JP5848328B2

JP5848328B2 - 構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定方法

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Publication number: JP5848328B2
Application number: JP2013509147A
Authority: JP
Inventors: マドセン，ジョナサン・マイケル; ヤン，ウェイドン
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2031-05-02
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Description

本発明の実施形態は光学測定の分野にあり、詳細には、構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定方法に関する。

ここ数年間、回折構造の研究及び設計のために厳密結合波解析法（ＲＣＷＡ）及び同様のアルゴリズムが広範に使用されている。ＲＣＷＡ法において、周期的構造体のプロファイルは、所定数の十分に薄い平面格子スラブによって近似される。特に、ＲＣＷＡは３つの主たるステップ、つまり格子内の領域のフーリエ展開、回折シグナルを特徴付ける一定係数マトリクスの固有値及び固有ベクトルの計算、及び境界整合条件から推定した線形システムの解法を必要とする。ＲＣＷＡは、問題を３つの別個の空間領域に分割する。つまり、１）入射平面波領域及び全ての反射回折次数の総和をサポートする環境領域、２）格子構造及び下に横たわる、波動場が各回折次数に関連するモードの重ね合わせとして取り扱う非パターン化層、及び３）送信波動場を含む基材である。

ＲＣＷＡ解法の精度は、エネルギ保存が一般に満たされた状態で、部分的に、波動場の空間高調波展開式が保持する項数に依存する。保持項数は、計算時に考慮される回折次数の数の関数である。所定の仮想プロファイルに関するシミュレート回折シグナルの効率的な生成は、回折シグナルの垂直偏波（ＴＭ）及び／又は横方向電流（ＴＥ）成分の各波長での最適な回折次数セットの選択を必要とする。数学的に、より多くの回折次数を選択すると、シミュレーションがより正確になる。しかしながら、回折次数の数が増えると、シミュレート回折シグナルを計算するためにより多くの計算処理が必要となる。更に、計算時間は使用する次数の数の非線形関数である。

本発明の少なくともいくつかの実施形態の態様は、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を含む。回折次数セットは、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関してシミュレートされる。次に、シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいて提供される。１つの実施形態において、本方法は、シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較することを更に含む。

本発明の少なくともいくつかの実施形態の他の態様は、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を含む。回折次数セットは、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関してシミュレートされる。次に、シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいて提供される。１つの実施形態において、本方法は、シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較することを更に含む。

本発明の少なくともいくつかの実施形態の他の態様は、データ処理システムに構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する機械アクセス可能記憶媒体を含む。本方法では、回折次数セットは、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関してシミュレートされる。シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいて提供される。

本発明の少なくともいくつかの実施形態の更に他の態様は、データ処理システムに構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する機械アクセス可能記憶媒体を含む。本方法では、回折次数セットは、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関してシミュレートされる。シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいて提供される。

本発明の実施形態による、自動的なプロセス及び装置制御のためのプロファイルパラメータを決定して利用するための例示的な一連の動作を示すフローチャートを示す。本発明の実施形態による、自動的なプロセス及び装置制御のためのプロファイルパラメータを決定して利用するためのシステムの例示的なブロック図を示す。本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定方法の動作を示すフローチャートを示す。本発明の実施形態による、ｘ−ｙ平面で変化するプロファイルを有する周期的格子を示す。本発明の実施形態による、ｘ方向で変化するがｙ方向では変化しないプロファイルを有する周期的格子を示す。本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定方法の動作を示すフローチャートを示す。本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定方法の改良及び試験態様を含む決定チャートを示す。本発明の実施形態による、光学測定のための物質の光学的特性が決定される、それぞれの物質スタックの断面図を示す。本発明の実施形態による、半導体ウエハー上の構造プロファイルを決定するための光学測定の利用を示すアーキテクチャ図である。本発明の実施形態による、例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。

本明細書は、構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定手法を開示する。以下の説明において、本発明の実施形態の十分な理解を可能にする目的で、「ｎ、ｋ」改良手法等の多数の特定の詳細事項が示される。当業者であれば、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細事項がなくても実施できることを理解できるはずである。場合によっては、パターン化物質層のスタックの製作等の周知の加工ステップは、本発明の実施形態を不明瞭にしないために詳細には示されていない。更に、図示の種々の実施形態は、例示的なものであり、必ずしもスケール調整されていないこと理解されたい。

本明細書は、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を開示する。１つの実施形態において、本方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。その結果、回折次数セットに基づいてシミュレートスペクトルがもたらされる。１つの実施形態において、本方法は、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。その結果、回折次数セットに基づいてシミュレートスペクトルがもたらされる。

回折シグナルの次数は、周期的構造体から導かれるものとしてシミュレートできる。ゼロ次数は、周期的構造体の法線Ｎに関する仮想入射ビームの入射角に等しい角度での回折シグナルを示す。高次の回折次数は、＋１、＋２、＋３、−１、−２、−３等として指定される。また、一過性次数として知られる他の次数も考慮する。本発明の実施形態によれば、シミュレート回折シグナルは、光学測定で使用する目的で生成される。

ウエハー構造体における屈折インデックス及び消光率、（ｎ＆ｋ）等の物質の光学的特性は、光学測定で用いるためにモデル化できる。本発明の実施形態によれば、物質の光学的特性は、ウエハー構造体を測定するための光学測定モデルの他の変数と同様に、「浮動」又は「固定」とすることができる。従来、パターン化されていないウエハーは、物質層のｎ＆ｋを決定するために使用することができ、結果的にモデルのｎ＆ｋを固定するために使用できる。しかしながら、ベアウエハーは、ウエハーが特定の製作ステップを受ける場合は潜在的なｎ＆ｋ変化を取得できない。その代わりに、光学測定モデルの多くの変数を浮動にする段階を含む手法は、当初は改善された結果をもたらす。しかし、モデルが複雑になると、シミュレーションには多くの時間及びコンピュータリソースが必要となる。更に、多くの変数を浮動にすると構造体の測定感度が低くなり、光学測定モデルは信頼性の低い結果をもたらす。ｎ＆ｋモデルの一例はＣａｕｃｈｙ及びＴａｕｃＬａｕｒｅｎｔｚである。最も基本的な式は、ｎ＝ａ＋ｂ／λ＋ｃ／λ²＋ｄ／λ³ … （式１）
である。式１から分かるように、多層構造体において、光学測定モデルの変数の数は急増して浮動パラメータ及びパラメータ相関の多さに起因して測定の安定問題を引き起こす可能性がある。

本発明の実施形態によれば、光学測定感度及び精度メトリクス基準に適合するための、ウエハーにおける物質の光学的特性（ｎ＆ｋ）に関する変数を決定するための手法が提供される。第１の実施形態において、回折シグナルの測定及びシミュレートに２つ又はそれ以上のアジマス角を使用する。１つの実施形態において、従来の知識の又はウエハー分野の当業者の経験を利用して、浮動に関するｎ＆ｋ変数を選択する。アジマス角が調整可能な光学測定デバイスを使用して、２つ又はそれ以上のアジマス角で構造体を離れた回折シグナルを測定することができる。シミュレートシグナルは、２つ又はそれ以上のアジマス角を用いて生成される。２つ又はそれ以上の測定シグナルは、結合回帰によって２つ又はそれ以上のシミュレートシグナルと組み合わせる。次に、構造体の決定プロファイルパラメータ感度及び精度を試験する。

第２の実施形態において、２つ又はそれ以上の測定ターゲットを使用してウエハーの光学的特性を決定する以外は第１の実施形態の手法に従う。１つの実施形態において、ウエハーにおいて同一のターゲットの代わりに２つ又はそれ以上のターゲットを使用する。例えば、第１のターゲットは稠密格子構造、第２のターゲットは分離構造体とすることができる。

第３の実施形態において、ウエハーにおいて２つ又はそれ以上の異なる構造体を使用して光学的特性を決定する以外は、第２の実施形態に従う。１つの実施形態において、２つ又はそれ以上のターゲットは、異なるタイプのターゲットとすることができる。例えば、第１のターゲットは格子構造、第２のターゲットはウエハーの非パターン化領域とすることができる。別の方法として、第１のターゲットは格子構造、第２のターゲットはコンタクトホール、ビア、又はトレンチとすることができる。さらに別の方法として、第１のターゲットはパターン化された構造体、第２のターゲットは部分的にエッチングされた類似のパターン化構造体、又は第２のターゲットは化学機械平坦化（ＣＭＰ）構造体とすることができる。特定の実施形態において、ターゲットが同じ物資を含むことが必須要件である。

第４の実施形態において、前述の第１、第２、第３の実施形態の２つ又はそれ以上を任意に組み合わせた手法によって、光学的特性を決定することができる。

少なくともいくつかの本発明の実施形態において、ｎ、ｋ改良は格子構造に関して行う。１つの実施形態において、膜分散が考慮され、複数の入射角を使用する手法を実行して膜上の正確な分散を得るようになっている。１つの実施形態において、格子サンプルを使用する。特定の実施形態において、格子における分散は加工方法に起因して膜パッドとは異なるか、又は他の実施形態において、膜パッドは利用できない。１つの実施形態において、格子の正確なｎ，ｋ分散モデルを取得する手法が提供される。１つの実施形態において、本手法は、複数のアジマス角測定及び複数の入射角測定、又はアジマス角及び入射角測定の組み合わせを用いる。１つの実施形態において、複数のターゲットを使用する。いくつかの実施形態により、問題の「重複決定」及び格子構造からのｎ、ｋの最適化が可能になる。特定の実施形態において、結果を得るまでの時間が延びる代わりに計算に必要なｎ、ｋの追加の膜スタック数が低減される。他の特定の実施形態において、格子構造のｎ、ｋは、膜又は格子の差分に関して取得する。

計算に基づくシミュレート回折次数は、パターン化半導体膜又はフォトレジスト層等のパターン化膜に関するプロファイルパラメータを示すことができ、自動プロセス又は装置制御を調整するために使用できる。図１は、本発明の実施形態による、自動プロセス及び装置制御のためのプロファイルパラメータを決定して利用する例示的な一連の動作を示すフローチャート１００を示す。

フローチャート１００の動作１０２を参照すると、ライブラリ又は訓練された機械学習システム（ＭＬＳ）は、測定回折シグナルセットからプロファイルパラメータを得るために改善される。動作１０４において、構造体の少なくとも１つのプロファイルパラメータは、ライブラリ又は訓練ＭＬＳを用いて決定する。動作１０６において、少なくとも１つのプロファイルパラメータは、加工ステップを実行するように構成された製作クラスタに送信するが、加工ステップは、測定ステップ１０４の前又は後の半導体製造工程で実行することができる。動作１０８において、少なくとも１つの送信プロファイルパラメータを用いて製作クラスタによって実行される加工ステップのプロセス変数又は装置設定値を変更することができる。機械学習システム及びアルゴリズムも詳細は、全ての開示内容が本明細書に引用されている、２００３年６月２７日出願の米国特許出願番号１０／６０８，３００「ＯＰＴＩＣＡＬＭＥＴＲＯＬＯＧＹＯＦＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＦＯＲＭＥＤＯＮＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＷＡＦＥＲＳＵＳＩＮＧＭＡＣＨＩＮＥＬＥＡＲＮＩＮＧＳＹＳＴＥＭＳ」を参照されたい。回折次数最適化の詳細は、全ての開示内容が本明細書に引用されている、２００６年３月２４日出願の米国特許出願番号１１／３８８，２６５「ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮＯＦＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮＯＲＤＥＲＳＥＬＥＣＴＩＯＮＦＯＲＴＷＯ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」を参照されたい。

図２は、本発明の実施形態による、自動プロセス及び装置制御のためのプロファイルパラメータを決定及び利用するためのシステム２００の例示的なブロック図である。システム２００は、第１の製作クラスタ２０２及び光学測定システム２０４を含む。また、システム２００は、第２の製作クラスタ２０６を含む。図２において第２の製作クラスタ２０６は第１の製作クラスタ２０２の後に示されるが、システム２００にいて（及び、例えば、製造工程において）、第２の製作クラスタ２０６は第１の製作クラスタ２０２の前に配置することができる。

ウエハーに適用されるフォトレジスト層の露光及び現像等のフォトグラフィープロセスは、第１の製作クラスタ２０２を用いて行うことができる。１つの例示的な実施形態において、光学測定システム２０４は、光学測定ツール２０８及びプロセッサ２１０を含む。光学測定ツール２０８は、構造体から取得した回折シグナルを測定するように構成される。測定回折シグナル及びシミュレート回折シグナルが一致する場合、１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータ値が、シミュレート回折シグナルに関連する１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータ値として決定される。

１つの例示的な実施形態において、光学測定システム２０４は、複数のシミュレート回折シグナル及び該複数のシミュレート回折シグナルに関連する複数の１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータ値を有するライブラリ２１２を含むことができる。前述のように、ライブラリは事前に生成できる。計測プロセッサ２１０は、構造体から取得した測定回折シグナルをライブラリ内の複数のシミュレート回折シグナルと比較できる。シミュレート回折シグナルの一致が見出される場合、ライブラリ内の一致するシミュレート回折シグナルに関連する１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータ値は、構造体を製作するためにウエハー用途に使用される１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータ値と仮定する。

また、システム２００は、計測プロセッサ２１６を含むことができる。１つの例示的な実施形態において、プロセッサ２１０は、１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータの１つ又はそれ以上の値を計測プロセッサ２１６へ送信できる。次に、計測プロセッサ２１６は、光学測定システム２０４を用いて決定した１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータの１つ又はそれ以上の値に基づいて、第１の製作クラスタ２０２の１つ又はそれ以上のプロセスパラメータ又は装置設定値を調整できる。また、計測プロセッサ２１６は、光学測定システム２０４を用いて決定した１つ又はそれ以上のプロファイルパラメータの１つ又はそれ以上の値に基づいて、製作クラスタ２０６の１つ又はそれ以上のプロセスパラメータ又は装置設定値を調整できる。前述のように、製作クラスタ２０６は、製作クラスタ２０２の前又は後でウエハーを加工できる。別の例示的な実施形態において、プロセッサ２１０は、測定回折シグナルセットを機械学習システム２１４の入力として用いると共にプロファイルパラメータを機械学習システム２１４の期待される出力として用いて、機械学習システム２１４を訓練するように構成される。

本発明の１つの態様において、シミュレート回折シグナルから得られる構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。図３は、本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定するための方法の動作を示すフローチャート３００を示す。

フローチャート３００の動作３０２を参照すると、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。本発明の実施形態によれば、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において回折次数セットのシミュレートは、２つ又はそれ以上の入射角に基づいている。

１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、三次元格子構造を使用する段階を含む。用語「三次元格子構造」は、本明細書では、二次元で変化するｘ−ｙプロファイルに加えてｚ方向の深さをもつ構造体を呼ぶ。例えば、図４Ａは、本発明の実施形態による、ｘ−ｙ平面で変化するプロファイルを有する周期的格子４００を示す。周期的格子のプロファイルは、ｘ−ｙプロファイルの関数としてｚ方向に変化する。

１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、二次元格子構造を使用する段階を含む。用語「二次元格子構造」は、本明細書では、一次元でのみ変化するｘ−ｙプロファイルに加えてｚ方向の深さをもつ構造体を呼ぶ。例えば、図４Ｂは、本発明の実施形態による、ｘ方向で変化するがｙ方向には変化しないプロファイルを有する周期的格子４０２を示す。周期的格子のプロファイルは、ｘプロファイルの関数としてｚ方向に変化する。二次元構造体のｙ方向の変化の欠如は無限である必要はないが、何らかのパターンの途切れは長距離である、例えば、ｙ方向の何らかのパターンの途切れは、ｘ方向のパターンの途切れよりも実質的にもっと遠くに離れると考えられることを理解されたい。

フローチャート３００の動作３０４を参照すると、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定するための方法は、回折次数セットに基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階も含む。

本発明の実施形態によれば、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定するための方法は、シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階を更に含む。１つの実施形態において、回折次数セットは、シミュレートされて、図８に関連して以下に説明する光学測定システム８００等の偏光解析光学測定システムが生成する三次元格子構造からの回折シグナルを表すようになっている。しかしながら、同じコンセプト及び原理を同様に反射干渉光分光システム等の他の光学測定システムに適用できることを理解されたい。表される回折シグナルは、限定されるものではないが、プロファイル、寸法、又は物質成分等の三次元格子構造の特徴を説明することができる。

本発明の他の態様において、シミュレート回折シグナルから得られる構造体の光学測定のための物質の光学的特性の決定は、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。図５は、本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法の動作を示すフローチャート５００を示す。

フローチャート３００の動作３０２を参照すると、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。本発明の実施形態によれば、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、回折次数セットのシミュレートは、更に２つ又はそれ以上のアジマス角に基づくことができる。

本発明の他の態様において、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する段階は、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。例えば、フローチャート５００の動作５０２を参照すると、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法は、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。本発明の実施形態によれば、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、稠密格子構造を分離構造体と一緒に使用する段階を含む。１つの実施形態において、回折次数セットのシミュレートは、更に１つ又はそれ以上のアジマス角に基づいている。

フローチャート５００の動作５０４を参照すると、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法は、回折次数セットに基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階を更に含む。

図６は、本発明の実施形態による、構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法の改良及び試験態様を含む決定チャート６００を示す。

決定チャート６００の改良部６０２を参照すると、ブロック６０４において、出発点として物質の既知の良好なｎ、ｋを使用する。ブロック６０６において、いくつかの浮動パラメータをもつ「単純」モデルを使用する。一方で、ブロック６０８において、膜スペクトルを含むウエハーを横切る多部位からのスペクトルは、複数のアジマス角に対して決定する。ブロック６０６及び６０８からの入力は、結合アジマス角を有する全ての部位の複合回帰分析に関して、ブロック６１０で回帰分析する。次に、ブロック６２１において、平均ｎ、ｋ値を報告する。

決定チャート６００の試験部６１４を参照すると、ブロック６１６において、複数のアジマススペクトルは、ウエハー上を横切る多部位から取得する。回帰分析は、ブロック６１８及び６２０において、個々のアジマス角の各々に基づいて個々の部位の各々で行う。ブロック６２２において、限界寸法（ＣＤ）等のパラメータ変数を比較する。ブロック６２４において、利用可能な場合、全体の測定不確実性（ＴＭＵ）は、参照データをチェックするための選択肢として使用できる。ブロック６２６において、モデルデータが参照データと合致しない場合、ｎ、ｋ式の値を調整して、ブロック６０６においてモデルを変更するために使用してサイクルを繰り返す。

図７は、本発明の実施形態による、光学測定のための物質の光学的特性が決定される代表的な物質スタック７００の断面図を示す。図７を参照すると、下部の反射防止膜（ＢＡＲＣ）層７０４は、シリコン（Ｓｉ）基板７０２上に配置される。レジスト層７０６は、ＢＡＲＣ層７０４上に配置されてパターン化される。レジスト層７０６の個々のライン、例えばライン７０７は、レジスト高さ７０８、レジストライン限界寸法（ＣＤ）７０９、及びレジストライン側壁角（ＳＷＡ）７１０等の種々の特性を有している。モデリング例において、本発明の特定の実施形態において、ｎ、ｋ改良に関して、ＢＡＲＣ層７０４及びレジスト層７０６に対してｎ、ｋ分散モデルを使用する。ＢＡＲＣ層７０４に関してＣａｕｃｈｙ変数はＡ＝１．４５及びＢ＝３１７１４０であり、一方でレジスト層７０６に関してＣａｕｃｈｙ変数はＡ＝１．５４５、Ｂ＝−３．１００００、及びＣ＝７．４Ｅ１２である。格子スペクトルは、アジマス角に関して０度及び９０度で測定する。

本発明の少なくともいくつかの実施形態において、ｎ、ｋ改良を行い、複合回帰分析を利用して格子構造からｎ、ｋを直接改良するようになっている。例えば、１つの実施形態において、４つの形状パラメータ及び４つの分散パラメータからなる８つのパラメータが浮動される。分散モデルは、連続的な膜スタックからのモデルと合理的に一致することができる。結果は期待される有限要素法（ＦＥＭ）の挙動に追従することができる。しかしながら、１つの実施形態において、機能強化のために、格子構造改良のために始点として最適な膜スタックモデルを使用するが、最終的な膜モデルはチェックポイントとして使用するので、これを試験において使用する必要はない。

図８は、本発明の実施形態による、半導体ウエハー上の構造体のプロファイルを決定するための光学測定の利用を示すアーキテクチャ図である。光学測定システム８００は、ウエハー８０８のターゲット構造８０６に計測ビーム８０４を投射する計測ビーム源８０２を含む。計測ビーム８０４は、入射角θでターゲット構造８０６に投射される。回折ビーム８１０は、計測ビーム受信器８１２で測定する。回折ビームデータ８１４は、プロファイルアプリケーションサーバ８１６に送信する。プロファイルアプリケーションサーバ８１６は、測定回折ビームデータ８１４を、ターゲット構造の限界寸法と解像度の種々の組み合わせを示すシミュレート回折ビームデータのライブラリ８１８と比較する。

本発明の実施形態によれば、シミュレート回折ビームデータの少なくとも一部は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づく。本発明の別の実施形態によれば、シミュレート回折ビームデータの少なくとも一部は、２つ又はそれ以上の入射角に基づく。１つの例示的な実施形態において、測定回折ビームデータ８１４の最も一致するライブラリ８１８インスタンスを選択する。ことを理解されたい。コンセプト及び原理を示すために、回折スペクトル又はシグナル、及び関連の仮想プロファイルのライブラリを頻繁に使用するが、本発明は、回帰分析、ニューラルネットワーク、及びプロファイル抽出に使用する類似の方法等の、シミュレート回折シグナル及び関連のプロファイルパラメータセットを含むデータ空間に同様に適用できる。選択されたライブラリ８１６インスタンスの仮想プロファイル及び関連の限界寸法は、実際のターゲット構造８０６の特徴部の断面プロファイル及び限界寸法に対応すると仮定する。光学測定システム８００は、回折ビーム又はシグナルを測定するための反射干渉光分光器、偏光解析器、又は他の光学測定デバイスに利用できる。

本発明の実施形態の説明を容易にするために、偏光解析光学測定システムを使用して前述のコンセプト及び原理を示す。同じコンセプト及び原理を反射干渉光分光システム等の他の光学測定システムに適用できることを理解されたい。同様に、半導体ウエハーは、コンセプトの適用を示すために使用できる。再度、本方法及びプロセスは、繰り返し構造を有する他の加工物に同様に適用できる。

本発明は、命令を格納した機械可読媒体を含むことができ、コンピュータシステム（又は他の電子デバイス）をプログラムして本発明によるプロセスを実行するために使用できる、コンピュータプログラム製品、又はソフトウェアとして提供できる。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）可読形式の情報を記憶又は伝送するための任意の機構を含むことができる。例えば、機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置）、機械（例えば、コンピュータ）可読伝送媒体（電気、光、音響、又は他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号））等を含む。

図９は、機械に本明細書に記載の１つ又はそれ以上の何らかの方法を行わせる命令セットを実行できる、コンピュータシステム９００の例示的な形態の機械を図式表示で示す。別の実施形態において、機械は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インタネット、エクストラネット、又はイントラネットで他の機械に接続（例えば、ネットワーク接続）できる。機械は、クライアント−サーバネットワーク環境でサーバ又はクライアント機械として、又はピアツーピア（又は、分散型）ネットワーク環境でピア機械として作動できる。機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、又は機械が行う動作を特定する命令セット（逐次等）を実行可能な任意の機械とすることができる。更に、単一の機械が図示されているが、用語「機械」は、個々で又は結合して命令セット（又は複数の命令セット）を実行して本明細書に記載の１つ又はそれ以上の何らかの方法を行うようになった、任意の機械（コンピュータ）の集合を含むと考えるべきである。

例示的なコンピュータシステム９００は、プロセッサ９０２、メインメモリ９０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はＲａｍｂｕｓＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）等のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））、スタティックメモリ９０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ））、及び二次メモリ９１８（例えば、データ記憶装置）を含み、これらはバス９３０経由で通信することができる。

プロセッサ９０２は、１つ又はそれ以上のマイクロプロセッサ、中央処理装置等の汎用処理装置を表す。詳細には、プロセッサ９０２は、複数命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実行するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実行するプロセッサとすることができる。また、プロセッサ９０２は、１つ又はそれ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等の専用処理装置とすることができる。プロセッサ９０２は、本明細書で説明する動作及びステップを実施するための処理ロジック９２６を実行するように構成される。

コンピュータシステム９００は、ネットワークインタフェースデバイス９０８を更に含むことができる。また、コンピュータシステム９００は、ビデオ表示ユニット９１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はブラウン管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス９１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス９１４（例えば、マウス）、及び信号発生装置９１６（例えば、スピーカ）を含むことができる。

二次メモリ９１８は、本明細書で説明する任意の１つ又はそれ以上の方法又は機能を具体化する１つ又はそれ以上の命令セット（例えば、ソフトウェア９２２）を記憶した機械アクセス可能記憶媒体（又は、詳細にはコンピュータ可読記憶媒体）９３１を含むことができる。また、ソフトウェア９２２は、コンピュータシステム９００の実行時に、全て又は少なくとも部分的にメインメモリ９０４及び／又はプロセッサ９０２内に存在することができ、メインメモリ９０４及びプロセッサ９０２は機械可読記憶媒体を構成する。更に、ソフトウェア９２２は、ネットワークデバイス９０８によってネットワーク９２０上で送受信できる。

機械アクセス可能記憶媒体９３１は、例示的な実施形態において単一の媒体として示されるが、用語「機械可読記憶媒体」は、１つ又はそれ以上の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース及び／又は関連のキャッシュ及びサーバ）を含むと考えるべきである。また、用語「機械可読記憶媒体」は、機械に本発明の１つ又はそれ以上の任意の方法を実施するように実行させる命令セットを記憶又はエンコードすることができる、任意の媒体を含むと考えるべきである。従って、用語「機械可読記憶媒体」は、限定的ではないが、半導体メモリ、光学的及び磁気的媒体を含むと考えるべきである。

本発明の実施形態によれば、機械アクセス可能記憶媒体は、データ処理システムに構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する。本方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。次に、シミュレートスペクトルは、回折次数セットに基づいてもたらされる。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、二次元格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、三次元格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、回折次数セットをシミュレートする段階は、２つ又はそれ以上の入射角に基づく。１つの実施形態において、記憶される命令により、データ処理システムは、シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階を更に含む方法を実施する。

本発明の他の実施形態によれば、機械アクセス可能記憶媒体は、データ処理システムに構造体の光学測定のための物質の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する。本方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。次に、シミュレートスペクトルは、回折次数セットに基づいてもたらされる。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、二次元格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、三次元格子構造を使用する段階を含む。１つの実施形態において、回折次数セットをシミュレートする段階は、更に２つ又はそれ以上のアジマス角に基づく。１つの実施形態において、記憶される命令により、データ処理システムは、シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階を更に含む方法を実施する。

平面スタック又は格子スタックの物質の分散（ｎ、ｋ）を最適化するための本発明の別の態様において、特定の層の物質特性を利用できる。例えば、本発明の実施形態によれば、以下のスタックを考慮する（トップダウンで定義する）。つまり、フォトレジスト格子／反射防止膜（ＡＲＣ）／ポリシリコン／窒化物／酸化物／シリコンである。ポリシリコンは、約３５０ナノメータ以下の光波長を吸収（ブロック）するが３５０ナノメータより大きい波長は透過させる。従って、１つの実施形態において、フォトレジスト格子及びＡＲＣ層の分散は、３５０ナノメータ以下の波長を用いて（例えば、複数の入射角、アジマス角等を用いて）最適化し、次に、ポリシリコン層（例えば、窒化物／酸化物／シリコン）の下の物質を最適化するために可視波長を用いる。

１つの実施形態において、前述の手法により、最適化問題は２つの簡単な問題に分けることができるので著しく単純になる。１つの実施形態において、この手法は、ポリシリコンが下層の格子物質を「ブロック」するためのブロッキング物質として使用できるので、格子パラメータの測定に利用され、デバイス内測定の複雑性の問題を著しく低減する。従って、１つの実施形態において、前述の１つ又はそれ以上の方法では、複数の物質層を含む格子構造からサンプルスペクトルを生成し、サンプルスペクトルをもたらす格子構造の測定時に、少なくとも１つの物質層が少なくとも１つの他の物質層をブロックする。別の実施形態において、前述の１つ又はそれ以上の方法では、サンプルスペクトルは複数の物質層を含む格子構造から生成され、サンプルスペクトルをもたらす格子構造の測定は、２つの異なる波長で格子構造を測定することを含む。

従って、物質構造体の光学測定のための光学的特性を決定する方法が開示される。本発明の実施形態によれば、方法は、２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。次に、シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいてもたらされる。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。本発明の他の実施形態によれば、方法は、２つ又はそれ以上の入射角に基づいて格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階を含む。次に、シミュレートスペクトルが回折次数セットに基づいてもたらされる。１つの実施形態において、格子構造に関する回折次数セットをシミュレートする段階は、分離構造体と一緒に稠密格子構造を使用する段階を含む。

１０２ライブラリ又は訓練ＭＬＳを測定回折シグナルセットからプロファイルパラメータを得るために改善する
１０４１つのプロファイルパラメータをライブラリ又はＭＬＳを用いて決定する
１０６少なくとも１つのプロファイルパラメータを製作クラスタに送信する
１０８少なくとも１つの送信プロファイルパラメータを用いて製作クラスタのプロセス変数又は装置設定値を変更する

Claims

ウェハー上の格子構造体の光学的特性を決定する方法であって、
仮想入射ビームの２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて、前記格子構造体に関する回折シグナルの次数をシミュレートする段階と、
前記回折シグナルの次数に基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階と、
前記シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階と、
前記比較から、前記格子構造体の屈折率及び消光率（ｎ及びｋ）を決定する段階と、
を含む、方法。
前記格子構造体は、二次元格子構造体より構成される、請求項１に記載の方法。
前記格子構造体は、三次元格子構造体より構成される、請求項１に記載の方法。
前記回折シグナルの次数をシミュレートする段階は、２つ又はそれ以上の入射角に基づく、請求項１に記載の方法。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記物質層の少なくとも１つは、前記サンプルスペクトルをもたらす前記格子構造体の測定時に、前記物質層の他の少なくとも１つをブロックする、請求項１に記載の方法。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記サンプルスペクトルをもたらすための前記格子構造体の測定は、２つの異なる波長での前記格子構造体の測定を含む、請求項１に記載の方法。
ウェハー上の格子構造体の光学的特性を決定する方法であって、
仮想入射ビームの２つ又はそれ以上の入射角に基づいて、前記格子構造体に関する回折シグナルの次数をシミュレートする段階と、
前記回折シグナルの次数に基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階と、
前記シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階と、
前記比較から、前記格子構造体の屈折率及び消光率（ｎ及びｋ）を決定する段階と、
を含む方法。
前記格子構造体は、二次元格子構造体より構成される、請求項７に記載の方法。
前記格子構造体は、三次元格子構造体より構成される、請求項７に記載の方法。
前記回折シグナルの次数をシミュレートする段階は、更に２つ又はそれ以上のアジマス角に基づく、請求項７に記載の方法。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記物質層の少なくとも１つは、前記サンプルスペクトルをもたらす前記格子構造体の測定時に、前記物質層の他の少なくとも１つをブロックする、請求項７に記載の方法。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記サンプルスペクトルをもたらすための前記格子構造体の測定は、２つの異なる波長での前記格子構造体の測定を含む、請求項７に記載の方法。
データ処理システムにウェハー上の格子構造体の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する機械アクセス可能記憶媒体であって、前記方法は、
仮想入射ビームの２つ又はそれ以上のアジマス角及び１つ又はそれ以上の入射角に基づいて、前記格子構造体に関する回折シグナルの次数をシミュレートする段階と、
前記回折シグナルの次数に基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階と、
前記シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階と、
前記比較から、前記格子構造体の屈折率及び消光率（ｎ及びｋ）を決定する段階と、
を含む、記憶媒体。
前記格子構造体は、二次元格子構造体、又は三次元格子構造体より構成される、請求項１３に記載の記憶媒体。
前記回折シグナルの次数をシミュレートする段階は、２つ又はそれ以上の入射角に基づく、請求項１３に記載の記憶媒体。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記物質層の少なくとも１つは、前記サンプルスペクトルをもたらす前記格子構造体の測定時に、前記物質層の他の少なくとも１つをブロックする、請求項１３に記載の記憶媒体。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記サンプルスペクトルをもたらすための前記格子構造体の測定は、２つの異なる波長での前記格子構造体の測定を含む、請求項１３に記載の記憶媒体。
データ処理システムにウェハー上の格子構造体の光学的特性を決定する方法を実行させる命令を記憶する機械アクセス可能記憶媒体であって、前記方法は、
仮想入射ビームの２つ又はそれ以上の入射角に基づいて、前記格子構造体に関する回折シグナルの次数をシミュレートする段階と、
前記回折シグナルの次数に基づいてシミュレートスペクトルを提供する段階と、
前記シミュレートスペクトルをサンプルスペクトルと比較する段階と、
前記比較から、前記格子構造体の屈折率及び消光率（ｎ及びｋ）を決定する段階と、
を含む、記憶媒体。
前記格子構造体は、二次元格子構造体、又は三次元格子構造体より構成される、請求項１８に記載の記憶媒体。
前記回折シグナルの次数をシミュレートする段階は、２つ又はそれ以上のアジマス角に基づく、請求項１８に記載の記憶媒体。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記物質層の少なくとも１つは、前記サンプルスペクトルをもたらす前記格子構造体の測定時に、前記物質層の他の少なくとも１つをブロックする、請求項１８に記載の記憶媒体。
前記サンプルスペクトルは、複数の物質層を含む前記格子構造体から生成され、前記サンプルスペクトルをもたらすための前記格子構造体の測定は、２つの異なる波長での前記格子構造体の測定を含む、請求項１８に記載の記憶媒体。