JP5789353B2 - 半導体製造プロセスのための方法とシステム - Google Patents

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Description

産業上の利用分野
１．発明の分野
本発明は、一般的に半導体製造プロセスのための方法とシステムに関する。いくつかの実施形態は、試料の少なくとも２つの特性を判別することにより半導体製造プロセスを評価かつ／または制御するための方法およびシステムに関する。
ロジックおよびメモリ・デバイスなどの半導体デバイスの製造には、通常、半導体ウェーハまたはその他の適切な基板の表面に半導体デバイスのさまざまなフィーチャ（形状）および複数のレベルすなわち層を形成するために使用される多数のプロセスが含まれる。例えば、リソグラフィは、通常、半導体ウェーハの表面に配列されたレジストにパターンを転写する作業を伴うプロセスである。半導体製造プロセスの他の例として、化学機械研磨、エッチング、堆積、イオン注入、メッキ、洗浄などがある。半導体デバイスは、代表的な半導体ウェーハまたは基板よりも著しく小さく、半導体ウェーハ上に半導体デバイスの配列を形成することができる。処理が完了した後、半導体ウェーハを個々の半導体デバイスに分離することができる。
しかし、半導体製造プロセスは生産で使用するとりわけ最も精密で複雑なプロセスである。効率よく実行するために、半導体製造プロセスに対する頻繁な監視および慎重な評価が要求される。例えば、半導体製造プロセスでは、さまざまな欠陥（例えば、不均一）が半導体デバイスに入り込むことがある。例えば、欠陥としては、半導体製造プロセスで処理化学薬品および／またはクリーン・ルーム環境内の微粒子によってウェーハに持ち込まれる汚染がある。このような欠陥はプロセスの性能に悪影響を及ぼし、その結果製造プロセスの歩留まり全体が許容可能な水準を下回る可能性がある。したがって、通常は、半導体製造プロセスの広範な監視および評価を実施して、プロセスを設計許容誤差内に確実に収め、プロセスの歩留まり全体を引き上げるようにする。プロセスの広範な監視および評価をプロセス開発および半導体製造プロセスのプロセス管理の両方で実施することが理想的である。
半導体デバイスの形状が縮小し続けているが、製造できる最小形状は、半導体製造プロセスの性能特性によって制限されることが多い。半導体製造プロセスの性能特性として、これらに限定されないが、例えば、分解能、チップ間変動、およびウェーハ間変動がある。例えば、光学的リソグラフィでは、リソグラフィ・プロセスの分解能などの性能特性は、レジスト適用の質、レジスト材料の性能、露光ツールの性能、およびレジストを露光するために使用する光の波長によって制限される。しかし、最小形状を解決できるかどうかは、露光後加熱プロセスの温度および露光プロセスの照射線量などのリソグラフィ・プロセスの他の重要なパラメータにも強く依存する場合がある。したがって、リソグラフィ・プロセスなどの半導体製造プロセスの分解能に重要と思われるプロセスのパラメータを制御することが、半導体デバイスの製造を成功させるうえで次第に重要なものになってきている。
半導体デバイスの寸法が半導体材料およびプロセスの進歩で小さくなるにつれ、顕微鏡的フィーチャを調べ、顕微鏡的欠陥を検出できることもまた、半導体デバイスの製造の成功に欠かせないないようになってきた。顕微鏡的フィーチャおよび欠陥を調べる場合に用いる測定法および／または検査ツールの分解能の上限を引き上げることに関しておびただしい研究が行われてきた。しかし、半導体製造プロセスで製造される試料の測定および／または検査に現在利用できる方法およびシステムの使用にはいくつかの短所がある。例えば、複数のスタンドアロンの測定／検査システムがこのようなプロセスで製造される試料の測定および／または検査に使用される場合がある。本発明で使用しているように、「スタンドアロンの方法／検査システム」は一般に、プロセス・ツールに結合されておらず、他のプロセス・ツールおよび／または方法／検査システムとは無関係に動作するシステムを指す。しかし、複数の測定／検査システムは、測定および／または検査システムのそれぞれには占有面積があるためクリーン・ルーム領域を比較的多く占有することになる。
さらに、複数の測定／検査システムで試料を測定かつ／または検査することに関連するテスト時間およびプロセスが遅延すると、生産の全体的なコストが高くなり、半導体デバイスを製造する生産時間が長くなるであろう。例えば、プロセス・ツールは試料の測定および／または検査を実行している間アイドル状態にあることが多く、プロセスを評価してから試料を追加処理するので生産遅延が長くなる。さらに、追加ウェーハを処理する前に処理の問題を検出できない場合、このときに処理したウェーハは廃棄しなければならないことがあり、生産の全体的コストが高くなる。さらに、複数の測定／検査システムを購入するので、製造原価が高くなる。
 発明が解決しようとする課題
さらに他の例では、複数の現在利用可能なシステムを使用したインサイチュー測定および／または検査については、処理中に試料の特性を判別することは不可能でないにしても難しい。例えば、リソグラフィ・プロセスで現在利用可能な複数のシステムで試料を測定かつ／または検査することにより、プロセスの各工程段階の間またはその後に時間の遅れが生じることがある。遅延時間が比較的長い場合、レジストの性能が悪影響を受けることがあり、また半導体デバイスの全体的な歩留まりが低下することがある。したがって、複数の現在利用可能なシステムを使用した測定および／または検査と関連する制限によって、半導体製造プロセスのプロセス強化、制御、および歩留まりも制約を受ける。プロセス強化、制御、および歩留まりは、さらに、多くの現在使用可能な測定／検査システムを使用した測定および／または検査と関連して汚染が生じる可能性によっても制限を受けることがある。さらに、半導体製造プロセスにおいて複数の測定／検査システムを使用することに対して実用上の制限が生じることもある。例としてあげると、複数の現在利用可能なシステムを使用した現場での位置測定および／または検査の場合、プロセス・ツールまたはクラスタ・ツールに複数の測定／検査システムを組み込むことは、ツール内のスペースの関係上困難な場合がある。
課題を解決するための手段
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成できるシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性には、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の第３および／または第４の特性を判別するように構成することができる。例えば、試料の第３の特性は試料の欠陥の有無を含み、試料の第４の特性は試料の平坦さの測定結果を含むことができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよび／またはローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、ローカル・プロセッサから少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号から試料の第３の特性および／または第４の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対して半導体製造プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、エネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はきらに、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性には、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の第３および／または第４の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、試料の第３および第４の特性は試料の欠陥の有無および試料の平坦さの測定結果を含むことができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部は処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。さらに、第２の特性には、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。コンピュータにより実施された方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の第３および／または第４の特性を判別するステップを含むことができる。実施例では、試料の第３および第４の特性は試料の欠陥の有無および試料の平坦さの測定結果を含むことができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、ビーム・プロフィル偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、二重分光光度計、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、エネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はさらに、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の限界寸法を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の限界寸法を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第２の特性には、試料の限界寸法を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、ビーム・プロフィル偏光解析器、二重ビーム分光光度計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよび／またはローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、ローカル・プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、ビーム・プロフィル偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよび／またはローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１、第２、または第３の特性に対して半導体製造プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の限界寸法を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含む。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料上の目立った欠陥の有無を含むことができる。第２の特性は試料上の目立った欠陥の有無を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサまたはローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料上の目立った欠陥の有無を含むことができる。第２の特性は試料上の目立った欠陥の有無であってよい。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。とのシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料上の目立った欠陥の有無を含むことができる。第２の特性は試料上の目立った欠陥の有無であってよい。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無に関する情報を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、ビーム・プロフィル偏光解析器、明視野および／または暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、干渉計、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１、第２、または第３の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性、第２の特性、および第３の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。第３の特性には、試料の薄膜特性を含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含む。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、検出された光から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性に、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。第２の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、分光偏光解析器、ビーム・プロフィル偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、干渉計、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性に、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。第２の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性に、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。第２の特性は試料の平坦さ測定結果を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料のイオン注入領域の特性を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では測定具は、変調光学反射率計、Ｘ線反射率デバイス、渦電流デバイス、写真音響デバイス、分光偏光解析器、分光反射率計、二重ビーム分光光度計、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、偏光解析器、非結像明視野デバイス、非結像暗視野デバイス、非結像明視野暗視野デバイス、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部は処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料のイオン注入領域の特性を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用して半導体製造プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料のイオン注入領域の特性を含むことができる。第２の特性は試料の欠陥の有無を含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具は、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することができる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の粘着特性を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では、測定具は、渦電流デバイス、写真音響デバイス、分光偏光解析器、偏光解析器、Ｘ線反射率計、グレージングＸ線反射率計、Ｘ線回折計、またはその組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、少なくとも一部は、１つまたは複数の出力信号を処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、ローカル・プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対して半導体製造プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料の粘着特性を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部は処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料の粘着特性を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。測定具は、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することができる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセスは、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様では、第１の特性は試料内の元素の濃度を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では、測定具は、写真音響デバイス、Ｘ線反射率計、グレージングＸ線反射率計、Ｘ線回折計、渦電流デバイス、分光偏光解析器、偏光解析器、またはその組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、第１の特性は試料内の元素の濃度を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するステップを含むことができる。例えば、第１の特性は試料内の元素の濃度を含むことができる。第２の特性には、試料の厚さを含めることができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、堆積ツールに結合されたシステムに関係する。堆積ツールは、試料の上に材料の層を形成するように構成することができる。材料の層を試料の上に形成するには堆積ツールを使用する。測定具は、この層を形成する前、形成している間、または形成した後、材料の層の特性を判別するように構成することができる。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。測定具は、層を形成する前、形成している間、または形成した後、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、層を形成する前、形成している間、または形成した後、試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することができる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から層の特性を判別するように構成することができる。プロセッサはさらに、堆積ツールに結合することもできる。プロセッサは、堆積ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。さらに、プロセッサは、形成された層の判別された特性に対して堆積ツールに結合された計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
一実施態様では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。堆積ツールは、半導体基板の上に層を形成するように構成されたツールを備えることができる。堆積ツールは、化学堆積ツール、物理堆積ツール、原子層堆積ツール、および電気メッキ・ツールを備えることができる。
一実施態様では、プロセッサは測定具および／または堆積ツールに結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料上に形成された層の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、堆積ツールに結合することもできる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料上に形成された層の少なくとも判別された特性に対して堆積ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料上に形成された層の特性を評価する方法に関係する。この方法は、堆積ツールを使用して試料上に層を堆積するステップを含むことができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して形成された層の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、形成された層の特性を判別するようにプロセッサを構成することができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して形成された層の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることもできる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを堆積ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料上に形成された層の少なくとも判別された特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用して堆積ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。堆積ツールのパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、堆積ツールおよび測定具を備えるシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。システムを制御するステップは、測定具、堆積ツール、またはその両方を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することもできる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して、少なくとも層が形成されるときまたは形成された後の層の特性を判別するステップを含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、ビーム・プロフィル偏光解析器に結合されたエッチング・ツールを備えるシステムに関係する。エッチング・ツールは、化学反応および／またはイオン種が試料に向かうように構成することができる。ビーム・プロフィル偏光解析器は、エッチングの間または後に試料のエッチングきれた領域の特性を判別するように構成することができる。ビーム・プロフィル偏光解析器は、試料のエッチング中またはエッチング後に極性が知られている光の入射ビームが試料の表面に向かうように構成された照明システムを備えることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料のエッチング中またはエッチング後に試料から戻る光を表す１つまたは複数の出力信号を発生するように構成することができる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料のエッチングされた領域の特性を判別するように構成することができる。プロセッサはさらに、エッチング・ツールに結合することもできる。プロセッサは、エッチング・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。さらに、プロセッサは、エッチングされた層の特性に対してエッチング・ツールに結合された計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
一実施態様ではシステムは、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野および／または暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、システムは単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサはビーム・プロフィル偏光解析器および／またはエッチング・ツールに結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料上のエッチングされた領域の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、エッチング・ツールに結合することもできる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料のエッチングされた領域の少なくとも判別された特性に対してエッチング・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、ビーム・プロフィル偏光解析器で試料のエッチングされた領域を評価する方法に関係する。この方法は、エッチング・ツールを使用して試料上の層をエッチングするステップを含むことができる。ビーム・プロフィル偏光解析器は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、照明システムを使用して光を試料の表面に向けるステップも含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の表面から伝搬される光を検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料のエッチングされた領域の特性を判別するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するステップを含むことができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料のエッチングされた領域の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサをビーム・プロフィル偏光解析器に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータをエッチング・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は試料上に形成された層の少なくとも判別された特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してエッチング・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。エッチング・ツールのパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、エッチング・ツールおよびビーム・プロフィル偏光解析器を備えるシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。システムを制御するステップは、ビーム・プロフィル偏光解析器、エッチング・ツール、またはその両方を制御するステップを含むことができる。さらに、ビーム・プロフィル偏光解析器は、照明システムと検出システムを備えることができる。ビーム・プロフィル偏光解析器は、ステージに結合することもできる。ビーム・プロフィル偏光解析器を制御するステップは、照明システムを制御して光を試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、ビーム・プロフィル偏光解析器を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面からの光を検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して、エッチング中、領域のエッチング後、またはその両方で、試料のエッチングされた領域の少なくとも１つの特性を判別するステップを含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、測定具に結合されたイオン注入器を備えるシステムに関係する。測定具は、少なくとも試料のイオン注入領域の特性判別するように構成することができる。測定具は、この試料のイオン注入中または注入後、試料のイオン注入領域の特性を判別するように構成することができる。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含むことができる。測定具は、イオン注入中またはイオン注入後、２筋またはそれ以上の光線を定期的に試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。一実施態様では、測定具は、イオン注入中、入射光線を試料に向けることにより試料のある領域を定期的に励起することができる。さらに、測定具は、サンプル光線を試料の励起された表面に向けることができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の励起された領域から反射されたサンプル・ビームの強度を測定するように構成することができる。測定具はさらに、測定された強度に対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。
このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号からイオン注入領域の特性を判別するように構成することができる。プロセッサはさらに、イオン注入器に結合することもできる。プロセッサは、イオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器に結合されたパラメータを変更するように構成することができる。さらに、プロセッサは、イオン注入領域の判別された特性に対してイオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
一実施態様では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、明視野および／または暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、変調光学反射率計、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具および／またはイオン注入器に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料のイオン注入領域の特性を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、イオン注入器に結合することもできる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料のイオン注入領域の少なくとも判別された特性に対してイオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料のイオン注入領域を評価する方法に関係する。この方法は、イオン注入器を使用して試料の領域にイオンを注入するステップを含むことができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。さらに、この方法は、イオン注入中またはイオン注入後、入射光線を試料のある領域に向けることにより試料のその領域を定期的に励起するステップを含むことができる。サンプル・ビームはさらに、試料の励起された領域に向けることもできる。この方法はさらに、検出システムを使用して試料の励起された領域から伝搬する光の強度を測定するステップも含むことができる。この方法はさらに、測定された強度に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理してイオン注入された領域の特性を判別するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するステップを含むことができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理してイオン注入領域の特性を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むことができる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータをイオン注入器に結合することができる。このようにして、この方法は、試料のイオン注入領域の少なくとも判別された特性に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してイオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。イオン注入器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、イオン注入器および測定具を備えるシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。システムを制御するステップは、測定具、イオン注入器、またはその両方を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御して光を試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面からの光を検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して少なくとも試料のイオン注入領域の特性を判別するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するステップを含むことができる。
一実施態様は、測定具に結合されたプロセス・チャンバを備えるシステムに関係する。プロセス・チャンバは、試料の上に半導体デバイスの一部を製造するように構成することができる。測定具は、試料の上の欠陥の有無を判別するように構成することができる。測定具は、試料上に半導体デバイスの一部を製造する前、製造している間、または製造した後、試料の欠陥の有無を判別するように構成することができる。一実施態様では、測定具は微小欠陥を検出するように構成できる。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含む。ステージは、回転するように構成することができる。
測定具は、製造前、製造中、または製造した後、エネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。さらに、測定具は、ステージが静止している間またはステージが回転している間に試料の表面にエネルギーを向けるように構成することができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面から伝搬されるエネルギーを検出するように構成することができる。検出システムは、製造前、または製造中、または製造後にエネルギーを検出することができる。検出システムはさらに、ステージが静止または回転している間にエネルギーを検出するように構成することができる。測定具はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することもできる。
このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の表面上の欠陥の有無を判別するように構成することができる。プロセッサはさらに、プロセス・チャンバに結合することもできる。プロセッサは、プロセス・チャンバに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを制御することができる。さらに、プロセッサは、試料の表面上の微小欠陥の検出に対してプロセス・チャンバに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
一実施態様では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野および／または暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることもできる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具および／またはプロセス・チャンバに結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、ローカル・プロセッサから少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の欠陥の有無を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、プロセス・チャンバに結合することもできる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の欠陥の有無が判別されたことに対応してプロセス・チャンバに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、プロセス・ツールおよび測定具を備えるシステムを使用して試料の表面上の欠陥の有無を評価する方法に関係する。この方法を使用して、試料の上の微小欠陥の有無を検出することができる。この方法は、プロセス・ツールを使用して試料の上に半導体デバイスの一部を製造するステップを含むことができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることもできる。さらに、この方法は、エネルギーを試料の表面に向けるステップも含む。この方法はさらに、検出システムを使用し、試料から伝搬するエネルギーを検出するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーへの応答として１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、試料の上の欠陥の有無を判別するステップを含むことができる。測定具は、処理前、または処理中、または処理後に欠陥の有無を判別するように構成することができる。試料はさらに、ステージ上に配置することもできる。この方法は、ステージが静止している間またはステージが回転している間に試料の上の欠陥の有無を判別するステップを含むことができる。
さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するステップを含むことができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップも含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の欠陥の有無を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部は処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータをプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対してリモート・コントローラ・コンピュータを使用しプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。プロセス・ツールのパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、プロセス・ツールおよび測定具を備えるシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。システムを制御するステップは、測定具、プロセス・ツール、またはその両方を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することができる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むこともできる。コンピュータによって実装される方法はさらに、処理前、処理中、または処理後、１つまたは複数の出力信号を処理して、試料の欠陥の有無を判別するステップを含むことができる。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。
一実施態様は、試料の複数の表面の上の欠陥の有無を判別するように構成できるシステムに関係する。このシステムは、その試料を支持するように構成されたステージを含む。このシステムはさらに、そのステージに結合された測定具を備えることもできる。ステージは、移動するように構成することができる。測定具は、エネルギーを試料の表面と裏面に向けるように構成された照明システムを備えることができる。照明システムは、ステージが静止している間または移動している間に使用することができる。測定具は、さらに、照明システムに結合された検出システムを備えることもできる。検出システムは、試料の表面と裏面から複数の経路に沿って伝搬するエネルギーを検出するように構成することができる。このシステムはさらに、測定具に結合されたプロセッサを備えることもできる。測定具はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成することができる。プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の表面および裏面の欠陥の有無を判別するように構成することができる。
さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。一実施態様では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、偏光解析器、分光偏光解析器、明視野および／または暗視野撮像デバイス、明視野および／または暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることもできる。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成することができる。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施態様では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサおよびローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えることができる。ローカル・プロセッサは、１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するように構成することができる。リモート・コントローラ・コンピュータは、プロセッサから少なくとも一部処理された１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の表面および裏面の欠陥の有無を判別するように構成することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された１つまたは複数の出力信号から試料の追加特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータはさらに、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成することができる。
他の実施態様は、試料の複数の表面の上の欠陥を判別する方法に関係する。この方法は、ステージに試料を配置するステップを含むことができる。ステージを測定具に結合することができる。測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。さらに、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面および裏面に向けるステップを含むことができる。この方法はさらに、検出システムを使用して、試料の表面と裏面から複数の経路に沿って伝搬するエネルギーを検出するステップを含むこともできる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、試料の表面と裏面の欠陥の有無を判別するステップを含むことができる。
さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成することができる。他の実施態様では、半導体デバイスをこの方法で製造することができる。例えば、この方法は、半導体基板などの試料の上に半導体デバイスの一部を形成するステップを含むことができる。
一実施態様では、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の複数の表面の欠陥の有無を判別するステップに、ローカル・プロセッサを使用して１つまたは複数の出力信号を少なくとも一部処理するステップを含めることができる。ローカル・プロセッサを測定具に結合することができる。１つまたは複数の出力信号を処理するステップがさらに、ローカル・プロセッサからの一部処理された１つまたは複数の出力信号をリモート・コントローラ・コンピュータに送信するステップを含むこともできる。さらに、１つまたは複数の出力信号を処理するステップは、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して一部処理された１つまたは複数の出力信号をさらに処理するステップを含むことができる。他の実施態様では、リモート・コントローラ・コンピュータを半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、この方法は、試料の複数の表面の欠陥の有無を判別した結果に対応してリモート・コントローラ・コンピュータを使用してプロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するステップを含むことができる。計測器のパラメータを変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用するステップを含むことができる。
他の実施態様は、試料の複数の表面の欠陥を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。このシステムは測定具を備えることができる。このようにして、システムを制御するステップは、測定具を制御するステップを含むことができる。さらに、測定具は、照明システムと検出システムを備えることができる。測定具はステージに結合することもできる。測定具を制御するステップは、照明システムを制御してエネルギーを試料の表面に向けるステップを含むことができる。さらに、測定具を制御するステップは、検出システムを制御して試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するステップを含むことができる。ステージは、移動するように構成することができる。この方法はさらに、分析中に試料が移動するようにしてステージを制御するステップも含むことができる。この方法はさらに、検出されたエネルギーに対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップを含むことができる。コンピュータ実装方法は、さらに、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の複数の表面の欠陥の有無を判別するステップを含むことができる。
一実施態様では、半導体デバイスの生産時に本明細書で説明しているようなシステムのいずれかを使用することができる。半導体デバイスを形成するには、１つまたは複数の半導体処理ステップを使用する。それぞれの処理ステップにおいて、試料に変更が加えられる場合がある。処理ステップの後、半導体デバイスの一部を試料の上に形成することができる。処理ステップの実行前、実行中、または実行後に、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムの一ステージ上に試料を配置することができる。システムは、上記の実施態様のいずれかにより構成することができる。
第１および第２の特性が判別された後、それらの特性を使用して、半導体デバイスを形成するそれ以降の処理ステップを決定することができる。例えば、このシステムを使用して、半導体プロセスが適切に実行されているかどうかを評価することができる。半導体プロセスが適切に実行されていない場合、システムから得られたデータを使用して、試料をさらに処理するかどうかを決定することができる。他の実施態様では、試料が正しく処理されていないことが検出された場合、その試料を半導体プロセスから取り除く必要があることがあることを示すことができる。上述のような複数の分析システムを使用して、半導体デバイスの処理効率を高めることができる。そのためテストに要する時間を短縮できる。さらに、複数のテストを使用することにより、適切に処理されたことが明らかな試料のみを次の処理ステップに進めるようにできる。このようにして、半導体デバイスの歩留まりを高めることができる。
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照することで明白になるであろう。
本発明はさまざまな修正を加えることができ、また他の態様も可能であるが、特定の実施態様を図面の例を用いて示しており、これらについて以下で詳述する。ただし、図面および詳細な説明は本発明を開示されている特定の態様に制限する意図はなく、むしろその反対に、付属の請求項によって定義されているように、発明は本発明の精神と範囲にあるすべての修正、等価物、および代替え物を対象とすることは理解されるであろう。
そこで図１の図面を参照すると、試料１０の表面の実施形態の概略上面図が示されている。試料１０は、単結晶シリコン基板、シリコン・ゲルマニウム基板、またはガリウム・ヒ素基板などの基板を含む。さらに、試料１０は、半導体デバイスの製造に適していればいずれの基板でもよい。また、試料１０は、繰り返し可能なパターン・フィーチャを備える複数のダイス１２を備えることができる。それとは別に、試料１０は、未使用の半導体のウェーハまたは未処理のウェーハなどパターンが作られていないものでもよい。さらに、試料１０は、レチクルの製造に適していると思われる、ガラス基板または実質的に透明な材料から形成された基板を使用することもできる。さらに、試料１０は、従来のどのような試料をも含むことができる。
さらに、試料１０は、基板上に形成した１つまたは複数の層を含んでいてもよい。例えば、基板の上に形成できる層としてこれらに限定はされないが、レジスト、誘電体、および／または導体などがある。レジストは光学的リソグラフィ手法でパターン化されたフォトレジスト材料を含む。ただし、レジストには、電子線レジストやＸ線レジストなどのレジストがあり、これらは、電子線またはＸ線リソグラフィ手法でそれぞれパターン化される。適切な誘電体の例としては、二酸化珪素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および窒化チタンなどがある。さらに、適切な導体の例としては、これらに限定はされないがアルミニウム、多結晶シリコン、および銅がある。さらに、試料には、ウェーハなどの基板上に形成されたトランジスタなどの半導体デバイスを含めることもできる。
図２ａおよび２ｂは、試料を支持するように構成されているステージ２４の一実施形態の概略上面図を示している。ステージは、真空チャックまたは静電チャックであってよい。この方法で、試料をステージ上の適切な位置にしっかり保持することができる。さらに、ステージは、モーター駆動平行移動ステージ、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、または当業界で知られているその他の適切な機械式デバイスとすることができる。一実施形態では、システムはステージに結合された測定具２６を備えることができる。したがって、ステージは、測定具に対して試料に相対的な運動を伝えるように構成することができる。一例としては、試料の測定具に対する相対運動を直線方向になるようにステージを構成することができる。ステージの相対運動により、測定具のエネルギー源からの入射エネルギー・ビームは試料の表面を横切るが、その際に、光が試料の表面に当たる入射角度に実質的な変化は生じない。ここで使用しているように「測定具」という用語は、広く測定器具、検査器具、または測定および検査の組み合わせ器具を指す。
図２ａおよび２ｂに示されているように、ステージ２４は、試料が測定具２６に対して複数の方向に向けられるようにベクトル２８による指示に従って時計回りおよび反時計回りに回転できるように構成することができる。このようなステージを使用すると、測定または検査中に測定具に対して試料を揃えるように試料の向きを修正することもできる。さらに、ステージ２４は、回転と直線移動を同時にできるように構成することもできる。試料を測定具に揃える方法の例が、Ｅｙｌｏｎによる米国特許出願第５６８２２４２号、Ｅｙｌｏｎによる米国特許出願第５８６７５９０号、およびＦｉｎａｒｏｖによる米国特許出願第６０３８０２９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、ステージ２４はさらに、ｚ軸に沿って移動し試料と測定具２６の間の距離を変えるように構成することもできる。例えば、試料と測定具との間の距離を変更することで、測定具のエネルギー源からのエネルギー・ビームの焦点が試料の表面に確実に結ばれるようにできる。システムの焦点を定める例が、Ｆｉｎａｒｏｖによる米国特許出願第５６０４３４４号、およびＦｅｌｄｍａｎらによる米国特許出願第６１２４９２４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。荷電粒子ビームを試料に集束させる例は、Ｐｅａｒｌらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０８１ ７４１ Ａ２に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
図２ａに示されているように、ステージ２４を、測定具２６に対して移動するように構成することができ、測定具を、そのステージに対して移動するように構成することもできる。例えば、測定具２６をベクトル２９によって示されている方向に沿って直線移動するように構成し、ステージ２４を回転移動するように構成することができる。そのようにして、ステージが回転しているときに測定具のエネルギー源からの入射エネルギー・ビームをステージの半径方向に横切らせることができる。
図２ｂに示されているように、測定具３０を、ステージ２４に対してある位置に相対的に静止するように構成することができる。測定具３０内の音響光学偏向器（「ＡＯＤ」）などの偏向器（ただしこれだけには限られない）を含む器具（図に示されていない）を、ステージに対して入射ビームの位置を直線的に変えるように構成することができる。ＡＯＤの例は、ＡｌｌｅｎらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ０１／１４９２５ Ａ１に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。このようにして、入射ビームをステージが回転しているときにステージの半径方向へ横切らせることができる。さらに、このような器具を使用してステージに対する入射ビームの位置を変更することにより、試料の表面に形成されたパターンとともに測定具のレジストリを維持できる。測定具のエネルギー源からの入射エネルギー・ビームを試料の表面を横切らせ、その際に、エネルギーのビームが試料の表面に当たる入射角度に実質的な変化が生じないように器具を構成することができる。
他の実施形態では、測定具３０は照明システムなどの複数のエネルギー源と複数の検出システムを備えることができる。複数の照明システムと複数の検出システムを２つの直線的アレイに配列することができる。照明システムと検出システムは、各照明システムが検出システムの１つに結合されるようにすることができる。したがって、測定具３０は、直線的撮像デバイスとして構成できる。このようにして、測定具を、試料の表面の位置を実質的に同時にまたは順次測定または検査するように構成することができる。さらに、測定具を、ステージが回転している間に実質的に同時に試料上の複数の位置で測定するように構成することができる。さらに、ステージと測定具を、実質的に連続的または間欠的に移動するように構成できる。例えば、システムを移動−取得−測定システムとして構成するようにステージと測定具を間欠的に移動させることもできる。
試料の測定または検査位置を制御し、変更するために上記のように構成された測定具とステージは、現在使用されているシステムと比較していくつかの利点がある。例えば、試料上の複数の位置を検査するように構成されている現在使用されているシステムは、静止測定具と２つの別々の方向に横へ移動するように構成されたステージを含む。それとは別に、現在使用されているシステムは、第１の方向の２つの鏡の位置および第２の方向の２つの鏡の位置を変更することにより、静止ステージおよび試料に入射したエネルギー・ビームの位置を変更するように構成された測定具を含む。このようなシステムの例は、Ｆｉｎａｒｏｖによる米国特許出願第５５１７３１２号、およびＦｉｎａｒｏｖによる米国特許出願第５７６４３６５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。他のシステムは、回転するように構成されたステージと放射状に移動するように構成されたレーザー光源を備えることができる。このようなシステムは、パターン化された試料を測定または検査するのには適していないと思われる。現在使用されているシステムの他の例は、Ｈｏｌｍｅｓによる米国特許出願第５９４３１２２号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
ウェーハなどの試料の横方向寸法が３００ｍｍになると、検査または測定時に試料を直線的に移動させることは、標準的な半導体製造設備に必要なスペースの関係上、実用的でないと思われる。さらに、このように試料を移動させることは、このようなツールに対するスペースを比較的大きく確保するコストが高くつくため、かなり費用がかかる可能性がある。したがって、上の実施形態で説明されているように構成されているシステムは、試料を直線移動することなく試料の表面全体を検査または測定するように構成するとよい。
図３は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステム３２の一実施形態の概略側面図を示している。システム３２は、照明システム３６および検出システム３８を備える測定具３４を備えることができる。照明システム３６は、ステージ４２の上に配置されている試料４０の表面に光が当たるように構成されている。ステージ４２は、上の実施形態で説明されているように構成されている。検出システム３８は、照明システム３６に結合でき、また試料の表面からの光を検出するように構成することができる。例えば、検出システム３８、照明システム３６、および追加の光学系コンポーネントを、試料４０の表面から送られてくるスペクトル反射光または散乱光を検出システムにより検出できるように配列することができる。
照明システム３６はエネルギー源４４を備えることができる。エネルギー源４４は、単色光を放射するように構成されている。例えば、適切な単色光源をガスレーザーまたは固体レーザー・ダイオードとすることができる。それとは別に、エネルギー源を、紫外線、可視光、赤外線、Ｘ線、ガンマ線、マイクロ波、または無線周波を含む複数の波長の電磁放射を放射するように構成することもできる。さらに、エネルギー源を、電子、陽子、中性子、イオン、または分子のビームなど他のエネルギー源を放射するように構成することもできる。例えば、熱電界放射源は通常、電子源として使用される。
検出システム３８は検出器４６を備えることができる。検出器４６は、光検出器、複数セル光検出器、干渉計、リニア・センサ・アレイなどのフォトダイオード・アレイ、従来の分光光度計、位置検知検出器、光電子増倍管、アバランシェ・フォトダイオード、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）カメラ、時間遅延積分（「ＴＤＩ」）カメラ、ビデオ・カメラ、パターン認識デバイス、および撮像システムなどの光感知デバイスを備えることができる。さらに、検出器は、ショットキー固体障壁検出器などの固体検出器であってもよい。
さらに、測定具３４は光学系コンポーネントをいくつでも追加することができる（図に示されていない）。適切な光学系コンポーネントとしては、これらに限定されないが、ビーム・スプリッタまたはダイクロイック・ミラー、４分の１波長板、直線偏光器および円偏光器などの偏光器、回転偏光器、回転検光子、コリメータ、集光レンズ、追加レンズ、折り畳み式鏡、部分的透過型ミラー、スペクトルまたは偏光フィルタ、空間フィルタ、リフレクト、デフレクタ、およびモジュレータのフィルタなどがある。追加光学系コンポーネントはそれぞれ、照明システムまたは検出システム内に結合または配置することができる。さらに、測定具は、磁気集光レンズ、磁気対物レンズ、静電偏向システム、ビーム開口絞り、およびウィーン・フィルタを含む電磁デバイス（図に示されていない）を多数追加することができる。
照明システム、検出システム、および追加光学および電磁コンポーネントの配置は、例えば、試料の少なくとも２つの特性を判別するために使用する手法により異なることがある。照明システム、検出システム、および追加光学系および電磁コンポーネントの配置もまた、判別される資料の特性により異なる。例えば、図３に示されているように、測定具３４は照明システム３６内に配置または結合されている光学系コンポーネント４８を備えることができる。光学系コンポーネント４８には、これらに限定されないが偏光器、スペクトルまたは偏光フィルタ、および４分の１波長板などがある。さらに、測定具３４はビーム・スプリッタ５０および光学系コンポーネント５２を備えることができる。光学系コンポーネント５２は、検出システム３８内に配置または結合することができる。光学系コンポーネント５２には、これらに限定されないが、４分の１波長板、コリメータ、集光レンズなどがある。
図４〜７には、システム３２の測定具３４の他の実施形態が示されている。後述のように、図３〜７に示されている実施形態のそれぞれにおいて同様に構成することができるシステム３２の要素は、同じ参照文字で示されている。例えば、エネルギー源４４は、図３〜７に示されているそれぞれの実施形態において同じように構成できる。図４に示されているように、測定具３４は複数のエネルギー源４４を備えることができる。それぞれのエネルギー源は、実質的に似た種類のエネルギーまたは異なる種類のエネルギーを放射するように構成することができる。例えば、複数のエネルギー源４４は本明細書で説明しているいずれかの光源を備えることができる。光源を、広帯域光を放射するように構成することができる。それとは別に、光源を２つ用意し異なる種類の光を放射させるようにすることができる。例えば、一方の光源を、単一波長の光を放射するように構成し、他方の光源を、広帯域光を放射するように構成することができる。さらに、図４に示されているように、エネルギー源は試料４０の表面の実質的に同じ位置にエネルギー・ビームを向けるように構成することができる。それとは別に、図５に示されているように、複数のエネルギー源４４を、試料４０の表面の実質的に異なる位置にエネルギーを向けるように構成することができる。例えば、図５に示されているように、複数のエネルギー源を、試料４０の表面の横方向に間隔をあけて並ぶ位置にエネルギー・ビームを向けるように構成することができる。また図５に示されている複数のエネルギー源を、上述のように構成することもできる。
図４に示されているように、測定具は複数のエネルギー源４４に結合された検出器４６を備えることができる。このようにして、鏡面反射光および散乱光などの試料４０の表面から来る異なる種類のエネルギーを検出する検出器を構成できるように検出器４６を複数のエネルギー源に対して配置することができる。検出器はさらに、実質的に同時に、試料の表面から来る異なる種類のエネルギーを検出するように構成することもできる。例えば、検出器は、フォトダイオードのアレイを備えることができる。フォトダイオードのアレイの第１の部分を、試料の表面から来る複数の光源の１つから入射する光のみを検出するように構成し、フォトダイオードのアレイの第２の部分を、試料の表面から来る複数の光源のうちの別の光源から入射する光のみを検出するように構成することができる。実質的に同時に試料の表面から来る複数の光源のそれぞれから入射する光を検出するように検出器を構成することができる。それとは別に、複数のエネルギー源は、エネルギーが試料の表面に間欠的に向けられるように構成することができる。試料の表面から来る複数のエネルギー源のそれぞれから入射するエネルギーを間欠的に検出するように検出器を構成することもできる。
図５に示されているように、測定具３４は複数の検出器４６を備えることができる。複数の検出器のそれぞれを、複数のエネルギー源４４の１つに結合することができる。このようにして、検出器が試料４０の表面から来るエネルギー源の１つから入射するエネルギーを検出するように、エネルギー源の１つに対してそれぞれの検出器４６を配置することができる。例えば、試料の表面から散乱された光を検出するように第１の光源に対して検出器の１つを配置することができる。一例としては、散乱光は、暗視野経路に沿って来る暗視野光を含む。明視野経路に沿って来る明視野光などの試料の表面から鏡面反射された光を検出するように複数の検出器のうちの第２の検出器を第２の光源に対して配置することができる。上の実施形態で説明されているように複数の検出器を構成することができる。例えば、複数の検出器は２つの異なる検出器または２つの同じ種類の検出器を含むことができる。例えば、第１の検出器は、従来の分光光度計として構成し、第２の検出器は、クォッド・セル（四分割セル）検出器として構成することができる。それとは別に、両方の検出器をフォトダイオードのアレイとして構成することもできる。
図４に示されているように、測定具３４はさらに複数の光学系コンポーネント４８を備えることもできる。例えば、光学系コンポーネント４８を複数のエネルギー源４４のそれぞれに結合することができる。一例としては、光学系コンポーネントの第１のものを偏光器として構成し、光学系コンポーネントの第２のものを集光レンズとして構成することができる。それとは別に、図５に示されているように、測定具３４は複数のエネルギー源４４のそれぞれに結合された１つの光学系コンポーネント４８を備えることができる。光学系コンポーネント４８のそれぞれは、本明細書で説明しているように構成することができる。さらに、図５に示されているように、測定具３４は複数のエネルギー源の１つに結合されたビーム・スプリッタ５０などの光学系コンポーネントを備えることもできる。例えば、ビーム・スプリッタ５０は光源から発せられる光の経路に沿って配置される。ビーム・スプリッタ５０は光源から光を試料の表面へ送り、試料の表面からの光を反射するように構成させることができる。ビーム・スプリッタは、試料の表面からの光を反射させ、その反射された光が検出器４６に向かうように構成させることができる。さらに、ビーム・スプリッタを、複数の光源のそれぞれから発せられる光の経路に沿って配置することができる。図４に示されているように、光学系コンポーネント５２は、検出器４６に結合することができ、このコンポーネントを例えば、４分の１波長板、コリメータ、および集光レンズとして構成することができる。光学系コンポーネント５２をさらに、本明細書で説明しているように構成することができる。複数の光学系コンポーネント５２はさらに、検出器のそれぞれに結合される。しかし、光学系コンポーネントのそれぞれの位置および構成は、以下で詳述するようなシステムによって決定される試料の特性によって異なる。
図６および７は、システム３２の他の実施形態の概略側面図を示す。これらの図に示されているように、測定具３４は単一のエネルギー源４４を備えている。さらに、測定具３４は複数の検出器４６を備えている。これらの検出器は、本明細書で説明しているようなデバイスであればどれでもよい。複数の検出器４６のそれぞれを、エネルギー源４４に関して異なる角度で配置することができる。例えば、図６に示されているように、暗視野経路に沿って来る暗視野光を検出するように検出器の１つを構成することができる。明視野経路に沿って来る明視野光を検出するように第２の検出器を構成することができる。それとは別に、図７に示されているように、複数の検出器のそれぞれを鏡面反射光を検出するように構成することができる。複数の検出器を似たような形で、例えばフォトダイオード・アレイとして構成することができる。それとは別に、複数の検出器を従来の分光光度計およびクォッド・セル検出器などの異なる検出器として構成することができる。
さらに、照明システムを、異なる種類のエネルギーが試料の表面に変化するインターバルで向けられるように構成することができる。例えば、エネルギー源は、１種類の光を放射する構成である。図７に示されているように、光学系コンポーネント４８をエネルギー源４４に結合することができる。光学系コンポーネント４８は、さらに、エネルギー源４４によって放射される光を変化するインターバルで変えるように構成することもできる。例えば、光学系コンポーネント４８は、エネルギー源４４によって変化するインターバルで放射される光の経路内で回転される複数のスペクトルおよび／または偏光フィルタとして、またはフィルタに結合されたコントローラによって制御される液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）・フィルタとして構成することができる。コントローラは、ＬＣＤフィルタの透過、反射、および／または偏光特性を変化するインターバルで変えるように構成することができる。ＬＣＤフィルタの特性を変化させることにより、エネルギー源から放射された光のスペクトル特性または偏光状態を変えることができる。さらに、複数の検出器はそれぞれ、試料の表面から来る異なる種類の光を検出するのに適したものでよい。したがって、測定具は、試料の実質的に異なる光学的特性を変化するインターバルで測定するように構成することができる。このようにして、試料の表面に向かうエネルギーと試料の表面から戻るエネルギーが、例えば、システムを使用して測定する試料の特性に応じて変化するように測定具３４を構成することができる。
一実施形態では、図３〜７に示されているように、システム３２は測定具３４に結合されたプロセッサ５４を備えることができる。このプロセッサは、測定具検出器で発生する１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができる。１つまたは複数の出力信号は、試料から戻り検出されたエネルギーを表すことができる。この１つまたは複数の出力信号はアナログ信号でもデジタル信号でもよい。プロセッサは、検出器で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別することができる。第１の特性は、試料４０の限界寸法を含み、第２の特性は、試料４０のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含むことができる。例えば、測定具は、これらに限定されないが、スキャタロメータ、非結像スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。このようにして、システムは単一の測定具または複数の測定具として構成することができる。
複数の測定具を単一のシステムに組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素として使用することもできる。さらに、複数の測定具を共通ステージ、共通ハンドラ、および共通プロセッサに結合することができる。本明細書で説明しているハンドラは、試料を共通ステージに配置し、共通ステージまたは他のハンドラから試料を取り除くように構成された機械デバイスを備えることができる。さらに、このシステムは、連続してあるいはほぼ同時に、試料の限界寸法およびオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別できるように構成されている。この方法では、このようなシステムは半導体業界で現在使用しているシステムに比べて、コスト、時間、およびスペースの面で効率が優れていると思われる。
図８は、試料の一実施形態の概略側面図を示している。図８に示されているように、複数のフィーチャ５６を試料６０の上面５８に形成する。例えば、試料の上面に形成されたフィーチャは、局所的相互接続部、ゲート電極と誘電体側壁スペーサからなるゲート構造、コンタクト・ホール、ビアなどである。しかし、これら複数のフィーチャは、試料内に形成することもできる。例えば、試料内に形成されたフィーチャは、半導体基板およびトレンチ内のフィールド酸化膜領域などの分離構造である。限界寸法には、試料６０上のフィーチャ５６の幅６２などの試料の上面に実質的に平行な方向で定義されている機能の横方向寸法を含めることができる。したがって、限界寸法は、一般的に、ゲートまたは相互接続部の幅または穴もしくはビアの直径など断面で見たときのフィーチャの横方向寸法として定義することができる。フィーチャの限界寸法には、さらに、試料６０上のフィーチャ５６の高さ６４などの試料の上面に実質的に垂直な方向で定義されているフィーチャの横方向寸法も含めることができる。
さらに、限界寸法は、フィーチャの側壁角度も含むことができる。「側壁角度」は、一般的に、試料の上面に関するフィーチャの側面（または横）の角度として定義することができる。このようにして、フィーチャの高さに対して幅が実質的に一様なフィーチャはその側壁角度６６が約９０度となる。フィーチャの高さに対して幅が実質的に一様な半導体デバイスなどの試料のフィーチャを比較的近い位置にまとめて形成し、半導体デバイスのデバイス密度を高めることができる。さらに、このようなデバイスの電気的特性は比較的予測可能であり、また実質的に一様であると思われる。フィーチャの高さに対して傾斜したプロフィルを持つかまたは幅が実質的に一様でないフィーチャはその側壁角度６８が約９０度未満となる。傾斜したプロフィルは、フィーチャの上に層を形成する場合に望ましい。例えば、傾斜したプロフィルでは、フィーチャの上に形成された層内の空隙の発生を低減することができる。
オーバーレイ・ミスレジストレーションは、一般に、試料の第２のレベルのフィーチャの横の位置に関する試料の第１のレベルのフィーチャの横の位置のずれの尺度として定義することができる。第１のレベルは、第２のレベルの上に形成することができる。例えば、オーバーレイ・ミスレジストレーションは、半導体デバイスの複数のレベルのフィーチャのアラインメントを表している。理想的には、オーバーレイ・ミスレジストレーションは、試料の第１のレベル上のフィーチャを試料の第２のレベル上のフィーチャに完全に揃えられるようにほぼ０であるのが好ましい。例えば、オーバーレイ・ミスレジストレーションが大きいと、試料の第１および第２のレベル上に電気的フィーチャの接触が生じることがあり望ましくない。この方法では、このようなミスアラインメントの大きな試料上に形成された半導体デバイスに多数の開回路または短絡回路が生じ、デバイスの不具合の基になる。
試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションの程度は、例えば、リソグラフィ・プロセスの性能特性によって異なる。リソグラフィ・プロセスの実行中、レチクルつまりマスクは試料の第１のレベルに配置されているレジストの上に配置される。レチクルは、レジストに転写できる、パターンが構成された実質的に透明な領域と実質的に不透明な領域を持つ。レチクルは、試料上のアラインメントマークの位置を検出するように構成された露光ツールにより試料の上に配置することができる。この場合、オーバーレイ・ミスレジストレーションは、アラインメントマークを検出し、試料に対してレチクルの位置を変える露光ツールの性能上の制限によって生じることがある。
図９は、複数の測定具を備えるシステム７０の一実施形態の概略上面図を示している。測定具のそれぞれは、本明細書で説明しているように構成される。例えば、各測定具を試料の少なくとも１つの特性を判別するように構成する。さらに、各測定具を試料の異なる特性を判別するように構成することもできる。そこで、システム７０を、試料の少なくとも４つの特性を判別するように構成する。例えば、測定具７２を、試料の限界寸法を判別するように構成する。さらに、第１の横方向で試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように測定具７４を構成する。測定具７６については、第２の横方向で試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように構成する。第１の横方向は、第２の横方向に実質的に直交する方向である。さらに、測定具７８をパターン認識デバイスとして構成することができる。したがって、システム７０を、試料の少なくとも４つの特性を同時にまたは順次判別するように構成することができる。さらに、本明細書で説明している測定具をそれぞれ、試料の任意の特性を判別するように構成することができる。
図１０は、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステム８０の一実施形態の概略側面図を示している。例えば、システム８０は、試料の少なくとも限界寸法を判別するように構成されている。したがって、システム８０を上の実施形態で説明されているようにシステム７０に含めることができる。システム８０は広帯域光源８２を備えている。「広帯域光」という用語は、一般的に、２つまたはそれ以上の異なる周波数成分を含む周波数振幅スペクトルを持つ放射光を指すのに用いられる。広帯域周波数振幅スペクトルには、１９０ｎｍ程度から１７００ｎｍ程度までのさまざまな波長範囲が含まれる。しかし、波長の範囲は、たとえば光源能力、照射対象のサンプル、および判別される特性により広い場合も狭い場合もある。例えば、可視光線と紫外線を含む光線を放射するように構成されたキセノンアーク・ランプを広帯域光源として使用することができる。
システム８０は、光源８２から放射された光を試料８５の表面に当てるように構成されたビーム・スプリッタ８４を備えることもできる。ビーム・スプリッタは、連続広帯域スペクトルの光を出力するように構成できるビーム・スプリッタ鏡として構成されている。システム８０は、ビーム・スプリッタ８４から来る光の焦点を試料８５の表面に定めるように構成されたレンズ８６を備える。試料８５の表面から戻る光は、ビーム・スプリッタ８４を通り、回折格子８８に届く。回折格子は、試料の表面から戻された光を分散するように構成されている。分散された光は、検出器アレイ９０などの分光計に向けることができる。この検出器アレイは、リニア・フォトダイオード・アレイを含むことができる。光は分光計に入ると回折格子により分散させられ、その結果得られるサンプル・ビームの一次回折回折光線がリニア・フォトダイオード・アレイに集まる。分光反射率計の例が、Ｇｏｌｄらによる米国特許出願第４９９９０１４号、およびＮｏｒｔｏｎらによる米国特許出願第５７４７８１３号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
したがって、フォトダイオード・アレイで、試料の表面から戻る光の反射スペクトル９２を測定することができる。相対的反射スペクトルを求めるには、各波長の反射スペクトルの戻された光の強度を各波長の相対的基準強度で割ればよい。相対的反射スペクトルを使用して、ウェーハ上のさまざまな膜の厚さを測定することができる。さらに、単一波長の反射率および膜の屈折率も、相対的反射スペクトルから求めることができる。さらに、モード展開（「ＭＭＭＥ」）モデル９４によるモデル手法を使用して、さまざまな反射スペクトルのライブラリ９６を生成することができる。ＭＭＭＥモデルは、パラメータ空間内の各格子から理論的回折光の「指紋」を計算するために使用できる厳密な回折モデルである。しかし、他のモデルも、厳密カップリング導波管分析（rigorous coupling waveguide analysis:「ＲＣＷＡ」）モデルなど（これに限定されない）の理論的回折光を計算するのに使用することもできる。測定された反射スペクトル９２をライブラリ９６内のさまざまな反射スペクトルに当てはめることができる。本明細書で説明しているように、当てはめたデータ９７を使用して、試料の表面上のフィーチャの横方向寸法、高さ、および側壁角度などの限界寸法９５を求めることができる。モデル作成手法の例は、ＸｕらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／４５３４０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
図１１ａおよび１１ｂは、試料の限界寸法などの特性を判別するように構成された測定具９８の一実施形態の他の概略側面図である。測定具を上述のシステム８０に結合することができる。測定具９８は光ファイバ光源１００を備えている。光ファイバ光源は、光を放射し、コリメート鏡１０２に向けるように構成されている。コリメート鏡１０２は、光ファイバ光源によって放射された光の経路を変えて、経路１０６に沿って実質的に一方向に試料１０４の表面に向かって行くように構成されている。光ファイバ光原１００から放射された光はさらに、反射鏡１０８にも向けられる。反射鏡１０８は、光ファイバ光源によって放射された光を基準分光計１１０に向けるように構成されている。基準分光計１１０は、光ファイバ光源によって放射された光の強度を測定するように構成されている。さらに、基準分光計１１０は、測定された光の強度に対して１つまたは複数の出力信号を発生するように構成することもできる。そこで、基準分光計１１０によって生成される信号を使用して、光ファイバ光源によって放射された光の強度の変動を監視することができる。
測定具９８はさらに、偏光器１１２を備えることもできる。偏光器１１２は、光の経路１０６に対して４５度の角度に向けることができる。偏光器１１２は、光の偏光状態を変化させ試料の表面に向かって行く光を直線偏光または回転偏光させるように構成されている。測定具９８はさらに、光の経路１０６に沿って配置された光ピストン１１４を備えることもできる。この光ピストンは、試料の表面に向かって行く光の経路の方向を変える。例えば、測定具の光ピストンは試料の複数の位置を測定するために測定具の一部１１５が試料に対して移動するように構成されている。このようにして、試料の表面に光が当たる入射角度が実質的に変わらないようにしながら、経路１０６に沿って来る光を試料の表面を横断させるようにすることできる。
測定具はさらに、アポダイザ１１６を備えることもできる。アポダイザ１１６は、比較的透過度の高い領域と実質的に不透明な領域が交互に並ぶ二次元パターンを持つ。この交互パターンは、アポダイズ関数などのような局所的平均透過率関数を持つ。したがって、アポダイザは、測定具の集光分解能を高めるために試料の光の当たる領域の横の部分を減らすように構成されている。また、測定具は、経路１０６に沿って来る光が試料の表面に当たるように構成された複数の鏡１１８を備えている。さらに、測定具は、光が試料の表面に向かうように構成された反射対物レンズ１２０を備えている。例えば、適切な反射対物レンズの開口数（「ＮＡ」）を約０．１とし、光を高い入射角度で試料の表面に向けることができる。
試料の表面から戻ってきた光は、対物レンズ１２０と鏡の１つにより検光子１２２へと反射される。検光子１２２は、試料の表面から戻った光を光の偏光状態に基づき２つの反射光に分割するように構成されている。例えば、検光子１１２は、偏光状態が実質的に異なる２つの別々の光線を発生するように構成されている。図１１ｂに示されているように、測定具はオートフォーカス・センサ１２４を備えている。オートフォーカス・センサ１２４は、試料に入射したスポットの焦点が合っている像を受け取るように構成された分割フォトダイオード検出器を備えている。焦点が合っているスポットの像は、検光子１２２と鏡１１８の間の光経路に沿って配置されたビーム・スプリッタ１２５から得られる。例えば、試料１０４から戻った光の一部をオートフォーカス・センサに向けるようにビーム・スプリッタを構成している。オートフォーカス・センサ１２４は、像の強度を測定し、測定された強度を表す信号をプロセッサに送信するように構成された２つのフォトダイオードを備えている。オートフォーカス・センサの出力を焦点信号と呼ぶことができる。焦点信号はサンプル位置の関数である。プロセッサは、焦点信号の最大値の位置を使用して、測定具に対する試料の焦点位置を判別するように構成されている。
また、測定具は試料の表面から戻ってきた光が分光計１２８に導くように構成された鏡１２６を備えている。分光計１２８は、ある波長帯域にわたる反射率のｓ成分とｐ成分の強さを測定するように構成されている。「ｓ成分」という用語は、一般に、電界が反射されたビームの入射平面に実質的に垂直になっている偏光の成分を説明するために使用される。「ｐ成分」という用語は、一般に、電界が反射されたビームの入射平面内にある偏光の成分を説明するために使用される。本明細書で説明しているように、測定した反射スペクトルを使用して、試料の表面上のフィーチャの限界寸法、高さ、および側壁角度を求めることができる。例えば、相対的反射スペクトルを求めるには、分光計１２８で測定した各波長の戻ってきた光の強度を測定具基準分光計１１０により測定した各波長の相対的基準強度で割る。この相対反射スペクトルをデータの論理モデルに当てはめて、限界寸法、高さ、および側壁角度を求めることができる。
一実施形態では、図９に示されているように、システム７０の測定具７４および測定具７６は、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、または光学プロフィルメータとして構成されている。例えば、コヒーレンス・プローブ顕微鏡は、特別に改造されたＬｉｎｎｉｋ顕微鏡とビデオ・カメラ、試料搬送ステージ、およびデータ処理電子回路を組み合わせて構成されている。それとは別に、Ｆｒｉｎｇｅｓ ｏｆ Ｅｑｕａｌ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｏｒｄｅｒ （“ＦＥＣＯ”）、Ｎｏｍａｒｓｋｉ偏光干渉計、差動干渉コントラスト（「ＤＩＣ」）、Ｔｏｌａｎｓｋｙ繰返し反射干渉法、およびＭｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆｉｚｅａｕ、およびＭｉｒａｕに基づく２ビーム・ベースの干渉法などの他の干渉光プロファイリング顕微鏡および手法をシステムに合わせて改造することができる。この測定具では、広帯域または比較的狭い帯域のいずれかの光を使用して、試料の表面に対して異なる軸位置（迎角）で撮像した複数の干渉像を発生させることができる。干渉像は、一連の像平面を構成する。これらの平面内のデータは、ビデオ信号強度に対する加法的変換により変換することができる。変換された像データを使用することで、変換された平面内のピクセルごとに物体波と参照波との間の絶対相互可干渉性を測定することができる。光経路長を変えたときに輝度が絶対相互可干渉に比例する合成像を形成することができる。
一実施形態では、干渉顕微鏡として構成された測定具は、入射光線を放射するように構成されたキセノン・ランプなどのエネルギー源を備えている。適切なエネルギー源はさらに、レーザーによって出力される光などのコヒーレント光を放射するように構成された光源を備えている。測定具は、さらに、入射光線を試料の表面に向けるように構成された追加光学コンポーネントを備えている。適切な追加光学コンポーネントは、集光レンズ、フィルタ、ディフューザ、開口絞り、および視野絞りを備えている。追加光学コンポーネントはさらに、ビーム・スプリッタ、顕微鏡対物レンズ、部分的透過鏡を備えている。
入射光線の第１の部分を試料の表面に向けることができるように測定具内に光学コンポーネントを配置することができる。さらに、入射光線の第２の部分を基準鏡に向けることができるように測定具内に光学コンポーネントを配置することができる。例えば、試料の表面にサンプル光線を向ける前に入射光線を部分的透過鏡に通すことにより入射光線の第２の部分を発生させることができる。試料の表面から反射された光を基準鏡から反射された光と組み合わせることができる。一実施形態では、検出システムは従来の干渉計を備えている。反射された入射光線は基準光線と組み合わさって、干渉計に入射させられる。試料の表面から反射された光入射光線と基準鏡から反射された基準光線は位相が一致していないので、この組み合わせた光線内に干渉パターンが発生する。組み合わせたビームの干渉パターンの強度変化は、干渉計で検出できる。
干渉計は、組み合わせたビームの干渉パターンの検出された強度変化に対応する信号を発生するように構成されている。発生した信号を測定面に関する表面情報が得られるように処理することができる。測定具はさらに、光入射光線の制御を補助するスポッター顕微鏡を備えている。スポッター顕微鏡を電子回路を介して測定具に結合し、入射光線を一部制御するようにできる。使用する干渉顕微鏡および方法の例は、Ｄａｖｉｄｓｏｎらによる米国特許出願第５１１２１２９号、Ｍａｚｏｒらによる第５４３８３１３号、Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔらによる第５７１２７０７号、Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔらによる第５７５７５０７号、Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔらによる第５８０５２９０号、Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔらによる第５９１４７８４号、Ｂａｒｅｋｅｔによる第６０２３３３８号で説明されており、すべて、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、光学プロフィルメータとして構成されている測定具を使用して試料の表面の高さを測定することができる。本明細書で説明している光学プロフィルメータは、光散乱法、光切断法、およびさまざまな干渉光プロファイリング手法を使用するようになっている。光学プロフィルメータは、２筋のビーム経路の光の干渉を測定するようになっている。試料の表面の高さが変化すると、光線経路長の１つが変化し、それにより干渉パターンが変化する。そこで、測定された干渉パターンを使用して、試料の表面の高さを判別することができる。Ｎｏｍａｒｓｋｉ偏光干渉計は、光学プロフィルメータとして使用するのに適している。
一実施形態では、光学プロフィルメータは、入射光線を放射するように構成されたタングステン・ハロゲン白熱灯などの光源を備えている。この光源は、赤外線、紫外線、および／または可視光線などさまざまな波長の光を放射するようになっている。この光源を、さらに、レーザーから出力される光などのコヒーレント光を放射するように構成することもできる。光学プロフィルメータはさらに、光を試料の表面に向けるように構成された光学コンポーネントを備えている。このような光学コンポーネントは、本明細書で説明しているような光学コンポーネントのいずれかを備えている。光学プロフィルメータはさらに、電磁放射光を位相シフトするように構成された回転検光子、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）カメラ、フレーム取込み器、および電子処理回路を備えている。フレーム取込み器は、ＣＣＤカメラなどの検出器から信号を受信し、その信号を変換する（つまり、像をデジタル化する）ようになっているデバイスである。４分の１波長板およびスペクトル・フィルタも、光学プロフィルメータに含めることができる。偏光器やＮｏｍａｒｓｋｉプリズムは、対物レンズの分解能限界よりも小さい距離だけ試料の表面上の横方向にオフセットしている実質的に直角に偏光している２つのビームで試料が照らされるように構成されている。試料から戻ってきた後の光線は、Ｎｏｍａｒｓｋｉプリズムで再結合させることができる。
一実施形態では、光学プロフィルメータは従来の干渉計を備えている。再結合された光線の干渉パターンは干渉計で検出できる。検出された干渉パターンを使用して、試料の表面プロフィルを判別することができる。光学プロフィルメータの例は、Ｓａｍｓａｖａｒらによる米国特許出願第５９５５６６１号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。オーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように構成された測定具の例は、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄらによる「Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ」という表題の２０００年８月１４日に出願された米国特許出願第０９／６３９４９５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、測定具７８は、パターン認識デバイスとして構成できる。測定具７８は、可視光線および紫外線などの広帯域の光を放射するように構成されたランプなどの光源を備えている。この測定具はさらに、光源によって放射された光の一部を対物レンズに向けサンプル光線を形成するように形成されたビーム分割鏡を備えている。対物レンズとしては、複数の倍率を持つ反射対物レンズがある。例えば、この対物レンズとしては、１５倍率Ｓｃｈｗａｒｔｚｃｈｉｌｄ設計全反射対物レンズ、４倍率Ｎｉｋｏｎ ＣＦＮ Ｐｌａｎ Ａｐｏｃｈｒｏｍａｔ、１倍率ＵＶ透過対物レンズがある。これら３つの対物レンズは、３つの対物レンズのうちの１つがサンプル光線の経路内に入るように回転するタレットに取り付けることができる。対物レンズは、サンプル光線が試料の表面に向かうように構成されている。
試料の表面から戻ってくる光は対物レンズとビーム分割鏡を通り、測定具のサンプル板に入る。サンプル板は、開口が板を通して形成されている反射石英ガラス板でよい。試料の表面から戻ってくる光は、一部、サンプル板から比較的短い焦点距離アクロマートを通って反射される。戻ってくる光は、折り畳み式の鏡からビーム・スプリッタ・キューブへ反射される。ビーム・スプリッタ・キューブは、戻ってきた光の一部がペンタプリズムに向かうように構成されている。ペンタプリズムは、戻ってくる光の一部を反射するようになっている。戻ってきた光の反射された部分も、比較的焦点距離の長いアクロマートおよびフィルタなどの測定具７８の追加光学コンポーネントを通ることができる。戻ってきた光の反射された部分は、戻ってきた光がビデオ・カメラを向くように構成された折り畳み式鏡に当たる。さらに、ビデオ・カメラは、試料の表面の非反転像を発生するように構成されている。パターン認識デバイスの例は、Ｐｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅらによる米国特許出願第５９１０８４２号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、または分光スキャタロメータを採用することができる。スキャタロメトリは、構造体から散乱された光の角度分解測定および特性を必要とする手法である。例えば、反復パターン・フィーチャなど周期的パターンで試料上に配置されている構造だと、入射光は異なる順序に散乱または回折される。構造から回折された光パターンを「指紋」または「シグネチャ」として使用し、反復可能パターン・フィーチャの特性を識別することができる。例えば、回折光パターンを分析し、周期、幅、ステップ高さ、側壁角度、基礎層の厚さ、および試料上のフィーチャのプロフィルなどの試料の表面上の反復可能パターン・フィーチャの特性を判別することができる。
スキャタロメータは、単一波長の光が試料の表面に向かうように構成された光源を備えている。例えば、この光源は、ガスレーザーまたは固体レーザー・ダイオードを備えている。それとは別に、光源は、複数の波長の光が試料の表面に向かうように構成されている。したがって、スキャタロメータは、分光スキャタロメータとして構成できる。一例としては、光源は広帯域放射光を放射するように構成されている。適切な広帯域光源は、放射された光の偏光状態をランダム化するように構成された光ファイバ・ケーブルに結合された白色光源を備え、実質的に一様な入射光線を発生することができる。光ファイバ・ケーブルから放射された光は、測定具内に配置された複数の光コンポーネントを通過する。例えば、光ファイバ・ケーブルから放射された光は入射光線のスポット・サイズを制限するように構成されたスリット開口を通過できる。スポット・サイズは、一般に、入射光線によって照らされる試料の表面面積として定義することができる。光ファイバ・ケーブルから放射された光は、集光レンズを通過することができる。さらに、光ファイバ・ケーブルから放射された光は、偏光状態が知られている入射光線を生成するように構成された偏光器を通過することができる。偏光状態が知られている入射光線は試料の表面に向かうことができる。
スキャタロメータは、さらに、分光計を含む検出システムを備えている。分光計は、試料の表面から散乱されたさまざまな波長の光の強度を測定するように構成されている。一実施形態では、０次回折強度を測定することができる。ただしいくつかの反復可能パターン・フィーチャについては、高次の回折強度の測定も可能である。分光計によって生じた異なる波長における０次および／またはそれ以上の次数の回折強度に対応する信号を分光計に結合されているプロセッサに送ることができる。プロセッサは、試料の表面の構造のシグネチャを判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、試料の表面上の反復可能パターン・フィーチャの特性を判別するように構成されている。例えば、判別されたシグネチャとデータベースに記録されているシグネチャとを比較するようにプロセッサを構成することもできる。データベースのシグネチャは、モデル作成により特性および／またはシグネチャが判別されて知られている試料で実験的に決定されたシグネチャを含むことができる。反復可能パターン・フィーチャの特性には、基礎層の周期幅、ステップ高さ、側壁角度、厚さ、および試料上のフィーチャのプロフィルがある。
上述のように、スキャタロメータに照明システムに結合されたに偏光器を備えている。偏光器は、さらに、第１の偏光状態の照明システムの光源により放射された光を透過し、第２の偏光状態の光源により放射された光を反射するように構成されている。さらに、スキャタロメータは、検出システムに結合された検光子を備えている。この検光子は、実質的に偏光器と同じ偏光状態の光を透過するようになっている。例えば、検光子は、第１の偏光状態の試料の表面から散乱された光を透過するように構成されている。他の実施形態では、スキャタロメータは照明システムと検出システムに結合されたステージを備えている。ステージは、本明細書で説明したように構成されている。このようにして、実質的に異なる特性が試料の表面上に形成される反復可能パターン・フィーチャの特性を順次または同時に判別することができる。測定具の例は、ＸｕらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／４５３４０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。試料から散乱された光を測定するように構成された測定具の他の例が、Ｌｅｓｌｉｅらによる米国特許出願第６０８１３２５号、Ｖａｅｚ−Ｉｒａｖａｎｉらによる米国特許出願第６２０１６０１号、およびＮｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許出願第６２１５５５１号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
スキャタロメータなどの測定具は、撮像デバイスまたは非結像デバイスのいずれかであってよい。撮像デバイスでは、試料の表面から散乱された光をレンズにより捕捉することができる。このレンズではさらに、反射光でエンコードされている空間情報を保存することができる（例えば、光強度の空間分布）。さらに、スキャタロメータは電荷結合素子（「ＣＣＤ」）カメラ、ＣＭＯＳフォトダイオード、またはフォトゲート・カメラなどの光検出デバイスのアレイとして構成されている検出器を備えている。それとは別に、非結像デバイスでは、光源から出た光は、試料の表面上の比較的小さな領域に向けられる。光電子増倍管、フォトダイオード、またはアバランシェ・フォトダイオードなどの検出器で、散乱または回折された光を検出し、検出された光の積分した光強度に比例する信号を発生する。
他の実施形態では、測定具は、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、または明視野暗視野撮像デバイスとして構成されている。「明視野」とは一般に、試料からの鏡面反射光を集めるように構成された集束幾何学的構造を指す。明視野集束幾何学的構造は、任意の入射角度を持つことができるが、通常は、試料平面に対し法線となる入射の角度を持つ。明視野撮像デバイスは、光を試料の表面に向けるように構成された光源を備えている。光源はさらに、試料の表面の実質的に連続する照明を実現するように構成されてもよい。例えば、光源は蛍光灯であってよい。連続照明もまた、光拡散要素に結合された１列に並んだ点光源により実現できる。このような光源は、本明細書で説明しているような光源であればどのようなものをも含む。
明視野撮像デバイスはさらに、試料の表面から明視野経路に沿って来る明視野光を集めるように構成された明視野撮像システムを備えている。明視野光は、試料の表面から鏡面反射された光を含む。明視野撮像システムは、スリット鏡および結像レンズなどの光学コンポーネントを備えている。スリット鏡は、試料の表面から明視野経路に沿って来る明視野光が結像レンズに向けるように構成されている。結像レンズは、スリット鏡から反射された明視野光を受け取るように構成されている。例えば、結像レンズは、明視野光の光学収差を減らし、結像視野の縁の強度減少の効果を低減するように構成された固定レンズでよい。結像レンズを、レンズを通過する光が結像レンズの後ろに配置されている光検出デバイスに集束するように構成することもできる。光検出デバイスとしては、これらに限定しないが、８０００ＰＮダイオード要素ライン・スキャン・センサ、ＣＣＤカメラ、ＴＤＩカメラ、またはその他の適切な種類のデバイスを使用できる。
光検出デバイスの１つまたは複数の出力信号をイメージ・コンピュータに送信して処理することができる。イメージ・コンピュータは、一般的にマシン・ビジョン業界で使用している並列処理システムとすることができる。イメージ・コンピュータはさらに、明視野撮像デバイスを制御し、データ処理機能を実行するように構成されたホスト・コンピュータに結合することもできる。例えば、データ処理機能としては、試料上の複数の位置に光を向けることにより発生する光検出デバイスの複数の出力信号を比較することで試料の表面上の欠陥の有無を判別する機能がある。試料上の複数の位置としては、例えば、図１に示されているような試料の２つのダイスがを含めることができる。
「暗視野」とは一般に、試料からの散乱光のみを集めるように構成された集束幾何学的構造を指す。「二重暗視野」とは一般に、急角度の斜行照明を使用する検査幾何学的構造および入射平面を外れている集光角度を指す。このような配置には、すれすれの照明角度および表面散乱を抑制するすれすれの集光角度が含むことができる。このような抑制は、入射波と反射波が干渉することで表面近くの暗フリンジ（Ｗｅｉｎｅｒフリンジとも呼ばれる）が生じるため発生する。暗視野撮像デバイスは、本明細書で説明しているような光源であればどのようなものをも含むことができる。二重暗視野デバイスは、撮像デバイスまたは非結像デバイスのいずれかである。
暗視野撮像デバイスはさらに、試料の表面から暗視野経路に沿って来る暗視野光を集めるように構成された暗視野撮像システムを備えている。本明細書で説明している暗視野撮像システムは、光学コンポーネント、イメージ・コンピュータ、およびホスト・コンピュータを含む。本明細書で説明している方法で、試料の表面の欠陥の有無を試料の暗視野像から判別することができる。暗視野撮像用に構成された検査システムの例は、ＡｌｍｏｇｙによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／３１４９０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
さらに、測定具は、１つまたは複数の光源を含む、明視野光源および暗視野光源を備えている。光源はそれぞれ、試料の表面に関して異なる入射角度で配置することができる。それとは別に、各光源を試料の表面に対して同じ入射角度で配置することもできる。測定具はさらに、上で説明したように、明視野および暗視野撮像システムを備えている。例えば、測定具は１つまたは複数の撮像システムを備えている。撮像システムはそれぞれ、試料の表面に対して異なる入射角度で配置することができる。それとは別に、各撮像システムを試料の表面に対して同じ入射角度で配置することもできる。したがって、測定具は、明視野および暗視野撮像デバイスとして動作するように構成されている。各撮像システムは、上で説明したように構成されている同じイメージ・コンピュータに結合させることができる。さらに、イメージ・コンピュータはホスト・コンピュータに結合させることができ、これも上で説明したように構成されている。ホスト・コンピュータも、測定具の明視野コンポーネントおよび暗視野コンポーネントの両方を制御するように構成することもできる。
しかし、明視野、暗視野、および明視野暗視野デバイスは、非結像デバイスとして構成することもできる。例えば、上で説明した検出器は、光電子増倍管、フォトダイオード、またはアバランシェ・フォトダイオードで置き換えることができる。このような検出器は、明視野光および／または暗視野光の積算光強度に比例する信号を出力するようになっている。
図１２は、使用中試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステム３２の他の実施形態の概略側面図を示している。後述のように、図３〜７および１２に示されている実施形態のそれぞれにおいて同様に構成できるシステム３２の要素は、同じ参照文字で示されている。例えば、ステージ４２は図３〜７および１２に示されている実施形態のそれぞれにおいて同様に構成されている。
ここで使用しているように、用語「表面」および「裏面」は一般的に、試料の両側を指す。例えば、ウェーハなど試料の「表面」または「上面」という用語を使用して、半導体デバイスが形成されるウェーハ面を指すことができる。同様に、ウェーハなど試料の「裏面」または「下面」という用語を使用して、実質的に半導体デバイスがないウェーハ面を指すことができる。
システム３２は、試料４０を支えるように構成されたステージ４２を備えている。図１２に示されているように、ステージ４２は試料を支持するために試料の外側横縁に近い試料の裏面に接触する。例えば、このステージは、試料を支持するように構成されたロボット・ウェーハ・ハンドラを備えている。他の実施形態では、ステージの上面は、試料の裏面の表面積よりも小さい表面積を持つように構成されている。このようにして、ステージ４２は試料の中心つまり内側表面領域に近い試料の裏面と接触し試料を支える。一例としては、ステージは、真空チャックまたは静電チャックを備えている。このようなステージは、半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールのプロセス・チャンバ内に配置し、半導体製造工程段階などの工程段階で試料を支えるように構成されている。このようなステージはさらに、本明細書で説明しているように他の測定具に取り入れることもできる。
システム３２は、ステージに結合された測定具を備えている。この測定具は複数のエネルギー源４４を備えている。複数のエネルギー源４４の第１のものは、エネルギーが試料４０の表面４０ａに向けられるように構成されている。図１２に示されているように、２つの検出器４６ａおよび４６ｂを複数のエネルギー源の第１のものに結合できる。これら２つの検出器は、第１のエネルギー源に関して異なる角度に配置することができる。このようにして、検出器はそれぞれ、試料４０の表面４０ａから来る異なる種類のエネルギーを検出するように構成されている。例えば、検出器４６ｂは、試料４０の表面から来る暗視野光を検出するように構成されている。さらに、検出器４６ａは、試料４０の表面から来る明視野光を検出するように構成されている。しかし、他の実施形態では、単一の検出器、つまり検出器４６ａまたは検出器４６ｂのいずれかを測定具に装備し、第１のエネルギー源に結合することができる。コンポーネント４８などの追加コンポーネントも第１のエネルギー源に結合できる。例えば、コンポーネント４８は、本明細書で説明しているような光コンポーネントであればどのようなものでもよい。
測定具はさらに、コンポーネント５０を備えている。例えば、コンポーネント５０は、光源から光を試料４０に向けて送り、試料４０から来る光を検出器４６ａに向けて反射するように構成されたビーム・スプリッタを備えている。測定具は、さらに、検出器４６ａに結合された追加コンポーネント５２を備えている。コンポーネント５２は、上の実施形態で説明したように構成される。さらに、このようなコンポーネントは検出器４６ｂに結合することもできる。しかし、コンポーネントのそれぞれの位置および構成は、例えば、システムによって測定される試料の特性によって異なってよい。
一実施形態では、複数のエネルギー源４４の第２のものは、エネルギーが試料４０の裏面４０ｂに向けられるように構成されている。測定具は、さらに、第２のエネルギー源に結合された検出器４６ｃを備えている。さらに、複数の検出器を第２のエネルギー源に結合することもできる。検出器４６ｃを第２のエネルギー源に関して、試料４０の裏面４０ｂから来る特定の種類のエネルギーを検出できるように配置することができる。例えば、検出器４６ｃを第２のエネルギー源に関して、試料４０の裏面４０ｂから暗視野経路に沿って来る暗視野光を検出できるように配置することができる。追加コンポーネント４８を第２のエネルギー源に結合することもできる。コンポーネント４８は、本明細書で説明しているような光コンポーネントであればどのようなものでもよい。さらに、システム３２はプロセッサ５４を備えている。プロセッサ５４は、図１２に示されているように、検出器４６ａ、４６ｂ、および４６ｃのそれぞれに結合することができる。このプロセッサは、本明細書で説明したように構成されている。
したがって、上の実施形態によれば、システム３２は、試料の少なくとも２つの表面上の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。例えば、システム３２は、試料の表面の欠陥の有無を判別するように構成されている。さらに、システム３２は、試料の裏面の欠陥の有無を判別するように構成されている。さらに、このシステムは、試料の追加表面の欠陥の有無を判別するように構成されている。例えば、このシステムは、試料の表面、裏面、および縁の欠陥の有無を判別するように構成されている。ここで使用しているように、試料の「縁」という用語は一般的に、試料の表面および裏面の実質的に法線方向となる試料の外側の横の表面を指す。さらに、このシステムは、試料の複数の表面の欠陥の有無を同時に判別するように構成されている。
他の実施形態では、さらに、試料の１つまたは複数の表面の欠陥の個数、試料の１つまたは複数の表面の欠陥の位置、および／または試料の１つまたは複数の表面の欠陥の種類を、順次または実質的に同時に判別するようにシステムを構成することもできる。例えば、プロセッサは、測定具によって検出されたエネルギーから、試料の１つまたは複数の表面上の欠陥の個数、位置、および／または種類を判別するように構成されている。試料の表面に存在する欠陥の種類を判別する方法の例は、Ｂｅｒｅｚｉｎらによる米国特許出願第５８３１８６５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。試料の表面に存在する欠陥の種類を判別する方法の他の例は、ＲａｖｉｄらによるＷＯ ９９／６７６２６、Ｂｅｎ ＰｏｒａｔｈらによるＷＯ ００／０３２３４号、およびＨａｎｓｅｎによるＷＯ ００／２６６４６号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
さらに、プロセッサ５４は、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されている。これら３つの特性には、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、および試料の１つまたは複数の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類が含まれる。このようにして、このシステムは、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、および試料の１つまたは複数の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類を順次または実質的に同時に判別するように構成されている。
このシステムは、試料の１つまたは複数の表面上の微小な欠陥および／または目立つ欠陥を順次にまたは実質的に同時に判別するように構成されている。目立つ欠陥および微小な欠陥を判別するように構成されたシステムの例は、Ｓａｎｄｌａｎｄらによる米国特許出願第４６４４１７２号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。Ｓａｎｄｌａｎｄによって説明されているようなマクロ−ミクロ光学系を、本明細書で説明しているように、測定具に組み込み、これを１ステージに結合することができる。ステージは、本明細書で説明したように構成されている。このようにして、Ｓａｎｄｌａｎｄのマクロ−ミクロ光学系は、試料の１つまたは複数の表面上の微小な欠陥および／または目立つ欠陥を実質的に同時に判別するように構成されている。さらに、Ｓａｎｄｌａｎｄのマクロ−ミクロ光学系は、試料が単一ステージに配置されている間に試料の１つまたは複数の表面上の微小な欠陥および／または目立つ欠陥を順次判別するように構成されている。それとは別に、測定具は、Ａｄｄｉｅｇｏによる、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる米国特許出願第５９１７５８８号に説明されているような光学コンポーネントを備えることができる。例えば、本明細書で説明しているように、測定具は、Ａｄｄｉｅｇｏによって説明されているような開発後検査（「ＡＤＩ」）マクロ検査システムのマクロ光学系に結合されたＳａｎｄｌａｎｄによって説明されているようなミクロ光学系を備えている。
微小な欠陥は、通常、横方向の寸法が約２５μｍ未満である。目立つ欠陥は、横方向の寸法が約２５μｍを超えるような歩留まりを制限する大規模な欠陥を含む。このような大規模な欠陥には、レジストの浮き上がり、薄いレジスト、フォトレジストの余分な被覆、不完全または欠損のあるレジストなどのレジストや現像装置の問題があり、原因は、滴下ノズルの詰まりや、不正な工程順序、現像装置または水のスポットである。目立つ欠陥の例として他に、ピンぼけ（「ホット・スポット」）の領域、傾斜したレチクルや間違って選択されたレチクルなどのレチクルの誤り、ひっかき傷、レジストの現像過剰または不足などのパターン完全性の問題、粒子や繊維などの汚染、不均一または完全なエッジ・ビード除去（「ＥＢＲ」）などがある。「ホット・スポット」という用語は、例えば、露光ツールの焦点深度の制限、露光ツールの不具合、露光時に試料の平面になっていない表面、試料の裏面または支持デバイスの表面の異物、または設計上の制約によって生じるフォトレジスト露光欠陥を指す。例えば、試料の裏面または支持デバイスの表面に異物がついていると試料が変形してしまう可能性がある。試料がこのように変形すると、露光プロセス実行中に焦面が不均一になるおそれがある。さらに、このような不均一な焦面は試料上に望ましくないまたは欠損パターン・フィーチャ変化として現れてよい。
上述の欠陥はそれぞれ、暗視野または明視野照明のいずれかのもとでフィーチャ的なシグネチャを持つことがある。例えば、ひっかき傷は暗視野照明のもとでは暗色背景に明るい線として現れる。しかし、フォトレジストが余分であったりフォトレジストの被覆が不完全だと、明視野照明の下で薄膜干渉効果が発生する。さらに、大きなピンボケ欠陥は暗視野照明の下で横方向に近いダイスによって生じるパターンと比較してぼんやりとしたまたは明るいパターンとして現れる。レジストの過剰露光または不足露光によって生じる欠陥、線幅の大きな変動、大きな粒子、コメット、縞、欠損フォトレジスト、現像不足または現像過剰レジスト、および、現像装置スポットなどの他の欠陥は明視野暗視野照明の下でフィーチャ的なシグネチャを持つ。
図１に示されているように、試料１０の表面には複数の欠陥がありえる。試料１０の表面にある欠陥１４はレジスト被覆が不完全であるというものである。例えば、不完全なレジスト被覆は、コーティング・ツールの故障やレジスト滴下システムの故障によって生じることがある。試料１０の表面にある欠陥１６は表面のひっかき傷であろう。試料１０の表面にある欠陥１８はレジストの層の不均一な領域である。例えば、レジストのこのような不均一な領域は、コーティング・ツールの故障や塗布後焼き付けツールの故障によって生じることがある。試料１０の表面にある欠陥２０はホット・スポットである。さらに、試料１０の表面にある欠陥２２は不均一なエッジ・ビード除去（「ＥＢＲ」）であろう。上述の欠陥はそれぞれ、試料１０の表面のどのような場所にも存在することができる。さらに、各欠陥もまたいくつでも、試料の表面に存在する可能性がある。
試料の表面の欠陥の有無を判別する方法とシステムの他の例は、Ｌｅｖｙらによる米国特許第４２４７２０３号、Ｌｅｖｙらによる米国特許第４３４７００１号、Ｇａｌｂｒａｉｔｈによる米国特許第４３７８１５９号、Ｊｏｓｅｐｈらによる米国特許第４４４８５３２号、Ｗｉｈｌらによる米国特許第４５３２６５０号、Ｂｒｏａｄｂｅｎｔ，Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．による米国特許第４５５５７９８号、Ｓａｎｄｌａｎｄらによる米国特許第４５５６３１７号、Ｌｅｖｙらによる米国特許第４５７９４５５号、Ｇａｌｂｒａｉｔｈによる米国特許第４６０１５７６号、Ｓａｎｄｌａｎｄらによる米国特許第４６１８９３８号、Ｗｉｈｌによる米国特許第４６３３５０４号、Ｐｅｃｅｎによる米国特許第４６４１９６７号、Ｓａｎｄｌａｎｄらによる米国特許第４６４４１７２号、Ｓａａｄａｔらによる米国特許第４７６６３２４号、Ｓｐｅｃｈｔらによる米国特許第４８０５１２３号、Ｄａｖｉｄｓｏｎによる米国特許第４８１８１１０号、Ｔｓａｉらによる米国特許第４８４５５５８号、Ｃｈａｄｗｉｃｋらによる米国特許第４８７７３２６号、Ｖａｕｇｈｔらによる米国特許第４８９８４７１号、Ｄａｎｉｅｌｓｏｎらによる米国特許第４９２６４８９号、Ｎｅｕｋｅｒｍａｎｓらによる米国特許第５０７６６９２ 号、Ｊａｎｎらによる米国特許第５１８９４８１号、Ｖａｕｇｈｔらによる米国特許第５２６４９１２号、Ｗｅｌｌｓらによる米国特許第５３５５２１２号、Ｅｖａｎｓらによる米国特許第５５３７６６９号、Ｅｍｅｒｙらによる米国特許第５５６３７０２号、Ｇｒｏｓｓによる米国特許第５５６５９７９号、Ｗｉｈｌらによる米国特許第５５７２５９８号、Ｊｏｈｎｓｏｎらによる米国特許第５６０４５８５号、Ｅｍｅｒｙらによる米国特許第５７３７０７２号、Ｖａｅｚ−Ｉｒａｖａｎｉによる米国特許第５７９８８２９号、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄによる米国特許第５６３３７４７号、Ｔｓａｉらによる米国特許第５８２２０５５号、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許第５８２５４８２号、Ｊｏｒｄａｎ，ＩＩＩらによる米国特許第５８６４３９４号、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許第５８８３７１０号、Ａｄｄｉｅｇｏによる米国特許第５９１７５８８号、Ｒｏｓｅｎｇａｕｓらによる米国特許第６０２０２１４号、Ｗｉｈｌらによる米国特許第６０５２４７８号、Ｃｈｕａｎｇらによる米国特許第６０６４５１７号、Ｔｓａｉらによる米国特許第６０７８３８６号、Ｌｅｓｌｉｅらによる米国特許第６０８１３２５号、Ｅｌｙａｓａｆらによる米国特許第６１７５６４５号、Ａｌｕｍｏｔらによる米国特許第６１７８２５７号、Ａｌｍｏｇｙによる米国特許第６１２２０４６号、およびＮｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許第６２１５５５１号に示されており、すべて参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。欠陥検査方法および装置の他の例は、ＥｌｙａｓａｆらによるＰＣＴ出願ＷＯ ９９／３８００２号、ＲｅｉｎｈｒｏｎらによるＷＯ ００／６８６７３号、ＬｅｈａｎによるＷＯ ００／７０３３２号、ＦｅｕｅｒｂａｕｍらによるＷＯ ０１／０３１４５号、およびＡｌｍｏｇｙらによるＷＯ ０１／１３０９８号に示されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。欠陥検査方法および装置の他の例は、Ｄｏｔａｎによる欧州特許出願ＥＰ ０ ９９３ ０１９ Ａ２号、ＤｏｔａｎによるＥＰ １ ０６１ ３５８ Ａ２号、Ｂｅｎ−ＰｏｒａｔｈによるＥＰ １ ０６１ ５７１ Ａ２号、ＨａｒｖｅｙらによるＥＰ １ ０６９ ６０９ Ａ２号、ＫａｒｐｏｌらによるＥＰ １ ０８１ ４８９ Ａ２号、ＰｅａｒｌらによるＥＰ １ ０８１ ７４２ Ａ２号、およびＫｅｎａｎらによるＥＰ １ ０９３ ０１７ Ａ２号に示されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。したがって、上述の実施形態はさらに、本明細書で参照により取り込まれる特許のすべてにおいて説明されているシステムおよび方法のフィーチャを含むことができる。
他の実施形態では、本明細書で説明しているようなシステムを、試料の平坦性を測定するように構成することもできる。「平坦性」とは、一般に、試料の表面積に対する試料の上面の領域形状特性の平均として定義することができる。例えば、領域形状特性として、これらに限定されないが、試料の上面の粗さおよび試料上に配置された層の上面の平面一様性などがある。層の上面の粗さおよび平面一様性は、例えば、測定前に試料に対し実行するプロセスによって異なり、半導体製造の例では、エッチング、堆積、メッキ、化学機械研磨、またはコーティングを含むことができる。
本明細書で説明しているプロセッサは、検出されたエネルギーから、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されている。これら３つの特性は、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、および試料の平坦さなどである。さらに、プロセスは、検出されたエネルギーから試料の４つの特性を判別するように構成されている。これら４つの特性には、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、および試料の平坦さ、試料の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類を含めることができる。したがって、このシステムは、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、平坦性測定、および／または試料の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類を順次または実質的に同時に判別するようになっている。
図１３は、半導体製造プロセス・ツールに結合されたシステム３２の一実施形態の概略上面図を示している。例えば、このシステムをリソグラフィ・ツール１３０に結合することができる。リソグラフィ・ツールは一般にリソグラフィ・トラックまたはクラスタ・ツールと呼ばれ、複数のプロセス・チャンバ１３２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５４、および１５６を含むことができる。プロセス・チャンバの個数と構成は、例えば、リソグラフィ・ツールで処理されるウェーハの種類によって異なることができる。リソグラフィ・ツールおよびプロセスの例は、Ｕｓｈｉｊｉｍａによる米国特許第５３９３６２４号、Ｓｈｉｒａｉｓｈｉらによる米国特許出願第５４０１３１６号、Ｈｏｂｂｓらによる米国特許第５５１６６０８号、Ｙｏｓｈｉｏｋａらによる米国特許第５９６８６９１号、およびＰｈａｎらによる米国特許第５９８５４９７号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。リソグラフィ・ツール１３０は、露光チャンバ１３４を備えている露光ツールに結合することができる。プロセス・チャンバの第１の部分は、レジストの露光の前にリソグラフィ・プロセスの１ステップを実行するようになっている。プロセス・チャンバの第２の部分は、レジストの露光の後にリソグラフィ・プロセスの１ステップを実行するように構成されている。
一実施形態では、リソグラフィ・ツール１３０は少なくとも１つのロボット・ウェーハ・ハンドラ１３６を備えている。ロボット・ウェーハ・ハンドラ１３６は、第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバへ試料を移動させるように構成されている。例えば、ロボット・ウェーハ・ハンドラはベクトル１３８によって一般的に示される方向に沿って移動するように構成されている。さらに、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、ベクトル１４０によって示される方向に回転することで試料を、リソグラフィ・ツールの第１の側に配置されている第１のプロセス・チャンバからリソグラフィ・ツールの第２の側に配置されている第２のプロセス・チャンバに移動させるように構成することもできる。第１の側および第２の側は、リソグラフィ・ツールの実質的な両側に配置することができる。ロボット・ウェーハ・ハンドラをさらに、リソグラフィ・ツール１３０から露光ツールの露光チャンバ１３４に試料を移動させるように構成することもできる。このようにして、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、試料を一連のプロセス・チヤンバに順次通して、試料に対してリソグラフィ・プロセスを実行することができる。
ロボット・ウェーハ・ハンドラをさらに、リソグラフィ・ツールのロード・チャンバ１４２内に配置されているカセット１４１からリソグラフィ・ツールのプロセス・チャンバに試料１３９を移動させるように構成することもできる。このカセットは、リソグラフィ・プロセスの実行中に処理することができる試料を多数保持するように構成されている。例えば、カセットは正面開放統一ポッド（「ＦＯＵＰ」）でよい。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、表面処理チャンバ１４４などのプロセス・チャンバ内に試料を配置するようになっている。表面処理チャンバは、試料の表面上でヘキサメチルジシラザン（「ＨＭＤＳ」）などの粘着促進剤を形成するように構成されている。ＨＭＤＳは、約８０℃から約１８０℃の温度で堆積する。表面処理プロセスの後、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、表面処理チャンバ１４４から試料を取り出し、その試料を冷却チャンバ１４６に入れるように構成されている。そこで、試料の温度は後の処理に適した温度に下げる（例えば、２０℃から２５℃程度）ように冷却チャンバ１４６を構成している。
他の実施形態では、反射防止膜を試料の表面に形成することができる。反射防止膜を試料に形成するには、スピン・コーティングの後に塗布後焼き付けプロセスを実行する。反射防止膜の塗布後焼き付けプロセスでは一般に、コーティングされた試料を１７０℃から２３０℃程度で加熱する必要があるため、この塗布後焼き付けプロセスの後に冷却プロセスも実行することができる。
レジストをさらに、試料上に形成することもできる。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、レジスト塗布プロセス・チャンバ１４８内に試料を配置するようになっている。レジストは、試料の上面に自動的に滴下される。レジストを試料上に分配する際に、試料を高速回転させる。この回転プロセスでレジストを乾燥させ、コーティングされたレジストに悪影響を及ぼすことなくレジスト塗布プロセス・チャンバから試料を取り出すことができる。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、レジスト塗布プロセス・チャンバ１４８から塗布後焼き付けプロセス・チャンバ１５０に試料を移動させるようになっている。塗布後焼き付けプロセス・チャンバは、レジストを塗布した試料を９０℃から１４０℃程度の温度で加熱するようになっている。塗布後焼き付けプロセスを使用して、レジストから溶剤を追い出し、表面張力などのレジストの特性を変える。塗布後焼き付けプロセスの後、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、塗布後焼き付けプロセス・チャンバ１５０から試料を取り出し、その試料を冷却チャンバ１４６に移動させるようになっている。この方法では、試料の温度を２０℃から２５℃程度に下げることができる。
ロボット・ウェーハ・ハンドラをさらに、冷却プロセス・チャンバ１４６から露光チャンバ１３４に試料を移動させるように構成することもできる。露光チャンバは、リソグラフィ・ツール１３０に結合されたインターフェイス・システム１５２を備えている。インターフェイス・システム１５２は、リソグラフィ・ツールと露光チャンバとの間で試料を移動させるように構成された機械デバイス１５３を備えている。露光ツールは、露光チャンバ内の試料の位置を揃え、深紫外線などのエネルギーをレジストに照射するようになっている。さらに、露光ツールは、特定の強度のエネルギー、つまり線量をレジストに照射し、特定の焦点のあった状態にする。試料間、例えば、ダイス毎に線量および焦点の状態を変えるようにさまざまな露光ツールを構成している。露光システムを、さらに、試料の外側の横方向のエッジを露光するように構成することもできる。このようにして、試料の外側の横方向のエッジ近くに配置されているレジストを除去することができる。試料の外側の横方向のエッジにあるレジストを除去すると、後続のプロセスでの汚染を低減することができる。
ロボット・ウェーハ・ハンドラをさらに、露光チャンバ１３４から露光後焼き付けプロセス・チャンバ１５４に試料を移動させるように構成することもできる。次に、試料に露光後焼き付けプロセス・ステップを実行することができる。例えば、露光後焼き付けプロセス・チャンバは、試料を９０℃から１５０℃程度の温度に加熱するように構成されている。露光後焼き付けプロセスは、レジスト内の化学反応を促進し、後の処理でレジストの一部を除去できるようにすることができる。したがって、露光後プロセスのパフォーマンスがリソグラフィ・プロセスの全体的なパフォーマンスにとって重要である。
露光後プロセスの後、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、露光後焼き付けプロセス・チャンバ１５４から試料を取り出し、その試料を冷却チャンバ１４６に移動させるようになっている。試料を冷却した後、試料を現像プロセス・チャンバ１５６に移動するようにロボット・ウェーハ・ハンドラを構成している。現像プロセス・チャンバは、現像液と水を試料の上に順次滴下し、レジストの一部を除去するように構成されている。したがって、試料に残っているレジストをパターン化できる。現像プロセス・ステップの後、ロボット・ウェーハ・ハンドラは、現像プロセス・チャンバから試料を取り出し、その試料を硬焼き付けプロセス・チャンバまたは現像後焼き付けプロセス・チャンバに移動させるようになっている。硬焼き付けプロセスは、９０℃〜１３０℃程度の温度に試料を加熱するようになっている。硬焼き付けプロセスでは、レジストおよび試料から汚染物質と余分な水を追い出すことができる。試料の温度は、ここに説明されているように冷却プロセスによって下げられる。
一実施形態では、システム３２を、リソグラフィ・ツール１３０または他の半導体製造プロセス・ツールに近い横の位置に配置することができる。図１３に示されているように、システム３２は、リソグラフィ・ツール１３０のカセット端１６０またはリソグラフィ・ツール１３０の露光ツール端１６２の近くに配置されることができる。さらに、リソグラフィ・ツール１３０に対するシステム３２の位置は、例えば、リソグラフィ・ツール１３０内のプロセス・チャンバの構成およびリソグラフィ・ツール１３０を囲む領域のクリーン・ルームの制約によって異なることがある。他の実施形態では、システム３２はリソグラフィ・ツール１３０内に配置することができる。リソグラフィ・ツール１３０内のシステム３２の位置は、リソグラフィ・ツール１３０内のプロセス・チャンバの構成によって異なることがある。さらに、複数のシステム３２を、横方向の近い位置に配置および／またはリソグラフィ・ツール１３０内に配置することができる。各システムは、試料の少なくとも２つの異なる特性を測定するようになっている。それとは別に、各システムは似た形で構成されている。
これらの実施形態のいずれでも、ロボット・ウェーハ・ハンドラ１３６は、リソグラフィ・ツール１３０から試料をシステム３２内のステージに移動させるようになっている。例えば、リソグラフィ・プロセスの前後またはリソグラフィ・プロセスの各工程の間に試料をシステム３２内のステージに移動させるようにロボット・ウェーハ・ハンドラ１３６を構成している。それとは別に、システム３２から試料をリソグラフィ・ツール１３０に移動させるようにシステム３２内のステージを構成している。一例としては、このステージは、システム３２から試料をリソグラフィ・ツール１３０のプロセス・チャンバに移動させるように構成されたウェーハ・ハンドラを備えている。さらに、システム３２のステージは、第１のプロセス・チャンバからリソグラフィ・ツール１３０内の第２のプロセス・チャンバに試料を移動させるように構成されている。システム３２をさらに、システム３２がそのステージとともにリソグラフィ・ツール１３０内の第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバに移動させるようにそのステージに結合させることができる。このようにして、システムは、リソグラフィ・ツール１３０の第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバに試料が移動するときに試料の少なくとも２つの特性を判別するようになっている。処理システム内の基板をスキャンする装置と方法の例は、Ｈｕｎｔｅｒらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０８３ ４２４ Ａ２に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、システム３２は、統合ステーション・プラットフォーム（「ＩＳＰ」）システムとして構成されている。システムは、スタンドアロンのクラスタ・ツールとして構成できる。それとは別に、ＩＳＰシステムは、プロセス・ツールに結合できる。図１４は、リソグラフィ・ツール１３０などの半導体製造プロセス・ツールの近くに横方向に配置され、そのツールに結合できるＩＳＰシステム１５８の一実施形態の透視図である。このようにして、ＩＳＰシステム１５８は、リソグラフィ・ツール１３０に結合されたクラスタ・ツールとして構成されている。例えば、図１３に破線で示されているように、ＩＳＰシステム１５８はリソグラフィ・ツール１３０のカセット端１６０に結合することができる。図１５は、さらに、リソグラフィ・ツール１３０のカセット端１６０に結合されているＩＳＰシステム１５８の一実施形態の透視図である。さらに図１３に破線で示されているように、リソグラフィ・ツール１３０の露光ツール端１６２のところでＩＳＰシステム１５８をインターフェイス・システム１５２に結合することもできる。ＩＳＰシステム１５８は、Ａｌｍｏｇｙによる米国特許出願第６２０８７５１号に説明されているように構成することができ、これは参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
ＩＳＰシステム１５８をさらに、複数のプロセス・ツールに結合することもできる。例えば、リソグラフィ・ツールとエッチング・ツールの間にウェーハ・バッファ・ステーションとしてＩＳＰシステムを構成している。この方法では、ＩＳＰシステムは、リソグラフィ・プロセスの後にリソグラフィ・ツールから試料を受け取り、エッチング・プロセスのため試料をエッチング・ツールに送るように構成されている。さらに、ＩＳＰシステムは、リソグラフィ・プロセスとエッチング・プロセスとの間で試料の１つまたは複数の特性を判別するように構成されている。ウェーハ・バッファ・ステーションの例は、ＬａｐｉｄｏｔによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／６０６１４に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。ＩＳＰシステム１５８はさらに、Ｌａｐｉｄｏｔが説明しているように構成されている。
ＩＳＰシステム１５８は、１つまたは複数の測定チャンバを備えている。例えば、ＩＳＰシステムを３つの測定チヤンバ１７２、１７４、１７６に結合することができる。測定具を、各測定チャンバ内に配置することができる。各測定具のそれぞれは、本明細書で説明しているように構成されている。測定チャンバはユニット１６０内に配置することができる。ユニット１６０内の環境条件は、ＩＳＰシステム１５８を囲む空間の環境条件とは実質的に無関係に制御することができる。例えば、相対湿度、粒子数、および温度などのユニット１６０内の環境条件を、ＩＳＰシステムに結合されたコントローラ・コンピュータ１６２によって制御することができる。このようなユニットは、一般に、「ミニ環境」と呼ばれる。
さらに、第１の測定チャンバ１７２が第２の測定チャンバ１７４の下に配置され、第２の測定チャンバ１７４が第３の測定チャンバ１７６の下に配置されるように１つまたは複数の測定チャンバを配置することができる。このようにして、ＩＳＰシステムの横方向領域すなわち「専有面積」を減らすことができる。さらに、ＩＳＰシステム１５８は半導体製造プロセス・ツールに結合することができるため、１つの正面インターフェイス機械標準（「ＦＩＭＳ」front interface mechanical standard）ドロップ(drop)を半導体製造プロセス・ツールとＩＳＰシステムの両方に結合させることもできる。したがって、製造施設（「ｆａｂ」）、特に３００ｍｍのウェーハ製造ではＦＩＭＳドロップが少ないことが要求される。ＦＩＭＳドロップは、ＦＯＵＰを頭上輸送システムから半導体製造プロセス・ツールまたはスタンドアロン検査または測定ツールに下げるように構成された機械デバイスであってよい。試料輸送システムの例は、Ａｒｏｎｓｔｅｉｎらによる米国特許出願第３９４６４８４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、ＩＳＰシステム１５８はさらに、ウェーハ・ハンドラ１６４、受け入れステーション１６６、送り出しステーション１６８、およびバッファ・カセット・ステーション１７０を備えている。受け入れステーション１６６および送り出しステーション１６８は、半導体製造プロセス・ツールのウェーハ・ハンドラが試料を受け入れステーションに移動し、試料を送り出しステーションから移動させるように構成されている。バッファ・カセット・ステーション１７０は、例えば、半導体製造プロセス・ツールおよびＩＳＰシステム１５８の相対的入出力速度に応じて多数の試料を保持するようになっている。受け入れステーション１６６をさらに、試料の位置を変えて試料を測定チャンバの１つに結合された測定具に実質的に揃うように構成することもできる。例えば、受け入れステーションは、試料上のノッチや平坦部などの位置決めマークを検出し、試料を直線的におよび／または回転させて動かすようになっている。バッファ・カセット・ステーション１７０は、Ｄｖｉｒによる米国特許出願第６２１２６９１号に説明されているようにバッファ・ステーションとして構成でき、これは参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
ＩＳＰウェーハ・ハンドラは、受け入れステーションから試料を取り出すようになっている。さらに、ＩＳＰウェーハ・ハンドラは、試料を測定チャンバの１つに移動させるように構成されている。さらに、ＩＳＰウェーハ・ハンドラは、試料を順番に各測定チャンバに移動させるように構成されている。このようにして、ＩＳＰシステムは、並列パイプライン方式で複数の測定チャンバのそれぞれにおいて試料の少なくとも１つの特性を判別するようになっている。
さらに、各測定チヤンバに結合された測定具はそれぞれ、試料の異なる特性を判別するように構成されている。例えば、第１の測定チャンバ１７２に結合された測定具は、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように構成されている。第２の測定チャンバ１７４に結合された測定具は、試料の限界寸法を判別するように構成されている。第３の測定チャンバ１７６に結合された測定具は、試料の表面上の目立つ欠陥の有無を判別するように構成されている。他の実施形態では、測定具は、試料の表面上の微小欠陥の有無または試料の薄膜特性を判別するように測定チャンバの１つに結合されたている。本明細書で説明しているように、薄膜特性には厚さ、屈折率、または減衰係数が含まれる。さらに、ウェーハ・ハンドラ１６４は、各測定チャンバから送り出しステーション１６８に試料を移動させるように構成されている。
ＩＳＰシステム１５８はリソグラフィ・ツール１３０などの半導体製造プロセス・ツールに結合できるため、試料の特性を判別する速度はスタンドアロンの測定および検査ツールに比べて高速化できる。したがって、本明細書で説明しているように、システムにより試料の特性を判別するターンアラウンド時間を短縮できる。ターンアラウンド時間の短縮はプロセス制御に大きなメリットをもたらすことがある。例えば、ターンアラウンド時間が短縮されると、スタンドアロンの測定および検査ツールに比べて半導体製造プロセスのプロセス制御をより厳格に行うことができる。例えば、プロセス制御を厳密に行うと、試料上のフィーチャの限界寸法分布の変動を低減できる。
さらに、本明細書で説明しているようなシステムは、ドリフト・プロセス平均を目標値に合わせて調整し、限界寸法データの自己相関をとり試料上のフィーチャの限界寸法分布の分散を低減するようになっている。例えば、現像工程段階の後の試料上のフィーチャの限界寸法分布は、露光ツールまたは現像プロセス・チャンバに結合された計測器のパラメータを変更することにより低減できる。このような変更されるパラメータとして、これらに限定されないが、露光プロセスの照射線量または現像プロセスの現像時間などがある。さらに、制御の線形モデルを使用し、オフセット項のみを更新または適応させることができる。制御の線形モデルには、Ａおよびｃを実験的にまたは理論的に決定された制御パラメータ、ｘを試料の限界寸法または試料の他のそのように求められた特性、ｙを半導体製造プロセス・ツールに結合された計測器のパラメータとするｙ＝Ａｘ＋ｃなどの制御関数を含めることができる。それとは別に、オフセット項の指数重み付き移動平均を使用して、露光ツールなどの半導体製造ツールに結合された計測器のパラメータを変更することができる。比例および積分制御モデルは、□を実験的にまたは理論的に求めた制御パラメータ、Ｅｔ−ｄｅｌを試料の判断された特性、ｃｔを半導体製造プロセス・ツールに結合された計測器のパラメータとするｃｔ＝□Ｅｔ−ｄｅｌ＋（１−□）ｃｔ−１などの制御関数を含むことができる。
本明細書で説明しているようなシステムにより現像後の限界寸法分布の分散が劇的に低減され得る。例えば、ロット間フィードバック制御を使用してウェーハのロット（つまり、２５）の目標値に限界寸法平均を調整すると、限界寸法分散は約６５％低減される。さらに、ロット間フィードバック制御は、ロット限界寸法範囲内の限界寸法に相関関係がある場合に効果的である。例えば、自己相関係数が小さいと、ロット間フィードバック制御を使用しても限界寸法分散は低減しない。しかし自己相関係数が高いと、ロット間フィードバック制御を使用すると限界寸法分散は１５％低減され得る。しかし、ウェーハ間フィードバック制御を使用して限界寸法分散を制御する方法は、ロット限界寸法に相関関係がない場合であっても効果的である。例えば、自己相関係数が小さいと、ウェーハ間フィードバック制御を使用すると限界寸法分散は２５％低減することができる。フィードバック制御が成功するかどうかは、実証済みのＡＰＣフレームワーク、堅牢なプロセス・モデリング、高効率測定、測定遅延を短縮する効率の良い生産方法、およびプロセス・ツール・ウェーハ・ベースの制御が使用可能であることなどによって決めることができる。さらに、生産ウェーハの制御に対するターンアラウンド時間の影響も、複数ロット平均制御機能を使用して平均限界寸法のドリフトを調整することにより調べることができる。目標限界寸法は、限界寸法データの平均にほぼ等しい値に設定することができる。そこで、ロット間制御により、限界寸法分散を８％向上させることができる。さらに、ウェーハ間制御により、限界寸法分散を１８％向上させることができる。
図１６は、測定チャンバ１７８内に配置されているシステム３２の実施形態の概略側面図である。例えば、システム３２は、測定チャンバ１７８内に配置されたステージ４２を備えている。さらに、システム３２は、測定チャンバ１７８内に配置された測定具３４を備えている。測定チャンバ１７８はさらに、開口部１７９および開口部１７９に結合される機械デバイス（図には示されていない）も備えている。さらに、測定チャンバ１７８は、そのような複数の開口部と、それらの開口部のそれぞれに結合された機械デバイスを備えている。機械デバイスは、薄い金属板などの物体を開口部１７９の前に置き、その開口部から物体を取り除くようになっている。このようにして、機械デバイスは、例えば、試料４０が開口部１７９を通してステージ４２上に配置されているときに測定チャンバに近づけるように構成されている。試料４０は、本明細書で説明しているような方法またはデバイスによりステージ４２上に配置することができる。試料４０をステージ４２上に配置した後、機械デバイスにより対象を開口部１７９の前に置くことで、測定チャンバ内の相対湿度、温度、および粒子数などの環境条件を維持かつ／または制御することができる。このようにして、システム３２は、維持かつ／または制御された環境条件の下で試料４０の特性を判別するように構成することができ、これによりシステムの信頼性を高めることができる。さらに、測定具３４など（ただし限定されない）のシステム３２のコンポーネントを測定チャンバの外部の環境条件に晒す機会を減らすことができる。したがって、システム３２のコンポーネントの汚染および／または劣化が低減され、これにより、システム障害の発生、関連する保守および修理コストを低減し、システムの寿命を延ばすことができる。
このシステムはさらに、測定チャンバ１７８の外部に配置されたプロセッサ５４を備えている。この方法では、プロセッサは、コントローラ・コンピュータとして構成することができ、例えば、オペレータが測定チャンバの外部でアクセスすることができる。さらに、測定チャンバ１７８の外部にあるプロセッサ５４を配置することで、測定チャンバ１７８の寸法を縮小することができる。測定チャンバ１７８の寸法を縮小することにより、システム３２は、従来の測定および／または検査システムよりも多くのプロセス・ツールに結合したり、またはその中に配置することができる。例えば、測定チャンバ１７８は、半導体製造プロセス・ツールのプロセス・チャンバとほぼ同じ寸法となるように構成されている。この方法では、図１３に示されているように、システム３２を既存の半導体製造プロセス・ツール内に配置することができ、しかも、半導体製造プロセス・ツールのプロセス・チャンバの配置を変更する必要がない。例えば、測定チャンバ１７８は、プロセス・チャンバの１つを測定チャンバ１７８で置き換えることにより、ツール内に配置することができる。システム３２は、本明細書で説明しているように構成されている。
図１７は、半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合された測定チャンバ１７８の一実施形態の概略側面図を示している。図１７に示されているように、測定チャンバ１７８は、プロセス・ツールのプロセス・チャンバ１８０の近くに横方向に配置することができる。それとは別に、測定チャンバをプロセス・チャンバ１８０の近くに垂直に配置することができる。例えば、測定チャンバをプロセス・チャンバ１８０の上または下に配置することができる。図１７に示されているように、プロセス・チャンバ１８０は、本明細書で説明されているようなレジスト塗布チャンバとすることができる。例えば、試料１８２をステージ１８４上に配置することができる。ステージ１８４は、電動式回転チャックまたは当業で知られているその他のデバイスとして構成されている。レジストを、滴下システム１８６から試料１８２に滴下させることができる。滴下システム１８６を、レジスト供給部に結合することができ、多数のパイプおよび／またはホースおよび弁などの制御機器を備えることができ、レジストをレジスト供給部から試料１８２に転送することができる。滴下システムはさらに、滴下システムを制御するように構成されることができるコントローラ・コンピュータに結合することもできる。例えば、コントローラ・コンピュータは本明細書で説明しているようなプロセッサ５４を備えている。ステージ１８４は、回転により滴下されたレジストが試料１８２の上に広がり溶剤が滴下されたレジストから蒸発するようになっている。しかし、プロセス・チャンバ１８０は、本明細書で説明しているようなプロセス・チャンバのいずれでもよい。さらに、測定チャンバ１７８、プロセス・チャンバ１８０、プロセッサ５４は、ＭｏｏｒｉｎｇらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／０３１３３に説明されているようなモジュール形式のアーキテクチャとして配置することができ、これは参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
したがって、一実施形態では、プロセス・ツールのロボット・ウェーハ・ハンドラ、ＩＳＰシステムのウェーハ・ハンドラ、または本明細書で説明しているようなステージ４２によりプロセス・チャンバ１８０から測定チャンバ１７８（または測定チャンバ１７８からプロセス・チャンバ１８０）へ簡単にかつ素早く試料１８２を移動させることができる。この方法により、システム３２は、プロセスの各工程段階の間の前に試料の少なくとも第１の特性および第２の特性を判別するように構成されている。例えば、リソグラフィ・プロセスでは、試料の第１の特性および第２の特性をレジストを塗布してから露光する前まで判別することができる。他の例では、試料の第１の特性および第２の特性を、露光してから露光後焼き付け前まで判別することができる。さらに他の例では、試料の第１の特性および第２の特性を、露光後焼き付けしてから現像前まで判別することができる。試料の第１の特性および第２の特性を現像後に判別することもできる。さらに、このようなシステムは、実質的にプロセス全体の前、または実質的にプロセス全体の後に、少なくとも試料の第１の特性および第２の特性を判別するようになっている。上述のように構成されたシステムはさらに、ターンアラウンド時間が比較的短くなる。したがって、上述のように、このようなシステムには、現在使用されている測定および検査システムに勝るいくつかの利点がある。
半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールは、図１７に示されているように、ステージ１８４などの多数の支持デバイスを備え、工程段階で試料を支持するようになっている。例えば、支持デバイスをプロセス・ツールに結合された各プロセス・チャンバ内に配置することができる。適切な支持デバイスとしては、これらに限定されないが、スピン・コーター、焼き付け板、冷却板、露光ステージ、およびエッチングまたは堆積チャンバ内の静電チャックなどがある。それぞれの支持デバイスでは、試料がその上面に配置される。各支持デバイスの上面は、プロセス・ツール内に配置された他の支持デバイスの上面と実質的に平行であってよい、つまり、各プロセス・チャンバ内の各支持デバイスの向きはそれぞれ、実質的に平行であってよいということである。一実施形態では、システムのステージは、本明細書で説明されているように、上面が図１７に示されているように、プロセス・ツールの支持デバイスの上面に実質的に平行であってよい、つまり測定チャンバ１７８などの測定チャンバ内のステージの向きは、それぞれ、各プロセス・チャンバ内の各支持デバイスの向きに実質的に平行であってよい。
他の実施形態では、システムのステージは、本明細書で説明されているように、上面が支持デバイスの上面に対してある角度で配置される、つまり測定チャンバ内のステージの向きは、それぞれ、各プロセス・チャンバ内の各支持デバイスの向きに対しある角度をなすことができる。例えば、ステージの上面をプロセス・ツールの支持デバイスの上面に対して９０度の角度で配置することができる。それとは別に、ステージの上面を支持デバイスの上面に関して９０度未満の角度で配置することもできる。このような角度により、試料の表面を真空状態にし、ステージ上の試料の位置を維持する。
このようなステージとともに測定チャンバ内に配置された測定具の向きを変更することもできる。例えば、測定具を、測定具とステージとの間の空間関係（つまり、図３〜７、１１ａ〜１２、および１６〜１７に示されている空間配置のいずれか）が維持される角度で配置することができる。このようなステージは、測定具の照明システムと検出システムに関してある角度で配置することもできる。このようにして、本明細書で説明しているようなシステムにより実行できる検査または測定プロセスで測定具に関して試料を傾斜させることができる。
上で説明したように測定チヤンバ内のステージの角度付きの向きにより、測定チャンバの横方向の寸法を縮小することができる。例えば、照明システム、検出システム、およびステージを、従来の検査および測定システムに比べてよりコンパクトな幾何学的構造に配置することができる。特に、測定チャンバの横方向の寸法については、２００ｍｍウェーハおよび３００ｍｍのウェーハなどの比較的口径の大きな試料に対して大幅に縮小できる。したがって、半導体製造プロセス・ツール内にこのような測定具を配置する場合も、半導体製造プロセス・ツールの改造はあまり必要でなくなる。したがって、半導体製造プロセス・ツールの既存の構成では、半導体製造プロセス・ツール内にシステムを配置することができなくなる可能性はあまりない。
図１８は、プロセス・チャンバ１８８に結合されているシステム３２の一実施形態の概略側面図を示している。プロセス・チャンバは、半導体製造プロセス・ツールに結合されたプロセス・チャンバでよい。ステージ１９０は、プロセス・チヤンバ１８８内に配置することができる。ステージ１９０は、例えば、半導体製造工程段階で試料１９２を支持するようになっている。システム３２は、測定具３４がプロセス・チャンバ１８８の外部にある形になるようにプロセス・チャンバ１８８に結合されるが、プロセス・チャンバ内に配置されたページ１９０に結合されてもよい。例えば、プロセス・チャンバ１８８はプロセス・チャンバの１つまたは複数の壁内に配置された実質的に透明な材料からなる１つまたは複数の比較的小さなセクション１９４を含む。セクション１９４は、プロセス・チャンバの外部にある測定具のエネルギー源からエネルギー・ビームをプロセス・チャンバ内の試料の表面に送るようになっている。セクション１９４は、試料の表面から戻ってきたエネルギー・ビームをプロセス・チャンバ１８８の外部にある測定具３４の検出器に送るように構成することもできる。実質的に透明な材料は、エネルギー源から届くエネルギー・ビームおよび戻ってくるエネルギー・ビームがプロセス・チャンバのセクション１９４を通り、しかも指向性の戻ってくるエネルギー・ビームの特性を変える望ましくない作用がない光学または材料特性を持つことができる。例えば、エネルギー・ビームの特性を変える望ましくない作用としては、これらに限定されないが、エネルギー・ビームの偏光または波長を変えたり、エネルギー・ビームの色収差を高くすることなどがある。さらに、ＧｒｉｍｂｅｒｇｅｎらによるＰＣＴ出願第９９／６５０５６号に説明されているように、試料の処理中に使用している化学薬品からプロセス残滓が堆積されるのを低減するようなセクション１９４を構成でき、これは参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
しかし、プロセス・チャンバおよびプロセス・チャンバ内に配置されているステージの外部にある測定具を結合する適切なシステムおよび方法は、例えば、プロセス・チヤンバの構成および／または測定具の構成によって異なってよい。例えば、プロセス・チャンバ１８８の壁の中に配置されている比較的小さなセクション１９４の配置および寸法は、プロセス・チャンバ内のコンポーネントの構成によって異なることができる。したがって、プロセス・チャンバ１８８内で測定具３４は化学薬品および環境条件に晒される機会が低減され、さらには実質的に排除されさえする。さらに、測定具３４は、プロセス・チャンバ１８８に外部で結合され、測定具はプロセス・チャンバ１８８内で実行される工程段階の動作、性能、または制御を変えることはない。
図１８に示されているように、測定具は、上述のリソグラフィ・プロセスの例での塗布後焼き付けプロセスの後の冷却プロセス、露光後焼き付けプロセス、現像プロセス、または本明細書で説明しているような工程段階などの工程段階で、試料の表面に向けてエネルギーを放射するように構成されている。さらに、測定具は、工程段階で試料の表面から戻ってきたエネルギーを検出するようになっている。測定具は、工程段階で実質的に連続してまたはさまざまな時間間隔により試料から戻ってきたエネルギーを検出するようになっている。
システムは、工程段階で試料の少なくとも第１の特性および第２の特性を判別するように構成されたプロセッサを備えている。例えば、工程段階で検出されたエネルギーから限界寸法およびオーバーレイ・ミスレジストレーションなどの試料の少なくとも２つの特性を判別するようにプロセッサを構成している。他の実施形態では、さらに、工程段階で測定具により検出されたエネルギーの変動を検出するようにプロセッサを構成することもできる。例えば、工程段階で特徴付けられるシグネチャを得るようにプロセッサを構成している。シグネチャは、工程段階の終わりを表す少なくとも１つの特異性を含む。
他の実施形態では、さらに、プロセッサをリソグラフィ・ツールなどのプロセス・ツールに結合し、プロセス・ツールに結合された測定器のパラメータを変更するように構成されている。例えば、プロセッサでは、上述のような検出された特異性に対してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することができる。計測器のパラメータは、特異性の検出後、工程段階を終了するように変えることができる。さらに、プロセッサは、インサイチュー制御手法を使用して試料の少なくとも１つの判別された特性に対してプロセス・ツールの測定器のパラメータを変更するように構成されている。
他の実施形態では、プロセッサは、半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合された計測器のパラメータを監視するように構成されている。例えば、プロセッサをリソグラフィ・ツールのレジスト塗布プロセス・チャンバに結合し、そのレジスト塗布チャンバに結合されている計測器のパラメータを監視するように構成されている。このようにして、プロセッサは、レジスト塗布チャンバの電動チャックの回転速度、レジスト塗布チャンバの滴下システムの滴下時間、および／またはレジスト塗布チャンバの温度および湿度を監視するように構成されている。このプロセッサはさらに、検査対象のウェーハに使用されるツールを識別するリアルタイム情報およびＳｏｍｅｋｈによる欧州特許出願第ＥＰ１０７１１２８Ａ２号で説明されているツールで使用されているプロセス・パラメータを供給する方法および装置の例において説明するように構成され、これは、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。さらに、プロセッサは、試料の少なくとも１つの判別された特性とプロセス・ツールに結合されている計測器の監視されるパラメータとの関係を判別するようになっている。例えば、このプロセッサは、試料上に形成されたレジスト層の表面の欠陥の有無とレジスト塗布チャンバの監視されている温度および／または湿度との関係を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、判別された関係に対して計測器の監視されているパラメータを変更するように構成されている。例えば、このプロセッサは、判別された関係を用いてレジスト塗布チャンバに結合されている計測器のパラメータを変更し、試料の表面上の欠陥の有無の判別に対応してレジスト塗布チャンバの温度および湿度を変えるようになっている。
このプロセッサをさらに、フィードバック制御手法用いて少なくとも１つの判別された特性に対してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成することもできる。さらに、このプロセッサをさらに、フィードフォワード制御手法を用いて少なくとも１つの判別された特性に対してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成することもできる。例えば、システムは、現像プロセスで試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。このプロセッサはさらに、試料の現像中または追加試料の現像前に判別された特性の少なくとも１つ対して現像プロセス・チャンバに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、このプロセッサは、プロセス・チャンバ内の試料の後処理前に判別された特性の少なくとも１つ対して硬焼き付けプロセス・チャンバなどのプロセス・チャンバに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。他の一例としては、プロセッサは、露光ツール、露光後焼き付けチャンバ、レジスト塗布チャンバ、およびクラスタ・ツールに含まれるその他のツールまたはチャンバに結合された計測器のパラメータを変更するように構成されている。
他の実施形態では、プロセッサは、試料の少なくとも１つの判別された特性と複数の試料の特性とを比較するように構成されている。例えば、その複数の試料に試料の処理前に処理された製品ウェーハを含めることができる。複数の試料の少なくとも２つの特性を、本明細書で説明しているようなシステムで試料の処理前に判別することができる。この複数の試料はさらに、その試料と同じロット内の試料またはその試料と異なるロット内の試料を含むこともできる。したがって、ウェーハ間比較手法またはロット間比較手法を使用して半導体製造プロセスなどのプロセスを監視するようにプロセッサを構成している。このようにして、プロセッサは、プロセスの性能を監視し、プロセスまたはプロセス・ツールの性能がドリフトしているかどうかを判別するようになっている。半導体ウェーハ処理のロット間ＣＤ変動を低減する方法と装置は、Ｓｕによる欧州特許出願番号ＥＰ１０６５５６７Ａ２に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
それとは別に、プロセッサは、試料の少なくとも１つの判別された特性と少なくとも１つの所定の範囲の特性とを比較するように構成されている。所定の範囲は、例えば、試料の設計制約から判別できる。さらに、所定の範囲は、統計的プロセス管理方法を使用してプロセスの少なくとも１つの特性の変動などの少なくとも１つの特性および追加統計的パラメータの平均を求めることで判別できる。さらに、プロセッサは、少なくとも１つの判別された特性が所定の範囲を外れている場合に出力信号を発生するように構成されている。この出力信号は、プロセッサに結合されたモニターに表示される信号などの視覚的信号でよい。モニターは、表示されている信号をオペレータが確認できるように半導体製造施設内に配置することができる。それとは別に、この出力信号は、可聴信号または複数の信号などの当業で知られているどのような信号であってもよい。
さらに、試料の特性を判別した後、プロセッサは、試料の追加処理を実行できるかどうかを判別するように構成されている。試料の追加処理を変更または実行して、判別された特性を変えることができる。このような追加処理は、一般に、「やり直し」と呼ばれる。このような方法で、プロセッサは作り直し決定を自動的に行うことができる。例えば、試料上ですでに実行されている可能性のある１つまたは複数の工程段階を反復する再処理をこのような追加処理に含めることができる。さらに、反復工程段階を実行するように構成された１つまたは複数のプロセス・チャンバに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを、フィードフォワード制御手法を使用して判別された特性に対応して変更することができる。このようにして、試料のこのような追加処理は、判別された特性に対して計測器のパラメータを変更することにより判別された特性を変更するようになっている。したがって、このような追加処理で判別された特性を変更し、その判別された特性がその特性の予想値にほぼ等しいか、またはその特性の所定の範囲内に収まるようにできる。
他の実施形態では、プロセッサは、試料の少なくとも１つの判別された特性に対して測定具のサンプリング周波数を変更するように構成されている。例えば、判別された特性がその特性の予想値と実質的に異なる場合、または判別された特性がその特性の所定の範囲を外れている場合、プロセッサにより、測定具のサンプリング周波数が高められる。このサンプリング周波数を変更することで、例えば、測定具が試料上の多数の位置からエネルギーの方向を決めて検出するように構成される。このようにして、サンプリング周波数を変更するには、インサイチュー制御手法を使用する。さらに、測定具のサンプリング周波数を変更して、試料に対する判別された特性の平均などの試料に対する判別された特性の統計的データを求めることができる。したがって、判別された特性は、ランダム欠陥、反復欠陥、またはその他のそのような欠陥として分類できる。
他の一例としては、試料のその後の測定または検査を高めるように、測定具のサンプリング周波数を変更してもよい。このようにして、サンプリング周波数を変更するには、フィードフォワード制御手法を使用する。その後の測定または検査では、試料を追加システムに転送してもよく、これは、本明細書で説明しているように構成し、試料の判別された特性をさらに調べることができる。試料の判別された特性をさらに調べるために使用する適切な追加システムとしては、特性を最初に判別するために使用したシステムに比べて感度、倍率、および／または分解能が高いシステムを含むことができる。
それとは別に、サンプリング周波数を変更することで、測定具を試料と同じロット内にありうる追加試料上の数を増やした位置からエネルギーの方向を決めて検出するように構成することもできる。さらに、サンプリング周波数を変更することで、測定具を試料と同じロット内にある個数を増やした試料から、または数を増やしたロットの多数の試料からエネルギーの方向を決めて検出するように構成する。このようにして、サンプリング周波数は、フィードバック制御手法を使用して変更することができる。したがって、サンプリング周波数を変更するステップは、インサイチュー制御手法、フィードフォワード制御手法、またはフィードバック制御手法を使用するステップを含むことができる。さらに、これらの制御手法のそれぞれを使用して、ウェーハ内、ロット内、および／またはロット間で測定具のサンプリング周波数を変更することができる。
他の実施形態では、データベースを生成するようにプロセッサを構成できる。このデータベースは、試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を含むデータの集まりを含むことができる。プロセッサはさらに、データベースを使用して測定具を較正するようになっている。例えば、このデータの集合は、参照試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を含むことができる。測定具は、参照試料の第１の特性および第２の特性を判別するように構成されている。このようにして、プロセッサは、データベース内の参照試料の第１および第２の特性と参照試料の判別された第１および第２の特性とを比較することにより測定具を較正するようになっている。例えば、プロセッサは、データベース内の第１および第２の特性と参照試料の判別された第１および第２の特性との比較結果から補正係数を決定するようになっている。さらに、プロセッサは、この補正係数を使用して追加試料の第１および第２の特性を判別するように構成されている。
他の実施形態では、プロセッサはデータベースを使用して測定具を監視するようになっている。例えば、データベースは試料の少なくとも２つの特性を含むことができる。システムは、所定の時間間隔で試料の少なくとも２つの特性を判別するようになっている。プロセッサは、異なる時間で判別された試料の少なくとも２つの特性を比較するようになっている。したがって、このプロセッサは、測定具の性能が時間の経過とともに変化するかどうかを判別するように構成されている。他の一例としては、プロセッサは、所定の時間間隔で複数の試料の少なくとも第１の特性および第２の判別された特性を含むデータの集合を生成するように構成されている。したがって、プロセッサは、このデータベースを使用して複数の試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を比較するように構成することもできる。試料または複数の試料の第１および第２の特性を判別するために、測定具を使用するか、または複数の測定具を使用することができる。プロセッサを、さらに、複数の測定具に結合することができる。したがって、プロセッサはさらに、上述のようなデータベースを使用して複数の測定具を較正するようになっている。さらに、プロセッサは、上述のようなデータベースを使用して複数の測定具を監視するように構成することもできる。
上述のように、プロセッサを複数の測定具に結合させることができる。他の実施形態では、プロセッサは複数の測定具のうち少なくとも１つに結合された計測器のパラメータを変更するようになっている。各測定具は、スタンドアロンの測定または検査デバイスとして構成できる。それとは別に、本明細書で説明しているように各測定具を複数のプロセス・ツールのうち少なくとも１つに結合することができる。さらに、プロセッサを少なくとも１つのプロセス・ツールに結合することができる。このようにして、プロセッサは、複数のプロセッサ・ツールのうち少なくとも１つに結合された計測器のパラメータを変更するようになっている。さらに、プロセッサは、複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。各計測器は、複数のプロセス・ツールの１つに結合させることができる。ただし、プロセッサは、複数のプロセス・ツールのうち少なくとも１つに結合された複数の計測器のパラメータを変更するように構成させることもできる。例えば、プロセッサは、インサイチュー制御手法、フィードバック制御手法、およびフィードフォワード制御手法を使用して、判別された特性のうち少なくとも１つに対して測定器のパラメータを変更するように構成されている。
一実施形態では、プロセッサは測定具に結合されたローカル・プロセッサを備えている。しかし、このプロセッサは、リモート・コントローラ・コンピュータまたはローカル・プロセッサに結合されたリモート・コントローラ・コンピュータを備えている。ローカル・プロセッサは、測定具により出力される信号を少なくとも一部処理するようになっている。検出システムによって信号を発生させることができ、これはアナログ信号でもデジタル信号でもよい。例えば、このシステムは、アナログ・デジタル・コンバータを備えている。アナログ・デジタル・コンバータを、検出システムによって生成された信号を変換するように構成することができ、デジタル信号はローカル・プロセッサまたはリモート・コントローラ・コンピュータに送信することができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも一部が処理された信号をさらに処理するようになっている。例えば、ローカル・プロセッサは、試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を判別するように構成されている。このようにして、リモート・コントローラ・コンピュータは、少なくとも２つの判別された特性をさらに処理するように構成されている。例えば、判別された特性をさらに処理する操作には、判別された特性と各特性の所定の範囲とを比較する操作を含むことができる。さらに、リモート・コントローラ・コンピュータは、判別された特性が所定の範囲を外れている場合に出力信号を発生するように構成されている。
プロセッサはさらに、例えば、パーソナル・コンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、ワークステーション、ネットワーク・アプライアンス、インターネット・アプライアンス、パーソナル・デジタル・アシスタント（「ＰＤＡ」）、テレビ・システム、またはその他のデバイスなどのさまざまな形態を取りうる。一般に、「プロセッサ」という用語は、メモリ媒体からの命令を読み込んで実行する、プロセッサを備えるデバイスを包含するよう広い意味で定義される。プロセッサおよび制御方法の例は、Ｋａｍｏｓｈｉｄａによる米国特許第４５７１６８５号、Ｗａｎｇらによる米国特許出願第５８５９９６４号、Ｃｈｅｎらによる米国特許第５８６６４３７号、Ｍａｔｈｅｗｓによる米国特許第５８８３３７４号、Ｃｈｏｗらによる米国特許第５８９６２９４号、Ｌｉｎらによる米国特許第５９３０１３８号、Ｃｈｅｎによる米国特許第５９６６３１２号、Ｒｏｓｅｎｇａｕｓらによる米国特許第６０２０９５７号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。プロセッサおよび制御方法の他の例は、ＬａｍｅｙらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／５９２００とＰｕｔｎａｍ−ＰｉｔｅらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ００／１５８７０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
図１９は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法の一実施形態を示している。ステップ１９６に示されているように、この方法はステージに試料を配置することを含む。このステージは測定具に結合されている。測定具はそれぞれ、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、測定具は、照明システムと検出システムを備えている。ステップ１９８に示されているように、この方法は、照明システムを使用してエネルギーを試料の表面に向ける方法も含む。さらに、この方法は、ステップ２００に示されているように、試料の表面から来るエネルギーを検出する方法を含むことができる。さらに、この方法は、ステップ２０２に示されているように、検出されたエネルギーを処理して、試料の少なくとも第１の特性および第２の特性を判別する操作を含む。第１の特性には、試料の限界寸法を含めることができる。限界寸法としては、これに限定しないが、試料のフィーチャの横方向の寸法がある。本明細書で説明しているように、試料の上面に、または試料の中にフィーチャを形成することができる。第２の特性には、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。オーバーレイ・ミスレジストレーションは、試料の第２のレベルの第２のフィーチャに対する試料の第１のレベルの第１のフィーチャの横の位置のずれを含む。第１のレベルは、第２のレベルの上に形成することができる。
ステージは、本明細書で説明したように構成される。例えば、ステージは、水平移動や回転移動ができるように構成されている。このようにして、この方法は、ステージを水平移動または回転移動させる操作を含む。ステージの水平移動または回転移動は、測定具から送られたエネルギーが試料に向けられ、試料から進むように試料を配置する操作を含む。この方法はさらに、エネルギーが試料の表面に向けられている間、またエネルギーが試料の表面から検出されている間、ステージを水平移動かつ／または回転移動させる操作を含むことができる。したがって、この方法は、試料の表面の測定または検査時にステージを横方向および／または回転移動させる操作を含むことができる。このようにして、光は、試料の表面の測定または検査が行われている間、試料の表面上の複数の場所へ向けられ、複数の場所から進むことができる。したがって、システムは、試料上の複数の位置で試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。他の実施形態では、この方法は、本明細書で説明したように試料の横方向寸法に沿って直線的に測定具を移動させながらステージを回転させる操作を含むことができる。
測定具の照明システムは本明細書で説明しているように構成されている。さらに、測定具の検出システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、測定具は、これらに限定されないが非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、および光学プロフィルメータを備えている。さらに、測定具は、上記デバイスのどんな組み合わせも備えている。したがって、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学要素はさらに第２の測定具の光学要素とすることもできる。
一実施形態では、この方法は、試料の第３の特性を判別するために、検出されたエネルギーを処理することを含むことができる。試料の第３の特性としては、これらに限定しないが、試料の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類および試料の平坦さの測定結果であってよい。欠陥には、本明細書で説明しているような目立った欠陥および／または微小な欠陥がある。さらに、この方法は、検出されたエネルギーを処理して試料の第３の特性および第４の特性を判別する操作を含むことができる。例えば、第３の特性は試料の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類を含み、試料の第４の特性は試料の平坦さの測定結果を含むことができる。したがって、この方法を使用して、試料の限界寸法、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーション、欠陥の有無、個数、位置、および／または種類、および試料の平坦さ測定結果を判別することができる。この方法は、試料のこのような特性を順次または実質的に同時に判別することを含むことができる。他の実施形態では、この方法は、エネルギーを試料の表面および／または裏面に向ける操作も含むことができる。したがって、この方法はさらに、それぞれ、試料の表面および／または裏面から来るエネルギーを検出する操作を含むこともできる。このようにして、この方法はさらに、試料の裏面の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類を判別することも含むことができる。これらの欠陥には、目立った欠陥が含まれることがある。
一実施形態では、ステージと測定具を半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。半導体製造プロセス・ツールは、本明細書で説明しているようなリソグラフィ・ツールを含むことができる。ステージと測定具は、本明細書で説明しているようにプロセス・ツールの近くに横方向に配置することができる。例えば、ステージと測定具は、上述のようにＩＳＰシステム内に配置することができる。それとは別に、ステージと測定具をプロセス・ツール内に配置することができる。例えば、ステージと測定具を測定チャンバ内に配置することができる。測定チャンバは、プロセス・ツールに結合することができる。例えば、測定チャンバは、プロセス・ツールのプロセス・チャンバ近くで横方向に配置することができる。それとは別に、測定チャンバは、プロセス・ツールのプロセス・チャンバ近くで縦方向に配置することができる。測定チャンバは、プロセス・ツール内の環境条件から測定具とステージが隔てられるように構成されている。
一実施形態では、支持デバイスはプロセス・ツールのプロセス・チャンバ内に配置することができる。支持デバイスは、工程段階で試料を支持するようになっている。例えば、リソグラフィ・ツールのレジスト塗布チャンバ内に配置された支持デバイスは、電動回転デバイスに結合されたチャックを備えている。したがって、支持デバイスは、リソグラフィ・プロセスのレジスト塗布工程段階で試料を支持するようになっている。支持デバイスはさらに、例えば、塗布後焼き付けチャンバ内に配置された焼き付け板を備えている。焼き付け板は、リソグラフィ・プロセスの塗布後焼き付け工程段階で試料を支持するようになっている。支持デバイスの上面は、システムのステージの上面に実質的に平行な形にできる。それとは別に、ステージの上面を支持デバイスの上面に関して角度を持たせることができる。ステージはさらに、ステージの上面に真空を引くことにより、または適切な機械デバイスを使用して試料をこのような角度に適切に保持するように構成することもできる。この方法では、ステージと測定具は、プロセス・チャンバ内に配置された支持デバイスに対し実質的に垂直にすることができる。したがって、システムは本質的にその「側面」に配置することができる。ここで使用している「側面」という用語は一般に、従来の測定または検査システムの横側壁を指す。プロセス・チャンバの支持デバイスに関するステージの向きは、例えば、プロセス・ツールの寸法およびプロセス・ツール内のプロセス・チャンバの配置によって異なる。例えば、測定具とステージが既存のプロセス・ツール内に配置されるようにステージを支持デバイスに対して直角をなすように配置することができる。このようにして、システムは、プロセス・チャンバの再構成を行うことなくプロセス・ツール内に配置することができる。
他の実施形態では、プロセス・ツールは、本明細書で説明しているように構成されたウェーハ・ハンドラを備えている。例えば、ウェーハ・ハンドラは、１プロセスの１工程の後にプロセス・チャンバから試料を取り出すようになっている。ウェーハ・ハンドラはさらに、１プロセスの１工程段階の前にプロセス・チャンバ内に試料を入れるようにも構成できる。この方法では、ウェーハ・ハンドラは、各工程段階の間に、試料を第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバに移動させるように構成されている。ステップ１９６に示されているように、試料をステージ上に配置する操作には、ウェーハ・ハンドラを使用してプロセス・ツールからステージに試料を移動させる操作も含まれる。さらに、この方法は、エネルギーを試料の表面に当てて、試料の表面から来るエネルギーを検出した後、プロセス・ツールに試料を移動させる操作を含むことができる。このようにして、この方法は、プロセスの工程段階の間に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。
他の実施形態では、システムのステージをプロセス・ツールのプロセス・チャンバ内に配置することができる。したがって、ステージは、本明細書で説明しているように支持デバイスとして機能するように構成され、工程段階で試料を支持することができる。この方法では、ステップ１９６に示されているように、試料をステージ上に配置する操作は、プロセス・ツールのプロセス・チャンバ内の支持デバイス上に試料を配置することも含む。この方法はさらに、工程段階で、試料の表面にエネルギーを向けて、試料の表面から来るエネルギーを検出することも含むことができる。この方法では、システムは、工程段階で所定の時間間隔により試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。一実施形態では、この方法はさらに、工程段階を特徴付けるシグネチャを取得することも含むことができる。シグネチャは、本明細書で説明しているように工程段階の終わりを表すことができる少なくとも１つの特異性を含むことができる。さらに、この方法は、インサイチュー制御手法を使用して、判別された特性のうち少なくとも１つに対してプロセス・ツールに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むことができる。
一実施形態では、ステージと測定具はプロセス・ツールのウェーハ・ハンドラに結合することができる。本明細書で説明しているウェーハ・ハンドラは、試料を支持し移動させるようになっている。このようにして、この方法はさらに、試料の移動中に、試料の表面にエネルギーを向けて、試料の表面から来るエネルギーを検出することも含むことができる。したがって、この方法はさらに、第１のプロセス・チャンバから試料を第２のプロセス・チャンバに移動させながら試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。このようにして、この方法は、プロセスの２つの工程段階の間に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。例えば、この方法は第１のプロセス・チャンバ内で試料を冷却する操作を含むことができる。さらに、この方法は第２のプロセス・チャンバ内で試料にレジストを塗布する操作を含むことができる。
他の一例としては、この方法は、塗布後焼き付け工程段階の後に第１のプロセス・チャンバ内で試料を冷却する操作を含むことができる。この方法はさらに、第２のプロセス・チャンバ内で試料を露光する操作を含むことができる。他の一例としては、この方法は、露光後焼き付け工程段階の後に第１のプロセス・チャンバ内で試料を冷却し、第２のプロセス・チャンバ内で試料を現像する操作を含むことができる。さらに、この方法は、第１のプロセス・チャンバ内で試料を現像し、第２のプロセス・チャンバ内で試料を焼き付ける操作を含むことができる。さらに、この方法は、第１のプロセス・チャンバ内で試料を現像し、第２のプロセス・チャンバ内でウェーハ・カセットに試料を受け入れる操作を含むことができる。このようにして、この方法は半導体製造プロセスの２つの工程段階の間に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。
他の実施形態では、測定具をプロセス・チャンバに結合し、試料をプロセス・チャンバに移動したりプロセス・チャンバから移動させる際に、測定具の下に試料を移動させるようにできる。このようにして、ステージはウェーハ・ハンドラを含むことができる。
一実施形態では、この方法は、試料の判別された特性と複数の試料の判別された特性とを比較する操作を含むことができる。例えば、この方法は、ウェーハ間制御手法を使用して半導体製造プロセスを監視し評価する操作を含むことができる。さらに、この方法は、試料上の第１の位置で判別された試料の特性と、試料上の第２の位置で判別された試料の特性とを比較する操作を含むことができる。したがって、この方法は、ウェーハ内制御手法を使用して半導体製造プロセスを監視し評価する操作を含むことができる。それとは別に、この方法はさらに、試料の判別された特性と各特性の所定の範囲とを比較する操作を含むこともできる。所定の範囲は、例えば、試料上のフィーチャに対する横寸法の許容可能の範囲または試料の表面上の欠陥の存在の許容など各特性の設計制約によって異なってよい。この方法はさらに、試料の判別された特性がその特性の所定の範囲を外れている場合に出力信号を発生する操作を含むことができる。この出力信号は、視覚的信号および／または可聴信号などさまざまな形態をとることができる。さらに、出力信号は、判別された特性のうちどれが所定の範囲を外れているか、また判別された特性が所定の範囲からどれだけ外れているかを示すようにもなっている。
他の実施形態では、この方法は、試料の少なくとも判別された第１または第２の特性に対して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含むことができる。例えば、この方法は、判別された特性に対して測定具のサンプリング周波数を高める操作を含むことができる。単一の試料上の位置の数を増やしてそれらの位置で少なくとも２つの特性を判別できるようにサンプリング周波数を高めることができる。それとは別に、ウェーハの１ロット内などの試料上の位置の数を増やしてそれらの位置で少なくとも２つの特性を判別できるようにサンプリング周波数を高めることができる。さらに、ロットの数を増やしてそれらのロットについて少なくとも２つの特性を判別できるようにサンプリング周波数を高めることができる。
一実施形態では、この方法は、フィードバック制御手法を使用して、試料の判別された特性のうち少なくとも１つに対して測定具に結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むことができる。例えば、試料の特性が所定の範囲を外れていると判断された場合、この方法では、測定具で追加試料の少なくとも２つの特性を判別する前に測定具のサンプリング周波数を高めることができる。追加試料については、所定の範囲を外れている少なくとも１つの特性を持つ試料と実質的に同じ工程段階またはプロセスがすでに行われているかもしれない。このようにして、この方法は、データが生成されるように試料の数を増やしてサンプリングする操作を含み、これを使用して、所定の範囲を外れている試料の特性が整然と生じているかまたは無作為に生じているかを判別することができる。
他の実施形態では、この方法は、フィードフォワード制御手法を使用して、試料の判別された特性のうち少なくとも１つに対して測定具に結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むことができる。例えば、この方法は、測定具を使用し、プロセスの第１の工程段階の後に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。またこの方法は、測定具を使用し、プロセスの第２の工程段階の後に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。第１の工程段階の後に判別された試料の特性のうちの１つが所定の範囲を外れている場合、第２の工程段階の後の少なくとも２つの特性を判別する前に測定具のサンプリング周波数を高めることができる。例えば、第２の工程段階には、試料を再処理するか、または第１の工程段階の後に判別された特性の少なくとも１つに対して変更されたプロセスの工程段階を実行する操作を含むことがある。例えば、第２の工程段階は、試料の特性を変更して特性が第２の工程段階の後に所定の範囲内に収まるように構成されている。このようにして、この方法を使用し、第２の工程段階により試料の特性が変更されたかどうかを判別することができる。
他の実施形態では、この方法はデータベースを生成する操作を含むことができる。データベースは、試料の少なくとも２つの判別された特性を含むことができる。この方法ではさらに、データベースを使用して測定具を較正する操作を含むことができる。例えば、データベースは、参照試料の少なくとも第１の特性と第２の特性を含むことができる。さらに、この方法は、測定具で参照試料の第１の特性および第２の特性を判別する操作を含むことができる。このようにして、この方法は、データベース内の参照試料の特性の少なくとも１つと測定具で判別した参照試料の特性の少なくとも１つとを比較することにより測定具を較正する操作を含むことができる。例えば、この方法は、参照試料の少なくとも１つの特性の比較から相関係数を求め、この相関係数を用いて追加試料の少なくとも第１および第２の特性を判別する操作を含むことができる。
他の実施形態では、この方法は、データベースを使用して測定具により生成された判別された特性を監視する操作を含むことができる。例えば、データベースは試料の少なくとも２つの特性を含む。この方法は、所定の時間間隔で試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含む。このようにして、この方法は、データベース内の試料の少なくとも２つの特性とさまざまな時間に判別した試料の少なくとも２つの特性とを比較する操作を含む。したがって、この方法は、測定具の性能が時間の経過とともに変化するかどうかを判別する操作を含むことができる。他の一例としては、この方法は、複数の試料の少なくとも２つの特性を含むデータベースを生成する操作を含むことができる。複数の試料の少なくとも２つの特性を判別するために測定具を使用できる。したがって、この方法は、このデータベースを使用して複数の試料の判別された特性のうち少なくとも１つを比較する操作を含むことができる。それとは別に、複数の試料の第１の特性と第２の特性を判別するために複数の測定具を使用できる。したがって、この方法はさらに、上述のようなデータベースを使用して複数の測定具を較正する操作を含むこともできる。さらに、この方法は、上述のように複数の測定具により生成された判別された特性を監視する操作をも含む。一実施形態では、この方法はさらに、試料の判別された特性のうち少なくとも１つに対して複数の測定具のそれぞれに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むこともできる。複数の測定具のそれぞれに結合された計測器のパラメータを変更することについては、本明細書で説明しているどの実施形態も含む。
他の実施形態では、この方法は、フィードバック制御手法を使用して試料の判別された特性の少なくとも１つに対して半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合された計測器のパラメータを変更する操作を含むことができる。例えば、この方法は、上述のような判別された特性に対してリソグラフィ・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含むことができる。さらに、この方法は、インサイチュー制御手法を使用して、試料の判別された特性のうち少なくとも１つに対して計測器のパラメータを変更する操作を含むことができる。例えば、この方法は、測定具により特異性が検出された頃に工程段階を終了する操作を含むことができる。
さらに、この方法は、フィードフォワード制御手法を使用して、判別された特性のうち少なくとも１つに対してプロセス・ツールに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むこともできる。例えば、この方法は、現像プロセス・チャンバ内の現像プロセスで試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含むことができる。さらに、この方法は、プロセス・チャンバ内の試料の後処理前に判別された特性の少なくとも１つ対してプロセス・チャンバに結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含むことができる。さらに、この方法は、試料の判別された特性のうち少なくとも１つに対して複数のプロセス・ツールのそれぞれに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含むことができる。複数のプロセス・ツールのそれぞれに結合されている計測器のパラメータを変更することについては、本明細書で説明しているどの実施形態も含む。
他の実施形態では、この方法は、プロセス・ツールに結合された計測器のパラメータを監視する操作を含むことができる。例えば、この方法は、リソグラフィ・ツールのレジスト塗布チャンバに結合された計測器のパラメータを監視する操作を含むことができる。このようにして、この方法は、レジスト塗布チャンバの電動チャックの回転速度、レジスト塗布チャンバの滴下システムの滴下時間、および／またはレジスト塗布チャンバの温度および湿度を監視する操作を含むことができる。さらに、この方法は、試料の判別された特性と計測器の監視されているパラメータとの関係を判別する操作を含むことができる。例えば、この方法は、試料上に形成されたレジストの表面の欠陥の有無とレジスト塗布チャンバの温度および／または湿度との関係を判別する操作を含むことができる。さらに、この方法は、その関係に対して計測器の監視されているパラメータを変更する操作を含むことができる。例えば、この方法は、判別された関係を用いてレジスト塗布チャンバに結合されている計測器のパラメータを変更し、試料の表面上の欠陥の有無の判別に対応してレジスト塗布チャンバの温度および湿度を変える操作を含むことができる。他の実施形態では、この方法は、試料の少なくとも１つの判別された特性に対して複数のプロセス・ツールのそれぞれに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含む。複数のプロセス・ツールのそれぞれに結合された計測器のパラメータを変更することは、本明細書で説明しているようなどの実施形態も含む。
他の実施形態では、検出されたエネルギーを処理する操作は、プロセッサを使用して試料の第１および第２の特性を判別する操作を含むことができる。このプロセッサを測定具に結合することができる。したがって、この方法は、検出されたエネルギーを表す信号をプロセッサに送信することになる。プロセッサは、上の実施形態で説明されているように構成することもできる。例えば、プロセッサはリモート・コントローラ・コンピュータに結合されたローカル・プロセッサを含む。ローカル・プロセッサは、上の実施形態で説明したように測定具に結合することができる。図２０は、試料の少なくとも２つの特性を判別する方法の一実施形態を示している。例えば、ステップ２０２に示されているように、この方法は、検出されたエネルギーを処理して、プロセッサを使用し、試料の第１の特性および第２の特性を判別する操作を含むことができる。ステップ２０６に示されているように、検出された光を処理する操作は、ローカル・プロセッサを使用して検出されたエネルギーを少なくとも一部処理することをも含む。この方法はさらに、ステップ２０８に示されているように、一部処理された検出済みエネルギーをローカル・プロセッサからリモート・コントローラ・コンピュータに送信することも含む。さらに、この方法は、ステップ２１０に示されているように、リモート・コントローラ・コンピュータを使用して、少なくとも一部が処理された検出済み光を処理する方法を含む。
一実施形態では、検出されたエネルギーを少なくとも一部処理する操作は、試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含む。したがって、検出されたエネルギーをさらに処理する操作は、試料の判別された特性を処理する操作を含む。例えば、判別された特性を処理する操作は、上の実施形態で説明したように、データベースを生成する操作を含む。さらに、判別された特性を処理する操作は、判別された特性の少なくとも１つおよび、試料の少なくとも１つの特性と計測器の変更されたパラメータを決定するためにプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータとの関係を使用することを含む。検出された光を少なくとも一部処理することや検出された光をさらに処理することには、本明細書で説明しているように、追加ステップを含むこともできる。
一実施形態はさらに、本明細書で説明しているようなステップのどれをも含む方法により製造できる半導体デバイスにも関係する。例えば、半導体デバイスを製造する方法の一実施形態は図１９に示されている。ステップ２０４に示されているように、この方法は、ウェーハなどの試料の上に半導体デバイスの一部を製造することを含む。半導体デバイスの一部を製造することには、半導体製造プロセスを使用して試料を処理する操作も含まれる。適切な半導体製造プロセスとしては、これらに限定されないが、リソグラフィ、エッチング、イオン注入、化学気相蒸着法、物理気相蒸着法、化学機械研磨、およびメッキがある。さらに、半導体デバイスの一部を製造することには、半導体製造プロセスの工程段階を使用して試料を処理する操作が含まれる。
一実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、さらに、ステップ１９６に示されているように、ステージの上の試料を処理することも含む。さらに、半導体デバイスを製造する方法は、ステップ１９８に示されているように、試料に形成された半導体デバイスの一部の表面にエネルギーを向ける操作を含む。この方法はさらに、ステップ２００に示されているように、試料上に形成された半導体デバイスの一部の表面から来るエネルギーを検出することも含む。さらにステップ２０２に示されているように、この方法は、検出された光を処理して、試料に形成された半導体デバイスの一部の少なくとも２つの特性を判別する操作を含む。さらに、半導体デバイスを製造する方法は、本明細書で説明しているようなあらゆるステップを含む。
図２１は、システムを制御して試料の少なくとも２つの特性を判別するコンピュータで実施される方法の一実施形態を示す。一実施形態では、このシステムは測定具を備えている。ステップ２１２に示されているように、この方法は、照明システムと検出システムを備えている測定具を制御する操作を含む。測定具をステージに結合する。この測定具は、本明細書で説明しているように構成されている。さらに、この方法は、ステップ２１４に示されているように、照明システムを制御して試料の表面にエネルギーを向ける操作も含む。この方法はさらに、ステップ２１６に示されているように、検出システムを制御して試料の表面から来るエネルギーを検出する操作を含む。さらに、この方法は、ステップ２１８に示されているように、検出されたエネルギーを処理して、試料の少なくとも第１の特性および第２の特性を判別することを含む。第１の特性には、試料の限界寸法を含めることができる。限界寸法としては、これらに限定されないが、試料の表面に形成されたフィーチャの横方向の寸法、高さ、および／または側壁角度がありうる。それとは別に、限界寸法としては、試料内に形成されたフィーチャの横方向の寸法、高さ、および／または側壁角度などがある。第２の特性には、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含めることができる。
一実施形態では、この方法は、試料を支持するように構成されるステージを制御する操作を含む。例えば、この方法では、ステージを制御することにより、ステージを横方向へ移動、回転移動、または横方向回転移動させることができる。照明システムがエネルギーを試料の表面に向けている間、また検出システムが試料の表面から来るエネルギーを検出している間、ステージを移動させるように制御することができる。
他の実施形態では、この方法は、検出されたエネルギーを処理して試料の第３の特性を判別する操作を含むこともできる。例えば、第３の特性は試料の表面上の欠陥の有無を含む。第３の特性にはさらに、試料の表面上の欠陥の個数、位置、および／または種類を含む。欠陥には、微小な欠陥、目立った欠陥、または微小かつ目立つ欠陥がある。一実施形態では、この方法は、照明システムを制御してエネルギーを試料の裏面に向ける操作をも含む。この方法はさらに、検出システムを制御して、試料の裏面から来るエネルギーを検出することも含む。したがって、試料の第３の特性はさらに、その試料の裏面にある欠陥の有無を含む。このような欠陥には、目立った欠陥が含まれる。さらに、第３の特性は試料の平坦さ測定結果をも含む。他の実施形態では、この方法は、検出された光を処理して試料の第３および第４の特性を判別する操作をも含む。この方法により、第３および第４の特性には、これらに限定されないが、試料の表面上の欠陥の有無、個数、位置、および／または種類および試料の平坦さ測定結果などがある。さらに、この方法は、特性のうち少なくとも２つを実質的に同時に判別する操作をも含む。この方法は、上述の４つの特性すべてを順次または実質的に同時に判別する操作をも含む。
一実施形態では、ステージと測定具を、本明細書で説明しているように、プロセス・ツールに結合することができる。例えば、ステージと測定具をリソグラフィ・ツールに結合することができる。この方法はさらに、プロセス・ツールのウェーハ・ハンドラを制御し、プロセス・ツールからステージへ試料を移動させる操作をも含む。ウェーハ・ハンドラは、本明細書で説明したようになっている。それとは別に、この方法は、ステージを制御し、試料をシステムからプロセス・ツールに移動させる操作を含む。他の実施形態では、この方法は、ステージを制御して第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバへ試料を移動させる操作をも含む。第１および第２のプロセス・チャンバは、本明細書で説明したように構成されている。このようにして、この方法は、ステージで試料を第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバに移動させている間に照明システムを制御し、エネルギーを試料の表面に向ける操作をも含む。さらに、この方法は、ステージで試料を第１のプロセス・チャンバから第２のプロセス・チャンバに移動させている間に検出システムを制御し試料の表面から来るエネルギーを検出する操作をも含む。したがって、この方法は、プロセスの２つの工程段階の間に試料の少なくとも２つの特性を判別する操作を含む。
他の実施形態では、この方法は、工程段階で試料の表面にエネルギーを向けるために照明システムを制御することを含む。さらに、この方法は、工程段階で試料の表面から来るエネルギーを検出するために検出システムを制御することをも含む。したがって、この方法は、工程段階で検出されたエネルギーを処理して所定の時間間隔により試料の少なくとも２つの特性を判別する操作をも含む。このようにして、この方法はさらに、システムを制御して工程段階を特徴付けるシグネチャを取得することも含む。シグネチャは、工程段階の終わりを表す可能性のある少なくとも１つの特異性を含む。さらに、この方法は、インサイチュー制御手法を使用して、システムを制御し判別された特性に対してプロセス・ツールに結合された測定器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、コンピュータで実施される方法には、本明細書で説明しているようなあらゆるステップを含む。
一実施形態では、コントローラをシステムに結合することができる。コントローラは、上記の実施形態によりソフトウエアを操作してシステムを制御するように構成されたコンピュータ・システムとすることができる。コンピュータ・システムは、システムを制御し、検出されたエネルギーを処理するためのコンピュータ・プログラムを格納するメモリ媒体を備えている。「メモリ媒体」という用語は、インストール媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭやフロッピー（登録商標）・ディスク、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＤＯ ＲＡＭ、Ｒａｍｂｕｓ ＲＡＭなどのコンピュータ・システム・メモリ、または磁気媒体などの不揮発性メモリ、例えばハードディスク・ドライブや光記憶装置を含むものとする。メモリ媒体には、他の種類のメモリも、あるいはそれらの組み合わせも使用できる。さらに、メモリ媒体は、プログラムが実行される第１のコンピュータ内に配置したり、第１のコンピュータにネットワーク経由で接続する第２の別のコンピュータ内に配置することもできる。後者の場合、第２のコンピュータは実行するプログラム命令を第１のコンピュータに送る。また、コンピュータ・システムは、パーソナル・コンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、ワークステーション、ネットワーク・アプライアンス、インターネット・アプライアンス、パーソナル・デジタル・アシスタント（「ＰＤＡ」）、テレビ・システム、またはその他のデバイスなどのさまざまな形態を取りうる。一般に、「コンピュータ・システム」という用語は、メモリ媒体から命令を読み込んで実行するプロセッサを備えるどんなデバイスも含む広い意味で定義される。
メモリ媒体は、試料の少なくとも２つの特性を判別するシステムのオペレーションのためのソフトウェア・プログラムを格納するようになっている。ソフトウェア・プログラムは、手続きベースの手法、コンポーネント・ベースの手法、および／またはとりわけオブジェクト指向の手法を含むさまざまな方法で実装することができる。例えば、ＡｃｔｉｖｅＸコントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、Ｊａｖａ（登録商標）Ｂｅａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｅｓ（「ＭＦＣ」）、またはその他の技術もしくは方法を望みに応じて使用してソフトウェア・プログラムを実装することができる。メモリ媒体からコードおよびデータを読み込んで実行するホストＣＰＵなどのＣＰＵは、上述の方法によりソフトウェア・プログラムを作成して実行する手段を備えている。
さまざまな実施形態はさらに、キャリア媒体に関する前述の説明により実装された命令および／またはデータを受信することまたは格納することを含む。適切なキャリア媒体には、磁気または光媒体などのメモリ媒体や記憶媒体、例えば、ディスクやＣＤ−ＲＯＭ、さらにネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される電気信号、電磁信号、またはデジタル信号などの信号が含まれる。
実施形態は、試料の欠陥の有無および試料の薄膜特性を含む、試料の特性の少なくとも二つを判別するように構成されているシステムに関係する。例えば、欠陥の有無は、本明細書で説明しているように、試料の表面または裏面に対して判別する。これらの欠陥はさらに、銅汚染および／またはレジスト汚染を含む、面の下の欠陥および／または試料の裏面の目立つ欠陥の有無も含む。さらに、薄膜特性は、銅などの薄膜の厚さを含む。システムは、本明細書で説明しているようになっている。さらに、このようなシステムのプロセッサは、測定具により検出されたエネルギーから試料の追加特性を判別するようにも構成されている。一実施形態では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、またはそれらの任意の組み合わせとして構成されている。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学素子はさらに第２の測定具の光学素子とすることもできる。このようなシステムは、本明細書で説明しているように、化学機械研磨ツール、堆積ツール、エッチング・ツール、湿式または乾式ストリッピング・ツールなどの洗浄ツール、または試料の高速熱加工（「ＲＴＰ」）を実行するように構成された加熱炉などのサーマル・ツールに結合することができる。洗浄ツールの例は、ＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／１７９０７および１９９８年４月１日〜３日間にＦｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｏｃｉｅｔｙの第２８回年次総会でイスラエルのＯｒａｍｉｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｔｄ．のＧｅｎｕｔらが発表した「Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ」で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
分光楕円偏光計は、入射偏光光線を試料に集中させ、広範な波長スペクトルにわたって試料から来るビームの少なくとも一部の偏光の変化を監視する機能を備えている。分光楕円偏光計の例は、Ｇｏｌｄらによる米国特許第５０４２９５１号、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第５４１２４７３号、Ｃｈｅｎらによる米国特許第５５８１３５０号、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第５５９６４０６号、Ｆａｎｔｏｎらによる米国特許第５５９６４１１号、Ｃａｒｔｅｒらによる米国特許第５７７１０９４号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５７９８８３７号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５８７７８５９号、Ｂａｒｅｋｅｔらによる米国特許第５８８９５９３号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５９００９３９号、Ｎｏｒｔｏｎによる米国特許第５９１７５９４号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５９７３７８７号、Ｌｅｅらによる米国特許第６１８４９８４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。分光楕円偏光計の他の例は、ＲｏｓｅｎｃｗａｉｇらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／０９２７０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
分光楕円偏光計として構成されている測定具は、検出システムに結合できる偏光器を備えている。試料から来るビームはこの偏光器を通る。偏光器を通過する前は、戻ってきたビームは楕円偏光である。偏光器を通過した後、ビームは直線偏光になる。その後、反射光が、検出システムに結合されている検光子を通過して、分散要素つまり分光計に入る。この分散要素は、波長の異なるビーム成分を分離するように構成されている。ビームの分離された成分は、検出器アレイの個々の要素により検出できる。偏光器は通常回転しており、検出器アレイの要素により時間とともに変化する強度を検出できる。
システムのプロセッサは、検出器アレイの各要素から検出された光に対応する信号を受信し、その信号を本明細書に説明されているように処理することができる。例えば、検出器アレイの各要素での光の強度は、当業で知られている数式により、偏光パラメータ、ΨおよびΔに変換することができる。偏光パラメータは、通常、ΨおよびｃｏｓΔで表すことができる。ｔａｎΨは、サンプルの反射率のｓおよびｐ成分の複素比の振幅であり、Δは、サンプルの反射率のｓおよびｐ成分の複素比の位相である。「ｓ成分」という用語は、電界が反射されたビームの入射平面内に垂直な偏光の成分を指す。「ｐ成分」という用語は、電界が反射されたビームの入射平面内にある偏光の成分を指す。非常に薄い膜については、ｔａｎΨは厚さに無関係であり、Δはその厚さに直線的に比例する。
システムのプロセッサに組み込まれたソフトウェアは、数学的又は光学的モデルを使用して、偏光パラメータΨおよびΔを試料の光学特性に変換するようになっている。通常、最小二乗近似法などのデータ近似計算を高速に実行するソフトウェア・パッケージが動作するパーソナル・コンピュータがこの用途にふさわしい可能性がある。ΨおよびΔを含む偏光パラメータは広い波長をスペクトルにわたり複数の角度で小さな増分値により決定できるため、数百のデータ点を計算に含めることができる。このような大量のデータを取り扱える分光楕円偏光計で使用するように構成されたソフトウェア・パッケージがいくつか市販されている。検出器アレイの各要素から検出された光に対応する信号を受信するために使用できるプロセッサは、反復データ近似計算を実行するのにも使用できる。このようなソフトウェア・パッケージの例を上の参照により含まれている分光楕円偏光計のオペレーティング・システムに組み込むことができるが、通常、それらは市販されている。
偏光データを分析するために使用できる光学モデルがいくつかある。このようなモデルの例として、これらに限定されないが、コーシー・モデル、調和振動子モデル、および多項式級数展開モデルなどがある。しかし、試料の特性、試料の望ましい光学特性、およびモデルに関わる計算の困難さを基に、適切なモデルを選択するとよい。例えば、コーシー・モデルは、比較的複雑でない数学的モデルである。しかし、コーシー・モデルは、試料に吸収作用がある波長では有効ではない。さらに、試料の複数の層の光学特性を、適切な光学モデルまたは光学モデルの組み合わせを使用することにより同時に決定することもできる。したがって、分光楕円偏光計を使用して試料を分析する場合、１つまたは複数の光学モデルが他のモデルに比べて分析に適している場合がある。
試料の層、試料の層の一部、または試料の複数の層に対する厚さ、屈折率、および減衰係数は、光学モデルを使用して偏光パラメータから求めることができる。屈折率「ｎ」は、光が媒体中を進むときの光の速度に関係するため、光の波長に依存する。減衰係数「ｋ」もまた、波長に依存し、媒体による光の吸収に関係する。減衰係数は、所定の波長に対する吸収係数を求める場合にも使用することもできる。偏光パラメータおよび材料の光学特性の詳細は、Ｆｏｒｏｕｈｉ，ｅｔ ａｌ．による米国特許出願第４９０５１７０号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
図２２は、化学機械研磨ツール２２２に結合されている試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されているシステムの一実施形態を示している。化学機械研磨（「ＣＭＰ」）は、通常、半導体業界において、試料上の層を一部除去または平坦化するために使用されている。化学機械研磨では、加える圧力を制御しながら回転する研磨プラテンに試料をあてがって保持かつ／または回転させることができる。化学機械研磨ツール２２２は、試料２２６を研磨プラテン２２８にあてがって保持するように構成された研磨ヘッド２２４を備えている。研磨ヘッド２２４は、多数のバネ２３０またはその他の適切な機械デバイスを備え、これらは調整可能な圧力を試料２２６の裏面に加えられるようになっている。研磨ヘッド２２４はさらに、研磨ヘッドの中心軸を中心に回転するように構成されている。さらに、研磨ヘッド２２４は、研磨プラテンに対して直線的に移動させるように構成することもできる。
研磨プラテン２２８は、さらに、研磨パッド２３２を備えている。研磨パッドは裏板を備えている。これで研磨パッド２３２が研磨プラテン２２８に確実に結合されるようになっている。研磨パッド２３２はさらに、試料２２６と接触し試料を研磨するようになっている上層を備えている。例えば、研磨パッド２３２の上層は、オープン・セル・フォーム・ポリウレタン材料または表面に溝がついているポリウレタン層を備えている。上層はさらに、試料２２６を一部除去または研磨するように構成された追加研磨材料または粒子を備えている。研磨プラテン２２８はさらに、研磨プラテンの中心軸を中心に回転するように構成することもできる。例えば、研磨プラテン２２８は第１の方向に回転し、研磨ヘッド２２４は第２の方向に回転するようになっている。第１の方向は、第２の方向とちょうど反対になるようにとることができる。
化学機械研磨ツール２２２はさらに、滴下システム２３４を備えている。滴下システムは、化学研磨スラリーなどの研磨薬剤を研磨パッド２３２に自動的に滴下するようになっている。化学研磨スラリーは、研磨粒子および少なくとも１つの化学薬品を含む。例えば、研磨粒子は溶融石英粒子、薬剤は水酸化カリウムとすることができる。それとは別に、研磨パッド２３２は化学研磨溶液に実質的に粒子が含まれないような十分な研磨性を持つものを用いる。研磨薬剤および研磨パッドの適切な組み合わせは、例えば、一部除去または平坦化される試料２２６の上層の組成およびトポグラフィおよび／または基層の組成およびトポグラフィにより異なる。
試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムは、化学機械研磨ツール２２２に結合された測定具２２０を備えている。測定具は、本明細書で説明した実施形態のいずれかにより構成されている。例えば、測定具２２０は、非結像暗視野デバイス、非結像明視野デバイス、非結像暗視野明視野デバイス、二重暗視野デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野撮像デバイス、暗視野明視野撮像デバイス、分光楕円偏光計、分光反射率計、二重ビーム分光光度計、およびビーム・プロフィル楕円偏光計とすることができる。さらに、測定具は、上記デバイスのいずれの組み合わせを備えている。したがって、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の光学素子はさらに第２の測定具の光学素子とすることもできる。
測定具が研磨プラテン２２８の外部デバイスとなるように測定具を化学機械研磨ツールに結合することができる。この方法で、測定具が化学機械研磨プロセスの動作、性能、または制御に干渉しないように測定具を化学機械研磨ツール２２２に結合することができる。例えば、研磨プラテン２２８および研磨パッド２３２を、光学的に実質的に透明な材料の小さなセクション２３６が研磨プラテンおよび研磨パッド内に配置されるように改造することができる。しかし、化学機械研磨ツールの構成により、透明材料セクション２３６の配置と寸法が決まる。
透明材料の小さなセクション２３６は、研磨プラテンの外部にある測定具２２０の光源から入射光線を研磨ヘッド２２４により適所に保持されている試料２２６の表面に送り、試料２２６の表面からの光を研磨プラテンの外部にある測定具２２０の検出器に送ることができる。光学的透明材料２３６は、測定具光源から出る光と試料２２６の表面からの光が研磨プラテンの透明セクションおよび研磨パッドを通過し、しかも、入射光線および戻ってくる光線の特性を変化させるという望ましくない効果を生じないような光学的または材料特性を持っている。
しかし、化学研磨スラリーなどの研磨薬剤は、試料から除去された研磨粒子、化学薬品、および材料を含み、これが光源から出る光および試料の表面からの光と干渉することがある。したがって、一実施形態では、透明材料のセクション２３６をセルフ・クリア対象として機能するように構成されている。セルフ・クリア対象は、光源から出た光を試料２２６の表面に送るように構成された光学コンポーネントを含む。セルフ・クリア対象はさらに、セルフ・クリア対象と試料の間に実質的に透明な流体を流すように構成することもできる。流れている流体は、試料から除去された研磨粒子、化学薬品、および材料を除去し、光の光学的特性を変える望ましくない効果を生じることなく光が測定具から試料に伝達され、また試料から測定具の検出器に伝達されるようになっている。セルフ・クリア対象の例は、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許出願第０９／３９６１４３号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ｃｌｅａｒｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」およびＮｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許出願第０９／５５６２３８号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｋｉｌｌｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ Ｄｕｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ」で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。この方法では、測定具は、プロセス・チャンバ内に配置されたステージ（つまり、研磨プラテン２２８）に結合され、試料を支持するように構成されている。
化学機械研磨システムおよび方法の例は、Ｓａｎｄｈｕらによる米国特許第５７３０６４２号、Ｈｏｌｚａｐｆｅｌらによる米国特許第５８７２６３３号、Ｂｉｒａｎｇらによる米国特許第５９６４６４３号、Ｂａｎらによる米国特許第６０１２９６６号、Ｄｖｉｒらによる米国特許第６０４５４３３号、Ｗｉｓｗｅｓｓｅｒらによる米国特許第６１５９０７３号、Ｒｅｄｅｋｅｒらによる米国特許第６１７９７０９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。化学機械研磨システムおよび方法の他の例は、ＷｉｓｗｅｓｓｅｒによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／２３４４９、ＣａｍｐｂｅｌｌらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／００８７３、ＣａｍｐｂｅｌｌらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／００８７４、ＦｉｓｈｋｉｎらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／１８５４３、ＷｉｓｗｅｓｓｅｒらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／２６６０９、およびＷｉｓｗｅｓｓｅｒらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／２６６１３、およびＢｉｒａｎｇらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０２２ ０９３ Ａ２およびＺｕｎｉｇａらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０６６ ９２５ Ａ２に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。電気メッキ、化学機械研磨、洗浄・乾燥ステーションを含む統合製造ツールの他の例は、ＳａｓｓｏｎらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／２５００４に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
実施形態は、試料の欠陥の有無および試料の限界寸法を含む、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されているシステムに関係する。このシステムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合され、欠陥の少なくとも有無を判別し、測定具の１つまたは複数の出力信号から試料の限界寸法を判別するように構成されたプロセスを備えている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。このようなシステムは、リソグラフィ・ツール、エッチング・ツール、堆積ツール、またはメッキ・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。
一実施形態では、本明細書で説明しているように、試料の欠陥の少なくとも有無を判別し、また試料の限界寸法を判別するように構成されているシステムをエッチング・ツールに結合することができる。欠陥の有無は、試料の裏面の欠陥の有無を含む。さらに、システムは、試料の欠陥の個数、位置、および／または種類を判別するように構成されている。このシステムは、エッチング・プロセスまたはエッチング・プロセスのステップの前および後に試料の欠陥の少なくとも有無および試料の限界寸法を判別できるようにエッチング・ツールに結合できる。本明細書で説明しているように、判別された特性の少なくとも１つを使用して、プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。例えば、試料の判別された限界寸法を使用すると、フィードフォワード制御手法またはフィードバック制御手法を使用してリソグラフィ・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。さらに、試料の欠陥の有無の判別を使用すると、フィードフォワード制御手法またはフィードバック制御手法を使用してリソグラフィ・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。
一実施形態では、システムは、試料の限界寸法および試料の薄膜特性を含む、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも限界寸法と薄膜特性を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、光音響デバイス、グレージングＸ線反射率計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。このようなシステムは、本明細書で説明しているように、リソグラフィ・ツール、エッチング・ツール、堆積ツール、またはメッキ・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。
さらに、試料の少なくとも限界寸法および薄膜特性を判別するように構成されたシステムは、化学研磨ツールに結合することができる。例えば、プロセッサは、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、または分光スキャタロメータから出た１つまたは複数の出力信号から試料上のフィーチャの限界寸法を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、光音響デバイス、および／またはグレージングＸ線反射率計から出される１つまたは複数の出力信号から試料上の層の厚さを判別するように構成されている。例えば、楕円偏光計または分光楕円偏光計は、厚さが比較的薄く、また透明層は比較的厚い金属および半金属層の厚さに対応する１つまたは複数の出力信号を発生するように構成されている。光音響デバイスは、比較的薄い金属層の厚さに対応する１つまたは複数の出力信号を発生するように構成することができ、グレージングＸ線反射率計は、比較的厚いまた比較的薄い層に対応する１つまたは複数の出力信号を発生するように構成されている。この方法により、本明細書で説明しているように、システムは、さまざまな厚さおよび材質の層の厚さを判別することができる。
システムは、本明細書で説明されているいずれかの実施形態の化学機械研磨ツールに結合されている。例えば、測定具は、システムが研磨パッド上に配置された試料の少なくとも２つの特性を判別できるように化学機械研磨ツールの研磨パッドに結合することができる。それとは別に、測定具は、システムが研磨パッド上に配置されるまたはそこから除去される試料の少なくとも２つの特性を判別できるように化学機械研磨ツールに結合することができる。例えば、ロボット・ウェーハ・ハンドラが測定具の下または上を移動するように、化学機械研磨ツールに測定具を結合することができる。他の実施形態では、化学機械研磨ツールのロボット・ウェーハ・ハンドラに測定具を結合することができる。この方法では、システムは、ロボット・ウェーハ・ハンドラが試料を移動しているときに試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。
他の実施形態では、測定具を、化学機械研磨ツールの出口チャンバの近くに横または垂直に結合し配置することができる。化学機械研磨ツールの出口チャンバは、化学機械研磨プロセスの後に試料を受け取るように構成された水槽を備えている。水槽を使用して、化学機械研磨プロセスの後に試料に残留している化学薬品、スラリー粒子、および／または試料粒子を除去することができる。この方法では、システムは、試料が出口チャンバ内に配置されているか、または出口チャンバ内を移動しているときに試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。
他の実施形態では、測定具は、図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置することができる。測定チャンバは、図１７に示されているように、化学機械研磨ツールに結合できる。例えば、測定チャンバは、化学機械研磨ツールの１つまたは複数の研磨チャンバの近くに横または垂直に配置することができる。さらに、測定チャンバは、化学機械研磨ツールの装填チャンバの近くに横または垂直に配置することができる。化学機械研磨ツールの装填チャンバは、化学機械研磨ツール内で処理されるウェーハのカセットなどの複数の試料を支持するように構成されている。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、処理前に装填チャンバから試料を取り出し、処理済みの試料を装填チャンバ内に配置するように構成されている。さらに、測定チャンバは、システムのために十分なスペースが確保されている化学機械研磨ツールに近いどこかの場所やロボット・ウェーハ・ハンドラが研磨パッドとシステムの間で試料を移動できるように収まるどこかの場所など化学機械研磨ツールに近い他の場所に配置することができる。
他の実施形態では、システムは、試料の限界寸法、試料の欠陥の有無、および試料の薄膜特性を含む、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されている。これらの欠陥はさらに、これらの限定されないが、銅汚染および／またはレジスト汚染を含む、面の下の欠陥および／または試料の裏面の目立つ欠陥の有無なども含む。さらに、薄膜特性は、銅などの膜の厚さを含む。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは、測定具に結合され、少なくとも限界寸法、欠陥の有無、および測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の薄膜特性を判別するように構成されたプロセッサを備えている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。このようなシステムは、本明細書で説明しているように、リソグラフィ・ツール、エッチング・ツール、堆積ツール、またはメッキ・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。
一実施形態では、システムは、試料上の目立つ欠陥の有無および試料上の微小欠陥の有無を含む、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料上の少なくとも目立つ欠陥の有無および微小欠陥の有無を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。例えば、電子ビーム・デバイス、Ｘ線反射率計、またはＸ線蛍光デバイスなどの測定具により発生した１つまたは複数の出力信号から空隙などの表面下の欠陥の有無を判別するように、プロセッサを構成している。このような空隙は、特に、銅構造では、空隙にメッキ溶液などの化学薬品が入り込むと金属が腐食し、不具合を生じることがある。さらに、Ｘ線反射率計および／またはＸ線蛍光デバイスなどの測定具により発生した１つまたは複数の出力信号から試料上の銅などの金属層の厚さを判別するようにプロセッサを構成している。
さらに、プロセッサは、光学蛍光デバイスなどの測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の裏面の目立つ欠陥の有無を判別するように構成されている。目立つ欠陥には、銅汚染および／またはレジスト汚染などがある。光学蛍光デバイスは、光線が試料の表面に向かい試料の蛍光を誘起するように構成されている。指向性光線の波長は、約３６４ｎｍである。しかし、指向性光線の波長は、例えば、欠陥となりうる材料によって異なることがある。光学蛍光デバイスはさらに、試料の蛍光を検出し、検出された蛍光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成されている。プロセッサは、例えば、試料上の複数の位置の検出された蛍光を比較することにより目立つ欠陥の有無を判別するように構成されている。
一実施形態では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、走査型電子顕微鏡またはトンネル電子顕微鏡などの電子ビーム・デバイス、Ｘ線反射率計、Ｘ線蛍光デバイス、光学蛍光デバイス、渦電流撮像デバイス、および比較的大きなスポットの電子ビーム・デバイス、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。例えば、適切な組み合わせとして、渦電流撮像デバイスと比較的大きなスポットの電子ビーム・デバイスを含む。渦電流撮像デバイスは１つまたは複数の出力信号を発生し、この信号を試料の表面上の目立つ欠陥の有無に対する定性的暴走モニタとして使用することができる。渦電流撮像デバイスは、本明細書で説明しているように構成されている。走査型電子顕微鏡などの大きなスポットの電子ビーム・デバイスは、分解能が比較的低く、またデータ転送速度も比較的遅い。このような電子ビーム・デバイスにより発生する１つまたは複数の出力信号は、試料の表面上の目立つ欠陥などの欠陥の有無により異なることがある電圧コントラストを含む。電子ビーム・デバイスの例は、２００１年６月１５日出願のＪｏｈｎ Ａ．Ｎｏｔｔｅ ＩＶによる「Ｓｅｃｔｏｒｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｅｎｓ」という表題の米国特許出願に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
このようなシステムを、説明しているように、プロセス・ツールに結合することができる。例えば、このシステムは、説明しているようにリソグラフィ・ツールまたはエッチング・ツールに結合できる。
一実施形態では、システムは、試料の少なくとも１つの表面上の目立つ欠陥の有無および試料のオーハーレイ・ミスレジストレーションを含む、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。判別される特性はさらに、試料の少なくとも１つの表面上に存在する目立つ欠陥の個数、位置、および種類も含む。試料の少なくとも１つの表面は、試料の裏面および／または表面を含む。このシステムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも目立つ欠陥の有無およびオーハーレイ・ミスレジストレーションを判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料上のフィーチャの限界寸法などの他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では測定具は、スキャタロメータ、非結像スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。
このようなシステムは、本明細書で説明しているように、プロセス・ツールにのいずれにも結合できる。例えば、このシステムを、リソグラフィ・ツール、エッチング・ツール、および堆積ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。本明細書に説明されている実施形態のいずれかのように、システムをプロセス・ツールに結合することができる。例えば、システムがプロセス・チャンバ内に配置された試料の少なくとも２つの特性を判別するように、測定具をプロセス・ツールのプロセス・チャンバに結合することができる。それとは別に、システムがプロセス・チャンバ内に配置されるまたはそこから除去される試料の少なくとも２つの特性を判別するように、プロセス・ツールのプロセス・チャンバに測定具を結合することができる。例えば、ロボット・ウェーハ・ハンドラが測定具の下または上を移動するように、測定具をプロセス・チャンバに結合することができる。他の実施形態では、測定具をプロセス・ツールのロボット・ウェーハ・ハンドラに結合することができる。この方法では、システムは、ロボット・ウェーハ・ハンドラが試料を移動しているときに試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。
他の実施形態では、測定具は、図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置することができる。測定チャンバは、図１７に示されているように、プロセス・ツールに結合できる。例えば、測定チャンバを、プロセス・ツールの１つまたは複数のプロセス・チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。例えば、堆積ツールは、実質的に類似のプロセスまたは異なるプロセスを実行するようにそれぞれ構成されているプロセス・チャンバのクラスタを備えている。さらに、測定チャンバを、プロセス・ツールの装填チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。堆積ツールの装填チャンバは、プロセス・ツール内で処理されるウェーハのカセットなどの複数の試料を支持するように構成されている。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、処理前に装填チャンバから試料を取り出し、処理済みの試料を装填チャンバ内に配置するように構成されている。さらに、測定チャンバを、システムのために十分なスペースが確保されているプロセス・ツールに近いどこかの場所やロボット・ウェーハ・ハンドラがプロセス・チャンバとシステムの間で試料を移動できるように収まるどこかの場所などプロセス・ツールに近い他の場所に配置してもよい。
さらに、プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してシステムにより判別された特性に対応して変更することができる。例えば、エッチング・プロセス、堆積プロセス、および／または化学機械プロセスの実行前、実行中、および／または実行後、システムによって判別された試料の裏面の目立つ欠陥の有無など表面上の目立つ欠陥の有無を使用し、フィードフォワード制御手法によりリソグラフィ・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。この例では、試料の裏面の目立つ欠陥の有無の判別を用いて、リソグラフィ・プロセスの実行中に試料を露光するときに露光ツールの線量および焦点条件を変更することができる。他の例では、エッチング・プロセスおよび／または堆積プロセスの実行前、実行中、および／または実行後、システムによって判別された試料のオーハーレイ・ミスレジストレーションを使用し、フィードフォワード制御手法によりリソグラフィ・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。この例では、判別されたオーハーレイ・ミスレジストレーションを用いて、リソグラフィ・プロセスで試料を露光するときの露光ツール内のレチクルの横方向の位置揃えを変更することができる。
堆積ツールは、後述のように化学気相蒸着法または物理気相蒸着法に合わせて構成されている。物理気相蒸着法は、ウェーハなどの試料上に導体材料の層を形成するために半導体業界でふつうに使用している方法である。物理気相蒸着ツールは、アルゴン・イオンを発生する真空プロセス・チャンバを備えている。さらに、支持デバイスは、プロセス・チャンバ内に配置できる。支持デバイスは、物理気相蒸着プロセス中試料を支持するように構成されている。さらに、円状金属ターゲットは、支持デバイスの上に配置できる。物理気相蒸着ツールはさらに、支持デバイスと金属ターゲットとの間に挿入される輪状金属コイルを備えている。輪状金属コイルは、金属ターゲットと同じ材質でよい。物理気相蒸着ツールはさらに、金属ターゲット、金属コイル、および支持デバイスに電圧を供給するように構成された電圧コントローラを備えている。この電圧コントローラを、金属ターゲットと支持デバイスの間、また支持デバイスと金属コイルの間に低圧バイアスを発生させるように構成することもできる。電圧バイアスがかかると、アルゴン・イオンが金属ターゲットに衝突して、金属コイルが金属原子を放出し、これにより、支持デバイス上の試料の表面にスパッタリングが行われる。物理気相蒸着システムの例は、Ｎｕｌｍａｎによる米国特許第５７５４２９７号、Ｍａｓｔｅｒｓｏｎによる米国特許出願第５９３５３９７号、Ｍｏｓｌｅｈｉらによる米国特許第６０３９８４８号、Ｄｒｅｗｅｒｙらによる米国特許第６０８０２８７号、およびＣｈｅｎらによる米国特許第６０９９７０５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
本明細書で説明するシステムを物理気相蒸着ツールに結合できる。例えば、このシステムを測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバはそれぞれ、本明細書で説明しているように構成されている。測定チャンバは、物理気相蒸着ツールのプロセス・チャンバの近くに配置してもよい。それとは別に、システムを物理気相蒸着ツールのプロセス・チャンバに結合させることもできる。このような方法で、システムを物理気相蒸着ツールに組み込むことができる。したがって、システムは、物理気相蒸着プロセスの実行前、実行中、または実行後に、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。システムとプロセス・チャンバのこのような配置は、例えば、図１７および１８を参照しながら説明されており、これはこれらの図に示されている。図１７および１８に示されているようなプロセス・チャンバ１８０および１８８は、プロセス・チャンバが物理気相蒸着プロセスに合わせて構成されるように、図とは異なる形で構成されてもよい。例えば、プロセス・チャンバ１８０は、滴下システム１８６を備えず、その代わりに、上で説明したようにさまざまなデバイスおよびコンポーネントを備えている。さらに、システムは、物理気相蒸着ツールのウェーハ・ハンドラに結合することができる。したがって、このシステムは、試料がプロセス・チャンバ内に入るときまたは物理気相蒸着ツールのプロセス・チャンバから出るときに試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。
メッキ法は、ウェーハなどの試料上に金属の層を形成するために半導体業界でふつうに使用されている。メッキ・ツールは、メッキ・タンクなどのプロセス・チャンバを備えている。複数の支持デバイスをメッキ・タンク内に配置できる。支持デバイスはそれぞれ、メッキ・プロセスで試料を支えるように構成されている。メッキ・ツールはさらに、試料の上面に配置され接触している陰極も備えている。さらに、メッキ・ツールは、試料の下に配置された陽極を備えている。メッキ溶液が、入り口からメッキ・タンク内に流れ込み、上に向かって排出され試料の表面に載る。さらに、メッキ・ツールは、メッキ・プロセスでメッキ溶液を加熱するように構成されたヒーターを備えている。メッキ溶液の温度を制御することは、金属層を形成する際に、層の構造の変化、硬化、および／またはメッキ焼けなどの欠陥を防ぐために重要である。さらに、試料上に形成された金属層の特性は、メッキ溶液の他の特性によっても異なることがある。例えば、メッキされた金属の層の特性は、メッキ溶液内の金属イオン濃度、メッキ溶液のｐＨレベル、およびメッキ溶液の比重によって異なることがある。試料をメッキするシステムおよび方法の例は、Ｋａｔｏｕによる米国特許出願第５，３４４，４９１号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
本明細書で説明されているように、システムをメッキ・ツールに結合することができる。例えば、このシステムを測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバはそれぞれ、本明細書で説明しているように構成されている。測定チャンバは、メッキ・ツールのプロセス・チャンバの近くに配置してもよい。それとは別に、このシステムは、メッキ・ツールのプロセス・チャンバに結合することができる。したがって、システムは、メッキ・プロセスの実行前、実行中、または実行後に、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。システムとプロセス・チャンバのこのような配置は、例えば、図１７および１８を参照しながら説明されており、これはこれらの図に示されている。図１７および１８に示されているプロセス・チャンバ１８０および１８８は、プロセス・チャンバが物理気相蒸着プロセスに合わせて構成されるように図とは異なる形で構成されていてもよい。例えば、プロセス・チャンバ１８０は、滴下システム１８６を備えず、その代わりに、上で説明したようにさまざまなデバイスおよびコンポーネントを備えている。さらに、システムは、本明細書で説明しているように、メッキ・ツールのウェーハ・ハンドラに結合することができる。したがって、システムは、試料がメッキ・ツールのプロセス・チャンバ内に配置されるときまたは取り出されるときに試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。
実施形態は、少なくとも試料の平坦さ測定、試料の欠陥の有無、および試料の薄膜特性を判別するように構成されたシステムに関係する。これらの欠陥は、これらに限定されないが、銅汚染および／またはレジスト汚染を含む、面の欠陥および／または試料の裏面の目立つ欠陥の有無なども含む。さらに、薄膜特性は、銅などの薄膜の厚さを含む。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から少なくとも試料の平坦さ測定、試料の欠陥の有無、および試料の薄膜特性を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、二重暗視野デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、干渉計、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。
このようなシステムを上述のように、化学機械研磨ツールに結合することができる。このようにして、システムは、化学機械研磨プロセスの実行前、実行中、または実行後に、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されている。それとは別に、このようなシステムを測定チャンバ内に配置し、本明細書で説明しているように構成させてもよい。測定チャンバは、化学機械研磨ツールの近くに配置してもよい。したがって、このようなシステムは、化学機械研磨プロセスの実行前または実行後に、試料の少なくとも３つの特性を判別するように構成されている。したがって、試料の平坦さ測定に、化学機械研磨プロセスによる応力で生じる試料の湾曲の測定を含めることができる。さらに、このプロセッサは、フィードフォワード制御手法用いて平坦さ測定結果に対して化学機械研磨ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するようにも構成されている。例えば、このプロセッサは、フィードフォワード制御手法用いて平坦さ測定結果に対して化学機械研磨ツールに結合されている研磨ヘッドの圧力を変更するように構成されている。さらに、研磨ヘッドは、研磨ヘッドにかかる圧力がゾーン毎に異なるように構成されている。したがって、研磨ヘッドの圧力を変更することには、研磨ヘッドの１つまたは複数のゾーンの圧力の変更を含めることができる。このようにして、本明細書で説明しているシステムを使用することで、化学機械研磨の後に試料の上面の平面性を高めることができる。
それとは別に、このようなシステムを加熱炉または高速熱焼鈍炉などのサーマル・ツールに結合することができる。したがって、試料の平坦さ測定は、熱加工による応力で生じる試料の湾曲の測定を含む。さらに、このようなシステムは、本明細書で説明しているように、エッチング・ツール、リソグラフィ・ツール、またはウェーハ製造ツールに結合することもできる。
一実施形態では、システムは、少なくとも試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションおよび試料の平坦さ測定結果を判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは測定具に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から少なくとも試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションおよび試料の平坦さ測定結果を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では測定具は、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、分光楕円偏光計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、干渉計、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。このシステムは、さらに、少なくとも試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションおよび試料の平坦さ測定結果を順次または実質的に同時に判別するように構成されている。例えば、本明細書で説明しているように、システムをリソグラフィ・ツールに結合することができる。さらに、システムは、リソグラフィ・プロセスの露光段階の前に、試料の少なくとも平坦さ測定結果を判別するように構成されている。システムは、さらに、露光段階の前に試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように構成することもできる。
本明細書で説明しているように、システムは、少なくとも試料のイオン注入領域の特性および試料の欠陥の有無を判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、このシステムは、測定具により発生した１つまたは複数の出力信号から少なくとも試料のイオン注入領域の特性および試料の欠陥の有無を判別するように構成されたプロセスを備えている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具は、変調光学反射率計、Ｘ線反射率デバイス、渦電流デバイス、光音響デバイス、分光楕円偏光計、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、明視野非結像デバイス、暗視野非結像デバイス、明視野暗視野非結像デバイス、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、二重ビーム分光光度計、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。
イオン注入プロセスでは、通常、イオンのビームを発生し、それらのイオンの少なくとも一部を半導体基板に送り込む。イオンを半導体基板に注入することにより、半導体基板の電気的特性が変化することがある。イオン注入された半導体基板の電気的特性は、半導体基板に注入されたイオンの濃度によって異なることがある。イオン注入された半導体基板の電気的特性はさらに、半導体基板のイオン注入部分の深さと、厚さの関数として注入されたイオンの分布に応じて変わることがある。半導体基板のイオン注入された領域のこのような特性は、これらに限定されないが、イオン種、注入エネルギー、注入線量、および半導体基板の上に形成されたマスキング材料などのさまざまな要因により変わることがある。
いくつかの実施形態では、マスキング材料の上側部分、真ん中部分、または下側部分の光学的特性を使用して、注入されたイオンの深さなどのマスキング材料内の注入されたイオンの特性または注入エネルギーなどの注入プロセスの特性を判別することができる。例えば、イオン注入プロセスで、イオンをマスキング材料の中に打ち込む。イオンをマスキング材料の中に注入すると、マスキング材料の上面に物理的損傷が生じ、マスキング材料に打ち込まれたイオンがマスキング材料の真ん中部分に留まることがある。イオンの注入でマスキング材料の上側部分に損傷が生じる際の深さは、イオンのエネルギーの関数として表すことができる。イオンがマスキング材料の中に打ち込まれる深さも、イオンのエネルギーの関数として表すことができる。例えば、高エネルギーの注入プロセスでは、マスキング材料の上側部分の損傷が大きくなり、イオンは低エネルギーのイオン注入プロセスに比べてより深くマスキング材料の中に打ち込まれる。したがって、マスキング材料の上側部分および真ん中部分の深さは、イオン注入プロセスの注入エネルギーに関連する。マスキング材料の上側および真ん中部分の深さはさらに、注入されるイオン種または注入線量などのイオン注入の他のプロセス条件にも関係する。さらに、マスキング材料の下側部分の測定された厚さも、イオン注入エネルギーによって異なることがある。上側部分、真ん中部分、および下側部分の厚さは、マスキング材料の光学特性を測定することにより判別することができる。したがって、イオンをマスキング材料またはイオン注入プロセスで生じる注入済みマスキング材料に注入することはマスキング材料の測定された光学特性の関数として判別できる。
他の実施形態では、イオン注入されたマスキング材料は単一の実質的に同質な層として分析することができる。したがって、注入済みマスキング材料のほぼ全体の光学特性も測定できる。注入済みマスキング材料全体は、上述のように、注入済みマスキング材料の上側部分、真ん中部分、および下側部分を含む。したがって、上側部分、真ん中部分、および下側部分の個々の光学特性は、注入済みマスキング材料全体の光学特性の測定に実際に含めることができる。例えば、注入済みマスキング層全体の光学特性は、個々の層の加えたまたは平均した光学特性を含む。単一層として測定されたマスキング材料の光学特性を使用して、イオン注入条件を決定することができる。一例としては、マスキング材料の厚さのほぼ全体の光学特性をイオン注入の前のマスキング材料の厚さのほぼ全体の光学特性と比較することができる。したがって、光学特性の比較から、イオン注入後のマスキング材料の光学特性の変化がわかる。マスキング材料の光学特性の変化は、注入プロセスの後マスキング材料の中注入済みイオンが存在していることに帰因すると考えられる。さらに、注入済みマスキング材料のほぼ全体の光学特性もまた、知られている条件を使用して注入されたマスキング材料のほぼ全体の光学特性と比較することができる。このようにして、２つの注入済みマスキング材料の光学特性を比較することによりイオン注入プロセスが時間の経過とともにまたは複数の半導体基板にわたってドリフトするかどうかが分かる。
一実施形態では、マスキング材料の光学特性は、マスキング材料の厚さ、マスキング材料の一部の厚さ、屈折率、または減衰係数などである。マスキング材料の光学特性を測定するのに、分光偏光解析法または分光反射法などの広帯域放射手法を使用することができる。また、マスキング材料の厚さは、二重ビーム分光測光法などの他の光学的手法を使用して別に測定することができる。二重ビーム分光測光法およびシステムの例は、Ａｓｉｍｏｐｏｕｌｏｓによる米国特許第５６５２６５４号、Ｃａｒｖｅｒによる米国特許第５６９９１５６号、およびＣａｒｖｅｒによる米国特許第５９５９８１２号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。さらに、マスキング材料のいくつかの光学特性は同時に測定することができる。例えば、注入済みマスキング材料の上側部分、真ん中部分、および下側部分の厚さを同時に測定できる。さらに、注入済みマスキング材料または注入済みマスキング材料の一部に対する屈折率および減衰係数も同時に測定できる。測定する光学特性の数に応じて、イオン注入プロセスおよび／または注入済みマスキング材料のいくつかの特性を同時に判別することもできる。イオン注入プロセスの特性としては、これに限定されないが注入線量、注入エネルギー、および注入イオン種などがある。注入済みマスキング材料の特性には、マスキング材料に注入されたイオンの濃度およびマスキング材料に注入されたイオンの存在などがありうる。
一実施形態では、注入済みマスキング材料の測定された光学特性もまた、半導体基板のイオン注入部分の特性を判別するために使用することができる。半導体基板の注入部分は、マスキング材料にイオンを注入する際に、またはその後のイオン注入プロセスで形成することができる。半導体基板の注入部分の特性には、注入部分の深さ、注入済み部分の中のイオンの濃度、および注入部分の厚さの関数として表される注入イオンの分布などがある。このような特性は、マスキング材料の測定された光学特性の関数として表される。この関数により、注入済みマスキング材料の光学特性と半導体基板上のイオンの注入との関係を記述することができる。この関数は、マスキング材料および半導体基板の一部にイオンを同時に注入することにより実験的に求めることができる。そうしてから注入済みマスキング層の光学特性および半導体基板の注入済み部分の電気的特性を測定することができる。イオン注入された半導体基板の電気的特性はさらに、イオン注入部分の深さまたは半導体基板の厚さの関数として表される注入イオンの分布など半導体基板へのイオンの注入の特性に関連付けられる。このようにして多数のウェーハを処理し、測定することにより、一連のデータを生成し、これらのデータを使用して、注入済みマスキング材料の光学特性と半導体基板内の注入済みイオンの特性との関数関係を求めることができる。
それとは別に、この関数関係には、マスキング材料内の注入と半導体基板内への注入との関係を記述する数学的または理論的モデルを含めることができる。例えば、数学的または理論的モデルを使用することにより、注入済みマスキング材料の光学特性から判別されるマスキング材料の注入済み領域の注入エネルギー、注入線量、または深さを用いて半導体基板の注入済み部分の深さを判別することができる。分光偏光解析法および分光反射法を使用してイオン注入を監視する方法の例は、Ｓｔｒｏｃｃｈｉａ−Ｒｉｖｅｒａによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔｓ ｂｙ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ Ｍａｓｋｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ」という表題の２０００年５月１２日に出願された米国特許出願第０９／５７０１３５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
イオン注入プロセスの光学的評価には、イオンの注入プロセスを評価する現在の方法に比べていくつかの利点などがある。例えば、光学的手法では非破壊検査を行うことができ、半導体基板の加工または製造された半導体デバイスの性能に干渉することはあり得ない。さらに、マスキング材料の光学的評価には、マスキング材料が形成される半導体基板の焼きなましなどの追加処理が不要になる。したがって、広帯域放射手法などの光学的手法を使用したイオン注入プロセスの評価は、イオン注入プロセスで実行することができる。
一実施形態では、本明細書で説明されているように、イオン注入プロセスを評価するように構成されたシステムをイオン注入器に結合することができる。このシステムは、本明細書で説明しているように、測定具を備えている。測定具は、例えば図１７に示されているように、イオン注入器のプロセス・チャンバに結合することができる。測定具がイオン注入器の外部になるように測定具をイオン注入器に結合することができる。このようにして、イオン注入器内の化学的および物理的条件に測定具のコンポーネントを晒す機会を低減し、さらには排除することさえできる。さらに、このデバイスは、測定具がイオン注入プロセスの動作、性能、または制御に干渉しないように測定具をイオン注入器に結合することができる。
測定具は、広帯域放射の入射ビームをイオン注入器内の試料に集中させるようにも構成されている。測定具はさらに、試料から戻ってきた広帯域放射光ビームの少なくとも一部を検出するように構成されている。例えば、イオン注入器のプロセス・チャンバはプロセス・チャンバの壁内に配置された実質的に光学的に透明な材料からなる小さなセクションを備えている。この透明材料の小さなセクションは、プロセス・チャンバの外部にある照明システムからプロセス・チャンバ内の試料に、また試料からプロセス・チャンバの外部にある検出システムに広帯域放射光の入射および反射ビームを送るように構成されている。光学的透明材料は、入射および反射ビームの光学特性を変化させるという望ましくない効果を引き起こすことなく入射および反射光線を送るように構成されている。しかし、測定具をイオン注入器に結合する適切な方法は、例えば、イオン注入器の構成により異なることがある。例えば、プロセス・チャンバの壁内に配置されている透明材料セクションの配置および寸法は、プロセス・チャンバ内のコンポーネントの構成によって異なっていてもよい。したがって、イオン注入器に結合された測定具は、マスキング材料の光学特性、マスキング材料の一部の光学特性、多層マスキング・スタックの光学特性、または注入プロセスでの試料の光学特性を測定するように構成される。
他の実施形態では、このシステムはさらに、測定具とイオン注入器に結合されたプロセッサを備えている。プロセッサはさらに、測定具およびイオン注入器とインターフェイスするように構成されている。例えば、プロセッサは、イオン注入器からイオン注入器に結合されている計測器のパラメータを表す信号および／またはデータを受信することができる。このプロセッサは、さらに、試料から戻ってきた光または試料のイオン注入領域の少なくとも１つの特性を表す信号および／またはデータを測定具から受信するように構成されている。さらに、プロセッサは、測定具およびイオン注入器を制御するように構成されている。例えば、プロセッサは、イオン注入器に結合された計測器のパラメータを変更することにより試料のイオン注入済み領域の特性を変更することができる。したがって、システムはプロセスでイオンの注入を監視し制御することができる。
他の実施形態では、システムは、注入済みマスキング材料の少なくとも１つの光学特性の変動を監視または測定するように構成されている。例えば、測定具は、イオン注入プロセスで実質的に連続してまたは所定の時間間隔により注入済みマスキング材料の光学特性を測定するように構成されている。したがって、プロセッサは、試料から反射された光を表す１つまたは複数の出力信号を測定具から受信することができる。このプロセッサはさらに、イオン注入プロセスの実行期間にわたって１つまたは複数の出力信号の変化を監視することもできる。注入時に１つまたは複数の出力信号の変化を分析することにより、プロセッサはさらに、イオンをマスキング材料内に注入することを表すシグネチャを生成することもできる。シグネチャは、イオン注入プロセスの終点に特有の少なくとも１つの特異性を含む。イオン注入プロセスの適切な終点は、マスキング材料または試料内のイオンの所定の濃度とすることができる。さらに、イオンの所定の濃度は、イオン注入プロセスにより製造される半導体デバイスのフィーチャにより異なっていてもよい。プロセッサがシグネチャの特異性を検出した後、このプロセッサは、イオン注入器に結合された計測器のパラメータのレベルを変更することによりイオンの注入を停止することができる。
一実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、イオンをマスキング材料と半導体基板に注入する操作を含む。半導体基板の所定の領域にイオンが注入されるようにマスキング材料を半導体基板上に配置してもよい。例えば、リソグラフィ・プロセスおよび／またはエッチング・プロセスでマスキング材料の一部を除去し、半導体基板の領域に注入プロセスを実行する。イオン注入プロセスでは、通常、スキャンされる全体がドーパント・イオンのビームでスキャンされる。したがって、イオン注入プロセスにおいて、マスキング材料の残り部分によりドーパント・イオンが半導体基板の基礎領域に入るのを抑制することができる。したがって、マスキング材料のパターン作成では、試料の露光領域にイオンを選択的に注入することができる。
露光領域は半導体デバイスのフィーチャが形成される試料の領域とすることができる。例えば、イオン注入プロセスでゲートのチャネル領域の上に載る誘電体により、ゲート導体またはゲート導体の下のチャンネル領域にイオンが注入されるのを防止できる。したがって、接合領域など製造されている半導体デバイスの特定のフィーチャに試料の露光領域を対応させることができる。それとは別に、イオンをマスキング材料に通し、半導体基板の基礎領域に注入することができる。このようにして、マスキング材料はトランジスタの接合部の上に配置された薄いゲート誘電体を含む。イオンをマスキング材料に注入すると、例えば、試料に追い込まれるイオンの有向経路をランダム化することにより半導体基板の注入領域の電気的特性が高まる。また、マスキング材料は、実質的に平坦な試料または平坦でない試料の上に形成することもできる。
半導体デバイスの製造では、イオン注入プロセスでマスキング材料の少なくとも１つの光学特性を測定することによりイオンを半導体基板に注入する作業を監視することができる。マスキング材料の光学特性は、イオンをマスキング材料に注入することにより変更できる。したがって、半導体デバイスを製造する方法は、さらに、半導体基板に注入されたイオンの少なくとも１つの特性を判別する操作をも含む。例えば、注入済みマスキング材料の光学特性と半導体基板上のイオンの注入との関係を記述する関数を使用して、この特性を判別することができる。
一実施形態では、上述のように測定具により出力される光の少なくとも一部に対し実質的に透明である材料ならどれでも、マスキング材料の光学特性の測定に関わるイオン注入プロセスの評価にマスキング材料として使用することができる。一実施形態では、マスキング材料はレジストとすることができる。適切なレジストはフォトレジスト材料を含み、これは光学的リソグラフィ手法でパターン化される。ただし、電子線レジストやＸ線レジストなどの他のレジストも使用できる。これらは、電子線またはＸ線リソグラフィ手法でそれぞれパターン作成できる。他の実施形態では、マスキング材料は無機材料を使用できる。イオン注入を抑制するために使用できる無機マスキング材料としては、これらに限定されないが、二酸化珪素、窒化ケイ素、窒化チタン、多結晶シリコン、ケイ化コバルト、およびケイ化チタンなどがある。無機マスキング材料は、化学気相蒸着または熱成長法などの堆積手法により形成できる。無機マスキング材料は、エッチング手法を使用してパターン作成できる。
他の実施形態では、マスキング材料はスタック上に配置された２つまたは以上の層の異なるマスキング材料を含む。例えば、マスキング材料は無機材料上に形成されたレジストを含む。無機材料は、マスキング材料を通じてイオン注入を抑制する材料ならどれでもよい。無機材料は、マスキング材料の一部として使用する場合、イオンに晒されたとき、透明でなくても、あるいは光学特性がかなり変化しないものでもよい。後続の光学分析は、基礎の無機マスキング材料ではなく上に載るレジスト材料について実行できる。無機材料は、レジストで試料をコーティングする前に試料上に形成することができる。この追加無機材料は、上に載るレジストと組み合わせて、マスキング・スタックとして使用できる。適切なマスキング材料は、例えば、イオン注入プロセスまたはイオン注入器構成によって異なることがある。
イオン注入プロセスのとき、特に比較的高い線量レベルを使用したプロセスでは、ドーパント・イオンが半導体基板の領域に注入されることで半導体基板がかなり損傷することがある。例えば、このような損傷した半導体基板の注入領域は、上側結晶損傷層とアモルファス・シリコンの中間層を含む。上側結晶層の損傷は、例えば、半導体基板の原子と注入されたイオンとの間の電子の衝突により生じることがある。しかし、半導体基板に入るイオンに原子衝突毎にエネルギーが十分になく格子位置からケイ素原子が変位しないと、変位損傷は発生しない。イオン、特に比較的重いイオンの線量を増やすと、単位体積当たりの変位原子が半導体基板の原子密度に近づくアモルファス領域が生じることがある。イオン注入プロセスの注入線量が増えると、アモルファス層の厚さも増大する。シリコンのアモルファス層が存在すると、この層は光学的放射を反射する境界として働くことができる。アモルファス層による光の反射はさらに、反射および偏光解析測定にも影響を及ぼしうる。したがって、アモルファス・シリコン層の光学特性の測定も、イオン注入プロセスの処理条件を監視するために使用できる。
一実施形態では、半導体基板の注入部分の光学特性を測定することができる。光学特性は、注入を部分の厚さ、屈折率、または減衰係数とすることができる。さらに、半導体基板の注入部分の複数の光学特性を実質的に同時に測定することができる。半導体基板の注入済み部分の光学特性および注入済みマスキング材料の光学特性も、実質的に同時に測定することができる。半導体基板の注入イオンの特性は、半導体基板の注入済み部分の測定した光学特性から判別することができる。したがって、この特性は、イオンを半導体基板の一部に注入すること、またはその結果イオン注入された半導体基板の特性に関係する。例えば、この特性には、イオン注入プロセスの注入エネルギー、注入線量、または注入イオン種などがある。さらに、この特性には、イオンの濃度、深さ、厚さの関数として表される注入イオンの分布、または半導体基板の注入済み部分内の注入イオンの存在などがある。さらに、半導体基板の注入済み部分の光学特性を用いて、上述の特性を含むが限定されないいくつかの特性を実質的に同時に判別できる。半導体基板の特性およびマスキング材料内の注入イオンの特性も、実質的に同時に判別することができる。
他の実施形態では、本明細書で説明しているように広帯域波長手法を使用して半導体基板の注入済み部分の光学特性を測定することができる。例えば、本明細書で説明しているように、測定具は、広帯域波長手法を使用して半導体基板の注入済み部分の光学特性を測定するように構成されている。さらに、上述のように測定具をイオン注入器に結合し、イオン注入プロセスにおいて半導体基板の注入済み部分の光学特性の測定を実行できる。したがって、イオン注入プロセスにおいて半導体基板の注入済み部分の光学特性の変動も測定することができる。このようにして、イオンを半導体基板に注入する操作に特有のシグネチャが得られる。このシグネチャは、注入プロセスの終わりを表す特異性を含む。上述のように、適切な終了点は例えば、半導体基板内でイオンが所定の濃度に達したときである。本明細書で説明しているように、適切なプロセッサにより、イオン注入器を制御し半導体基板の処理を少なくまたは実質的に無くすことができる。
一実施形態では、注入済みマスキング材料の測定された光学特性を使用して、追加半導体基板または半導体デバイス製品ウェーハなどの追加試料の後のイオン注入プロセスに関する処理条件を判別することができる。例えば、イオンをマスキング材料に注入する注入エネルギーを判別するために、注入済みマスキング材料の測定した光学特性を使用することができる。判別された注入エネルギーを用いて、イオン注入プロセスでの半導体基板の注入済み部分の深さを判別することができる。半導体基板の注入済み部分の深さは、半導体基板の注入済み部分の測定した光学特性から判別することができる。
半導体基板の注入済み部分の判別された深さは、所定の深さよりも小さい場合がある。所定の深さは、例えば、イオン注入プロセスで形成されたフィーチャにより異なることがある。したがって、半導体基板をさらに処理したり、さらに製品ウェーハを処理する前に、イオン注入プロセスの注入エネルギーまたはその他のプロセス条件を変更し、追加半導体基板の注入済み部分の深さが所定の深さに等しくなるようにできる。例えば、イオン注入プロセスの注入エネルギーを増やして、イオンをより深く半導体基板に打ち込むことができる。このようにして、マスキング材料の測定された光学特性を利用することにより、フィードバック制御手法を使用してイオン注入プロセスのプロセス条件を判別し、変更することができる。他の実施形態では、半導体基板の注入済み部分の測定された光学特性を利用して、フィードバック制御手法を使用してイオン注入プロセスのプロセス条件を判別し、変更することができる。
他の実施形態では、注入済みマスキング材料の測定された光学特性を利用して、イオン注入プロセスの後に実行できる追加半導体製造プロセスのプロセス条件を判別することができる。追加半導体製造プロセスには、これらに限定しないが、半導体基板の注入済み領域をアニーリングするプロセスおよびマスキング材料を除去するプロセスなどが含まれる。例えば、イオン注入プロセスの注入エネルギーは、注入済みマスキング材料の測定した光学特性を使用して判別することができる。判別された注入エネルギーを用いて、イオンをイオン注入プロセスを使用して半導体基板に注入できる深さを判別する。それとは別に，半導体基板の注入済み部分の深さを、注入済み半導体基板の測定した光学特性を利用して判別することもできる。
半導体基板の注入済み部分の判別された深さは、所定の深さよりも大きい場合がある。しかし、イオン注入プロセスの後に実行されるアニーリング・プロセスのプロセス条件を所定の条件について最適化することができる。したがって、深さが判別されている注入済み半導体基板をアニーリングする前に、アニーリング時間またはアニーリング温度などのアニーリング・プロセスのプロセス条件を変更することができる。この一例としては、アニーリング・プロセスのアニーリング時間を長くし、イオン注入プロセスにより半導体基板内に形成されたアモルファス層の実質的に完全な再結晶化を行わせることができる。このようにして、フィードフォワード制御手法を使用してイオン注入プロセスの後に実行される半導体製造プロセスのプロセス条件を判別するのに、マスキング材料の測定された光学特性を利用することができる。また、半導体基板の注入済み部分の測定された光学特性を利用することにより、フィードフォワード制御手法を使用してイオン注入プロセスの後に実行される半導体製造プロセスのプロセス条件を判別することもできる。
マスキング材料の測定された光学特性を含む一組のデータを収集し分析することができる。このデータの組を使用して、イオン注入プロセスの処理条件を判別したり、時間の経過に従って処理条件を監視することができる。また、本明細書で説明しているようなプロセス制御方法を半導体基板の注入済み領域の電気的検査とともに使用することができる。光学的分析と電気的分析とを組み合わせることにより、イオン注入プロセスに対する特性データを多数取り扱える。特性データを使用することで、イオン注入のメカニズムを評価し、欠陥の原因を突き止め、プロセス条件を変更することができる。さらに、このプロセス制御戦略を用いれば、新しいイオン注入器の適格性を調べる、つまりその性能を特徴付けることができる。さらに、このプロセス制御戦略を使用すると、イオン注入プロセスの開発で適切なマスキング材料およびマスキング材料の厚さを決定することができる。このプロセス制御方法はさらに、２つまたはそれ以上のイオン注入機器の性能を比較するのにも使用できる。このようなプロセス制御方法を、複数のイオン注入器が１種類のデバイスまたは製品の製造と並行して稼働する製造施設で使用することができる。
一実施形態では、システムは、少なくとも試料の粘着特性および試料の厚さを判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、このシステムは、測定具に結合されたプロセッサを備えている。さらに、プロセッサは、検出された光から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具は、光音響デバイス、分光楕円偏光計、楕円偏光計、Ｘ線反射率計、グレージングＸ線反射率計、Ｘ線回折計、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、渦電流デバイス、音響パルス・デバイス、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも粘着特性と厚さを判別するように構成されている。
一実施形態では、音響パルス・デバイスまたは光音響デバイスは、音響パルスを使用して試料上に形成された層の特性を示すように構成されている。例えば、音響パルスを使用して、試料上に配置された金属などの層の厚さを判別することができる。音響パルス・デバイスの利点は、試料上に形成された層の特性をデバイスで測定する操作は実質的に非破壊であるという点である。音響パルス・デバイスは、レーザー・パルスを試料に向けるように構成されている。レーザ・パルスは、その層の上面から１吸収距離の範囲内で吸収され、そのため、局所表面温度が上昇する。層の膨張の温度係数（膨張係数）に応じて、層に対し熱応力がかかることがあり、これにより層内に弾性パルスが発生する。この弾性パルスは、ほぼ音速で層を通る。層上の弾性パルスの持続時間を測定し、これを使用して層の厚さを判別することができる。弾性パルスの持続時間を測定する操作には、後述の方法の各段階が含まれる。
一実施形態では、レーザー放射パルスを試料の第１の表面領域に加えて、試料内に弾性パルスを非破壊的に発生させることができる。弾性パルスにより、第１の表面領域が移動する。音響パルス・デバイスは、試料を横切るパルスの音響エコーを検出するように構成された干渉計を備えている。干渉計はさらに、プローブ・パルスと基準放射パルスを含むパルスのペアを出力するように構成することもできる。この干渉計はさらに、弾性パルスおよび基準パルスにより第２の表面領域に移動するときに、プローブ・パルスを第１の表面領域に向けるように構成されている。第２の表面領域は、第１の表面領域から横方向に間隔をあけて並べられる。この干渉計はさらに、試料の表面から発射されるパルスの反射を監視するように構成することもできる。パルスのペアの反射を使用して、試料上の層の厚さを判別することができる。例えば、システムのプロセッサは、干渉計からの１つまたは複数の出力信号を使用して層の厚さを判別するように構成されている。
一実施形態では、試料の特性の非破壊測定を行う方法は、ポンプ放射パルスを試料の第１の表面領域に向け、試料内に弾性パルスを非破壊的に発生させることができる。発生した弾性パルスにより第１の表面領域が移動する。この方法はさらに、干渉計を使用してプローブ・パルスおよび基準放射パルスを試料に向ける操作も含む。プローブ・パルスおよび基準パルスを向ける操作は、弾性パルスによって移動させるときにプローブ・パルスを第１の表面領域に向ける操作と基準パルスを第２の表面領域に向ける操作を含む。第２の表面領域は、第１の表面領域から横方向に間隔をあけて並べられる。さらに、この方法は、プローブ・パルスおよび基準パルスの反射を監視することも含む。この方法はさらに、試料の層の厚さを判別することも含む。上述の音響パルス法はどちらも、Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄらによる米国特許第６１０８０８７号および米国特許出願第０９／３１００１７号で詳しく説明されており、両方とも参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。音波を使用して薄膜を測定する他の方法については、米国特許第６１０８０８７号でも説明されている。
他の実施形態では、音響パルス・デバイスは、互いに位相が実質的に一致するプローブ・パルスおよび基準パルスを使用して層の厚さ判別するように構成されている。同相パルスを使用して、層の一領域に当てられるポンプ・パルスにより発生する音響得エコーを測定することができる。加えられたポンプ・パルスにより、層内を通る弾性パルスが発生する。プローブ・パルスを、弾性パルスが通る試料の領域に向ける。基準パルスは、実質的にサンプルの同じ表面領域または異なる表面領域に向けられ、試料によりパルスのペアが修正される。修正されたパルスは検出器で干渉する。例えば、少なくとも１つのパルスが、サンプルによる修正の前または後、および検出器による検出の前に、同相または周波数一致で変調される。検出器から送られてきた１つまたは複数の出力信号を処理する前に、試料上の層の厚さを判別することができる。
一実施形態では、光学的遅延を使用して、ポンプ・パルスとプローブ・パルスとの時間関係を変更することができる。このようにして、試料の表面がポンプ・パルスによって発生する弾性パルスの影響を受けるとき、プローブ・パルスを試料の表面に向けることができる。基準パルスおよびプローブ・パルスを、光源と検出器の間の実質的に同じ光学経路に沿って送ることができる。このような構成をとることで、例えば環境要因により引き起こされる可能性のある、検出器の１つまたは複数の出力信号に混じるランダム・ノイズを低減し、最小限に抑えることさえできる。このような構成は、さらに、米国特許出願第０９／３７５６６４号に説明されており、これは参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
上述のように、音響パルスデバイスを本明細書で説明しているようなシステムおよび／またはプロセス・ツールに組み込むことができる。
一実施形態では、システムは、少なくとも試料内の要素の濃度および試料上の層の厚さを判別するように構成されている。システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、このシステムは、測定具に結合されたプロセッサを備えている。このプロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から少なくとも試料内の要素の濃度および試料上に形成されている層の厚さを判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、検出された光から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具は、光音響デバイス、Ｘ線反射率計、グレージングＸ線反射率計、Ｘ線回折計、渦電流デバイス、分光楕円偏光計、楕円偏光計、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、反射率計、分光反射率計、明視野撮像デバイス、暗視野撮像デバイス、明視野暗視野撮像デバイス、コヒーレンス・プローブ顕微鏡、干渉顕微鏡、光学プロフィルメータ、渦電流デバイス、またはそれらの任意の組み合わせを備えている。
Ｘ線反射率（「ＸＲＲ」）手法を使用して、層の厚さまたは試料の層間の境界における要素の濃度などの試料の特性を測定することができる。Ｘ線反射率を使用して、試料上の層の厚さまたは層間の境界を判別することもできる。Ｘ線反射率で測定できる層は、誘電体などの光に対して実質的に透明な層や金属などの光に対して実質的に不透明な層を含む。Ｘ線反射率法は、Ｘ線を試料の表面に照射する操作と、試料の表面から反射されるＸ線を検出する操作を含む。試料の表面から反射されたＸ線の干渉に基づき層の厚さを判別することができる。さらに、試料の表面からのＸ線の反射は、試料上の層の表面および試料の層間の境界での屈折率の変化および層または境界の密度によって異なる。したがって、Ｘ線方式の複素屈折率は、層の密度に正比例する。このようにして、層内のまたは層間の要素の濃度は、層の密度および厚さに基づいて決定することができる。
Ｘ線反射率法は、例えば、試料の特性に応じて異なる入射角度で実行することができる。試料の表面から反射されたＸ線の検出に対応する１つまたは複数の出力信号を使用してプロセッサによりＸ線反射曲線を生成することができる。Ｘ線反射曲線は、平均反射成分を含み、これは、試料のバルク特性により生じる。１つまたは複数の出力信号から平均反射率成分を引いて、干渉発振成分曲線を出力することができる。干渉発振成分曲線のパラメータを変換し、フーリエ変換を実行する。層の厚さをフーリエ係数Ｆ（ｄ）のピークの位置によって決定する。さらに、フーリエ係数Ｆ（ｄ）のピーク強度を使用して、層密度または境界密度を決定することができる。例えば、フーリエ係数のピーク強度と、層密度との関係をシミュレートし、これを使用して層密度を決定することができる。それとは別に、非線形最小２乗曲線近似法などの数学的方法を用い、曲線をモデル・データに当てはめることによりＸ線反射曲線に基づいて層密度を求めることができる。当てはめたパラメータのうちいくつかに相関関係がある。したがって、試料間で実質的に一定なパラメータを平均値に固定し、解が複数存在しないようにできる。
層の表面または層間の境界の要素の濃度は、境界層の密度と濃度との関係を記述するデータを使用して判別することができる。このデータは、二次イオン質量分析法（「ＳＩＭＳ」）などの他の分析手法を使用して生成することができる。ＳＩＭＳでは、サンプルの表面からイオンをはね飛ばしてサンプルから材料を除去し、質量分析法によりはね飛ばされたイオンを分析することができる。ＳＩＭＳ手法の例が、Ｃｒｉｅｇｅｒｎらによる米国特許第４６４５９２９号、およびＮａｉｔｏによる米国特許第４９１２３２６号、Ｍａｕｌらによる米国特許第６０７８０４４５号、Ｂｅｎｎｉｎｇｈｏｖｅｎらによる米国特許第６１０７６２９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。このようにして、さまざまな要素濃度を持つ複数のサンプルを作成することができる。サンプルをＸＲＲで分析して、注目する層または境界の密度を判別し、さらにＳＩＭＳで分析して、注目する層または境界の濃度を判別することができる。その後、密度と濃度との関係を決定することができる。決定された関係を使用して、層の表面または追加試料内の層間の境界の要素の濃度を判別することができる。
層または試料の層間の境界のＸ線反射率を測定するように構成されたデバイスは測定チャンバを備えている。試料は、ステージまたは他の機械的デバイスにより測定チャンバ内で支持することができる。測定時に試料の位置を維持し、Ｘ線反射率測定前、測定中、および／または測定後に試料を移動させるように適切なステージまたは機械式デバイスを構成している。ステージまたは機械式デバイスはさらに、本明細書で説明しているように構成することもできる。測定チャンバは、半導体製造に使用されるプロセス・ツールのプロセス・チャンバとして構成することもできる。例えば、プロセス・チャンバは、試料上に金属膜を形成する堆積チャンバまたはイオンを試料に打ち込むイオン注入チャンバを備えている。このようにして、プロセス・チャンバ内で実行するプロセスの実行前、実行中、または実行後にＸ線反射率測定を実行することができる。測定チャンバはさらにプロセス・ツール内またはその近くに配置し、プロセス・ツールのプロセス・チャンバから測定チャンバに試料を移動させるように構成できる。一例としては、測定チャンバを化学機械研磨ツールに結合し、化学機械研磨プロセスの工程段階の前または後にＸ線反射率測定を実行することができる。
層または試料の層間の境界のＸ線反射率を測定するように構成されたデバイスは、さらに、ローターＸ線源などのＸ線源を備えている。Ｘ線源で発生するＸ線をゲルマニウム・モノクロメータに通すことができる。測定チャンバはさらに測定チャンバの壁にベリリウム製の窓を備え、そこからＸ線が測定チャンバに入る。このようにして、測定チャンバ内で支持されている試料の表面にＸ線を向けることができる。さらに、このデバイスは、Ｘ線源と反対の測定チャンバの側に配置されているＸ線検出器を備えている。こうして、試料の表面から反射されたＸ線を検出することができる。システムはさらに、デバイスおよび／またはデバイスの個々のコンポーネントを制御するように構成されたコントローラ・コンピュータを備えている。コントローラ・コンピュータはさらに、検出されたＸ線に対応して検出器により発生した信号を処理し、層内または試料の層間の境界の要素の濃度を判別するように構成することもできる。コントローラ・コンピュータはさらに、本明細書で説明しているようにプロセッサとして構成されている。Ｘ線反射率法およびシステムの他の例は、Ｋｏｍｉｙａらによる米国特許第５７４０２２６号、およびＫｏｍｉｙａらによる米国特許第６０４０１９８号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、渦電流デバイスは、試料上に形成された層の厚さを測定するように構成されている。渦電流デバイスはさらに、試料内の接合漏れ電流を測定するように構成することもできる。渦電流デバイスは、交流を試料に流すように構成されたセンサを備えている。流される交流により、試料内に渦電流が発生する。この渦電流を用いて試料の抵抗またはコンダクタンスを分析することができる。試料上の層の厚さは、抵抗または導電率の変化により判別できる。渦電流を使用して試料上の層の厚さを判別する方法は、Ｈａｒａｄａによる米国特許第６０８６７３７号、およびＫ．Ｋｅｈｍａｎ、Ｓ．Ｍ．Ｌｅｅ、Ｗ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、およびＪ．Ｆｉｅｌｄｅｎによる「Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｅｄｄｙ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」という表題の米国特許出願に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
センサまたは渦電流デバイスは、キャパシタとインダクタを備えている。センサは、使用時、試料の近くに配置してもよい。試料上に形成された層が導電性または磁性を持つ場合、交流（「ａｃ」）電磁場を層に結合するようにインダクタを構成している。交流電磁場により、層内に渦（つまり、フーコー）電流が誘導され、２つの効果が存在する。１つは、層が損失の多い抵抗器として働くもので、センサ回路内に抵抗性の負荷が生じ、共振信号の振幅を低くし、共振周波数を下げる効果がある。もう１つは、層の厚さが減ることで、インダクタのコイルから金属棒が引き抜かれるときと同じような効果を生じるもので、これにより、インダクタンスの変化だけでなく、振動数シフトも生じる。追加または除去により層の厚さが変化すると、渦電流が変化し、その結果、抵抗性負荷効果と振動数シフトの大きさも変化する。層が存在していない場合、センサ回路には何の影響も生じない（つまり、抵抗性負荷がない、インダクタンス変化がない、振動数シフトがない）。したがって、層の厚さの変化は、これらのパラメータのどれかが変化するのを監視することにより実質的に連続してまたは間欠的に監視することができる。
導電性被膜は、半導体基板上の薄膜などの層だけでなく、渦電流デバイスを使用して監視することができることに注意されたい。例えば、電気メッキ・プロセスでは、陽極として作用する金属ブロック電極から溶解するメッキ溶液中の金属イオンが陰極のところのターゲット上に析出し、被膜を形成することができる。渦電流測定法により、インサイチューおよびリアルタイムで電気メッキ・プロセスでのターゲット上の被膜の形成を監視することができる。
渦電流デバイスと測定結果は、さまざまな用途に使用できる。一実施形態では、渦電流デバイスを化学機械研磨ツールに結合できる。この用途では、渦電流デバイスを使用して、研磨プロセスの１つまたは複数の終点および／または研磨プロセスの実行前、実行中、または実行後の１つまたは複数の研磨された層の厚さを判別することができる。他の実施形態では、渦電流デバイスを堆積ツールに結合することができる。この場合、渦電流デバイスを利用することで、層の堆積終了後、または層の堆積中に堆積された層の厚さを検出することができる。また、渦電流デバイスを使用して、堆積プロセスの１つまたは複数の終点を決定することもできる。
他の方法では、渦電流特性と表面光起電力の監視を組み合わせて、試料内の接合漏れ電流を判別することができる。一般に、半導体基板などの試料は、第１の接合と第２の接合を含む。接合漏れ電流は、変化する光を半導体基板に当て、半導体基板の表面に発生する表面光起電力を測定し、その光に対する半導体基板の渦電流特性を測定することにより監視することができる。接合タイプの少なくとも１つの接合漏れ電流特性を、表面光起電力と渦電流特性の組み合わせから判別することができる。渦電流を監視して接合漏れ電流を測定する方法については、Ｖｅｒｋｕｉｌによる米国特許第６０７２３２０号で詳細に説明されており、引用により本明細書に取り込まれる。
渦電流測定具は、本明細書で説明しているようにどのようなシステムにも備えている。例えば、システムは、分光楕円偏光計として構成された測定具に結合された渦電流測定具を備えている。この方法では、システムのプロセッサは、試料上の層の厚さおよび試料上のフィーチャの限界寸法を含むことのできる、試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。層はバリア層を含み、フィーチャは「シート」を含む。
渦電流測定具および分光楕円偏光計を備えるシステムを、原子層堆積（「ＡＬＤ」）ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。ＡＬＤは、バリア層および／またはシートを形成する場合に使用できる。ＡＬＤは、通常、個々の反応剤を分離し、表面吸着の現象を利用する操作を伴うことがある、薄膜を堆積するための手法でよい。例えば、試料をガスに晒した場合、その試料はそのガスの層で被覆される。例えば、真空ポンプでプロセス・チャンバからガスを排出する方法でガスを除去すると、ある状況の下では、ガスの単分子層が試料の表面に残ることがある。比較的穏やかな温度（つまり、室温）では、単分子層は物理吸着力により試料の表面に弱く保持される。それでも高い温度では、表面化学反応が発生し、ガスは化学吸着力により試料の表面に強く保持される。第２の反応剤をプロセス・チャンバに導入すると、第２の反応剤が吸着している単分子層と反応し固体被膜の層を形成することができる。このようにして、バリア層などの比較的薄い固体被膜が、一度に単分子層１つずつ、成長させることができる。さらに、このような薄い固体被膜は、例えば、特定のプロセスに応じて、アモルファス、多結晶、またはエピタキシャルとすることができる。
図２３は、堆積プロセスを評価するように構成されたシステムの一実施形態を示す。一実施形態では、システムは堆積ツール２４０に結合された測定具２３８を備えている。測定具が堆積ツールのプロセス・チャンバの外部になるように、測定具２３８を堆積ツール２４０に結合させることができる。したがって、プロセス・チャンバ内で測定具が化学薬品および物理条件に晒される機会が低減され、さらには実質的に排除される。さらに、測定具が堆積プロセスの動作、性能、または制御を変更しないように測定具を外部的にプロセス・チャンバに結合することができる。例えば、プロセス・チャンバはプロセス・チャンバの壁内に配置された実質的に光学的に透明な材料２４２からなる小さなセクションを備えている。しかし、堆積ツールの構成は、測定具を堆積ツールに結合する適切な方法におうじて決めることができる。例えば、プロセス・チャンバの壁内に配置されている実質的光学的透明材料セクション２４２の配置および寸法は、プロセス・チャンバ内のコンポーネントの配置によって異なっていてもよい。さらに、測定具を２３８を外部でプロセス・チャンバに結合し、測定具がエネルギーを試料の表面に向け、試料がプロセス・チャンバ内に配置されたとき、かつ／またはプロセス・チャンバから除去されるときに、試料の表面から戻ってくるエネルギーを検出することができる。試料の表面は、試料の表の面または裏面を含む。
堆積ツールは、誘電体または導体を堆積するように構成された化学気相蒸着ツールまたは物理気相蒸着ツールとすることができる。堆積ツールの例は、Ｒｏｓｌｅｒらによる米国特許第４２３２０６３号、Ｓｉｎｈａらによる米国特許第５６９５５６８号、Ｍａｙｄａｎらによる米国特許第５８８２１６５号、Ｌｅｉらによる米国特許第５９３５３３８号、Ｌｏｗｅｌｌらによる米国特許第５９６３７８３号、Ｌｅｉらによる米国特許第６１０３０１４号、Ｓｈａｒａｎらによる米国特許第６１１２６９７号、およびＹｉｅｈらによる米国特許第６１１４２１６号、およびＧｕｐｔａらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／３９１８３、ＲｅｄｉｎｂｏらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／０７２２６で説明されおり、両方とも参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、測定具２３８は、図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバは、図１７に示されているように、堆積ツール２４０に結合することができる。例えば、測定チャンバは、堆積ツール２４０の１つまたは複数のプロセス・チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。例えば、堆積ツールは、実質的に類似のプロセスまたは異なるプロセスを実行するようにそれぞれ構成されているプロセス・チャンバのクラスタを備えている。さらに、測定チャンバは、堆積ツール２４０の装填チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。堆積ツールの装填チャンバは、堆積ツール内で処理されるウェーハのカセットなどの複数の試料を支持するように構成されている。ロボット・ウェーハ・ハンドラは、処理前に装填チャンバから試料を取り出し、処理済みの試料を装填チャンバ内に配置するように構成されている。さらに、測定チャンバは、システムのために十分なスペースが確保されている堆積ツールに近いどこかの場所やロボット・ウェーハ・ハンドラがプロセス・チャンバとシステムの間で試料を移動できるように収まるどこかの場所など堆積ツールに近い他の場所に配置してもよい。
このようにして、堆積ツール２４０、ステージ２６４、または他の適切な機械デバイスからなるロボット・ウェーハ・ハンドラは、試料２４６が堆積ツールの測定チャンバとプロセス・チャンバの間で移動できるように構成されている。さらに、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、ステージ、または他の適切な機械デバイスは、試料２４６が堆積ツールのプロセス・チャンバと測定チャンバの間で移動できるように構成されている。測定具２３８は、さらに、図１７に関して詳述されているように、堆積ツール２４０に結合することができる。
測定具２３８は、偏光状態が知られている光を試料２４６に向け堆積プロセスの実行前、実行中、または実行後に試料のある領域に光が当たるように構成された第１の照明システム２４４を備えている。第１の照明システム２４４により試料２４６に向けられた光の一部２４９は、試料の光が当たった領域から広がる。さらに、測定具は、堆積プロセスの実行前、実行中、または実行後に試料２４６の表面からの光２４９の偏光状態を分析するように構成された検出システム２４８を備えている。このような方法で、測定具は分光楕円偏光計として動作する。
さらに、測定具２３８は、偏光状態が知られている光を試料２４６に向け堆積プロセスの実行中に試料のある領域に光が当たるように構成された第２の照明システム２５０を備えている。第２の照明システム２５０により試料２４６に向けられた光の一部２５１は、向けられている光の経路に沿って試料の光が当たっている領域から広がる。さらに、測定具は、堆積プロセスの実行前、実行中、または実行後に試料２４６の表面からの光の強度を測定するように構成された検出システム２５２を備えている。このような方法で、測定具は分光反射率計として動作する。しかし、測定具は、ビーム・プロフィル楕円偏光計およびヌル楕円偏光計として動作するようにも構成されている。
実質的光学的透明材料２４２の比較的小さなセクションは、光をプロセス・チャンバの外部にある第１の照明システム２４４の光源２５４からプロセス・チャンバ内の試料２４６の表面に送り、試料の表面からの光をプロセス・チャンバの外部にある検出器２５６に送るように構成されている。さらに、実質的光学的透明材料２４２の比較的小さなセクションは、光をプロセス・チャンバの外部にある第２の照明システム２５０の光源２５８からプロセス・チャンバ内の試料２４６の表面に送り、試料の表面からの光をプロセス・チャンバの外部にある検出器２６０および２６２に送るように構成されている。実質的光学的透明材料は、当てられて戻ってくる光の光学特性を変化させるという望ましくない効果を生じさせないで、光源２５４および２５８から出る光と試料２４６の表面からの光がプロセス・チャンバ内に配置されている比較的小さなセクション２４２を通過することができる光学的特性または材料特性を持つ。さらに、この実質的光学的透明材料は、光源２５４および２５８から出た光が半導体２４６の表面に集中するように構成されている。この方法では、測定具２３８は、プロセス・チャンバ内に配置されたステージ２６４に結合することができる。ステージ２６４は、本明細書で説明したように構成されうる。
分光楕円偏光計は、入射偏光光線を試料に集中させ、広範な波長スペクトルにわたって試料から反射された入射光線の少なくとも一部の偏光の変化を監視する機能を備えている。分光楕円偏光計の例は、Ｇｏｌｄらによる米国特許第５０４２９５１号、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第５４１２４７３号、Ｃｈｅｎらによる米国特許第５５８１３５０号、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第５５９６４０６号、Ｆａｎｔｏｎらによる米国特許第５５９６４１１号、Ｃａｒｔｅｒらによる米国特許第５７７１０９４号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５７９８８３７号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５８７７８５９号、Ｂａｒｅｋｅｔらによる米国特許第５８８９５９３号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５９００９３９号、Ｐｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅらによる米国特許第５９１０８４２号、Ｎｏｒｔｏｎによる米国特許第５９１７５９４号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５９７３７８７号、Ｗａｇｎｅｒによる米国特許第６２５６０９７号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。分光偏光解析デバイスの他の例は、ＲｏｓｅｎｃｗａｉｇらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ９９／０９２７０に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
光源２５４は、広帯域光を放射するように構成されている、本明細書で説明しているような光源であればどのようなものでも使用できる。照明システム２４４はさらに、放射光の経路に沿って配置された光コンポーネント２６６を備えている。光コンポーネント２６６は、放射光の偏光状態を変化させ、直線偏光または回転偏光などの偏光状態が分かっている光を試料２４６の表面に向けるように構成されている。さらに、照明システム２４４は、光源２５４から放射された光を試料２４６の表面に集中させて向けるように構成されている追加光学コンポーネント（図には示されていない）を備えている。検出システム２４８はさらに、試料の表面からの光の経路に沿って配置された光コンポーネント２６８を備えている。光学コンポーネント２６８は、分光楕円偏光計の検光子として機能するように構成されている。検出システム２４８は、さらに、分光計（図に示されていない）などの散乱要素を備えている。散乱要素は、異なる波長を持つ試料の表面から伝搬される光を分離するように構成されている。ビームの分離された成分は、検出器アレイとして機能するように構成された、検出器２５６の個々の要素により検出できる。偏光器は、検出器アレイの要素により時間とともに変化する強度が検出されるように、回転するように構成されている。プロセッサ２７０は、検出器２５６から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成することができ、またデータを処理するように構成されている。
検出器２５６からの出力信号は、検出器アレイの要素の光の強さに対応する。プロセッサ２７０は、上述のように当業で知られている数式により出力信号を偏光解析パラメータΨおよび□に変換するように構成されている。プロセッサ２７０は、本明細書で説明しているように、数学的または光学的モデルを使用して、偏光解析パラメータΨおよび□を、試料２４６の表面上に形成される層の特性に変換するように構成されている。例えば、プロセッサ２７０は、光学的モデルを使用して偏光解析パラメータから試料２４６の層、層の一部、または複数の層の厚さ、屈折率、および減衰係数を判別するように構成されている。厚さ、屈折率、および減衰係数を、一般に、層の「薄膜」特性と呼ぶことができる。
それとは別に、プロセッサ２７０は、測定具２３８からの１つまたは複数の出力信号から試料２４６上のフィーチャの限界寸法を判別するように構成されている。例えば、フィーチャの限界寸法には、これらに限定されないが、幅などの横寸法、高さなどの縦寸法、および本明細書で説明しているような側壁プロフィルなどがある。さらに、プロセッサ２７０は、測定具２３８からの１つまたは複数の出力信号から試料の層の厚さ、屈折率、および／または減衰係数、および試料上のフィーチャの限界寸法を判別するように構成されている。例えば、プロセッサ２７０は、測定具からの１つまたは複数の出力信号を、幅、高さ、および側壁プロフィルなどのさまざまな特性に対する予想される出力信号と波長との対比を記述した１つまたは複数の所定の表と比較するように構成されている。所定の表の異なる特性に対する予想される出力信号と波長との対比は、例えば、特性が知られている試料を使って実験的におよび／または数学的モデリングを通じて理論的に求めることができる。
さらに、プロセッサ２７０は、測定具２３８からの１つまたは複数の出力信号を、さまざまな特性および予想される出力信号と波長との間の補間データに対する予想される出力信号と波長との対比を記述した１つまたは複数の所定の表と比較するように構成されている。それとは別に、プロセッサ２７０は、（場合によっては近似）式による１つまたは複数の開始推定値を使用して反復演算を実行し、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対して近似値に収束するように構成されている。適切な式として、当業で知られている非線形回帰アルゴリズムなどがあるが、これに限定はしない。
他の実施形態では、システムはさらに較正楕円偏光計（図に示されていない）を備えている。較正楕円偏光計は、試料の基準層の厚さを判別するように構成されている。基準層の厚さは、本明細書で説明しているように測定具の分光楕円偏光計を使用して測定することができる。プロセッサ２７０により、較正楕円偏光計および測定具によって生成される基準層の厚さ測定結果の位相オフセットを決定できる。プロセッサは、位相オフセットを使用して、測定具により行った測定から追加層の厚さを判別するように構成されている。較正楕円偏光計はさらに、堆積ツールのプロセス・チャンバに結合することもできる。したがって、較正楕円偏光計を使用して、測定された楕円偏光計パラメータの変動を低減し、さらには除去することさえできる。例えば、偏光解析パラメータ□の測定結果は、測定具の１つまたは複数の光学経路に沿って環境条件が変化するため変動することがある。偏光解析パラメータ□のこのような変動により、試料上の層の厚さ測定が変わりうる。したがって、較正楕円偏光計を使用して、試料上の層の厚さ測定のドリフトを低減させ、さらには除去することさえできる。
分光反射法は、広帯域放射ビームを試料に集中させ、層の厚さを決定するための反射スペクトルと試料の屈折率を測定する操作を含む。分光反射率計の例が、Ｇｏｌｄらによる米国特許出願第４９９９０１４号、およびＮｏｒｔｏｎらによる米国特許出願第５７４７８１３号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。第２の照明システム２５０は、キセノンアーク・ランプなどの光源２５８を備えている。光源２５８はさらに、可視光線および紫外線などの広帯域の光を放射するように構成された光源を備えている。第２の照明システム２５０はさらに、ビーム・スプリッタ２５９に結合することもできる。ビーム・スプリッタ２５９は、光源２５８によって放射される光を試料２４６の表面に向け、実質的に連続的な広帯域光スペクトルが試料２４６の表面に向かうように構成されている。
サンプル・ビームを試料２４６の領域に集中させ、光が当てられている領域から反射したサンプル・ビームの少なくとも一部が検出システム２５２の分光計（図に示されていない）に通すことができる。さらに、検出システム２５２は分光計に入るときにそこを通過する光を分散させるように構成された回折格子（図には示されていない）を備えている。このようにして、得られた一次の回折ビームをリニア・フォトダイオード・アレイを備える検出器２６０または検出器２６２により集光することができる。したがって、フォトダイオード・アレイは、サンプル反射スペクトルを測定することができる。相対反射率を求めるには、各波長のサンプル光強度を各波長の相対的基準強度で割ればよい。相対的反射スペクトルを使用して、試料上の１つまたは複数の層の厚さを測定することができる。さらに、単一波長の反射率および１つまたは複数の層の屈折率も、相対的反射スペクトルから求めることができる。
さらに、モード展開（model method by modal expantion:「ＭＭＭＥ」）モデルによるモデル手法を使用して、さまざまな反射スペクトルのライブラリを生成することができる。本明細書で説明しているように、ＭＭＭＥモデルは、パラメータ空間内の各格子から理論的回折光の「指紋」を判別するために使用できる厳密な回折モデルである。他のモデルも、厳密カップリング導波管分析（「ＲＣＷＡ」）モデルなどの理論的回折光を計算するのに使用することができる。測定された反射スペクトルをさまざまな反射スペクトルのライブラリに当てはめることができる。
試料２４６の表面からの光の偏光状態と強度は、試料２４６上に層を形成するときに変えることができる。例えば、化学気相蒸着（「ＣＶＤ」）および低圧化学気相蒸着（「ＬＰＣＶＤ」）プロセスなどの堆積プロセスで、シラン、クロロシラン、窒素、および／またはアンモニアなどの反応ガスをプロセス・チャンバ内に導入することにより層を試料２４６上に形成することができる。反応ガスが試料の加熱された表面で分解して反応し、材料の堆積層を形成する。このようにして、試料２４６の表面上に形成される層の厚さは堆積プロセスで大きくなる。
堆積プロセスで層の厚さが増えると、層の表面の反応性が層の厚さの変動とともに正弦曲線を描いて変化する。したがって、反射された光の強さは、堆積層の厚さに応じて変化する。さらに、反射された光の強さは、式Ｉｒ＝│ＥＲ│２に従って電界強度の平方にほぼ等しい。Ｉｒはさらに、偏光解析パラメータΨおよび□に関して表すこともできる。非常に薄い層については、ｔａｎΨは厚さに無関係であり、□はその厚さに正比例する。このようにして、測定具によって生成される試料から戻ってくる光の強度に対応する１つまたは複数の出力信号を使用して、層の厚さを判別することができる。
さらに、試料上の層の厚さの変動も、例えば、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータに応じて変化することができる。堆積ツールに結合されている計測器のパラメータにより、堆積プロセスのプロセス条件を決定できる。例えば、堆積速度は、一定期間に試料の表面に形成された層の厚さとして定義できる。したがって、堆積速度は、堆積プロセスでの試料上の層の厚さの変動に影響を及ぼすことがある。堆積速度は、堆積プロセス全体を通して実質的に一定である。それとは別に、堆積速度は、堆積プロセス全体を通して変動してもよい。堆積速度は、これらに限定されないが、プロセス・チャンバ内の温度、プロセス・チャンバ内の温度こう配、プロセス・チャンバ内の圧力、反応ガスの全流量、反応ガス比、および１つまたは複数のドーパント・ガスの流量などの堆積ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータにより異なることができる。このようにして、試料の表面からの光の強度の変動は、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータに応じて変化することができる。したがって、測定具に結合されているプロセッサは、堆積プロセスで試料の表面からの光の測定済み強度変化から堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを判別するように構成されている。
一実施形態では、図２３に示されているように、測定具に結合されたプロセッサは、検出された光から試料上に形成された層の特性を判別するように構成されている。測定具は、上の実施形態で説明されているように構成されている。形成された層の特性には、これらに限定されないが、厚さ、屈折率、減衰係数、限界寸法、またはそれらの組み合わせなどがある。堆積プロセスの後、試料を研磨して、堆積材料の上側表面が実質的に平坦になるようにすることができる。研磨の後、レジストの層を堆積層上に形成し、リソグラフィ・プロセスでレジストの層を露光してレジストのパターンを作成することができる。この方法で、堆積層の選択済み領域を露光し、エッチング・プロセスで選択済み領域の少なくとも一部を除去することができる。アルミニウムまたは銅などの導体は、例えば物理気相蒸着プロセスにより堆積層のエッチングされた部分および堆積層の上面に堆積することができる。試料を研磨して、試料の上面が実質的に平坦になるようにすることができる。このようにして、中間接触構造などのさまざまな半導体フィーチャを試料上に形成することができる。
試料に形成された半導体フィーチャの特性は、例えば、堆積層の特性および堆積、研磨、リソグラフィ、エッチング、および物理気相蒸着プロセスの導体およびプロセス条件に応じて異なる。したがって、試料上の半導体フィーチャの特性は、堆積層の判別された特性を使用して決定できる。さらに、測定具に結合されたプロセッサも、検出された光からの堆積プロセスの実行前、実行中、または実行後の堆積層上の異物などの欠陥の有無を判別するように構成することもできる。
他の実施形態では、プロセッサ２７０は、図２３に示されているように、測定具２３８および堆積ツール２４０に結合できる。プロセッサは、測定具および堆積ツールのインターフェイスになるように構成されている。例えば、このプロセッサは、堆積プロセスで堆積ツールから１つまたは複数の信号を受信する。信号は堆積ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを表している。さらに、このプロセッサを測定具から１つまたは複数の信号を受信するように構成することもできる。測定具からの信号は、本明細書で説明しているように、検出器２５６、２６０、および２６２から検出された光を表すことができる。他の実施形態では、測定具２３８は、本明細書で説明しているように、堆積プロセスにおいて、試料から来る光の強度の変動を測定するように構成されている。例えば、測定具２３８は、堆積プロセスで、実質的に連続的にまたは所定の時間間隔により、試料から来る光の強度を測定するように構成されている。したがって、プロセッサは、堆積プロセスで、測定具から送られてきた出力信号の変化を監視するように構成されている。このようにして、プロセッサは、測定具からの監視されている変動および／または出力信号と堆積ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータに対応する堆積ツールからの出力信号との関係を判別するように構成されている。したがって、プロセッサは、判別された関係を使って、堆積ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、プロセッサは、判別された関係と測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するように構成されている。
さらに、プロセッサは、測定具および堆積ツールを制御するように構成することもできる。例えば、プロセッサは、検出された光に対応して堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。このようにして、プロセッサは、インサイチュー制御手法を使用して堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成される。さらに、プロセッサは、検出された光に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。例えば、処理デバイスは、検出された光に対して測定具のサンプリング周波数を変更するように構成されている。
堆積プロセスで測定具からの出力信号の変化を分析することにより、プロセッサ２７０はさらに試料２４６上の層の形成を表すことができるシグネチャを生じさせることもできる。このシグネチャは、堆積プロセスの終点に特有の少なくとも１つの特異性を含む。例えば、堆積プロセスに適した１つの終点は、試料上の層が所定の厚さに達したときである。試料上の層の所定の厚さは、例えば、堆積プロセスにより加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりしてよい。プロセッサがシグネチャの特異性を検出した後、このプロセッサは、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することにより試料上の層の堆積を遅くし、さらに終了することさえする。
一実施形態では、プロセッサ２７０は、測定具２３８からの１つまたは複数の出力信号を使用して、追加試料の層の堆積のため堆積ツール２４０に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するように構成されている。例えば、測定具２３８から送られてきた１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層の厚さを判別することができる。試料上の層の厚さは、所定の厚さよりも厚くてもよい。したがって、追加試料を処理する前に、反応ガスの流量または堆積ツールに結合されている１つまたは複数の計測器の他のパラメータを変更することができる。このようにして、追加試料上に形成された層の厚さを測定された層よりも所定の厚さに近づけることができる。例えば、堆積プロセスで使用する反応ガスの流量を減らして、追加試料上の堆積する層を薄くすることができる。このような方法で、このプロセッサを使用することで、フィードバック制御手法により、測定具の１つまたは複数の出力信号に対応して堆積ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。
他の実施形態では、プロセッサ２７０は、測定具２３８からの１つまたは複数の出力信号を使用して、追加半導体製造プロセスを実行するように構成されたプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するように構成されている。追加半導体製造プロセスは、堆積プロセスの後に実行できる。堆積プロセスの後に実行される追加半導体製造プロセスとしては、試料上に堆積された層を平坦化する化学機械研磨プロセスなどがあるが、これに限定されない。例えば、測定具から送られてきた１つまたは複数の出力信号を使用して、堆積プロセスで試料上に堆積された層の厚さを判別することができる。堆積された層の判別された厚さは、層の所定の厚さよりも厚くできる。
それ以降の研磨プロセスのプロセス条件を、試料上に堆積された層の所定の厚さに対して最適化することができる。したがって、堆積された層を研磨する前に、処理時間または試料の裏面に加えられる圧力など研磨ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更し、堆積された層の上面が平坦化されるようにできる。例えば、処理時間を長くし、堆積された層の平坦化をいっそう完全なものとすることができる。この方法により、プロセッサは、フィードフォワード制御手法用いて測定具から得られる１つまたは複数の出力信号に対して化学機械研磨ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、プロセッサおよび測定具は、本明細書で説明した実施形態のいずれかにより構成されている。例えば、測定具に結合されたプロセスは、測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して堆積プロセスの実行時に試料の欠陥、堆積材料の厚さ、堆積材料のシート抵抗、堆積材料の熱拡散率、またはそれらの組み合わせを検出するように構成することもできる。
一実施形態では、堆積プロセスで試料の特性を判別する方法には、ステージ上に試料を配置する操作が含まれる。ステージは、図２３に示されているように、堆積ツールのプロセス・チャンバ内に配置してもよい。ステージはさらに、堆積プロセスで試料を支持するように構成することもできる。測定具は、図２３に示されているように堆積ツールに結合される。したがって、このステージを測定具に結合させることができる。さらに、測定具は、上の実施形態で説明されているように構成することもできる。この方法は、光を試料の表面に向ける操作も含む。この向けられる光は、偏光状態が知られているものである。この向けられた光は、試料の表面に当たることができる。堆積プロセスで、試料の表面に層を形成することができる。
さらに、この方法は、堆積プロセスで試料の表面からの光を検出する方法も含む。この方法はさらに、検出された光の強度および／または偏光状態に対応して１つまたは複数の出力信号を生成するステップをも含む。検出された光の強度および／または偏光状態は、例えば試料上に形成された層の１つまたは複数の特性によって異なってもよい。したがって、このような１つまたは複数の出力信号を使用して、形成された層の１つまたは複数の特性を判別することができる。このようにして、この方法は、試料上に形成された層の１つまたは複数の特性を判別することを含む。さらに、この方法は、試料上に形成される複数の層の１つまたは複数の特性を判別することを含む。これら１つまたは複数の特性としては、これらに限定されないが試料上の１つまたは複数の層の厚さ、屈折率、減衰係数、試料上のフィーチャの限界寸法、試料の欠陥の有無、またはそれらの組み合わせなどがある。
他の実施形態では、堆積プロセスで試料上の層の特性を判別する方法には、本明細書で説明しているような方法のステップが含まれうる。例えば、この方法は、検出された光の強度および／または偏光状態に応答する１つまたは複数の出力信号に対応して堆積ツールに結合された計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用して堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することを含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。さらに、この方法は、試料上の層の堆積を特徴付けるシグネチャを得る操作も含む。このシグネチャは、堆積プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、堆積プロセスに適した１つの終点は、試料上に形成された層が所定の厚さに達したときである。さらに、所定の厚さは、例えば、堆積プロセスにより加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりすることができる。終点を表す特異性を得た後、この方法では、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することにより、堆積プロセスを低減し、さらには終了さえすることができる。
一実施形態では、コンピュータ実装方法を使用して、堆積プロセスで層の特性を判別するように構成されたシステムを制御することができる。システムは、本明細書で説明したように、堆積ツールに結合されている測定具を備えている。このシステムは測定具を制御する操作を含む。測定具を制御する操作には、光源を制御することにより光を試料の表面に向け、向けられた光が試料の表面に当たるようにできる。この向けられる光は、偏光状態が知られているものである。さらに、測定具を制御する操作には、堆積プロセスで，検出器を制御して試料の表面からの光を検出することも含む。さらに、この方法は、検出された光を処理して検出された光の強度または偏光状態を判別する操作を含む。例えば、この方法は、検出された光を処理する操作を含み、検出された光に対応して１つまたは複数の出力信号を発生する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上に形成される層の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。これら１つまたは複数の特性としては、試料上の層の厚さ、屈折率、および減衰係数、試料上のフィーチャの限界寸法、試料の欠陥の有無、またはそれらの組み合わせがある。
他の実施形態では、システムを制御して堆積プロセスで試料上に形成される層の特性を判別するコンピュータ実装方法には、本明細書で説明しているような方法のステップが含まれる。例えば、この方法は、堆積ツールに結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。堆積ツールに結合されている計測器を制御する操作は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用する操作を含む。さらに、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
他の一例としては、コンピュータ実装方法は、測定具を制御して試料上の層の堆積を特徴付けるシグネチャを得る操作を含む。このシグネチャは、堆積プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、堆積プロセスに適した１つの終点は、試料上に堆積された層が所定の厚さに達したときである。終点を表す特異性を得た後、この方法では、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを制御して計測器のパラメータを変更することにより、試料上の層の堆積を低減し、さらには終了さえすることができる。
他の実施形態は、半導体デバイスを製造する方法に関係する。この方法は、ステージにウェーハなどの試料を配置するステップを含む。ステージは、堆積ツールのプロセス・チャンバ内に配置してもよい。ステージは、堆積プロセスで試料を支持するように構成されている。さらに、測定具を堆積ツールのプロセス・チャンバに結合することができる。このようにして、ステージを測定具に結合することができる。この方法は、さらに、試料の上に半導体デバイスの一部を形成する操作を含む。例えば、半導体デバイスの一部を形成する操作は、試料上に材料の層を形成する操作を含む。試料上に層を堆積する操作は、複数のダイスを用い試料上に誘電体の層を形成する操作を含む。複数のダイスは、繰り返し可能なパターン・フィーチャを備えている。例えば、堆積層を使用して、試料上に形成されうる半導体デバイスの近いまたは隣接するフィーチャを電気的に分離することができる。
本半導体デバイスを製造する方法はさらに、光を試料の表面に向ける操作も含む。この向けられる光は、偏光状態が知られているものである。この方法はさらに、堆積プロセスで試料の表面から伝播される光を検出するステップも含む。さらに、この方法は、検出された光の強度および／または偏光状態を判別する操作を含む。検出された光の強度および／または偏光状態は、例えば試料上に形成された層の１つまたは複数の特性によって異なる。この方法はさらに、検出された光の強度および／または偏光状態に対応して１つまたは複数の出力信号を生成するステップをも含む。このようにして、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上に堆積された層の特性を判別する操作を含む。特性としては、試料上の層の厚さ、屈折率、および減衰係数、試料上のフィーチャの限界寸法、またはそれらの組み合わせなどがある。
他の実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、本明細書で説明されているような方法のステップを含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更する操作は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。さらに、この方法は、試料上の層の堆積を特徴付けるシグネチャを得る操作も含む。このシグネチャは、堆積プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、堆積プロセスに適した１つの終点は、試料上に堆積された層が所定の厚さに達したときである。終点を表す特異性を得た後、この方法では、堆積ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することにより、堆積プロセスを低減し、さらには終了さえすることができる。
図２４は、エッチング・プロセスを評価するように構成されたシステムの一実施形態を示す。一実施形態では、エッチング・プロセスを評価するように構成されたシステムは、エッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合された測定具２７２を備えている。測定具がプロセス・チャンバの外部のものとなるように測定具２７２をプロセス・チャンバ２７４に結合することができる。したがって、プロセス・チャンバ内で測定具が化学薬品および物理条件に晒される機会が低減され、さらには実質的に排除されさえする。さらに、測定具がエッチング・プロセスの動作、性能、または制御を変更しないように測定具を外部的にプロセス・チャンバに結合することができる。例えば、プロセス・チャンバはプロセス・チャンバ２７４の壁内に配置された実質的に光学的に透明な材料２７６からなる１つまたは複数の小さなセクションを備えている。しかし、プロセス・チャンバ２７４の構成は、測定具２７２をプロセス・チャンバに結合する適切な方法に応じて決めることができる。例えば、プロセス・チャンバの壁内の実質的光学的透明材料セクション２７６の配置および寸法は、プロセス・チャンバ内のコンポーネントの構成によって異なる。
他の実施形態では、測定具２７２は、図１６に関して図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバは、図１７に示されているように、エッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合することができる。例えば、測定チャンバは、エッチング・ツールの１つまたは複数のプロセス・チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。このようにして、エッチング・ツール、ステージ２８０、または他の適切な機械デバイスからなるロボット・ウェーハ・ハンドラを、エッチング・ツールの測定チャンバとプロセス・チャンバの間で試料２７８を移動させることができるように構成することができる。さらに、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、ステージ、または他の適切な機械デバイスは、エッチング・ツールのプロセス・チャンバと測定チャンバの間で試料２７８を移動させることができるように構成されている。測定具２７２は、さらに、図１７に関して詳述されているように、プロセス・チャンバ２７２に結合することができる。
エッチング・ツールの例は、Ｃｈｅｎｇらによる米国特許第４８４２６８３号、Ｃｈｅｎｇらによる米国特許第５２１５６１９号、Ｈａｎａｗａによる米国特許第５６１４０６０号、Ｒｉｃｅらによる米国特許第５７７００９９号、Ｍａｙｄａｎらによる米国特許第５８８２１６５号、Ｍｉｎｔｚらによる米国特許第５８４９１３６号、Ｃｒｕｓｅによる米国特許第５９１００１１号、Ｔｏｐｒａｃらによる米国特許第５９２６６９０号、Ｌｅｖｙによる米国特許第５９７６３１０号、Ｋｏｓｈｉｉｓｈｉらによる米国特許第６０７２１４７号、Ｉｍａｆｕｋｕらによる米国特許第６０７４５１８号、Ａｓｈｔｉａｎｉらによる米国特許第６０８３３６３号、およびＳｕｅｍａｓａらによる米国特許第６０８９１８１号、Ａｒａｉらによる米国特許第６１１０２８７号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。エッチング・ツールに結合されている測定具の他の例は、ＧｒｉｍｂｅｒｇｅｎらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９９／５４９２６に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。ＷＯ９９／５４９２６では、エッチング・ツールに結合されている測定具を「反射率厚さ測定装置」として記述しており、これは本明細書で説明しているような測定具と実質的に異なる。プロセス・チャンバ内に配置されているウェーハ上の電圧を推定する装置の例は、Ｌｏｅｗｅｎｈａｒｄｔらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０７２ ８９４ Ａ２に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
測定具２７２は、偏光状態が知られている入射光線を試料２７８に向け、エッチング・プロセスの実行前、実行中、または実行後に試料のある領域に光が当たるように構成されている。さらに、測定具は、エッチング・プロセスの実行前、実行中、または実行後に試料の照らされている領域から反射した光の偏光状態を分析するように構成されている。例えば、測定具はビーム・プロフィル楕円偏光計を備えている。しかし、これに加えて、測定具２７２は、分光ビーム・プロフィル楕円偏光計、ヌル楕円偏光計、および／または分光楕円偏光計を備えている。さらに、測定具２７２は本明細書で説明しているようにスキャタロメータとして構成されている。
透明材料２７６の比較的小さなセクションは、入射光線をプロセス・チャンバの外部にある光源からプロセス・チャンバ内の試料に、また反射した光線を試料２７８からプロセス・チャンバの外部にある検出器に送ることができる。光学的透明材料は、入射光線および反射光線が透明材料の比較的小さなセクションを通過し、しかも入射光線および反射光線の光学特性を変える望ましくない作用を生じることのない光学または材料特性を持つ。この方法では、測定具２７２を、プロセス・チャンバ内に配置されたステージ２８０に結合することができ、試料２７８を支持するように構成する。
測定具２７２は、入射光線を発生するように構成された光源２８２を備えている。例えば、光源２８２は、ガスレーザーまたは固体レーザー・ダイオードなどの偏光状態が分かっている光を放射するように構成されたレーザーを使用する。このようなレーザーは、通常、それぞれ６３３ｎｍおよび６７０ｎｍの単一波長の光を放射することができる。測定具２７２は、さらに、これらに限定しないが直線または回転偏光器または複屈折１／４波長板補償器などの偏光セクション２８４を備えている。偏光セクションは、直線偏光を回転偏光に変換するように構成されている。このようにして、偏光状態が知られている入射光線は試料に向かうことができる。さらに、測定具２７２は、入射光線の少なくとも一部を試料２７８の上面に向けるように構成されたビーム・スプリッタ２８６を備えている。ビーム・スプリッタ２８６はさらに、入射ビームを高開口数（「ＮＡ」）のレンズ２８８に通すようにも構成されている。このようにして、測定具２７２は、入射光線が複数の入射角度で試料２７８に向かうように構成されている。例えば、高ＮＡレンズ２８８の開口数は約０．９である。しかし、レンズの開口数は、たとえば必要な入射角度の数に応じて多い場合も少ない場合もある。さらに、高ＮＡレンズ２８８は、入射ビームを試料２７８の上面の非常に小さなスポット・サイズに絞るように構成されている。このようにして、入射ビームをいくつかの入射角度で試料上の単一のフィーチャまたは領域に向けることができる。ビーム・スプリッタ２８６は、さらに、入射光線の一部を透過させ、その入射光線の透過した部分が検出器２８３に入射するするようにも構成されている。検出器２８３は、光源２８２の出力パワーの変動を監視するように構成されている。
試料２７８の表面から戻る光は、高いＮＡレンズ２８８とビーム・スプリッタ２８６を通り、偏光器２９０に戻ることができる。例えば、偏光器２９０は、回転偏光フィルタを備えている。測定具は、いくつかの入射角度で反射した光の強度を測定するように構成された検出器２９２を備えている。例えば、検出器２９２では、ダイオード・アレイを二次元配置で放射状に配置することで、反射した光の強度をいくつかの入射角度で測定することができる。
他の実施形態では、試料から戻ってきた光は１／４波長板２９４を通過することができる。１／４波長板は、戻ってきた光の偏光状態の１つの位相を約９０度遅らせるように構成されている。このような測定具では、２つの偏光状態が干渉し合うように偏光器２９０を構成している。このような測定具用の検出器２９２は、４象限を持つクォッド・セル検出器を備えている。検出器のそれぞれの象限は、検出器の象限に入射する反射光のパワーの大きさにほぼ比例する１つまたは複数の出力信号を発生するように構成されている。それぞれの信号は、異なる入射角度で戻ってきた光の強度の積分を表す。このようなクォッド・セル検出器は、さらに、すべての象限からの１つまたは複数の出力信号が総和される場合に、全出力検出器として動作するように構成することもできる。
上述のそれぞれの実施形態では、プロセッサ２９６は、検出器２９２からの１つまたは複数の出力信号から試料の層の厚さ、屈折率、減衰係数、および／または試料上のフィーチャの限界寸法を判別するように構成されている。例えば、プロセッサ２９６は、検出器２９２の１つまたは複数の出力信号から層または試料２７８のフィーチャの厚さまたは試料２７８内に形成された絶縁構造などのフィーチャの厚さを判別することができる。
他の実施形態では、偏光状態が分かっている広帯域光を発生するように光源２８２を構成している。適切な光源としては、ハロゲン電球などの多色灯などがある。測定具のこのような構成では、試料から反射された光をフィルタ（図に示されていない）を通す。そのフィルタは、光をフィルタの２象限に通し、フィルタの他の２つの象限を通る光を遮るように構成されている。したがって、このフィルタを通過する光は、１つの符号、例えば正の符号のみをとる楕円偏光信号ｄを有することができる。反射した光はこのフィルタを通った後、開口の小さな空間フィルタ（図には示されていない）を通る。空間フィルタは、検出器２９２に向かうことができる光の波長を制限するように構成されている。したがって、空間フィルタの開口の幅は、例えば、目的の波長分解能により大きい場合も小さい場合もありうる。
測定具はさらに、すべての入射角度からの光を組み合わせるように戻った光を集束させ、その戻った光を波長の関数として角度的に分散させるように構成した格子（図に示されていない）を備えている。この格子は、湾曲格子および湾曲鏡、レンズおよび別の平面格子、またはプリズムを備えている。検出器２９２は、複数の個々の検出器要素からなるアレイを備えている。このようにして、検出器は、狭い波長帯と多数の入射角度に対して反射光の強度を測定するように構成されている。したがって、空間フィルタ、格子、および検出器は、その構成が従来の分光計に非常によく似ていることなどがある。
測定具はさらに、試料の表面から戻ってきた光をもう一度測定するように構成されている。この測定では、フィルタを通った光には、第１の測定でフィルタを通過した光の符号と反対の楕円偏光信号ｄ（つまり負）が含まれる。上述の他の実施形態では、プロセッサ２９６はさらに、検出器からの１つまたは複数の出力信号から試料の層の厚さ、屈折率、減衰係数、および／または試料上のフィーチャの限界寸法を判別するように構成することもできる。例えば、プロセッサは、検出器の１つまたは複数の出力信号から試料２７８上の層または試料２７８内に形成された絶縁構造などのフィーチャの厚さを判別することができる。ビーム・プロフィル楕円偏光計の例は、Ｇｏｌｄらによる米国特許第５０４２９５１号、Ｆａｎｔｏｎらによる米国特許第５１８１０８０号、Ｆａｎｔｏｎらによる米国特許第５５９６４１１号、Ａｓｐｎｅｓらによる米国特許第５７９８８３７号、およびＡｓｐｎｅｓらによる米国特許第５９００９３９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、システムはさらに較正楕円偏光計（図に示されていない）を備えている。較正楕円偏光計は、試料の基準層の厚さを判別するように構成されている。基準層の厚さは、本明細書で説明している測定具を使用して測定することができる。プロセッサ２９６により、較正楕円偏光計および測定具によって生成される基準層の厚さ測定結果の位相オフセットを決定できる。プロセッサは、位相オフセットを使用して、測定具により行った測定から追加層の厚さを判別するように構成されている。また、較正楕円偏光計をエッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合させることもできる。したがって、較正楕円偏光計を使用して、測定された楕円偏光計パラメータの変動を低減し、さらには除去することさえできる。例えば、偏光解析パラメータ□の測定結果は、測定具の１つまたは複数の光学経路に沿って環境条件が変化するため変動することがある。偏光解析パラメータ□のこのような変動により、試料上の層の厚さ測定が変わることなどがある。したがって、較正楕円偏光計を使用して、試料上の層の厚さ測定のドリフトを低減し、さらには除去することさえできる。
試料から戻ってきた光の偏光状態は、試料のエッチング中に変更できる。例えば、反応性イオン・エッチング（「ＲＩＥ」）またはプラズマ・エッチング・プロセスなどのエッチング・プロセスで、プラズマ２９８の化学反応種および試料２７８の表面および試料２７８の表面に入射するプラズマ２９８のイオン種を伴う化学反応により試料上に選択的露光した層を除去することができる。この方法で、エッチング・プロセスで選択的露光した層の厚さを除去することができる。エッチング・プロセスで層の厚さが減ると、層の反射率が層の厚さの変動とともにほぼ正弦曲線を描いて変化する。したがって、反射された光の強さは、選択的露光された層の厚さに応じて変化する。さらに、反射された光の強さは、式Ｉｒ＝｜ＥＲ｜２に従って電界強度の平方にほぼ等しい。Ｉｒはさらに、偏光解析パラメータΨおよびｄに関して表すこともできる。非常に薄い層については、ｔａｎΨは厚さに無関係であり、ｄはその厚さにほぼ正比例する。このようにして、試料から反射された光の強度に対応する測定具からの出力信号を使用して、層の厚さを判別することができる。
エッチング速度は、一定期間に除去できる試料上の層の厚さとして定義することができる。したがって、エッチング速度は、エッチング・プロセスでの試料上の層の厚さの変動を決定することがある。そのエッチング速度は、エッチング・プロセス全体を通して実質的に一定である。それとは別に、エッチング速度を、エッチング・プロセス全体を通して変えてもよい。例えば、エッチング速度は、エッチング・プロセス全体を通して指数関数的に減少してもよい。エッチング速度は、エッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータにより決定される。例えば、１つのパラメータに、ガス源３００からエッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４へのエッチャント・ガスの流量が含まれる。この流量は、例えば、位置などのパラメータまたは弁３０１などの機器の設定により異なる。さらに、このようなパラメータは、プロセス・チャンバ２７４に結合されている電源３０２および３０４などの機器により決定できる無線周波電力値も含む。追加パラメータとしてはプロセス・チャンバ内の圧力があるが、これは、圧力計として構成される計測器３０６によって測定できる。
このようなパラメータは、エッチング・プロセスで試料上の層の厚さの変動に影響を及ぼす。例えば、プロセス・チャンバ内で圧力が低下すると、エッチング・プロセスにおいて試料上の層の厚さがすぐに除去される。この方法では、反射されたサンプル・ビームの強度は、エッチング・ツールのプロセス・チャンバに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータにより異なる。したがって、測定具２７２に結合されているプロセッサ２９６は、エッチング・プロセスで反射されたサンプル・ビームの測定済み強度からエッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合されている計測器のパラメータを判別する。
一実施形態では、測定具２７２に結合されているプロセッサ２９６は、検出器２９２から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成されている。さらに、このプロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料２７８のエッチングされた領域の特性を判別するように構成されている。測定具２７２は、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、測定具２７２は、本明細書で説明しているように、ビーム・プロフィル楕円偏光計、分光ビーム・プロフィル楕円偏光計、ヌル楕円偏光計、分光楕円偏光計、および／またはスキャタロメータを備えている。したがって、エッチングされた領域の特性には、これらに限定されないが、試料上のフィーチャの厚さ、屈折率、減衰係数、限界寸法、またはそれらの組み合わせなどがある。厚さ、屈折率、および／または減衰係数を、一般に、「薄膜」特性と呼ぶことができる。
エッチング・プロセスの後に、試料から残留マスキング材料を取り除くことがある。さらに、導体などの材料を試料上に堆積させる。試料を研磨して、試料の上面が実質的に平坦になるようにする。このようにして、中間接触構造などのさまざまな半導体フィーチャを試料上に形成することができる。試料上に形成された半導体フィーチャの特性は、例えば、エッチング領域の１つまたは複数の特性および剥離、堆積、および研磨プロセスのプロセス条件により異なっていてもよい。したがって、試料２７８上の半導体フィーチャの特性は、エッチングされた領域の判別された特性を使用して決定できる。さらに、測定具２７２に結合されたプロセッサ２９６を、検出器２９２からの１つまたは複数の出力信号からエッチング・プロセスの実行前、実行中、または実行後の試料上の異物などの欠陥の有無を判別するように構成することもできる。
他の実施形態では、プロセッサ２９６は、測定具２７２およびエッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合される。プロセッサ２９６は、測定具２７２およびプロセス・チャンバ２７４とインターフェイスするように構成されている。例えば、プロセッサ２９６は、エッチング・プロセスでプロセス・チャンバ２７４に結合されたデバイスから１つまたは複数の信号を受信する。このような１つまたは複数の出力信号は、圧力計３０６などのプロセス・チャンバに結合された計測器のパラメータに対応するものである。プロセッサ２９６は、本明細書で説明しているように、検出器２９２から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成されている。
他の実施形態では、測定具は、上述のように、エッチング・プロセスにおいて、試料から戻ってくる光の強度の変化を測定するようにも構成されている。例えば、測定具は、エッチング・プロセスで、実質的に連続的にまたは所定の時間間隔により、試料から反射される光の強度を測定する。したがって、このプロセッサは、測定具から試料から戻ってきた光の強度に対応する出力信号を受信し、エッチング・プロセスで出力信号の変化を監視する。さらに、プロセッサ２９６は、測定具２７２からの出力信号とプロセス・チャンバ２７４に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータとの関係を判別するようにも構成されている。したがって、プロセッサ２９６は、判別された関係に対してプロセス・チャンバ２７４に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。さらに、プロセッサは、この関係と測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して計測器のパラメータを判別するように構成されている。
さらに、プロセッサ２９６は、測定具２７２およびエッチング・ツール２７４を制御するように構成されている。例えば、このプロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応してエッチング・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。プロセッサは、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して、エッチング・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、このプロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。例えば、プロセッサは、本明細書で説明しているように、測定具からの出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更するように構成されている。
エッチング・プロセスで測定具からの出力信号の変化を分析することにより、プロセッサはさらにエッチング・プロセスに対応するシグネチャを生じさせることもできる。このシグネチャは、エッチング・プロセスの終点に特有であってよい少なくとも１つの特異性を含む。例えば、エッチング・プロセスの１つの終点は、試料上の層が所定の厚さに達したときである。試料上の層の所定の厚さは、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりする。さらに、エッチング・プロセスの１つの終点は、試料上の層がほぼ完全に除去されたときでもよい。このような終点は、材料の基礎層が後処理を受けることができるような層の厚さの実質的全体を通じたエッチングに対応している。プロセッサがシグネチャの特異性を検出した後、このプロセッサは、エッチング・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更することにより試料のエッチングを減らし、さらに終了することさえできる。エッチング・プロセスの終点を検出する方法は、ＳｕｉらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／０３４２１とＧｒｉｍｂｅｒｇｅｎらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／６０６５７に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
一実施形態では、プロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して、追加試料の後続のエッチング・プロセス用のエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するように構成されている。例えば、測定具から送られてきた１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層の厚さを判別することができる。例えば、試料上の層の厚さは、所定の厚さよりも厚くてもよい。所定の厚さは、例えば、エッチング・プロセスで製造されることができる半導体デバイスのフィーチャにより異なっている。追加試料を処理する前に、エッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器の無線周波電力または他のパラメータを変更することができる。例えば、エッチング・プロセスの無線周波電力を高くして、エッチングする追加試料上の層の厚さを増やすことができる。このようにして、エッチング・プロセスによりエッチングされた追加試料上の層の厚さを試料上の測定された層よりも所定の厚さに近づけることができる。このような方法で、このプロセッサは、フィードバック制御手法を使用して、測定具からの出力信号に対応してエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。
他の実施形態では、プロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して追加半導体製造プロセスのプロセス条件を判別するように構成されている。追加半導体製造プロセスは、エッチング・プロセスの後に実行できる。エッチング・プロセスの後に実行される追加半導体製造プロセスとしては、これに限定されないが、試料上のマスキング材料を剥離するプロセスなどがある。通常、後の処理で試料の領域を露光できるようにリソグラフィ・プロセスを使用してマスキング材料を試料上にパターン形成することができる。後のエッチング・プロセスで、試料の露光領域の少なくとも一部を除去することができる。
エッチング・プロセスの後、試料に残っているマスキング材料は、剥離プロセスで除去することができる。測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して、エッチング・プロセスの実行中または実行後の試料のマスキング材料の厚さを判別することができる。例えば、エッチング・プロセスの後の試料上のマスキング材料の判別された厚さは、所定の厚さよりも厚くてもよい。しかし、剥離プロセスの現在のプロセス条件は、試料上のマスキング材料の所定の厚さに対して最適にすることができる。したがって、マスキング材料を剥離する前に、プロセス時間またはプロセス温度などの剥離プロセスのプロセス条件を変更し、実質的にマスキング材料全体を剥離プロセスによって除去することができる。例えば、剥離プロセスのプロセス時間を長くして、マスキング材料のほぼ全体の厚さ分を試料から除去することができる。この方法により、プロセッサは、フィードフォワード制御手法用いて測定具から得られる１つまたは複数の出力信号に対して剥離ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、本明細書に説明されているいずれかの実施形態によりプロセッサを構成している。
一実施形態では、エッチング・プロセスで試料の特性を判別する方法は、ステージ２８０上に試料２７８を配置する操作を含む。ステージ２８０は、エッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４内に配置してもよい。ステージは、エッチング・プロセスで試料を支持するように構成されている。本明細書で説明しているように、測定具２７２をエッチング・ツールのプロセス・チャンバ２７４に結合することができる。したがって、ステージ２８０を測定具２７２に結合することができる。さらに、測定具２７２は、本明細書で説明しているように構成されている。この方法は、入射光線を試料の領域に向ける操作も含む。入射光線は偏光状態が知られているものである。向けられた入射光線は、エッチング・プロセスにおいて複数の入射角度で試料の領域を照らすことができる。試料の照らされている領域は、エッチング・プロセスで除去される試料の露光領域である。
さらに、この方法は、エッチング・プロセスで試料の照らされている領域から反射する光を検出する方法を含む。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップをも含む。これらの１つまたは複数の出力信号は、試料の照らされている領域から戻ってきた光の偏光状態に対応している。したがって、この方法は、試料から反射した入射光線の偏光状態の変化を判別する操作を含む。試料から戻ってきた入射光線の偏光状態の変化は、例えば、試料上の層の厚さなどの試料の１つまたは複数の特性によって異なっている。このようにして、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の複数の層の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。このような特性としては、試料上の層の厚さ、屈折率、および減衰係数、試料上のフィーチャの限界寸法、またはそれらの組み合わせなどがある。
他の実施形態では、エッチング・プロセスで試料上の層の特性を判別する方法には、本明細書で説明しているような実施形態のステップが含まれる。例えば、この方法は、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応してエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は．測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
さらに、この方法は、エッチング・プロセスを特徴付けるシグネチャを取得することも含む。このシグネチャは、エッチング・プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、エッチング・プロセスの１つの終点は、試料上の層が所定の厚さに達したときである。さらに、所定の厚さは、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、エッチ・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより、エッチング・プロセスを低減し、さらには終了さえすることができる。
他の実施形態は、エッチング・プロセスで試料の特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法に関係する。システムは、本明細書で説明しているように、エッチング・ツールに結合された測定具を備えている。この方法は、エッチング・プロセスで試料のある領域から反射する光を検出するため測定具を制御する操作を含む。例えば、測定具を制御する操作は、エッチング・プロセスで光源を制御して入射光線を試料の領域に向ける操作を含む。光源は、エッチング・プロセスにおいて複数の入射角度で入射光線が試料の領域を照らすように制御される。入射光線は偏光状態が知られているものである。試料の照らされている領域は、エッチング・プロセスで除去される試料の露光領域を含む。さらに、測定具を制御する操作は、検出器を制御してエッチング・プロセスで試料の照らされている領域から戻ってくる光の少なくとも一部を検出する操作を含む。この方法はさらに、検出された光に対応して１つまたは複数の出力信号を生成するステップをも含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、試料の照らされている領域から反射した入射光線の偏光状態の変化を判別する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。特性としては、これらに限定されないが、試料上の層の厚さ、屈折率、および減衰係数、および／または試料上のフィーチャの限界寸法、またはそれらの組み合わせなどがある。
他の実施形態では、エッチング・プロセスで試料の特性を判別するように構成されたシステムを制御するコンピュータ実装方法は、本明細書で説明しているようないずれかの実施形態のステップを含む。例えば、この方法は、エッチング・ツールに結合されている計測器を制御し、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して、エッチング・ツールに結合されている計測器を制御して計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
他の一例としては、この方法は、測定具を制御してエッチング・プロセスに特有のシグネチャを得る操作を含む。このシグネチャは、エッチング・プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。エッチング・プロセスの１つの終点は、これに限定されないが試料上の層が所定の厚さに達したときである。所定の厚さは、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、エッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを制御し計測器のパラメータを変更することにより、エッチング・プロセスを低減し、さらには終了さえすることができる。
他の実施形態は、ステージ上に試料を配置する操作を含む、半導体デバイスを製造する方法に関係する。このステージは、図２４に示されているように、エッチング・ツールのプロセス・チャンバ内に配置してもよい。ステージは、エッチング・プロセスで試料を支持するように構成されている。測定具はさらに、図２４に示されているように、エッチング・ツールのプロセス・チャンバに結合することができる。このようにして、ステージを測定具に結合することができる。
この方法は、さらに、試料の上に半導体デバイスの一部を形成する操作を含む。例えば、半導体デバイスの一部を形成する操作は、試料の露光領域をエッチングする操作を含む。エッチング・プロセスでは、通常、試料全体に化学エッチングを施すことができる。試料の所定の領域に化学エッチングを施すエッチング・プロセスの前にマスキング材料を試料に配置してもよい。例えば、リソグラフィ・プロセスおよび／またはエッチング・プロセスを使用して試料の所定の領域を露光することによりマスキング材料の一部を除去することができる。所定の露光領域は半導体デバイスのフィーチャが形成される試料の領域とすることができる。エッチング・プロセスにおいて、試料の基礎領域のエッチングがマスキング材料の残り部分により実質的に抑制される。適切なマスキング材料には、これらに限定されないが、レジスト、酸化ケイ素、窒化ケイ素、および窒化チタンなどの誘電体、多結晶シリコン、ケイ化コバルト、およびケイ化チタンなどの導体、またはそれらの組み合わせなどがある。
半導体デバイスを製造する方法は、さらに、入射光線を試料の領域に向ける操作も含む。入射光線は偏光状態が知られているものである。試料の領域は、エッチング・プロセスで除去される試料の領域とすることができる。この方法は、さらに、エッチング・プロセスで試料の照らされている領域から反射する光の少なくとも一部を検出することも含む。この方法はさらに、検出された光に対応する信号を生成する操作を含む。さらに、この方法は、試料から反射した入射光線の偏光状態の変化を判別する操作を含む。試料から戻ってきた入射光線の偏光状態の変化は、例えば、試料の１つまたは複数の特性によって異なってよい。このようにして、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。特性としては、これらに限定しないが、試料上の層の厚さ、屈折率、および減衰係数、試料上のフィーチャの限界寸法、またはそれらの組み合わせなどなどがある。
他の実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、本明細書で説明したようないずれかの実施形態のステップを含む。例えば、この方法は、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応してエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用してエッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
この方法はさらに、エッチング・プロセスに特有のシグネチャを取得することも含む。このシグネチャは、エッチング・プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。エッチング・プロセスの１つの終点は、試料上の層が所定の厚さに達したときである。さらに、所定の厚さは、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、エッチング・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより、エッチング・プロセスを低減し、さらには終了さえすることができる。
図２５は、イオン注入プロセスを評価するように構成されたシステムの一実施形態を示す。一実施形態では、イオン注入プロセスを評価するように構成されたシステムは、イオン注入器３１０に結合されている測定具３０８を備えている。測定具３０８はイオン注入器の外部のものとなるようにイオン注入器３１０に結合されてもよい。したがって、イオン注入器内で測定具が化学薬品および物理条件に晒される機会が低減され、さらには実質的に排除さえされうる。さらに、測定具３０８を、測定具がイオン注入プロセスの動作、性能、または制御を変更しないようにイオン注入器に結合することができる。例えば、イオン注入器のプロセス・チャンバは、プロセス・チャンバの壁内に配置された実質的に透明な材料３１２からなる比較的小さなセクションを備えている。しかし、イオン注入器の構成により、測定具をイオン注入器に結合する適切な方法を決めることができる。例えば、プロセス・チャンバの壁内の実質的に透明な材料セクション３１２の配置および寸法は、プロセス・チャンバ内のコンポーネントの構成によって異なってよい。イオン注入器の例は、Ａｉｔｋｅｎによる米国特許第４５７８５８９号、Ａｉｔｋｅｎによる米国特許第４５８７４３２号、Ｒｏｂｉｎｓｏｎらによる米国特許第４７３３０９１号、Ｐｌｕｍｂらによる米国特許第４７４３７６７号、Ｆｉｓｈｋｉｎらによる米国特許第５０４７６４８号、Ｃｏｏｋｅらによる米国特許第５６４１９６９号、Ｂｒｉｇｈｔらによる米国特許第５８８６３５５号、Ｂｕｒｇｉｎらによる米国特許第５９２００７６号、Ｅｎｇｌａｎｄらによる米国特許第６０６０７１５号、Ｗａｇｎｅｒらによる米国特許第６０９３６２５号、Ｄｅｎｈｏｌｍらによる米国特許第６１０１９７１号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、測定具３０８を、図１６に関して図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバを、図１７に示されているように、イオン注入注入器３１０に結合することができる。例えば、測定チャンバは、イオン注入器３１０の１つまたは複数のプロセス・チャンバの近くに横または垂直に配置される。このようにして、イオン注入器３１０、ステージ３１６、または他の適切な機械デバイスからなるロボット・ウェーハ・ハンドラは、イオン注入器の測定チャンバとプロセス・チャンバの間で試料３１４を移動させることができるように構成されている。さらに、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、ステージ、または他の適切な機械デバイスは、イオン注入器のプロセス・チャンバと測定チャンバの間で試料３１４を移動させることができるように構成されている。測定具３０８は、さらに、図１７に関して詳述されているように、イオン注入器３１０に結合することができる。
測定具３０８は、イオン注入の実行前、実行中、または実行後に試料のある領域を周期的に励起するように、入射光線を試料３１４に周期的に向けるように構成されている。測定具３０８を、イオン注入の実行前、実行中、または実行後にサンプル光線を試料３１４の周期的励起領域に向けるように構成させてもよい。さらに、測定具３０８を、イオン注入の実行前、実行中、または実行後に試料３１４の周期的励起領域から反射されたサンプル・ビームの強度を測定するように構成させてもよい。実質的に透明な材料３１２の小さなセクションは、プロセス・チャンバの外部の１つまたは複数の照明システムから入射ビームおよびサンプル・ビームをプロセス・チャンバ内の試料に送り、また試料から反射されたサンプル・ビームをプロセス・チャンバの外部の検出システムに送ることができる。実質的に透明な材料３１２は、入射ビーム、サンプル・ビーム、および反射ビームの光学特性を変化させる望ましくない作用を引き起こすことなくビームがプロセス・チャンバの実質的に透明なセクションを通過するような光学および／または材料特性を備えている。この方法では、測定具３０８は、プロセス・チャンバ内に配置されたステージ３１６に結合することができ、試料３１４を支持するように構成されている。
一実施形態では、測定具３０８は、入射光線を放射するように構成されたアルゴン・レーザーなどの光源３１８を備えている。光源は、Ｘ線、ガンマ線、赤外線、紫外線、可視光、マイクロ波、または無線周波を含む他のおよび／または複数の波長の電磁放射を発生するものでもよい。光源３１８は、さらに、電子、陽子、中性子、イオン、または分子のビームなど試料３１４の表面に局部的加熱領域を発生させることができるエネルギー源を備えている。このようなエネルギー源は、イオン注入器３１０のプロセス・チャンバ内に配置してもよい。さらに、光源３１８は、試料の少なくとも一部の価電子帯の電子をバンド・ギャップ間で導体バンドへ励起させて、プラズマと呼ばれる複数の電子−ホール対を生成するように構成されたエネルギー源ならどんなものもよい。測定具３０８は、さらに、光源３１８から放射された入射ビームをチョップするように構成された変調器３２０を備えている。変調された入射光線を試料３１４に向けて、その試料の領域を周期的に励起することができる。
測定具３０８は、さらに、サンプル光線を放射するように構成されたヘリウム・ネオン・レーザーなどの追加光源３２２を備えている。測定具はさらに、ダイクロイック・ミラー３２４、偏光ビーム・スプリッタ３２６、１／４波長板３２８、顕微鏡対物レンズなどの集光レンズ３３０などの追加光学コンポーネントを備えている。変調した入射ビームおよびサンプル・ビームを試料の実質的に同じ領域に向けることができるように測定具内に追加光学コンポーネントを配置してもよい。しかし、追加の光学コンポーネントは、変調した入射ビームおよびサンプル・ビームを試料の２つの重なり合うが同軸でない、あるいは２つの横に間隔をあけて並べた領域に向けることができるように測定具内に配置することもできる。
測定具３０８はさらに、光源のそれぞれに結合されたトラッカー（図に示されていない）を備えている。トラッカーは、入射ビームおよびサンプル・ビームの位置を制御するように構成されている。例えば、トラッカーは、イオン注入プロセスでサンプル・ビームの位置に対して入射ビームの位置を変更するように構成されている。さらに、トラッカーは、入射ビームおよびサンプル・ビームの位置を制御して、イオン注入プロセスでビームが試料の実質的に異なる領域に向かうように構成されている。したがって、システムは、試料上の任意の数の位置でイオン注入プロセスを評価するように構成されている。追加光学コンポーネントは、試料の表面から反射されたサンプル・ビームが測定具の検出システムに向かうように測定具内に配置してもよい。
一実施形態では、検出システム３３２は、反射されたサンプル・ビームの強度変化を測定できるように構成されることができる従来の光検出器を備えている。反射されたサンプル・ビームの強度変化は、例えば、試料３１４の周期的に励起される領域の周期的反射率変化によって異なってよい。他の実施形態では、検出システム３３２は従来の干渉計を備えている。このようにして、反射されたサンプル・ビームは、干渉計に入射す前に基準光線と組み合わせることができる。基準ビームは、サンプル・ビームの一部であり、一部透過型鏡３２６により干渉計に向けることができる。試料から反射されたサンプル・ビームと基準ビームの位相が一致しないので、この組み合わせたビーム内に干渉パターンが発生する。干渉パターンの強度変化は干渉計で検出できる。
他の実施形態では、検出システム３３２は多数の象限を持つ分割フォトダイオードまたは２セル光検出器を備えている。光検出器の各象限は、反射されたサンプル・ビームの強度を無関係に測定するように構成されている。このようにして、各象限は、反射されたサンプル・ビームが光検出器の表面に対して変化するときに異なる強度を検出できる。したがって、分割光検出器は、反射されたサンプル・ビームの偏光の範囲を測定するように構成されている。偏光測定については、上述のように、変調された入射ビームおよびサンプル・ビームを試料の２つの重なり合うが同軸でない領域に向けることができる。変調光学反射率測定具の例は、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第４５７９４６３号、Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる米国特許第４７５０８２２号、Ｏｐｓａｌらによる米国特許第４８５４７１０号、およびＯｐｓａｌらによる米国特許第５９７８０７４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。本明細書で説明している実施形態はさらに、これらの特許で説明されているシステムおよび方法の特徴をも含む。さらに、上述の検出器はそれぞれ、反射したサンプル・ビームの強度変化に対応する１つまたは複数の出力信号を発生するように構成されている。
反射したサンプル・ビームの強度変化を、イオンを試料に注入することにより変えることができる。例えば、イオン注入プロセスでは、特に高い線量レベルを使用したプロセスで、イオンが試料に注入されるため試料の一部が損傷することがある。通常、試料の損傷部分は、結晶損傷層と、アモルファス・シリコンの中間層を含む。上側結晶損傷層の格子構造は、アモルファス・シリコンの中間層の格子構造とかなり異なってよい。したがって、上側結晶層およびシリコンのアモルファス層は温度境界および光学境界として働くことができる。例えば、格子構造の違いのため２つの層は異なる周期的励起が生じることがある。さらに、異なる周期励起により、２つの層がサンプル・ビームを反射する仕方が異なる。したがって、反射したサンプル・ビームの強度変化は、厚さおよび、上側結晶層とアモルファス層の格子構造に依存する。
上側結晶層およびアモルファス層の厚さは、イオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータに依存する。イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータにより、イオン注入プロセスのプロセス条件を決定することができる。イオン注入器に結合されている計測器としては、これらに限定されないが、ガス供給源３３４、エネルギー源３３６、圧力弁３３８、および変調器３４０などがある。上側結晶層の損傷は、例えば、シリコン層の原子と注入されたイオンとの間の電子の衝突に応じて異なる。しかし、シリコン層に入るイオンに原子衝突毎にエネルギーが十分になく格子位置からケイ素原子が変位しないと、変位損傷は発生しない。このようにして、上側結晶層の厚さは、例えば、注入エネルギーに応じて異なってよい。イオン、特に重いイオンの線量を増やすと、単位体積当たりの変位原子が半導体の原子密度に近づくアモルファス領域が上側結晶損傷層の下に生じることなどがある。イオン注入プロセスの注入線量が増えると、アモルファス層の厚さも増大することがある。このようにして、反射したサンプル・ビームの強度変化は、これらに限定されないが、注入エネルギーおよび線量などを含む注入時のプロセス条件に左右される。したがって、測定具３０８に結合されているプロセッサ３４２は、イオン注入の実行前、実行中、および／または実行後に反射したサンプル・ビームの測定された強度変化からイオン注入器３１０に結合されている計測器のパラメータを判別するように構成されている。イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータにより、これらに限定されないが、注入エネルギー、注入線量、注入イオン種、注入角度、および温度などのプロセス条件を定義することができる。
一実施形態では、測定具３０８に結合されているプロセッサ３４２は、イオン注入の実行前、実行中、および／または実行後に検出システム３３２からの１つまたは複数の出力信号から試料３１４の注入領域の１つまたは複数の特性を判別するように構成されている。注入領域の特性には、これらに限定されないが、試料内の注入イオンの有無、試料内の注入イオンの濃度、試料内の注入イオンの深さ、試料内の注入イオンの分布プロフィル、またはそれらの組み合わせなどを含む。注入後、試料をアニーリングして、試料の注入領域を電気的に活性化させることができる。深さおよび分布プロフィルなどの電気的に活性化された注入領域の特性は、上側結晶層と注入時に形成されるアモルファス層の厚さおよびアニーリング・プロセスのプロセス条件に左右される。したがって、電気的に活性化された注入領域の特性は、注入領域の判別された特性から判別することができる。さらに、測定具３０８に結合されたプロセッサ３４２は、検出システム３３２の１つまたは複数の出力信号から注入プロセスの実行前、実行中、および／または実行後の試料上の異物などの欠陥の有無を判別するように構成されている。
他の実施形態では、プロセッサ３４２は、測定具３０８およびイオン注入器３１０に結合される。プロセッサはさらに、測定具およびイオン注入器とインターフェイスするように構成されている。例えば、プロセッサは、イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを表すことができる出力信号をイオン注入プロセスのときにイオン注入器から受信することができる。プロセッサは、さらに、イオン注入プロセスで検出システムから出力信号を受信するように構成されている。他の実施形態では、測定具は、イオン注入プロセスで検出システムから出力信号の変化を測定するように構成されている。例えば、測定具は、注入時に実質的に連続的にまたは所定の時間間隔により、反射されたサンプル・ビームを検出するように構成されている。したがって、プロセッサは、実質的に連続的にまたは所定の時間間隔により、検出された光に対応する出力信号を受信し、イオン注入プロセスで１つまたは複数の出力信号の変化を監視するように構成されている。このようにして、プロセッサ３４２は、検出された光に対応する出力信号とイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータとの関係を判別する。したがって、プロセッサ３４２は、判別された関係に対応して１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する。さらに、プロセッサ３４２は、この関係と測定具からの出力信号を使用して１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するようにも構成されている。
さらに、追加コントローラ・コンピュータ３４４は、イオン注入器３１０に結合することができる。コントローラ・コンピュータ３４４は、イオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。プロセッサ３４２がさらに、コントローラ・コンピュータ３４４に結合されている。このような方法で、コントローラ・コンピュータ３４４は、判別されたパラメータに対応することができるプロセッサ３４２からの１つまたは複数の出力信号に対応してイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する。さらに、コントローラ・コンピュータ３４４は、イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを監視し、監視されているパラメータに対応する１つまたは複数の出力信号をプロセッサ３４２に送信することができる。
さらに、プロセッサは、測定具およびイオン注入器を制御するように構成されている。例えば、プロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応してイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。このようにして、プロセッサは、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して、イオン注入器に結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、このプロセッサは、測定具からの出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。例えば、処理デバイスは、測定具からの出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更するように構成されている。
イオン注入プロセスで測定具からの出力信号の変化を分析することにより、プロセッサはさらに、イオンを試料に注入することを表すシグネチャを生じさせることもできる。シグネチャは、イオン注入プロセスの終点に特有な少なくとも１つの特異性を含む。例えば、イオン注入プロセスに適した１つの終点は、試料内のイオンが所定の濃度に達したときである。さらに、イオンの所定の濃度は、試料に加工される半導体デバイスに応じて大きかったり小さかったりする。プロセッサがシグネチャの特異性を検出した後、このプロセッサは、イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することによりイオンを試料に注入するのを減らし、さらに終了することさえできる。
一実施形態では、プロセッサは、測定具からの出力信号を使用して追加試料の後のイオン注入プロセスの適切なプロセス条件を判別するように構成されている。例えば、出力信号を使用して試料内の注入されたイオンの深さを判別することができる。試料の注入済み領域の判別された深さは、所定の深さよりも小さい場合がある。所定の深さは、試料上に形成される半導体デバイスによって異なる。追加試料を処理する前に、イオン注入器に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更し、追加試料の注入深さを測定された試料の注入深さよりも所定の深さに近づけることができる。例えば、イオン注入プロセスの注入エネルギーを増やして、イオンをより深く追加試料内に打ち込むことができる。このような方法で、このプロセッサは、フィードバック制御手法を使用して、測定具からの出力信号に対応してイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する。
他の実施形態では、プロセッサは、測定具からの出力信号を使用してイオン注入プロセスの後に実行することができる追加半導体製造プロセスのプロセス条件を判別するように構成されている。追加半導体製造プロセスとしては、これに限定されないが、試料の注入領域をアニーリングするプロセスなどなどがある。例えば、出力信号を使用して、試料の注入領域の深さを判別することができる。試料の注入済み領域の判別された深さは、所定の深さよりも大きい場合がある。しかし、後のアニーリング・プロセスの現在のプロセス条件は、所定の深さに対して最適にすることができる。したがって、注入されている試料をアニーリングする前に、アニーリング時間またはアニーリング温度などのアニーリング・プロセスのプロセス条件を変更することができる。例えば、アニーリング時間を長くし、試料内に形成されたアモルファス層の再結晶化をかなり完全なものにできる。このような方法で、このプロセッサは、フィードフォワード制御手法を使用して、測定具の出力信号に対応してアニーリングツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する。さらに、プロセッサは、本明細書で説明しているようないずれかの実施形態に基づいて構成されている。
一実施形態では、イオン注入プロセスの実行前、実行中、および／または実行後に試料の特性を判別する方法は、ステージ上に試料を配置する操作を含む。ステージは、イオン注入器のプロセス・チャンバ内に配置してもよい。ステージは、本明細書で説明しているような実施形態のいずれかにより構成される。測定具は、本明細書で説明しているようにイオン注入装置に結合される。したがって、このステージを測定具に結合させることができる。測定具は、本明細書で説明しているように構成されている。
この方法は、イオン注入プロセスで入射光線を試料のある領域に向けることにより試料の領域を周期的に励起する操作を含む。試料の領域は、イオン注入プロセスで注入される試料の領域であってよい。この方法は、さらに、イオン注入プロセスでサンプル光線を試料の周期的に励起される領域に向ける操作を含む。さらに、この方法は、イオン注入プロセスで試料の周期的に励起される領域から反射するサンプル・ビームの少なくとも一部を検出する操作を含む。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成するステップをも含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料の注入領域の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。注入領域の特性はこれらに限定されないが、試料内の注入イオンの有無、試料内の注入イオンの濃度、試料内の注入イオンの深さ、試料内の注入イオンの分布プロフィル、またはそれらの組み合わせなどを含む。
他の実施形態では、イオン注入プロセスで試料の特性を判別する方法には、本明細書で説明しているようないずれかの実施形態のステップが含まれる。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応してイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してイオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
この方法は、さらに、試料へのイオン注入を特徴付けるシグネチャを得る操作も含む。このシグネチャは、イオン注入プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、イオン注入プロセスの１つの終点は、イオンが所定の濃度に達したときである。さらに、イオンの所定の濃度は、試料に加工される半導体デバイスに応じて大きかったり小さかったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、イオン注入器に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより、イオン注入プロセスを低減し、さらには終了することさえできる。
一実施形態では、コンピュータ実装方法を使用して、イオン注入プロセスの実行前、実行中、および／または実行後に試料の特性を判別するように構成されたシステムを制御することができる。システムは、本明細書で説明しているように、イオン注入器に結合された測定具を備えている。この方法は、測定具を制御してイオン注入プロセスで試料の領域の変調された光学反射率を測定する操作を含む。例えば、測定具を制御する操作は、イオン注入プロセスで光源を制御して入射光線を試料の領域に向けてその領域を周期的に励起する操作を含む。測定具を制御する操作は、さらに、イオン注入プロセスで追加光源を制御してサンプル光線を試料の周期的に励起される領域に向ける操作も含む。
さらに、測定具を制御する操作は、イオン注入プロセスで、検出システムを制御し、試料の周期的に励起される領域から反射するサンプル・ビームの少なくとも一部を検出する操作を含む。さらに、この方法は、検出された光に対応する１つまたは複数の出力信号を生成する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して試料の注入領域の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。注入領域の特性は、これらに限定されないが試料内の注入イオンの有無、試料内の注入イオンの濃度、試料内の注入イオンの深さ、試料内の注入イオンの分布プロフィル、またはそれらの組み合わせなどを含む。
他の実施形態では、イオン注入プロセスの実行前、実行中、および／または実行後にシステムを制御して試料の特性を判別するコンピュータ実装方法は、本明細書で説明しているいずれかの実施形態のステップを含む。例えば、この方法は、イオン注入器に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して、イオン注入器に結合されている計測器を制御して計測器のパラメータを変更する。さらに、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応してパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。さらに、この方法は、システムの追加コンポーネントを制御する操作を含む。例えば、この方法は、使用中、トラッカーを制御して、試料に関して入射ビームおよびサンプル・ビームの横方向の位置を制御する操作を含む。このようにして、この方法は、トラッカーを制御して、試料上の任意の数の位置でイオン注入プロセスを評価する。
他の一例としては、この方法は、測定具を制御して、試料へのイオンの注入を特徴付けるシグネチャを得る操作を含む。このシグネチャは、イオン注入プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、イオン注入プロセスの１つの終点は、イオンが所定の濃度に達したときである。イオンの所定の濃度は、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて濃かったり薄かったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、イオン注入器に結合されている計測器のパラメータを制御して計測器のパラメータを変更することにより、試料へのイオン注入を低減し、さらには終了することさえできる。
他の実施形態は、ステージ上に試料を配置する操作を含む半導体デバイスを製造する方法に関係する。ステージは、イオン注入器のプロセス・チャンバ内に配置してもよい。ステージは、本明細書で説明したように構成されている。測定具をさらに、イオン注入器のプロセス・チャンバに結合することができる。このようにして、ステージを測定具に結合することもできる。この方法は、試料の上に半導体デバイスの一部を形成する操作を含む。例えば、半導体デバイスの一部を形成する操作は、試料にイオンを注入する操作を含む。イオン注入プロセスでは、通常、ウェーハ全体がイオンのビームでスキャンされることがある。試料の所定の領域にイオン注入を施すマスキング材料を試料に配置することがある。例えば、リソグラフィ・プロセスおよび／またはエッチング・プロセスを使用してマスキング材料の一部を除去し、試料の領域に注入プロセスを実行することができる。露光領域は半導体デバイスのフィーチャが形成される試料の領域を含む。適切なマスキング材料には、これらに限定されないがレジスト、酸化ケイ素、窒化ケイ素、および窒化チタンなどの誘電体、多結晶シリコン、ケイ化コバルト、およびケイ化チタンなどの導体、またはそれらの組み合わせなどを含む。
半導体デバイスを製造する方法は、さらに、入射光線を試料の領域に向ける操作を含む。向けられた入射光線は、イオン注入プロセスで試料の領域を周期的に励起する。試料の領域は、イオン注入プロセスで注入される試料の領域であってよい。この方法は、さらに、イオン注入プロセスでサンプル光線を試料の周期的に励起される領域に向ける操作をも含む。さらに、この方法は、イオン注入プロセスで試料の周期的に励起される領域から反射するサンプル・ビームの少なくとも一部を検出する操作を含む。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成する操作をも含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、試料の注入領域の１つまたは複数の特性を判別する操作を含む。注入領域の特性は、これらに限定されないが、試料内の注入イオンの有無、試料内の注入イオンの濃度、試料内の注入イオンの深さ、試料内の注入イオンの分布プロフィル、またはそれらの組み合わせなどを含む。
他の実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、本明細書で説明しているいずれかの実施形態のステップを含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応してイオン注入器に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してイオン注入器に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
さらに、この方法は、試料へのイオン注入に特有のシグネチャを得る操作も含む。このシグネチャは、イオン注入プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。例えば、イオン注入プロセスの１つの終点は、イオンが所定の濃度に達したときである。さらに、イオンの所定の濃度は、試料に加工される半導体デバイスに応じて大きかったり小さかったりする。終点を表す特異性を得た後、この方法では、イオン注入器に結合されている計測器のパラメータを変更することにより、試料へのイオン注入を低減し、さらには終了さえすることさえできる。
図２６は、試料の表面上の微小欠陥の少なくとも１つの特性を判別するように構成されたシステムの一実施形態を示す。一実施形態では、このようなシステムはプロセス・ツール３４８に結合された測定具３４６を備えている。プロセス・ツール３４８は、半導体製造プロセス・ツールのプロセス・チャンバまたは半導体製造プロセス・ツールとして構成されている。このようにして、プロセス・ツール３４８は、リソグラフィ、エッチング、イオン注入、化学機械研磨、メッキ、化学気相蒸着、物理気相蒸着、および洗浄などの半導体製造プロセスの工程段階を実行するように構成されている。例えば、図２６に示されているように、プロセス・ツール３４８は、プロセス・ツールのレジスト塗布チャンバまたはプロセス・ツールの現像チャンバを備えている。したがって、プロセス・ツール３４８は、試料に半導体デバイスの一部を製造するように構成されている。
測定具３４６は、測定具がプロセス・ツールの外部のデバイスとなることができるようにプロセス・ツール３４８に結合されている。したがって、プロセス・ツール内で測定具が化学薬品および物理条件に晒される機会が低減され、さらには実質的になくなる。さらに、測定具は、プロセス・ツールに外部で結合することで、測定具によりプロセスの動作、性能、または制御が変わらないようにできる。例えば、プロセス・ツールはプロセス・ツールの壁内に配置された実質的に透明な材料３５０の比較的小さな１つまたは複数のセクションを備えている。しかし、プロセス・ツール３４８の構成により、測定具３４６をプロセス・ツールに結合する適切な方法を決めることができる。例えば、プロセス・ツールの壁内の実質的に透明な材料セクション３５０の配置および寸法は、プロセス・ツール内のコンポーネントの構成によって異なってよい。
他の実施形態では、測定具３４６は、図１６に関して図１６に示されているように、測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバは、図１７に示されているように、プロセス・ツール３４８に結合されている。例えば、測定チャンバは、プロセス・ツール３４８の１つまたは複数のプロセス・チャンバの近くに横または垂直に配置してもよい。このようにして、プロセス・ツール３４８、ステージ３５４、または他の適切な機械デバイスからなるロボット・ウェーハ・ハンドラを、プロセス・ツールの測定チャンバとプロセス・チャンバの間で試料３５２を移動させることができるように構成する。さらに、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、ステージ、または他の適切な機械デバイスは、プロセス・ツールのプロセス・チャンバと測定チャンバの間で試料３５２を移動させることができるように構成されている。測定具３４６はさらに、図１７に関して詳述されているように、プロセス・ツール３４８に結合することができる。
一実施形態では、ステージ３５４は、プロセス・ツール３４８内に配置してもよい。ステージ３５４は、プロセスで試料３５２を支持するように構成されている。さらに、ステージ３５４は、本明細書で説明している実施形態のどれかにより構成することもできる。例えば、ステージをベクトル３５６によって示される方向に回転するように構成されている電動式ステージを備えている。測定具３４６の照明システム３５８は、試料３５２の表面に光が当たるように構成されている。さらに、照明システム３５８は、半導体デバイスの一部の製造などのプロセスおよびステージの回転で、光を試料の表面に向けるように構成されている。さらに、測定具３４６の検出システムは、第１の検出器３６０および第２の検出器３６２を備えている。検出器３６０および３６２は、半導体デバイスの一部の製造などのプロセスおよびステージの回転で、試料の表面からの光を検出するように構成されている。
図２６に示されているように、試料３５２の表面から暗視野経路に沿って来る暗視野光を検出するように第１の検出器３６０を構成している。さらに、試料３５２の表面から明視野経路に沿って来る明視野光を検出するように第２の検出器３６２を構成している。このようにして、測定具によって検出される光は、試料の表面から暗視野経路に沿って来る暗視野光と試料の表面から明視野経路に沿って来る明視野光を含む。さらに、検出器は、試料の表面からの光を実質的に同時に検出するように構成されている。
さらに、検出される光は、試料の表面から複数の暗視野経路に沿って来る暗視野光を含む。例えば、図２７に示されているように、測定具３６５の検出システムは複数の検出器３６６を備えている。この複数の検出器を光源３６８に対して配置し、複数の検出器のそれぞれが試料の表面から来る暗視野光を検出するようにできる。さらに、複数の検出器を、光源３６８に対して異なる半径方向の位置および垂直位置に配置してもよい。測定具３６５を備えるシステムは、一般に「ピクセルベース」検索システムと呼ぶことができる。ピクセル・ベース検査システムの例は、Ｏｔｓｕｋａによる米国特許出願第５８８７０８５号、およびＬｅｓｌｉｅらによる米国特許出願第６０８１３２５号、およびＳｍｉｌａｎｓｋｙらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／０２０３７に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。可変角度設計を使用する光学的検査方法および装置の例は、ＧｏｌｂｅｒｇらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／７７５００ Ａ１に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
図２７に示されているように、測定具３６５は、さらに、ステージ（図に示されていない）上に配置されることができる、試料３７０の複数の表面に光を向けるように構成されている。このステージは、本明細書で説明しているように、測定具３６５に対して横方向に移動かつ／または回転移動させるように構成されている。例えば、ステージを横に移動させるように構成しながら、光源３６８から出た光が試料の半径方向に実質的に平行な方向で試料をスキャンするように構成されている。それとは別に、ステージを、互いに実質的に直交する２つの直線方向に移動させるように構成することができ、また測定具３６５の光学コンポーネントは、実質的に静止状態を保つようにできる。しかし、測定具の光学コンポーネントに関するステージの構成は、例えば、システム内のスペースと機械的制約によって異なることがある。測定具の光源３６８は、本明細書で説明しているような光源であればどのようなものをも含む。さらに、光ファイバー・ケーブル３７２または他の適切な光ケーブルを試料３７０の下に配置されている光源３６８および照明システム３７４に結合することができる。このようにして、測定具は、試料の複数の表面に光が当たるように構成されている。他の実施形態では、測定具３６５は、少なくとも２つの光源を備えている。複数の光源はそれぞれ、光が試料の異なる表面に向かうように構成されている。
測定具３６５は、さらに、照明システム３７４に結合された検出器３７６を備えている。図２７に示されているように、検出器３７６を、検出器が暗視野経路に沿って来る暗視野光を検出するように照明システム３７４に対して配置している。しかし、他の実施形態では、検出器３７６を、検出器が明視野経路に沿って来る明視野光を検出するように照明システム３７４に対して配置してもよい。測定具３４６および測定具３６５は、本明細書で説明しているようないずれかの実施形態に基づいて構成されている。
測定具は、さらに、本明細書で説明した実施形態のいずれかにより構成されている。さらに、このシステムは追加測定具を備えている。追加測定具は、本明細書で説明しているような測定具であればどのようなものをも含む。
一実施形態では、図２６に示されているように、測定具３４６に結合されたプロセッサ３６４は、試料３５２の表面上の欠陥の１つまたは複数の特性を判別するように構成されている。さらに、測定具３６５に結合されたプロセッサ３７８は、試料３７０の１つまたは複数の表面上の欠陥の１つまたは複数の特性を判別するように構成されている。プロセッサ３６４およびプロセッサ３７８は似た形で構成されている。例えば、プロセッサ３６４および３７８は、検出器によって検出された光に対応して、それぞれ検出器３６０および３６２または３６６および３７６から１つまたは複数の出力信号を受信するように構成されている。さらに、この両方のプロセッサは、試料の少なくとも１つの表面上の欠陥の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。これらの欠陥には、目立った欠陥および／または微小な欠陥があってよい。例えば、プロセッサ２６４およびプロセッサ３７８は、試料の表面および裏面の目立った欠陥の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。さらに、欠陥の１つまたは複数の特性としては、これらに限定されないが、試料の表面上の欠陥の有無、試料の表面上の欠陥の種類、試料の表面上の欠陥の個数、および試料の表面上の欠陥の位置などなどがある。さらに、プロセッサ３６４およびプロセッサ３７８は、実質的に同時にまたは順次に欠陥の１つまたは複数の特性を判別するように構成されている。このようにして、プロセッサ３６４の詳細は等しくプロセッサ３７８にも適用することができる。
他の実施形態では、プロセッサ３６４を測定具３４６およびプロセス・ツール３４８に結合することができる。例えば、プロセス・ツールには、湿式または乾式洗浄ツール、レーザー洗浄ツール、または衝撃波粒子除去ツールなどのウェーハ洗浄ツールなどがある。レーザー洗浄ツールの例は、１９９８年４月１日〜３日間にＦｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｏｃｉｅｔｙの第２８回年次総会でイスラエルのＯｒａｍｉｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｔｄ．のＧｅｎｕｔらが発表した「Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ」で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。衝撃波粒子除去方法および装置の例は、Ｖａｕｇｈｔによる米国特許第５０２３４２４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。プロセッサ３６４は、測定具３４６およびプロセス・ツール３４８とインターフェイスするように構成されている。例えば、プロセッサ３６４は、プロセス・ツールに結合された計測器のパラメータに対応することができる１つまたは複数の出力信号をプロセス実行時にプロセス・ツール３４８から受信することができる。プロセッサ３６４は、本明細書で説明しているように、検出器３６０および検出器３６２によって検出された光に対応する１つまたは複数の出力信号を測定具３４６から受信するように構成されている。
他の実施形態では、測定具は、本明細書で説明しているように、プロセスにおいて試料から戻ってくる光を検出するように構成されている。例えば、測定具は、プロセスで実質的に連続してまたは所定の時間間隔により、試料から来る光を検出するように構成されている。したがって、このプロセッサは、測定具から検出された光に対応する出力信号を受信し、プロセス実行中に出力信号の変化を監視することができる。このようにして、プロセッサ３６４は、出力信号とプロセス・ツール３４８に結合された１つまたは複数の計測器のパラメータとの関係を判別するように構成されている。したがって、プロセッサ３６４は、判別された関係に対応して、プロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、プロセッサは、この関係と測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを判別するように構成されている。
さらに、プロセッサ３６４は、測定具３４６およびプロセス・ツール３４８を制御するように構成されている。例えば、プロセッサは、測定具からの出力信号に対応してプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。このようにして、プロセッサは、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、またはフィードフォワード制御手法を使用してプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、このプロセッサは、測定具からの１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。例えば、プロセッサは、出力信号に対して測定具のサンプリング周波数を変更するように構成されている。
プロセスで測定具からの出力信号の変化を分析することにより、プロセッサは、ざらに、プロセスに特有のシグネチャを生成することもできる。このシグネチャは、プロセスの終点に特有な少なくとも１つの特異性を含む。例えば、プロセスの１つの終点は、層の所定の厚さに達したときである。試料上の層の所定の厚さは、例えば、試料に加工される半導体デバイスに応じて厚かったり薄かったりする。特異性を検出した後、プロセッサは、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより試料の処理を減らし、さらに終了することさえできる。
一実施形態では、プロセッサは、測定具からの出力信号を使用して、追加試料の処理用のプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを判別するように構成されている。例えば、測定具から送られてきた出力信号を使用して、試料上の層の厚さを判別することができる。試料上の層の厚さは、所定の厚さよりも厚くてもよい。所定の厚さは、例えば、試料上に形成される半導体デバイスによって異なってよい。追加試料を処理する前に、プロセス・ツールに結合された１つまたは複数の計測器のパラメータを変更し、追加試料上の層の厚さを測定された試料の層の厚さよりも所定の厚さに近づけることができる。例えば、エッチング・プロセスの無線周波電力を高くして、エッチングする試料上の層の厚さを増やすことができる。このような方法で、このプロセッサを使用して、フィードバック制御手法により、測定具からの出力信号に対応してプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することができる。
他の実施形態では、このプロセッサは、測定具からの出力信号を使用して追加半導体製造プロセスのプロセス条件を判別するように構成されている。例えば、このプロセッサは、フィードフォワード制御手法を用いて測定具から得られる出力信号に対して剥離ツールに結合されている計測器のパラメータを変更するように構成されている。さらに、プロセッサは、本明細書で説明している実施形態に基づいて構成されている。
一実施形態では、プロセスで試料の特性を判別する方法は、ステージ３５４上に試料３５２を配置する操作を含む。ステージ３５４は、プロセス・ツール３４８内に配置してもよい。ステージは、さらに、本明細書で説明しているいずれかの実施形態により構成されている。本明細書で説明しているように、測定具３４６は、プロセス・ツール３４８に結合されている。したがって、ステージ３５４を測定具３４６に結合することができる。さらに、測定具３４６は、本明細書で説明しているように構成されている。この方法は、プロセスの実行時に光を試料の表面に向ける操作も含む。さらに、この方法は、プロセスで試料の表面から戻ってくる光を検出する操作を含む。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成する操作をも含む。このようにして、この方法は、１つまたは複数の出力信号を使用して、処理される試料の特性を判別する操作を含む。この特性は、試料の少なくとも１つの表面上の欠陥の有無、個数、位置、および種類、またはその組み合わせを含む。
他の実施形態では、プロセスで試料の特性を判別する方法には、本明細書で説明しているようないずれかの実施形態のステップを含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してプロセス・ツールに結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。さらに、この方法は、プロセスに特有のシグネチャを取得することも含む。このシグネチャは、プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。終点を表す特異性を得た後、この方法では、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより、プロセスを低減し、さらには終了することさえできる。
一実施形態では、コンピュータにより実施される方法を使用し、プロセスで試料の特性を判別するように構成されたシステムを制御することができる。このシステムは、本明細書で説明しているように、プロセス・ツールに結合された測定具を備えている。この方法は、プロセスで試料の表面から反射する光を検出するため測定具を制御する操作を含む。例えば、測定具を制御する操作は、プロセスで光源を制御して光を試料の表面に向ける操作を含む。さらに、測定具を制御する操作は、プロセスで、試料の表面から戻ってきた光を検出するように構成された検出器の制御を含む。この方法はさらに、検出された光に対して１つまたは複数の出力信号を生成する操作をも含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号を処理して、１つまたは複数の出力信号を使用し試料の少なくとも１つの表面上の欠陥の少なくとも１つの特性を判別する操作を含む。これらの特性は、本明細書で説明しているような特性であればどのようなものでもよい。
他の実施形態では、プロセスで試料の特性を判別するシステムを制御するためのコンピュータ実装方法は、本明細書で説明しているような実施形態のいずれかのステップを含む。例えば、この方法は、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器を制御し、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用して計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応してパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、測定具に結合されている計測器を制御し、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。
他の一例としては、この方法は、測定具を制御してプロセスに特有のシグネチャを得る操作を含む。このシグネチャは、プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。終点を表す特異性を得た後、この方法では、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを制御し計測器のパラメータを変更することにより、プロセスを低減し、さらには停止することさえできる。
他の実施形態は、ステージ上に試料を配置する操作を含む半導体デバイスを製造する方法に関係する。ステージは、プロセス・ツール内に配置してもよい。ステージは、本明細書で説明したように構成されている。測定具は、プロセス・ツールに結合することもできる。このようにして、ステージを測定具に結合することができる。この方法は、さらに、試料の上に半導体デバイスの一部を形成する操作を含む。例えば、半導体デバイスの一部を形成する操作は、試料上で半導体製造プロセスの少なくとも１つの工程段階を実行する操作を含む。半導体デバイスを製造する方法はさらに、光を試料の表面に向ける操作も含む。この方法はさらに、プロセスで試料の表面から戻る光を検出するステップも含む。さらに、この方法は、検出された光に対応する１つまたは複数の出力信号を生成する操作をも含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号から試料の少なくとも１つの特性を判別する操作を含む。この特性は、試料の少なくとも１つの表面上の欠陥の有無、個数、種類、または位置、またはその組み合わせを含む。
他の実施形態では、半導体デバイスを製造する方法は、本明細書で説明している実施形態のいずれかのステップを含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応してプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。このようにして、この方法は、フィードバック制御手法、インサイチュー制御手法、および／またはフィードフォワード制御手法を使用してプロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。さらに、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具に結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更する操作を含む。例えば、この方法は、１つまたは複数の出力信号に対応して測定具のサンプリング周波数を変更する操作を含む。さらに、この方法は、プロセスに特有のシグネチャを取得することも含む。このシグネチャは、プロセスの終点を表す少なくとも１つの特異性を含む。終点を表す特異性を得た後、この方法では、プロセス・ツールに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを変更することにより、プロセスを低減し、さらには終了することさえできる。
一実施形態では、上述のシステムをそれぞれ、エネルギー分散型Ｘ線分光器（「ＥＤＳ」）デバイスに結合することができる。このようなデバイスは、電子ビームを試料の表面に向けるように構成されている。試料が、向けられた電子ビームに対応して二次電子および特性Ｘ線を放射する。二次電子は、二次電子検出器により検出され、電気的信号に変換される。この電気的信号は、システムによって出力される試料の像の輝度変調または振幅変調に使用できる。特性Ｘ線は、半導体Ｘ線検出器により検出され、エネルギー分析の対象となる。Ｘ線スペクトルを分析して、試料の表面上の欠陥など試料の材料組成を調べる。ＥＤＳシステムおよび方法の例は、Ｒｏｂｉｎｓｏｎらによる米国特許第４５５９４５０号、Ｍｉｚｕｎｏによる米国特許第６０７２１７８号、およびＳｔｅｆｆａｎらによる米国特許第６０８４６７９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の改善
一実施形態では、本明細書で説明しているように、各システムを使用して、ウェーハ内で（「ＷＩＷ」）、リソグラフィ・プロセスなどのプロセスの限界測定基準の変動性を小さくし、さらには最小にすることさえできる。例えば、リソグラフィ・プロセスの限界測定基準は、これらに限定しないが、リソグラフィ・プロセスによって形成されたフィーチャの限界寸法およびオーバーレイ・ミスレジストレーションなどの特性を含む。しかし、限界測定基準は、これらに限定しないが、試料の欠陥の有無、試料の薄膜特性、試料の平坦さ測定、試料の注入特性、試料の粘着特性、試料内の要素の濃度をはじめとする、本明細書で説明しているような特性のいずれも含む。本明細書で説明しているように、このようなシステムは、試料上の複数の位置で試料の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。例えば、測定具は、フィールド内の複数の位置で、および／または試料上の少なくとも２つのフィールド内の複数の位置で、試料の少なくとも１つの特性を測定するように構成されている。測定された特性は、プロセッサへ、またはウェーハ膜プロセッサ内に送ることができる。プロセッサを測定具に結合し、本明細書で説明しているように構成されている。
さらに、試料の少なくとも１つの特性は試料上のさまざまな位置で測定することができるため、さまざまな位置のそれぞれで少なくとも１つの特性を判別することができる。したがって、上で説明したように、ツール、またはプロセス・ツールのプロセス・チャンバに結合されている１つまたは複数の計測器のパラメータを試料上でフィールド毎に別々に変更することもできる。例えば、露光プロセスの露光線量および焦点条件が試料上で、つまりフィールド毎に変化させられるように、さまざまな露光プロセス・ツールを構成している。このようにして、試料上のフィールド毎の少なくとも１つの測定された特性の変動に対応して後のプロセスで露光線量および／または露光後焼き入れ温度などのプロセス条件が試料上で変化させることができる。露光線量および焦点条件は、フィードバックまたはフィードフォワード制御手法使用して、本明細書で説明しているように、判別および／または変更することができる。このようにして、リソグラフィ・プロセスなどのプロセスの限界測定基準は試料上で実質的に一様なものとすることができる。
さらに、一次加熱要素内に配置されている多数の離散二次加熱要素を使用して焼き入れ板に対して露光後焼き入れ板の温度を変更することができる。二次加熱要素は、独立に制御することができる。したがって、露光後焼き入れプロセスでの試料の温度プロフィルを変更し、試料上の個々のフィールドを実質的に同じ温度または個別に決定された温度に加熱することができる。試料上の複数の位置で判別された少なくとも２つの特性に対応して、化学機械研磨ツールのメッキ・ヘッドの圧力を同様に変更することができる。
さらに、プロセス・チャンバの少なくとも１つのパラメータを変更し、工程段階で第１のプロセス条件の集合で試料の第１の部分を処理し、その工程段階で第２のプロセス条件の集合で試料の第２の部分を処理することができる。例えば、試料のそれぞれの部分を試料のフィールドとすることができる。このようにして、試料の各フィールドに、これらに限定されないが、露光線量および焦点条件および露光後焼き入れ温度などのさまざまなプロセス条件を適用することができる。したがって、試料の各フィールドに試料の測定された特性に応じて変化することができるプロセス条件が適用されるため、プロセスの限界測定基準のウェーハ内変動は実質的に低減されるかまたは最小に抑えることさえできる。
上述の測定をすべて使用して、フィードバック、フィードフォワード、またはインサイチュープロセス制御手法によりプロセス・チャンバのパラメータを変更できることは理解されるであろう。さらに、リソグラフィ・プロセスなどのプロセスの限界測定基準のウェーハ内変動も、上記の手法を組み合わせることにより低減することができる。
上述のようにフィールド・レベル分析を使用してプロセスを評価し制御するように構成されたシステムを利用することにより、現在のプロセス制御手法に勝る劇的な改善を達成できる。限界測定基準のウェーハ内変動または限界寸法を測定することで、限界寸法分布をより厳格に制御することができる。したがって、上述の方法を使用した場合、製造歩留まりの改善に加えて、製造プロセスにおいて製造されるデバイスの分布性能をより高い性能レベルに近づけることができる。したがって、高マージンの製品歩留まりもプロセスを評価し制御するこのような方法を使用することにより改善できる。さらに、プロセスに加わる変動も最小に抑えることができる。例えば、プロセスにおいて、２つの異なる、実質的に類似の構成のプロセス・チャンバを使用して１ロット分の試料を処理することができる。２つのプロセス・チャンバを使用して、同じプロセスを実行することにより２つの試料を同時に処理できるため、全体の処理時間を短縮することができる。したがって、上記の方法を使用して、それぞれのプロセス・チャンバを別々に評価し、制御することができる。そのため、プロセスの全体的な散らばりも低減できる。
本明細書で説明しているように、適切な手段を使い、システムを使用して収集したデータを分析し、整理し、表示することができる。例えば、試料のデータを半径の連続関数としてグループ化できるが、その際のグループ分けの基準として半径範囲、ステッパー・フィールド、ｘ−ｙ位置（またはグリッド上などのｘ−ｙ位置）、最も近いところのダイス、および／またはその他後適切な方法を用いることができる。データの変動は、平均値からの標準偏差、値の範囲、および／またはその他の適切な統計手法により報告できる。
ウェーハ内変動の程度（範囲、標準偏差など）は、試料、ロット、および／またはプロセス条件に関して分析することができる。例えば、測定ＣＤのウェーハ内標準偏差は、ロット間、ウェーハ間などの変動に関して分析することができる。これは、現像時間、フォトリソグラフィ露光条件、レジストの厚さ、露光後焼き入れ時間および／または温度、露光前焼き入れ時間および／または温度などの１つまたは複数のプロセス条件の変動の関数としてグループ化し、報告し、および／または分析することもできる。これはさらに、またはその代わりに、このような処理条件の１つまたは複数のウェーハ内変動の関数としてグループ化し、報告し、および／または分析することもできる。
本明細書で説明しているように、システムを使用して集めたデータは、プロセス条件を適切に制御するためだけでなく、望ましい場合には、インサイチュー終点設定および／またはプロセス制御手法を適切に制御するためにも使用することができる。例えば、Ｇｒｏｎｅｔらによる米国特許第５６８９６１４号および／または公開欧州特許出願番号ＥＰ １ ０６６ ９２５ Ａ２で規定され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるような装置とともにこのようなデータを使用して、基板の局部加熱または閉ループ制御アルゴリズムの制御を改善することができる。このようなツールにウェーハ内変動データをフィードフォワードまたはフィードバックすることで、局所的な試料加熱または研磨の制御で使用するアルゴリズムを最適化したり、さらにはツール設計を最適化することさえできる。このような局部プロセス制御後の他の一例としては、ウェーハ内変動データを使用して、公開ＰＣＴ特許出願番号ＷＯ ９９／４１４３４またはＷＯ ９９／２５００４および／または公開欧州特許出願番号１０６５５６７ Ａ２の１つまたは複数で規定され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるようなプロセスまたはツールを制御または最適することができる。また、例えば、スタンドアロンの測定ツールおよび／または統合測定ツールを使って得られたウェーハ内変動データを使用して、このようなツールまたはプロセスにおけるアルゴリズム、プロセス・パラメータ、および統合プロセス制御装置および方法を適切に制御および／または最適化することができる。金属の厚さおよびそのウェーハ内変動に関するデータは、米国特許第５６１９５４８号および／または公開ＰＣＴ出願番号ＷＯ ０１／０９５６６で開示され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるようなＸ線反射率ツールから、渦電流測定、電子ビーム誘導Ｘ線分析、またはその他の適切な方法により導くことができる。
図９に示されているように、システム７０の実施形態は複数の測定具を備えている。測定具のそれぞれは、本明細書で説明しているように構成されている。上述のように、各測定具を試料の異なる特性を判別するように構成されている。また、システム７０は、試料の少なくとも４つの特性を判別するように構成されている。例えば、測定具７２は試料の限界寸法を判別するように構成されている。さらに、試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを判別するように測定具７４を構成している。他の実施形態では、測定具７６は、試料上の目立つ欠陥などの欠陥の有無を判別するように構成されている。さらに、測定具７６は、試料の欠陥の個数、位置、および／または種類を判別するように構成されている。さらに、測定具７８は、試料および／または試料上の層の１つまたは複数の薄膜特性を判別するように構成されている。薄膜特性の例としては、これらに限定されないが、厚さ、屈折率、および減衰係数がある。さらに、各測定具を試料の２つまたはそれ以上の特性を判別するように構成されている。例えば、測定具７２は、試料の限界寸法および試料の薄膜特性を実質的に同時にまたは順次判別するように構成されている。さらに、試料の欠陥の有無を判別するように測定具７２を構成している。そこで、システム７０を、試料の少なくとも４つの特性を同時にまたは順次判別するように構成されている。
システム７０は、クラスタ・ツールとしてすることができる。クラスタ・ツールの構成例を図１４に示す。例えば、本明細書で説明している測定具をそれぞれ、測定チャンバ内に配置してもよい。測定チャンバはそれぞれ、互いに近い位置に配置かつ／または互いに結合することができる。さらに、システム７０はウェーハ・ハンドラを備えている。ウェーハ・ハンドラは、本明細書で説明したように機械デバイスを備えている。このシステムは、ウェーハのカセットなど測定および／または検査対象の複数の試料を受け取るように構成されている。ウェーハ・ハンドラは、測定および／または検査の前にカセットから試料を取り出し、測定および／または検査の後に試料をカセットの中に配置するように構成されている。ウェーハ・ハンドラはさらに、各測定チャンバ内に試料を配置し、各測定チャンバから試料を取り出すように構成されてもよい。さらに、システムは複数のこのようなウェーハ・ハンドラを備えている。このシステムはさらに、図１４に関して説明されているように構成されている。さらに、システムは、スタンドアロンの測定および／または検査システムとして構成されている。この方法では、システムはプロセス・ツールに結合することはできない。このようなシステムは、類似の構成の統合ツールに勝っている利点を提供することができる。例えば、このようなシステムは、スタンドアロン・システムと統合システムとの対比で、物理的制約と機械的制約が少ないため、類似の構成の統合ツールよりも速く安価な設計とすることができる。システム７０はさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
一実施形態では、試料上に形成されている層の厚さなど試料の少なくとも２つの特性および試料上に形成された層またはフィーチャのプロフィルを含む屈折率、音速、密度、および限界寸法などの少なくとも１つの追加特性を判別するようにシステムを構成している。試料は、試料上に形成された単一の層または複数の層などの構造を含む。さらに、試料上に形成された単一の層または複数の層は、これらに限定されないが、実質的に透明な金属被膜、半透明な金属皮膜、および不透明な金属皮膜の任意の組み合わせを含む。また試料は、ブランケット・ウェーハまたはパターン形成ウェーハであってよい。本明細書で使用しているように、「ブランケット・ウェーハ」という用語は、一般に、リソグラフィ・プロセスが適用されていない上層を持つウェーハを指す。対照的に、本明細書で使用しているように、「パターン形成ウェーハ」という用語は、一般に、例えば、リソグラフィ・プロセスおよび／またはエッチング・プロセスでパターン形成されていている上層を持つウェーハを指す。
システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは、２つまたはそれ以上の測定具に結合されたプロセスを備えている。プロセッサは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料および／または試料上の層の少なくとも厚さおよび試料および／または試料上の層の少なくとも１つの追加特性を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具として、これらに限定されないが、スモール・スポット光音響デバイス、グレージングＸ線反射率計、および広帯域スモール・スポット分光楕円偏光計などがある。光音響デバイスの例は、Ｔａｕｃらによる米国特許第４７１００３０号、Ｍａｒｉｓらによる米国特許第５７４８３１８号、Ｍａｒｉｓらによる米国特許第５８４４６８４号、Ｍａｒｉｓによる米国特許第５６８４３９３号、Ｍａｒｉｓらによる米国特許第５９５９７３５号、Ｍａｒｉｓによる米国特許第６００８９０６号、Ｍａｒｉｓによる米国特許第６０２５９１８号、Ｍａｒｉｓらによる米国特許第６１７５４１６号、Ｍａｒｉｓによる米国特許第６１９１８５５号、Ｍａｒｉｓによる米国特許第６２０８４１８号、Ｍａｒｉｓらによる米国特許第６２０８４２１号、およびＭａｒｉｓによる米国特許第６２１１９６１号で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。システムはさらに、上記デバイスとともに使用することができるパターン認識システムを備えている。
このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の少なくとも１つの要素はさらに第２の測定具の少なくとも１つの要素とすることもできる。さらに、第２の測定具により使用される第１の測定具のハンドリング・ロボット、ステージ、プロセッサ、および電源などの追加要素についてメリットがある。このシステムはさらに、まず第１の測定具に関して試料に焦点が合い（つまり、ほぼ正しい高さに）、次に第２の測定具に関して試料に焦点を合うように構成されたオートフォーカス機構を備えている。オートフォーカス機構の例は、図１１ｂにオートフォーカス・センサ１２４として示されている。オートフォーカス装置の他の例は、Ｋａｔｚらによる米国特許出願第６１７２３４９号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。システム、測定具、およびプロセッサはさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
例えば、測定具に含まれるデバイスの適切な組み合わせとして、スモール・スポット光音響デバイスとグレージングＸ線反射率計またはスモール・スポット光音響デバイスと広帯域スモール・スポット分光楕円偏光計などがある。例えば、光音響デバイスを使用すると、厚さが数百オングストローム未満の層を測定することができるが、グレージングＸ線反射率計を使用すると、厚さが約５０オングストロームから約１０００オングストロームの範囲の層を測定することができる。偏光解析法、特に広帯域偏光解析法では、厚さが約５００オングストローム未満の金属層および半金属層を測定することができるが、それは、そのような厚さだと金属であっても光の一部が層を透過するからである。さらに、偏光解析法では、厚さが約０オングストロームから数ミクロンまでの透明層を測定することができる。したがって、本明細書で説明しているように、システムは、さまざまな厚さおよび材質の層を測定することができる。
さらに、このようなシステムは、本明細書で説明しているように化学機械研磨ツールに結合することができる。さらに、システムを化学機械研磨ツールに結合するかまたはその近くに配置することにより、システムは化学機械研磨プロセスの後に試料、試料の層、および／または試料上に形成されたフィーチャの少なくとも２つの特性を判別することができる。例えば、試料上に形成されたフィーチャは、比較的幅の広い金属線を含む。このような比較的幅の広い金属線は、例えば、試料上に形成されたテスト構造を備えている。このようにして、テスト構造の判別された特性のうち１つまたは複数と試料上に形成されたデバイス構造などのフィーチャの１つまたは複数の特性との相関関係を（実験的にまたは理論的に）求めることができる。さらに、試料の少なくとも一部は露光誘電体層を含む。それとは別に、システムを本明細書で説明しているような他のプロセス・ツールに結合することができる。
適切な分光楕円偏光計は、キセノン・アーク・ランプ、石英ハロゲン・ランプ、または重水素放電管などの光源の１つまたは組み合わせを含む広帯域光源を備えている。楕円偏光計は、比較的高い入射角度を持つことができる。例えば、入射角度は、試料の表面の法線方向に約４０度から約８０度の範囲でよい。分光楕円偏光計は、バックシンである、シリコン・フォトダイオード・アレイまたはＣＣＤアレイなどのアレイ検出器を備えている。
また、分光楕円偏光計に１つまたは複数の光ファイバー要素を備えると都合がよいことがある。例えば、光源から第１の偏光要素へ光を送るように第１の光ファイバー要素を構成する。例えば、このようなファイバーにより、光をランダムに偏光させたり、偏光をなくしたりすることができる。分光楕円偏光計はさらに、光を検光子アセンブリから分光計に送るように構成された第２の光ファイバー要素を備えている。このようにして、検光子アセンブリから光の偏光状態を変更または「スクランブル」するように光ファイバー要素を構成しているので、分光計の偏光感度に対して信号に補正の必要をなくすることができる。さらに、あるいはそれとは別に、第２の光ファイバー要素は、分光計を試料から一定の距離のところに都合よく配置できるように、光の偏光状態を変更するように構成されている。光ファイバー要素の材質は、光ファイバー要素が紫外線波長で透過的になるように溶融石英またはサファイヤとするのが好ましい。
第１の偏光器は、ロション・プリズムまたはウォラストン・プリズムおよび、オプションでリターダ（つまり、補償器）などの直線偏光要素を備えている。検光子アセンブリは、直線偏光要素および、オプションで、リターダを備えている。直線偏光要素のうち少なくとも１つは、測定を行うときに連続的に回転することができる。較正については、少なくとも２つの要素を連続的にまたは一連の離散ステップで回転させる。
分光楕円偏光計はさらに、光を試料上のスモール・スポットに集束させ、試料から集光するように構成された反射または屈折光学系（またはその組み合わせ）を備えている。屈折コンポーネントの材質は溶融ＳｉＯ２またはＣａＦ２とすると、紫外線透過性が比較的良好なので好ましい。反射コンポーネントはＡｌでコーティングすると、比較的良好な広帯域透過性が得られるため好ましい。通常、ＭｇＦ２またはＳｉＯ２の薄いオーバーコートをＡｌ上に形成し、Ａｌの酸化を低減し、さらには酸化を防止することさえできる。反射コンポーネントは、球面でも非球面でもよい。ダイアモンド・チューニングは便利であり、非球面鏡を製作するためのよく知られている手法である。波長が約１９０ｎｍ未満の範囲である紫外線に適している条件などの真空条件では、金またはプラチナがコーティング材料として適している。分光楕円偏光計はさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
一実施形態では、分光解析器をリソグラフィ・トラックに結合することができる。リソグラフィ・トラックは、図１３に示されているように、また本明細書で説明されているように構成されている。分光楕円偏光計は、本明細書で説明している実施形態のいずれかとして構成されている。プロセッサを分光楕円偏光計に結合することができる。プロセッサは、分光楕円偏光計で発生した１つまたは複数の出力信号から試料、試料上に形成された層、および／または試料上に形成されたフィーチャの限界寸法、プロフィル、厚さ、またはその他の薄膜特性などの、これらに限定されない試料の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。さらに、本明細書で説明しているように、分光楕円偏光計をリソグラフィ・トラックに結合することができる。例えば、分光楕円偏光計は、分光楕円偏光計がプロセス・チャンバ内の支持デバイス上の試料に光を当て、また試料から反射された光を検出するようにリソグラフィ・トラックのプロセス・チャンバに結合することができる。さらに、分光楕円偏光計は、支持デバイスが回転している間に試料に光を当て、試料から帰ってきた光を検出するように構成されている。さらに、分光楕円偏光計は、プロセス・チャンバ内でプロセスが進行している間に試料に光を当て、試料から帰ってきた光を検出するように構成されている。このプロセスには、これらに限定されないが、レジスト塗布プロセス、塗布後焼き入れプロセス、および冷却プロセスなどがある。
それとは別に、分光楕円偏光計をリソグラフィ・トラック内に配置してもよい。例えば、分光楕円偏光計を冷却チャンバの上、統合システム内、またはリソグラフィ・トラックのプロセス・チャンバの横方向近くにまたは縦方向近くに配置してもよい。統合システムは、リソグラフィ・トラックを露光ツールに結合するように構成されている。例えば、リソグラフィ・トラックから試料を受け取り、その試料を露光ツールに送るように統合システムを構成している。さらに、統合システムは、露光ツールから試料を取り出し、その試料をリソグラフィ・トラックに送るように構成されている。統合システムはさらに、１つまたは複数の冷却板およびハンドリング・ロボットを備えている。このようにして、システムは、露光工程段階の前、露光工程段階の後、および現像工程段階の後などにリソグラフィ・プロセス内のいくつかの位置で試料の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。
分光楕円偏光計は上述のように測定チャンバ内に配置してもしなくてもよい。例えば、他の実施形態では、分光楕円偏光計をリソグラフィ・トラックのロボット・ウェーハ・ハンドラに結合することができる。このようにして、分光楕円偏光計は、露光前、露光後、または現像後などにプロセスの前またはプロセスの後に試料に光を当て、試料から帰ってきた光を検出するように構成されている。例えば、露光後、分光楕円偏光計は、露光プロセスにより試料上に形成されている潜像の限界寸法、プロフィル、厚さ、またはその他の薄膜特性に対応して１つまたは複数の出力信号を発生するように構成されている。
トラック内の環境は、大気の化学的濾過を行うかまたは十分な純粋ガスを供給することで制御することができる。例えば、これらに限定されないがアンモニアおよびアミン基含有化合物、水、二酸化炭素、および酸素などの化学種のレベルが低減されるようにトラック内の環境を制御することができる。さらに、トラック内の環境は、図１４に示されているようにＩＳＰシステムに結合されているコントローラ・コンピュータ１６２などのコントローラ・コンピュータにより制御することができる。コントローラ・コンピュータはさらに、これらに限定されないが相対湿度、粒子数、および温度などのトラック内の追加環境条件を制御するように構成されている。
分光楕円偏光計は、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、適切な分光楕円偏光計は、キセノン・アーク・ランプ、石英ハロゲン・ランプ、または重水素放電管などの光源の１つまたは組み合わせを含む広帯域光源を備えている。楕円偏光計は、比較的高い入射角度を持つことができる。例えば、入射角度は、試料の表面の法線方向に約４０度から約８０度の範囲である。分光楕円偏光計は、裏側を薄くされた、シリコン・フォトダイオード・アレイまたはＣＣＤアレイなどのアレイ検出器を備えている。
また、分光楕円偏光計に１つまたは複数の光ファイバー要素を備えると都合がよい。例えば、光源から第１の偏光要素へ光を送るように第１の光ファイバー要素を構成している。例えば、このようなファイバーにより、光をランダムに偏光させたり、偏光をなくしたりすることができる。分光楕円偏光計はさらに、光を検光子アセンブリから分光計に送るように構成された第２の光ファイバー要素を備えている。このようにして、検光子アセンブリから光の偏光状態を変更または「スクランブル」するように光ファイバー要素を構成しているので、分光計の偏光感度に対して信号に補正を必要なくすることができる。さらに、あるいはそれとは別に、光の偏光状態を変更するように第２の光ファイバー要素を構成しているので分光計を試料から一定の距離のところに都合よく配置できる。光ファイバー要素の材質は、光ファイバー要素が紫外線波長で透過的になるように溶融石英またはサファイヤとするのが好ましい。
第１の偏光器は、ロション・プリズムまたはウォラストン・プリズムおよび、オプションでリターダ（つまり、補償器）などの直線偏光要素を備えている。検光子アセンブリは、直線偏光要素および、オプションで、リターダを備えている。直線偏光要素のうち少なくとも１つは、測定を行うときに連続的に回転することができる。較正については、少なくとも２つの要素を連続的にまたは一連の離散ステップで回転させることができる。
分光楕円偏光計はさらに、光を試料上のスモール・スポットに集中させ、試料から集光するように構成された反射または屈折光学系（またはその組み合わせ）を備えている。屈折コンポーネントの材質は溶融ＳｉＯ２またはＣａＦ２とすると、紫外線透過性が比較的良好なので好ましい。反射コンポーネントはＡｌでコーティングすると、比較的良好な広帯域透過性が得られるため好ましい。通常、ＭｇＦ２またはＳｉＯ２の薄いオーバーコートをＡｌ上に形成し、Ａｌの酸化を低減し、さらには酸化を防止することさえできる。反射コンポーネントは、球面でも非球面でもよい。ダイアモンド・チューニングは便利であり、非球面鏡を製作するためのよく知られている手法である。波長が約１９０ｎｍ未満の範囲である紫外線に適している条件などの真空条件では、金またはプラチナがコーティング材料として適している。分光楕円偏光計はさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
さらに、プロセッサは、分光楕円偏光計からの１つまたは複数の出力信号を、さまざまな特性および場合によっては予想される出力信号と波長との間の補間データに対する予想される出力信号と波長との対比を記述した１つまたは複数の所定の表と比較するように構成されている。それとは別に、プロセッサは、（場合によっては近似）式による１つまたは複数の開始推定値を使用して反復演算を実行し、分光楕円偏光計からの１つまたは複数の出力信号に対して近似値に収束するように構成されている。適切な式として、当業で知られている非線形回帰アルゴリズムなどなどがあるが、限定はされない。
それとは別に、分光楕円偏光計は、試料のほぼすべてまたは一領域を一次元または２次元の検出器上に結像するように構成されている。このようにして、試料上の複数の場所を実質的に同時に測定することができる。さらに、分光楕円偏光計は、フィルタ、単色光分光器、または光の散乱で波長を順次変化させることにより複数の波長を測定するように構成されている。例えば、一次元または二次元の検出器のプリズムまたは格子で光を散乱させる一方で、試料の一次元を他の次元に結像することができる。
一実施形態では、試料および／または試料上に形成されている層、試料上に形成されているフィーチャの厚さなどの少なくとも２つの特性および試料上に形成された層またはフィーチャのプロフィルを含む格子定数、残留応力、平均粒径、結晶化度、結晶の欠陥、屈折率、音速、密度、および限界寸法などの追加特性を判別するようにシステムを構成している。試料は、試料上に形成された単一の層または複数の層を含む。さらに、試料上に形成された単一の層または複数の層はこれらに限定されないが、透明な金属被膜、半透明な金属皮膜、および不透明な金属皮膜の任意の組み合わせを含む。また試料は、ブランケット・ウェーハまたはパターン形成ウェーハとすることもできる。
システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは、測定具で発生した１つまたは複数の出力信号から試料および／または試料上の層の少なくとも厚さおよび試料上の層および／または試料上に形成されたフィーチャの追加特性を判別するように構成されている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。一実施形態では、測定具として、これらに限定されないが、グレージングＸ線反射率計、グレーティングＸ線反射率計などのＸ線反射率計、および／またはＸ線回折器などでよい。測定具はさらに、上記デバイスとともに使用することができるパターン認識システムを備えている。
Ｘ線反射率計は、本明細書で説明しているように、Ｘ線反射率手法を実行するように構成されている。
Ｘ線回折計は、Ｘ線回折手法を実行するように構成されている。Ｘ線回折には、多結晶材料によるＸ線の干渉性散乱が伴う。Ｘ線は、特性角度で格子平面の各集合により散乱され、散乱強度はその平面を占有する原子の個数の関数となっている。Ｘ線回折のピークは、特定の角度で格子平面の各集合から散乱された単色ビームの干渉による強め合いにより発生することができる。このピーク強度は、格子平面内の原子の配置により決定することができる。このようにして、平面のすべての異なる集合からの散乱により、所定の花合物に固有のパターンが発生する。さらに、応力、固溶体、またはその他の効果による格子平面内のひずみが尺度となりうる。散乱Ｘ線が検出され、この散乱Ｘ線の強度に対応する１つまたは複数の出力信号が発生することがある。１つまたは複数の出力信号を使用して、試料上の層または試料の１つまたは複数の特性を判別することができる。Ｘ線回折の利点は、実質的非破壊手法であるという点にある。市販のＸ線回折計は、例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ（ウィスコンシン州マジソン）およびＲｉｇａｋｕ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．（テキサス州ウッドランズ）製のものがある。
一実施形態では、Ｘ線回折計をウェーハなどの試料上のシリコンのエピタキシャル層を成長させるように構成されたプロセス・ツールに結合できる。エピタキシーは、比較的薄い結晶層を結晶基板上に成長させるプロセスである。シリコンのエピタキシャル層は、一般に「エピタキシー」または「エピ」と呼ぶことができ、シリコン含有基板上に形成された極めて純度の高いシリコンまたはシリコン・ゲルマニウムの層である。この層を成長させ、実質的に一様な結晶構造をウェーハ上に形成することができる。エピタキシャル成長では、基板は結晶の種として作用し、エピタキシャル膜により結晶の構造（向き）が複製される。エピタキシャル手法には、これらに限定されないが、気相エピタキシー、液相エピタキシー、固相エピタキシー、および分子線エピタキシーがある。エピタキシー・プロセスでのエピタキシャル層の厚さ（つまり、成長率）は、例えば、ケミカル・ソース、堆積温度、および反応物のモル分数に応じて時間とともに変化することがある。適切なケミカル・ソースの例としては、これらに限定されないが、四塩化珪素（「ＳｉＣｌ４」）、トリクロロシラン（「ＳｉＨＣｌ３」）、ジクロロシラン（「ＳｉＨ２Ｃｌ２」）、およびシラン（「ＳｉＨ４」）などがある。エピタキシー・プロセスの適切な温度の例は、約９５０℃から約１２５０℃までである。ただし、適切な温度は、例えば、エピタキシー・プロセスに使用されるケミカル・ソースに応じて、高くまたは低くなることがある。このようなプロセス・ツールは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンタクララ）が市販している。Ｘ線回折計は、上述のように構成されている。
Ｘ線回折計は、本明細書で説明している実施形態に従ってプロセス・ツールに結合することができる。例えば、Ｘ線回折計をエピタキシャル・プロセス・ツールのプロセス・チャンバに結合したり、あるいは測定チャンバ内のプロセス・チャンバの近くに配置したりすることができる。さらに、プロセスをＸ線回折計およびプロセス・ツールに結合することができる。このプロセッサは、さらに、上述のように構成されている。
このようにして、測定具は単一の測定具としてまたは複数の測定具として機能するように構成されている。複数の測定具をシステムの単一の測定具に組み込むことができるため、例えば、第１の測定具の要素はさらに第２の測定具の要素とすることもできる。さらに、第２の測定具により使用される第１の測定具のハンドリング・ロボット、ステージ、プロセッサ、および電源などの追加要素についてメリットなどがある。測定具はさらに、まず第１の測定具に関して試料に焦点が合い（つまり、ほぼ正しい高さに）、次に第２の測定具に関して試料に焦点が合うように構成されているオートフォーカス機構を備えている。システム、測定具、オートフォーカス機構、およびプロセッサはさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
さらに、このようなシステムは、これらに限定されないが、化学機械研磨ツール、物理気相蒸着ツールなどの堆積ツール、メッキ・ツール、およびエッチング・ツールといったプロセス・ツールに結合される。システムは、本明細書で説明しているようなプロセス・ツールに結合される。さらに、システムをプロセス・ツールに結合するかまたはその近くに配置することにより、システムはプロセスの実行前、実行中、または実行後に試料、試料の層、および／または試料上に形成されたフィーチャの少なくとも２つの特性を判別することができる。
一実施形態では、システムは、試料および／または試料上の層の容量、誘電定数、および抵抗などの電気的特性および試料および／または試料の層の薄膜特性などの試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。薄膜特性は、本明細書で説明しているような特性ならどれでも含む。試料は、ウェーハまたは他の基板上に配置されたウェーハまたは誘電体を含む。適切な誘電体の例としては、これらに限定されないが、ゲート誘電体および低ｋ誘電体などがある。通常、低ｋ誘電体は誘電定数が約３．８未満の材料を含み、高ｋ誘電体は誘電定数が約４．５超の材料を含む。
システムは、本明細書で説明しているように構成されている。例えば、システムは、第１の測定具および第２の測定具に結合され第１の測定具の１つまたは複数の出力信号から試料および／または試料上の層の少なくとも薄膜特性を判別し、第２の測定具の出力信号から試料および／または試料上の層の電気的特性を判別するように構成されたプロセッサを備えている。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の出力信号から試料の他の特性を判別するように構成されている。例えば、このプロセッサを使用して、試料上の金属汚染の特性などの、これに限定されない試料の追加特性を判別することができる。一実施形態では、第１の測定具は、これらに限定されないが、反射率計、分光反射率計、楕円偏光計、分光楕円偏光計、ビーム・プロフィル楕円偏光計、光音響デバイス、渦電流デバイス、Ｘ線反射率計、グレージングＸ線反射率計、およびＸ線回折計、および試料の電気的特性を測定するように構成されたシステムなどを備えている。システム、第１の測定具、およびプロセッサはさらに、本明細書で説明しているように構成されている。
このようなシステムは、本明細書で説明しているように、これらに限定されないが、化学気相蒸着ツール、原子層堆積ツールおよび物理気相蒸着ツール、メッキ・ツール、化学機械研磨ツール、加熱炉などの熱ツール、洗浄ツール、およびイオン注入器をはじめとする堆積ツールなどのプロセス・ツールに結合される。このようなシステムはさらに、エッチング・ツールに結合される。このようにして、少なくとも２つの特性を使用して、エッチング・ツールによって実行されるエッチング・プロセスで試料および／または試料上の層に対して発生するプラズマ損傷の量を判別することができる。例えば、プラズマ損傷としては、これらに限定されないが、エッチング・プロセスで発生する試料または試料上の層の粗さおよびピッチングがある。
第２の測定具は、例えば、２００１年５月１０日に出願された「Ａ Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｏｎ Ａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ」という表題のＸｕらによる米国特許出願で説明され（参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる）ているように、試料の電気的特性を測定するように構成されている。例えば、試料をウェーハ・カセット内に入れて、システムに装着することができる。システムは、本明細書で説明しているように構成されているロボット・ハンドラを備えている。システムはさらに、試料の一部を変更するように構成されている事前半導体微細パターン転写装置を備えている。例えば、事前半導体微細パターン転写装置は、試料の位置を変更することにより各試料の向きが加工時に実質的に同じになるように構成されている。それとは別に、事前半導体微細パターン転写装置は、試料上に形成された位置揃えマークを検出し、試料の位置を変更することにより位置揃えマークの位置が所定の位置と実質的に同じになるように構成されている。
一実施形態では、第２の測定具はさらに、試料をアニーリングするために使用する炉を備えている。この炉は、例えば、約１１００℃未満の温度に試料を加熱するように構成されている。この炉は、さらに、金属汚染を試料の誘電体または試料の半導体基板の中に追い込むように構成することもできる。第２の測定具はさらに、アニーリング・プロセスの後に試料の温度を下げるように構成された冷却デバイスを備えている。冷却デバイスは、冷却板などの当業で知られているデバイスを備えている。
一実施形態では、第２の測定具は、試料の上面に電荷を堆積するように構成されたデバイスを備えている。このデバイスには、例えば、針コロナ発生源やワイヤ・コロナ発生源などの非接点コロナ帯電デバイスなどがある。非接点コロナ帯電デバイスの他の例は、Ｃａｓｔｅｌｌａｎｏらによる米国特許第４５９９５５８号、Ｖｅｒｋｕｉｌらによる米国特許第５５９４２４７号、Ｖｅｒｋｕｉｌによる米国特許第５６４４２２３号、およびＭｉｌｌｅｒらによる米国特許第６１９１６０５号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。堆積電荷は、電荷を堆積するのに使用したデバイスのパラメータに応じて正または負であってよい。このデバイスを使用して、試料の所定の領域に、または試料のランダムに決定された領域に電荷を堆積することができる。さらに、このデバイスを使用することで、試料の一部に、または試料の実質的全体に電荷を堆積することもできる。
一実施形態では、第２の測定具は、試料の帯電している上面の少なくとも１つの電気的特性を測定するように構成されたセンサを備えている。このセンサは、非接点作業機能センサまたは表面光電圧センサとして動作するように構成されている。非接点作業機能センサには、例えば、ケルビン・プローブ・センサやモンロー・センサなどがある。システムに組み込むことができる作業機能センサの他の例は、Ｃｕｒｔｉｓらによる米国特許第４８１２７５６号、Ｖｅｒｋｕｉｌによる米国特許第５４８５０９１号、Ｆｕｎｇによる米国特許第５６５０７３１号、およびＶｅｒｋｕｉｌによる米国特許第５７６７６９３号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。このセンサを使用して、これらに限定されないが、トンネル電圧、表面電圧、および時間の関数としての表面電圧などの電気的特性を測定することができる。第２の測定具はさらに、光のパルスを試料に向けるように構成することができ、試料の表面光電圧を発生するために使用されうる照明システムを備えている。したがって、センサによって測定することができる電気的特性には、試料の表面光電圧を含む。システムはさらに、試料の位置をデバイスの下、照明システムの下、およびセンサの下に変更するように構成された移動可能チャックを備えている。したがって、第２の測定具を使用して、試料の電気的特性を試料の時間および位置の関数として測定することができる。
他の実施形態では、システムはさらに、本明細書に説明されているように構成されている、試料をアニーリング温度まで加熱する炉の動作を監視し、制御するために使用できるプロセッサを備えている。プロセッサはさらに、試料の上面に電荷を堆積するデバイスの動作を監視し制御するように構成することもできる。さらに、プロセッサは、試料の電気的特性を測定するセンサの動作を監視し制御するように構成されている。測定される電気的特性には、時間の関数として測定することができる試料上に形成された誘電体の表面電圧などがある。第２の測定具は、測定された電気的特性に対して１つまたは複数の出力信号を生成するように構成されている。プロセッサは、第２の測定具からの１つまたは複数の出力信号を使用して誘電体の抵抗などの試料の少なくとも１つの特性を判別するように構成されている。誘電体の抵抗は、以下の式を用いて求めることができる。
ρｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ＝−Ｖ／［（ｄＶ／ｄｔ）・ｅ・ｅ０］
ただし、ρｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃは誘電体の抵抗、Ｖは誘電体の測定された表面電圧、ｔは減衰時間、ｅは誘電体の誘電定数、ｅ０は真空の誘電率である。誘電体内の金属汚染の特性もまた、誘電体の抵抗の関数となる。
さらに、プロセッサを使用して、試料内の金属汚染の特性を判別することができる。試料内の金属汚染の特性は、測定された電気的特性の関数として判別できる。さらに、プロセッサは、これらに限定されないが、ロボット・ウェーハ・ハンドラ、事前半導体微細パターン転写装置、ウェーハ・チャック、および／または照明システムなどを含む、オペレーティング・システムの追加デバイスを監視し制御するように構成されている。
一実施形態では、上述のシステムはそれぞれ、二次電子分光デバイスに結合することができる。このようなシステムは、試料から二次電子放射を分析することにより試料の材料組成を決定するように構成されている。このようなデバイスの例は、ＳｈａｃｈａｌらによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ００／７０６４６に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、本明細書に説明されている複数のシステムを半導体製造プロセス・ツールに結合することができる。システムはそれぞれ、使用時に試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。さらに、システムはそれぞれ、少なくとも２つの実質的に類似している特性または少なくとも２つの異なる特性を判別するように構成されている。このようにして、複数の試料の特性は、半導体製造プロセス全体を通して実質的に同時に複数の位置で測定することができる。
他の実施形態では、本明細書で説明しているシステムのそれぞれをスタンドアロンの測定および／または検査システムに結合できる。例えば、本明細書に説明されているシステムをそれぞれ、スタンドアロンの測定および／または検査システムに結合し、アナログ信号やデジタル信号などの信号をその結合されたシステム間でやり取りするようにできる。それぞれのシステムは、単一のツールまたはクラスタ・ツールとして構成することができ、半導体製造プロセス・ツールなどのプロセス・ツールに結合することも結合しないこともできる。スタンドアロンの測定および／または検査システムは、較正標準に合わせて較正するように構成されている。適切な較正標準として、当業で知られているどのような較正標準でも使用できる。スタンドアロンの測定および／または検査システムは、スタンドアロンのシステムに結合されたシステムを較正するように構成されている。
さらに、本明細書で説明しているように、スタンドアロンの測定および／または検査システムは、複数のシステムに結合することができる。このようにして、スタンドアロンの測定および／または検査システムは、スタンドアロンのシステムに結合された複数のシステムを較正するように構成されている。例えば、複数のシステムにおいて、同じ製造および／または研究開発施設内に単一ツールおよび／またはクラスタ・ツールを組み込むことができる。複数のシステムはそれぞれ、試料の少なくとも２つの同じ特性を判別するように構成されている。さらに、複数のシステムはそれぞれ、実質的に類似している種類の半導体デバイスが形成される試料など実質的に同じ種類の試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。例えば、複数のシステムのそれぞれを、製造施設内の同じ種類の生産ラインに組み込むことができる。
さらに、スタンドアロンの測定および／または検査システムは、同じ較正標準を使用して複数のシステムのそれぞれを較正するように構成されている。したがって、同じ較正標準を使用して製造および／または研究開発施設内の複数の測定および／または検査システムを較正することができる。さらに、スタンドアロンの測定および／または検査システムは、データの集合を生成するように構成されている。このデータの集合には、システムの測定具からの出力信号およびその出力信号を使用してシステムのプロセッサにより判別された試料の特性が含まれる。このデータの集合はさらに、出力信号および本明細書で説明しているように複数のシステムを使用して生成される出力信号に対応する判別された特性も含む。したがって、このデータの集合を使用して、複数のシステムの性能を較正かつ／または監視することができる。
他の実施形態では、本明細書で説明しているようなそれぞれのシステムを洗浄ツールに結合することができる。洗浄ツールは、乾式洗浄ツール、湿式洗浄ツール、レーザー洗浄ツール、および／または衝撃波洗浄ツールなどのウェーハから不要な物質を取り除くように構成されたツールならどんなものも含む。乾式洗浄ツールは、試料をプラズマにさらすように構成されうる、乾式エッチング・ツールを含む。例えば、プラズマ・エッチング・ツールで酸素プラズマを使用して試料からレジストを剥離することができる。適切なプラズマは、例えば、試料から剥離する材料の種類により異なることがある。プラズマ・エッチング・ツールはさらに、本明細書で説明しているように構成されている。乾式洗浄ツールは、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンタクララ）が市販している。湿式洗浄ツールは、試料を薬剤溶液中に沈めるように構成され、これらの限定されないが硫酸混合液やフッ酸混合液などを使用することができる。薬剤溶液に晒した後、試料を脱イオン水ですすぎ、乾燥させる。湿式洗浄ツールは、例えば、ＦＳＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（ミネソタ州チャスカ）が市販している。レーザー洗浄ツールの例は、１９９８年４月１日〜３日間にＦｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｏｃｉｅｔｙの第２８回年次総会でイスラエルのＯｒａｍｉｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｔｄ．のＧｅｎｕｔらが発表した「Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒｓ」で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。衝撃波洗浄ツールの例は、Ｖａｕｇｈｔによる米国特許第５０２３４２４号に説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれる。
他の実施形態では、本明細書で説明しているように、それぞれのシステムをウェーハの急速加熱処理（「ＲＴＰ」）用に構成されたツールなど加熱ツールに結合することができる。急速加熱処理ツールは、試料を比較的短いが、精密に制御された熱サイクルに通すように構成されている。例えば、ＲＴＰツールは、約１０秒弱の間、約１０００℃の温度まで試料を加熱するように構成されている。ＲＴＰは、主に、試料または他のプロセスにより形成された試料上に形成された薄膜の特性を変更するために使用できる。例えば、ＲＴＰは一般にアニーリングに使用され、イオン注入後試料内の原子の移動を活性化し、制御することができる。他の一般的な用途としては、タングステンやチタンなどの金属とともにシリコン含有化合物を形成することができるシリサイド化がある。第３の種類のＲＴＰ用途は、シリコン・ウェーハなどの試料上に酸化物を成長させることができる酸化がある。ＲＴＰツールは、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンタクララ）が市販している。
一実施形態では、ローカル・プロセッサ、リモート・コントローラ・コンピュータ、またはローカル・プロセッサに結合されているリモート・コントローラ・コンピュータを含む上述の各プロセッサは、Ａｒａｃｋａｐａｒａｍｂｉｌらによる欧州特許出願番号ＥＰ １ ０７２ ９６７ Ａ２で説明されており、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるようなコンピュータ統合製造手法を実行するように構成されている。
他の実施形態では、本明細書で説明しているような各プロセッサは、Ｊｅｖｔｉｃによる米国特許第６２０１９９９号、Ｊｅｖｔｉｃによる米国特許第６２２４６３８号、およびＪｅｖｔｉｃによるＰＣＴ出願番号ＷＯ ９８／５７３５８で説明され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるような多チャンバ半導体ウェーハ処理ツール内でウェーハ処理のためのスケジュールを自動的に作成するように構成されている。さらに、本明細書で説明しているように各システムは、複数ブレード・ウェーハ・ハンドラを備えている。本明細書で説明しているようなプロセッサは、複数ブレード・ウェーハ・ハンドラを制御するように構成されている。本明細書で説明しているような各プロセッサは、優先度値をプロセス・ツールまたは測定および／または検査システムなどのクラスタ・ツールのプロセス・チャンバおよび／または測定チャンバに割り向けるように構成されている。本明細書で説明しているような実施形態に従って１つまたは複数の測定チャンバをプロセス・ツールに結合することができる。本明細書で説明しているような各プロセッサは、優先度を測定および／または検査システムなどのクラスタ・ツールの測定チャンバに割り向けるように構成することもできる。
このプロセッサは、割り当てられた優先度に従って試料をチャンバからチャンバへ移動させるように複数ブレード・ウェーハ・ハンドラを制御するように構成されている。プロセッサはさらに、優先度移動が実行されるまでの有効期間を決定するように構成することもできる。決定された時間が優先度移動を実行するのに十分な時間であれば、プロセッサにより複数ブレード・ウェーハ・ハンドラを制御して待機中に非優先度移動を実行することができる。例えば、試料に工程段階を実行するまでに決定された時間が十分あれば、複数ブレード・ウェーハ・ハンドラは試料を測定チャンバに移動できる。このようにして、本明細書で説明しているようなシステムは、工程段階で試料の待機中に試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されている。プロセッサはさらに、例えば、プロセスおよび／または測定チャンバの可用性に応じて割り当てられて優先度を動的に変えるように構成することもできる。さらに、プロセッサは、例えば、ウェーハ・ハンドラが特定の順序でウェーハを移動させるのに要する時間に基づいてプロセスおよび／または測定チャンバに優先度を割り向けることができる。
さらに、本明細書で説明しているような各プロセッサは、プロセス・ツールのオプション・コンポーネントに対応し、Ｄｏｖらによる米国特許第６１９９１５７号で説明され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるようなプロセス・ツールの一部としてユーザー側で備えることを望むオプション・コンポーネントに従ってユーザー側で選択できる「オプション」を使用するように構成されている。
本明細書で説明しているようなプロセス・ツールはさらに、複数の冷却プロセス・チャンバまたは複数スロット冷却プロセス・チャンバを備えている。このような複数または複数スロット冷却プロセス・チャンバを使用することで、他のチャンバ内で他のウェーハを処理しながら複数のウェーハを冷却することができる。さらに、本明細書で説明しているような各プロセッサは、処理段階に応じた処理順序で各ウェーハに優先度レベルを割り向けるように構成することができ、この優先のレベルを使用して、Ｌｉｎらによる米国特許第６２０１９９８号で説明され、参照により本明細書に完全に規定されているかのように取り込まれるように、チャンバ間のウェーハの移動の順序を決めることができる。このようにして、本明細書で説明されているようなシステムを使用すると、ウェーハ処理施設内の異なる処理チャンバ間でウェーハを移動させる効率が高まる。
他の実施形態では、本明細書で説明されているように、各プロセッサは、試料、試料上の層、および／または試料のフィーチャの少なくとも粗さを判別するように構成されている。例えば、プロセッサは、数学的モデルの使用により測定具の１つまたは複数の出力信号から粗さを判別するように構成されている。例えば、非結像スキャタロメータ、スキャタロメータ、分光スキャタロメータ、および非結像Ｌｉｎｎｉｋ顕微鏡などの測定具により１つまたは複数の出力信号を発生させることができる。適切な数学的モデルとしては、フィーチャの限界寸法を決定するために使用される数学的モデルなど当業界で知られている数学的モデルであれば何でも使用できる。これらの数学的モデルは、複数の波長のデータまたは単一波長のデータを処理するように構成されている。
このようなプロセッサを含むシステムを、リソグラフィ・ツール、原子層堆積ツール、洗浄ツール、およびエッチング・ツールなどのプロセス・ツールに結合することができる。例えば、リソグラフィ・プロセスの現像工程段階により、パターン形成レジストに対しかなりの粗さが生じる場合がある。さらに、原子層堆積により形成された材料の層では、特に試料のフィーチャの側壁にかなりの粗さが生じることがある。さらに、湿式洗浄ツールは、試料、試料上の層、および／または試料上のフィーチャをエッチングし、このため、それぞれ試料、層、および／またはフィーチャに粗さが生じる。このシステムはさらに、試料の表面に粗さを生じるプロセスを実行するようように構成されたプロセス・ツールのどれでもに結合することもできる。このシステムを本明細書で説明している実施形態に従ってプロセス・ツールに結合することができる。例えば、このようなシステムの測定具をプロセス・ツールのプロセス・チャンバに結合して、プロセスの前および後に試料、試料上の層、および／または試料上のフィーチャの少なくとも粗さをシステム側で判別するようにできる。例えば、測定具をプロセス・ツールに結合して、ロボット・ウェーハ・ハンドラが測定具の下または上に移動させるようにできる。システムは、さらに、本明細書で説明しているように構成されている。
１９９９年５月１１日に出願された米国特許出願第０９／３１００１７号、１９９９年９月１５日に出願された米国特許出願第０９／３９６１４３号、２０００年４月２４日に出願された米国特許出願第０９／５５６２３８号、および２０００年１０月２３日に出願された米国特許出願第０９／６９５７２６号は、手順の例やその他の情報または本明細書に記載されている内容を補足する詳細を説明しており、これらは特に参照により本明細書に取り込まれる。
本発明のさまざまな形態の他の修正およびその他の実施形態は、本明細書の説明を読め
ば当業者にとっては明白なことであろう。例えば、システムは測定具に関して複数の角度
および方向で傾斜するように構成されたステージを備えている。したがって、この説明は
、解説を示すのみと解釈すべきであり、本発明を実施する一般的な方法を当業者に教示す
ることを目的としている。また、本明細書で示され説明されている発明の形態は、今のと
ころ好ましい実施形態として解釈すべきであることは理解されるであろう。本明細書で示
し説明している要素および材料については置き換えることができ、パーツおよびプロセス
は逆にすることができ、本発明のいくつかのフィーチャは独立して利用することができる
が、すべて、本発明の説明を理解した後では当業者にとって明白なことであろう。請求項
で説明している発明の精神と範囲を逸脱することなく、本明細書で説明している要素に変
更を加えることができる。
＜付記１＞ 使用時に試料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシス
テムであって、
使用時に試料を支持するように構成されているステージと、
ステージに結合され、
使用時にエネルギーを試料の表面に向けるように構成された照明システムと、
照明システムに結合され、使用時に試料の表面から伝搬するエネルギーを検出するよ
うに構成され、測定具が使用時に検出されたエネルギーに対応して１つまたは複数の出力
信号を発生するように構成されている検出システムとを備える測定具と、
測定具に結合され、使用時に１つまたは複数の出力信号から試料の第１の特性および第
２の特性を判別するように構成され、第１の特性が試料の限界寸法を含み、第２の特性が
試料のオーバーレイ・ミスレジストレーションを含むプロセッサと
を備えるシステム。
＜付記２＞ ステージがさらに、使用時に横方向に移動するように構成されている付
記１に記載のシステム。
＜付記３＞ ステージがさらに、使用時に回転移動するように構成されている付記１
に記載のシステム。
＜付記４＞ ステージがさらに、使用時に水平移動と回転移動をするように構成され
ている付記１に記載のシステム。
＜付記５＞ 照明システムが単一エネルギー源を備える付記１に記載のシステム。
＜付記６＞ 照明システムが複数のエネルギー源を備える付記１に記載のシステム。
＜付記７＞ 検出システムが単一エネルギー感知デバイスを備える付記１に記載のシ
ステム。
＜付記８＞ 検出システムが複数のエネルギー感知デバイスを備える付記１に記載の
システム。
＜付記９＞ 測定具がさらに非結像スキャタロメータを備える付記１に記載のシステ
ム。
＜付記１０＞ 測定具がさらにスキャタロメータを備える付記１に記載のシステム。
＜付記１１＞ 測定具がさらに分光スキャタロメータを備える付記１に記載のシステ
ム。
＜付記１２＞ 測定具がさらに反射率計を備える付記１に記載のシステム。
＜付記１３＞ 測定具がさらに分光反射率計を備える付記１に記載のシステム。
＜付記１４＞ 測定具がさらに偏光解析器を備える付記１に記載のシステム。
＜付記１５＞ 測定具がさらに分光偏光解析器を備える付記１に記載のシステム。
＜付記１６＞ 測定具がさらに明視野撮像デバイスを備える付記１に記載のシステム
。
＜付記１７＞ 測定具がさらに暗視野撮像デバイスを備える付記１に記載のシステム
。
＜付記１８＞ 測定具がさらに明視野暗視野撮像デバイスを備える付記１に記載のシ
ステム。
＜付記１９＞ 測定具がさらに明視野非結像デバイスを備える付記１に記載のシステ
ム。
＜付記２０＞ 測定具がさらに暗視野非結像デバイスを備える付記１に記載のシステ
ム。
【図１】
試料の表面に複数のダイスおよび複数の欠陥がある試料の一実施形態の概略上面図であ
る。
【図２ａ】
使用中に回転移動させるように構成されているステージと使用中に直線移動させるよう
に構成されている測定具の一実施形態の概略上面図である。
【図２ｂ】
使用中に回転移動させるように構成されているステージと静止している測定具の一実施
形態の概略上面図である。
【図３】
１つの照明システムと１つの検出システムを備えるシステムの一実施形態の概略側面図
である。
【図４】
複数の照明システムと１つの検出システムを備えるシステムの一実施形態の概略側面図
である。
【図５】
複数の照明システムと複数の検出システムを備えるシステムの一実施形態の概略側面図
である。
【図６】
１つの照明システムと複数の検出システムを備えるシステムの一実施形態の概略側面図
である。
【図７】
１つの照明システムと複数の検出システムを備えるシステムの一実施形態の概略側面図
である。
【図８】
試料の一実施形態の概略側面図である。
【図９】
複数の測定具を備えるシステムの一実施形態の概略上面図である。
【図１０】
試料の限界寸法を判別するように構成されたシステムの一実施形態の概略側面図である
。
【図１１ａ】
試料の限界寸法を判別するように構成された測定具の一実施形態の概略側面図である。
【図１１ｂ】
試料の限界寸法を判別するように構成された測定具の一部の一実施形態の概略側面図で
ある。
【図１２】
試料の複数の面の複数の特性を判別するように構成されたシステムの一実施形態の概略
側面図である。
【図１３】
半導体製造プロセス・ツールに結合されたシステムの一実施形態の概略上面図である。
【図１４】
半導体製造プロセス・ツールに結合するように構成されたシステムの一実施形態の透視
図である。
【図１５】
半導体製造プロセス・ツールに結合されたシステムの一実施形態の透視図である。
【図１６】
測定チャンバ内に配置されたシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図１７】
半導体製造プロセス・ツールのプロセス・チャンバに側面に沿って近くなるように配置
された測定チャンバの一実施形態の概略側面図である。
【図１８】
半導体製造プロセス・ツールのプロセス・チャンバに結合されたシステムの一実施形態
の概略側面図である。
【図１９】
試料の少なくとも２つの特性を判別する方法の一実施形態を説明する流れ図である。
【図２０】
試料の表面から帰ってくる検出された光を処理する方法の一実施形態を説明する流れ図
である。
【図２１】
資料の少なくとも２つの特性を判別するように構成されたシステムを制御する方法の一
実施形態を説明する流れ図である。
【図２２】
化学機械研磨ツールに結合されたシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図２３】
化学堆積ツールに結合されたシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図２４】
エッチング・ツールに結合されたシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図２５】
イオン注入器に結合されたシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図２６】
試料の表面上の微小欠陥の特性を判別するように構成されたシステムの一実施形態の概
略側面図である。
【図２７】
試料の複数の表面の欠陥の特性を判別するように構成されたシステムの一実施形態の概
略側面図である。

Claims (20)

  1. 試料の表面と裏面それぞれの上の欠陥の少なくとも１つの特性を判別するように構成されたシステムであって、
    前記試料を支持するように構成され、さらに移動するように構成されているステージと、
    プロセッサと、
    ステージに結合された測定具と、
    を備え、
    前記測定具は、
    前記ステージの移動している間にエネルギーを前記試料の表面と裏面のそれぞれに向けるように構成された照明システムと、
    前記照明システムに結合され、前記ステージの移動している間に前記試料の表面と裏面から伝搬するエネルギーを検出するように構成されている検出システムと、を備え、
    前記ステージは、前記試料の中心に近い試料の裏面に接触し、前記ステージは、真空チャックまたは静電チャックを備え、
    前記測定具は、前記試料の表面から検出されたエネルギーに対応する第１の明視野光出力信号、および第１の暗視野光出力信号を発生し、前記試料の裏面から検出されたエネルギーに対応する第２の暗視野光出力信号を発生するように構成され、
    前記プロセッサは前記測定具に結合され、前記第１の明視野光出力信号および前記第１の暗視野光出力信号から前記試料の表面上の欠陥の第１の特性を判別するように、および前記第２の暗視野光出力信号から前記試料の裏面上の欠陥の第２の特性を判別するように構成される、システム。
  2. 前記ステージがさらに、横方向に移動するように構成されている請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ステージがさらに、回転移動するように構成されている請求項１に記載のシステム。
  4. 前記ステージがさらに、水平移動と回転移動をするように構成されている請求項１に記載のシステム。
  5. 前記照明システムが単一エネルギー源を備える請求項１に記載のシステム。
  6. 前記照明システムが複数のエネルギー源を備える請求項１に記載のシステム。
  7. 前記検出システムが単一エネルギー感知デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  8. 前記検出システムが複数のエネルギー感知デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  9. 前記測定具がさらに非結像スキャタロメータを備える請求項１に記載のシステム。
  10. 前記測定具がさらにスキャタロメータを備える請求項１に記載のシステム。
  11. 前記測定具がさらに分光スキャタロメータを備える請求項１に記載のシステム。
  12. 前記測定具がさらに反射率計を備える請求項１に記載のシステム。
  13. 前記測定具がさらに分光反射率計を備える請求項１に記載のシステム。
  14. 前記測定具がさらに偏光解析器を備える請求項１に記載のシステム。
  15. 前記測定具がさらに分光偏光解析器を備える請求項１に記載のシステム。
  16. 前記測定具がさらに明視野撮像デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  17. 前記測定具がさらに暗視野撮像デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  18. 前記測定具がさらに明視野暗視野撮像デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  19. 前記測定具がさらに明視野非結像デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
  20. 前記測定具がさらに暗視野非結像デバイスを備える請求項１に記載のシステム。
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