンは、ベント40から排出された高圧ガスが、パージングゾーンに向かって更に内向きに移行するのを防止する。超過圧力ベント40および周囲圧力ベント42は、それぞれ、別々の組立体52および54に、個別的に結合してよい。これらの組立体は、上述したように構成してよい。
試験体チャンバーは、開いて、試験体が、試験体チャンバー内に配置されることを可能にするよう構成されている。例えば、図5の横断側面図に示すように、ハウジング60は、ハウジングの側面66に結合されたドア64を含んでいてよい。ドア64は、ハウジング60の側面66の開口68から離れて、降下(または、別様に移動)させてよい。試験体10は、次いで、試験体ハンドラー70によって、開口68を通過させてよい。試験体ハンドラーは、この技術分野において既知の、任意の適当な試験体ハンドラー(例えば、ロボット式ウェーハハンドラーまたは他の機械的または電動式組立体)を含んでいてよい。試験体ハンドラーは、試験体をステージ62に配置してよい。試験体ハンドラーは、次いで、ハウジングの外部に移動させてよく、また、ハウジングのドアは、開口を越えて移動して、それにより、試験体をハウジングで包囲してよい。試験体チャンバーは、次いで、第1の光学サブシステムによる第1の測定の前に、パージしてよい。したがって、簡単なドアが、周囲環境から試験体環境を分離して、かなりの量の空気が、試験体がロードされる時にハウジングに入ることを可能にしてよく、ひとたびドアが閉じられると、これを迅速にパージして、無用な分子を比較的低いレベルまで除去してよい。このような実施形態は、フルロードロックのコスト、空間、および複雑さを回避するが、それでも、比較的低いレベルで試験体の周りに無用な分子を、かつ、更により低いレベルで光学系の周りに無用な分子を維持する。
別法として、ディファレンシャルアパーチャは、試験体の横方向の寸法よりはるかに小さいが、少なくとも第1の光学サブシステムからの光が、開口を通過することを可能にするのに十分な、横方向の寸法を有していてよい。このような実施形態では、ディファレンシャルアパーチャを、第1の光学サブシステムによる試験体の走査と関連して、移動させてよい。例えば、ディファレンシャルアパーチャを、第1の光学サブシステムによる走査に従って移動させる材料のプレートまたは比較的平らなシートに、形成してよい。しかしながら、試験体の周りのパージされた環境中の無用な分子の量は、比較的高い場合があるため、かつ、試験体とほぼ同じ横方向の寸法を有するディファレンシャルアパーチャを、ハウジングの上面に有することは、より簡単な構成を与えるであろうことから、ハウジングに対するこのような構成は、好ましい場合がある。
エリプソメーターは、光源74を含んでいる。各種の異なる光源を使用して、第1の光学サブシステムのためのVUV波長を発生することができる。一つの好適な実施形態では、重水素(D2)ランプが使用される。一般に、ランプは、このような波長をよく透過する材料(例えば、弗化マグネシウム(MgF2))からなる窓を有することになる。多角度のエリプソメーターまたはビームプロファイル反射率計を含むエリプソメーターまたは反射率計構成で使用するための狭帯域光源として、エキシマーまたは高輝度ガス放電ランプ(例えば、Wieser他に対する米国特許第6,052,401号、Wieser他に対する6,282,222号、および、Salvermoser他に対する6,400,089号(これらは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている)に記述されたもの)を、使用することができよう。フラッシュランプ(キセノンまたは他のガスで満たした)またはキセノンアークランプも、VUV波長の光を発生することができる。
図1において、フィルター(複数も可)84は、偏光子と試験体との間に設置されるよう示されているが、フィルター(複数も可)は、光源と試験体との間の光路の任意の場所に配設してよいことを理解されたい。一つまたはそれ以上のフィルターは、非VUV光を用いた測定中に、かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成してよい。試験体が、特定の測定に必要とされる波長のみに曝露され、かつ、必要とされるものより、実質的により短い波長には曝露されないよう、それぞれが、連続的により短い遮断波長(例えば、400 nm、300 nmおよび190 nm)を有する、選択されたフィルターを使用することができよう。一つまたはそれ以上のフィルターは、この技術分野において既知の任意の適当なフィルター(複数も可)(例えば、帯域フィルター(複数も可)、エッジフィルター(複数も可)、ノッチフィルター(複数も可)、またはその組合せ)を含んでいてよい。
第2の光学サブシステムは、試験体の第2の測定を行なうよう構成されている。第2の光学サブシステムは、第2の測定中に、パージされていない環境(すなわち、周囲環境、あるいは、相当な数の無用な分子を含んでいる環境)中に配設されている。例えば、図1に示すように、第2の光学サブシステムは、ハウジング16(これは、第1の光学サブシステムのためのパージされた環境を含んでいる)の外部に配設される。また、第2の光学サブシステムは、システムの測定チャンバーまたは全体的なハウジング(図示せず)内に配設されているが、測定チャンバーまたは全体的なハウジングは、パージされない。第2の光学サブシステムは、非VUV光を用いて第2の測定を行なうよう構成されているため、第2の光学サブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい。
ほとんどのレーザーの輝度および安定性のため、このようなエリプソメーターのための光源として、一つまたはそれ以上のレーザーを使用することが便利である。VUV波長で動作するレーザーは高価であるため、一つの好適な実施形態では、雰囲気中で動作する一つまたはそれ以上の可視または近赤外レーザー(例えば、ガスまたはダイオードレーザー)を有する多角度のエリプソメーターを、VUV源を使用する反射率計(例えば、D2ランプ)と組み合わせてよい。反射率計は、ディファレンシャルアパーチャを利用して、不活性ガスでパージされる。
別法として、第1および第2のデータは、第1の光学サブシステム(これは、システム内のパージされた環境中に配設されている)で測定してよい。
このやり方では、第2のデータを使用して、試験体上の構造物の厚さを判定してよい。この厚さを、第1のデータと組み合わせて使用して、一つまたはそれ以上のVUV波長における構造物の光学的特性を判定してよい。
同様に、SIMSも、ウェーハを壊さなければならず、かつ、分析されている膜が損傷される点で、破壊的である。また、この測定技法は、厚さ精度および繰返し精度が比較的不良であり、かつ、大量半導体製造用途には適していない。
次いで、データを使用して、プロセスのパラメータ(複数も可)の変化を判定してよい。
特に、窒化プロセス(または、窒化プロセスに含まれる個々のプロセス)を、窒素濃度を用いてモニターしてよい。半導体製作プロセスのパラメータ(複数も可)は、また、あるいは、別法として、ここで記述するように判定される窒化酸化物ゲート誘電体の他の特性(例えば、窒化酸化物ゲート誘電体のWIW均一性、厚さ、および(または)屈折率)を用いて、モニターしてよい。例えば、半導体製作プロセスのパラメータ(複数も可)のモニタリングは、窒素濃度の代わりに、プロセス管理のための、与えられた波長における(例えば、193 nmにおける、248 nmにおける、633 nmにおける)窒化酸化物ゲート誘電体の屈折率(n)、または、屈折率モデルパラメータ(例えば、Bruggermann有効媒質近似モデルにおけるBEMA分率)を用いて、行なってよい。
さらに、ビームスプリッターミラー145は、光路全体における部分反射鏡ではなく、光路の半分における全反射鏡であるため、連続広帯域スペクトルが、十分な明るさで反射される。
一実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムは、光源110からの光を、デュアルチャネル光学サブシステムのアパーチャ鏡128または別の光学部品に伝達する中空光ファイバーを含んでいてよい。中空光ファイバーは、図10および11について記述したように、光源の位置が、デュアルチャネル光学サブシステムの他の光学部品の移動中、実質的に静止していてよいよう構成してもよい。システムは、試験体に対して、デュアルチャネル光学サブシステムのこれらの他の光学部品を移動させて、試験体上の異なる場所で測定を行なうよう構成してよい。走査中の光源の移動を排除することは、上で更に記述されている利点を有している。
図13に示す一実施形態は、凹面鏡150をハウジング210の外部に位置決めすることを含んでいる。ハウジング210は、第2のディファレンシャルアパーチャ214(それを通して参照ビーム148が凹面鏡150に向けられる)を含んでいる。ディファレンシャルアパーチャ214は、上述したように構成してよい。
一つまたはそれ以上の追加のサブシステムは、非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構成してよい。一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい。例えば、デュアルチャネル光学サブシステムは、エリプソメーターの代わりに、第1の光学サブシステムとして、図1に示すシステムに含まれていてよい。このようなシステムは、図1について記述したように、反射率計として構成された第2の光学サブシステムを含んでいてよい。別法として、反射率計を、エリプソメーター(例えば、単一波長のエリプソメーターまたは分光エリプソメーター)、スキャタロメーター等の各種の他の光学サブシステムに置き換えてよい。
両方のVUV光学サブシステムは、パージされた環境224中に配設されている。パージされた環境224は、パージングサブシステム226(これは、上述したように構成してよい)によって与えられ、かつ、維持されてよい。例えば、パージングサブシステムは、ハウジング228に結合してよく、かつ、一実施形態では、差動パージングサブシステムであってよい。
ハウジングは、上述したように構成してよい。また、パージングサブシステムは、2つのVUV光学サブシステムの両方に、ほぼ同じレベルのパージングを維持するよう構成されている。
より高い入射角の光線ほど、アレイの両端のより近くに当たることになる。ダイオードアレイ内の各素子からの出力は、異なる入射角に対応することになる。検出器アレイ298および300は、試験体表面に対する入射角の関数として、反射されたプローブビームに亘って強度を測定する。プロセッサ252は、検出器アレイ298および300の出力を受け取って、かつ、各種のタイプのモデル化アルゴリズムを利用することによって、これらの角度依存の強度測定に基づいて、薄膜層268の厚さおよび屈折率を導出する。反復プロセスを使用する最適化ルーチン(例えば、最小二乗適合ルーチン)が、一般に、採用される。
多くの試験体ハンドラー(例えば、ウェーハハンドラー)が、この技術分野において既知であり、かつ、任意の試験体ハンドラーを、共通の試験体ハンドラーとして使用してよい。このような実施形態では、光学サブシステム(複数も可)は、清浄化サブシステムが、異なる試験体から汚染物質を除去している間に、一つの試験体上で測定を行なってよい。
いくつかのこのような実施形態では、清浄化サブシステムは、光学サブシステム(複数も可)とは異なるモジュール内に含まれていてよい。
ステージ12の位置は、エネルギービーム源330および光学サブシステム(複数も可)に対して移動させて、試験体10上の多数の場所における清浄化および分析を可能にすることができる。
このような清浄化サブシステムは、ここで記述するシステムの全てに組み込まれてよい。
清浄化サブシステムは、バルク加熱作業を行なって、試験体から汚染物質を除去する。試験体10は、シリコン基板(図示せず)上に形成された薄膜層(図示せず)、および、薄膜層の表面上に形成された汚染物質層(図示せず)を含んでいてよい。清浄化サブシステム336は、発熱体340を含むステージ338を組み込んでいる。発熱体340によって発生された熱は、ステージ338を通して試験体10内に伝導され、それにより、汚染物質層を蒸発させるのに必要とされる加熱を与える。ステージ338に結合された熱交換器342は、発熱体340から余分な熱を捕獲し、それにより、清浄化サブシステム自体および周囲の環境の望ましくない加熱を最小化する。
別の実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシステム上で実行して、個々のピーク(複数も可)が、検出器上の一つ以上の画素に亘る場合、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上に対する信号を加算することによって、データを分析することができる。更なる実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシステム上で実行して、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上からの信号を、単一の波長を有するとみなすことによって、データを分析することができる場合がある。単一の波長は、個々のピーク(複数も可)の中心の既知の波長を含んでいる。プログラム命令およびキャリア媒体は、上述したように更に構成してよい。また、別々の異なるプログラム命令を実行して、上述した機能を行ってよい。別々のプログラム命令は、プログラム命令の一つのセットに含まれていてよく、あるいは、含まれていなくてよい。
Claims (9)
- 試験体の測定のために構成されたシステムであって、
真空紫外光、近真空紫外光、または真空紫外光および近真空紫外光の両者を含む第1の光を用いて、および、非真空紫外光を含む第2の光を用いて、前記試験体の測定を実行するように構成される光学サブシステムであって、さらにスキャタロメーターとして構成される、光学サブシステムと、
前記真空紫外光および前記近真空紫外光を吸収する、前記光学サブシステムの前記第1の光の光路の少なくとも一部のガスをパージするように構成されるパージサブシステムと、
前記光学サブシステムにより実行された前記測定の結果を用いて、前記試験体の一つまたは複数の特性を決定するように構成されるコンピュータシステムと、
を備えたシステム。 - 前記一つまたは複数の特性は、前記試験体上のフィーチャの限界寸法を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記一つまたは複数の特性は、前記試験体上の2つの層間のオーバーレイを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記近真空紫外光は、193nmの波長を有する光を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学サブシステムは、反射型集束光学系および反射型収集光学系を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学サブシステムは、反射型集束光学系および透過型収集光学系を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学サブシステムは、透過型集束光学系および反射型収集光学系を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学サブシステムは、さらにエリプソメーターとして構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学サブシステムは、さらに反射率計として構成される、請求項1に記載のシステム。
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