JP6215282B2 - 透過型小角ｘ線散乱測定における２つのプレートをアライメントする装置と方法 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、アライメント技術に関し、特に透過型小角Ｘ線散乱測定における２つのプレートをアライメントする装置およびその関連方法に関する。

半導体技術の発展は非常に速い。１０ナノメートル以下の製造方法はもうすぐ採用される。また、半導体製品は数十または数百のステップによって製造されるため、エラーの累積に留意しなければならない。そのため、正確なアライメントは重要な課題である。

機械式アライメントと光学式アライメントは、２つのウェハーをアライメントする、２つ主な方式である。機械式アライメントは、ウェハーの切込み（ｎｏｔｃｈ）または平坦部分（ｆｌａｔ）をアライメントの基準とし、特別なピンを使用してウェハーをアライメントする。光学式アライメント、例えばダイレクトアライメントは、可視光または赤外線をウェハーに通らせ、光学器械を使用し、ウェハーに配置された位置決めマークを参考し、ウェハーをアライメントする。

しかし、これらのアライメントメカニズムは１０ナノメートルの製造方法を対処することができない。

本開示は、互いに平行しており、同じオリエンテーションを有する第１プレートと第２プレートをアライメントする装置を提供する。かかる装置は、垂直的にＸ線に当てられた第１と第２プレートのパターンから放出された混合小角Ｘ線散乱を検出する検出器と、混合小角Ｘ線散乱の混合振幅分布に基づき、第１と第２プレートをアライメントする移動ユニットとを含む。

本開示は、互いに平行しており、同じオリエンテーションを有する第１プレートと第２プレートをアライメントする方法をさらに提供する。かかる方法は、垂直的にＸ線に当てられた第１と第２プレートのパターンから放出された混合小角Ｘ線散乱を検出するステップと、混合小角Ｘ線散乱の混合振幅分布に基づき、第１と第２プレートをアライメントするステップとを含む。

Ｘ線は、可視光または赤外線と比べ、より短い波長とより良い透過率を有するため、本開示の方法と装置によれば、２つナノスケールのウェハーの精密なアライメントを提供することができる。さらに、２つのウェハーの小角Ｘ線散乱は、次の処理の参考のため、データベースに蓄積することができる。

本開示は、下記の好ましい実施形態／実施例の詳細な説明を図面を参照しながら読むことで、より完全に理解されやすくなる。

本開示に係る方法と装置によってアライメントされる第１と第２プレートを示す図である。 Ｘ線に当てられた２つのプレートの小角Ｘ線散乱におけるミスアライメントの量を示す図である。 透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレートをアライメントする、本開示に係る方法と装置を示す図である。 透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレートをアライメントする、本開示に係る方法と装置を示す図である。 透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレートをアライメントする、本開示に係る方法と装置を示す図である。 透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレートをアライメントする、本開示に係る方法と装置を示す図である。 透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレートをアライメントする、本開示に係る方法と装置を示す図である。

当業者が本開示を製造及び使用できるように、以下、実施例を詳しく記載する。本開示に基づき、他の実施例も明白であることが理解でき、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内において、そのシステム又はメカニズムは変更することが可能である。

本開示内容を完全に理解することができるように、以下、複数の具体的な説明を提供する。ただし、本開示は、それらの具体的な説明がなくとも実施できる。本発明を明示するために、一部公知のメカニズム及びシステム配置は詳細に示さない。

構造の実施例を示す図面は、半図式的で原寸に比例せず、特に一部の寸法は明確に説明するため誇大に図面に示される。同様に、説明の便宜上、図面の表示においては、同様なオリエンテーションで示すが、この図面の表現の多数の部分は任意オリエンテーションである。一般的には、本開示の内容はいずれのオリエンテーションにおいても操作できる。

本開示を、特定の実施形態及び実施例により説明する。当業者は、本明細書の開示を閲覧することにより、本開示の他の利点を容易に理解することができる。本開示は、異なる実施形態及び実施例を用いても実施できる。本明細書に記載された複数の詳細説明は、本開示の趣旨から逸脱しない限り、異なる観点と応用に基づいて修正することができる。

透過型小角Ｘ線散乱（ｔＳＡＸＳ）は、サブ−ナノメートル波長Ｘ線放射線で構造を調査することで、ナノスケール特徴を測量する、有望なソリューションとして認定されている。ナノスケール特徴の限界寸法（ＣＤ）を記述する、最も関連するパラメーターは、ピッチ、ピッチバリエーション、側壁角度、ラインエッジラフネス、ラインワイズラフネスなどがある。パラメーター（ピッチ）は、回折ピークの間隔によりｔＳＡＸＳ散乱パターンから引き出されることができる。構造の幾何学形態因子は、散乱強度の包絡関数から引き出されることができる。構造のＣＤに加えて、ｔＳＡＸＳは、ＬＥＲ、ピッチウォーク、側壁の非平面フィルムの厚さと６−台形模型も必要とする複雑なメモリ構造の形状をうまく解析するのにすでに使用されている。Ｘ線の波長はまだ現在のナノスケール構造の特徴寸法よりも十分小さいため、ｔＳＡＸＳ技術は、将来的にも実用可能なＣＤ計測法である。実際、ｔＳＡＸＳの適用性は、より緊密に充填された特徴または減少が進むピッチによって広く離れた散乱ピークがもたらされる将来的な技術ノードでは高まる。そのため、将来的な技術ノードでは、ｔＳＡＸＳによっては、より容易に検出できる。加えて、ｔＳＡＸＳは古典的なＸ線弾性散乱に基づき、観察された散乱強度は局部電子密度ρの変動にのみ依存することから、光学的な特性、例えば、ｎとｋ、それらの波長と寸法依存性に関する問題は避けられる。

本開示は、透過型小角Ｘ線散乱測定における、ナノスケールの、例えば第１と第２プレート１と２（例えば、ウェハー）をアライメントする方法を提供する。前記第１と第２プレート１と２は互いに平行しており、同じオリエンテーションを有する。

図１に示すように、第１プレート１は複数のパターン（またはマーク）１１を有し、パターン１１のうち、隣接する２つのパターンはピッチｄ１で配列され、パターン１１のそれぞれは幅ｗ１と高さｈ１を有する。第２プレート２も複数のパターン（またはマーク）２１を有し、パターン２１のうち、隣接する２つのパターンはピッチｄ２で配列され、パターン２１のそれぞれは幅ｗ２と高さｈ２を有する。第１プレート１と第２プレート２はミスアライメント量ηでミスアライメントされている。

説明の便宜上、実施形態において、幅ｗ１、高さｈ１とピッチｄ１はそれぞれ幅ｗ２、高さｈ２とピッチｄ２と同じである。

第１と第２プレート１と２間の距離はＸ線のコヒーレンス長よりも小さく、Ｘ線は第１プレート１に当てられてから第２プレート２を垂直的に通過する（すなわち、第１と第２プレートはＸ線の進行方向に対して垂直である）と仮定すると、第１と第２プレート１と２のパターン１１と２１から放出された混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）は下記式を満たす：
式中、
であり、F_iは対応するパターン構造のフーリエ変換を表す。

パターン１１はパターン２１と同一、すなわち、ｄ１=ｄ２、ｗ１=ｗ２、およびｈ１=ｈ２だと仮定すると、図２はさまざまなηにおける混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）の混合振幅分布を示している。式１と図２から明確に分かるように、相互作用項、すなわち、
は、混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）を支配する。η＝０、ｄ１／６、ｄ１／４、ｄ１／３、ｄ１／２、２ｄ１／３、３ｄ１／４、または５ｄ１／６のとき、混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）は異なる混合振幅分布を有し、すなわち、回折ピークは異なる強度または強度の組合せを有する。例えば、η＝０のとき、回折ピークは最大強度を有する。そのため、第１と第２プレート１と２は、混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）の混合振幅分布を参考し、アライメントすることができる。

図３Ａ〜Ｅは、透過型小角Ｘ線散乱測定において第１と第２プレート１と２をアライメントする、本開示に係る方法と装置３を示す。装置３はＸ線源３１、検出器３２と移動ユニット３３含む。

図３Ａに示すように、Ｘ線源３１からのＸ線は直接的に検出器３２に当たる。

図３Ｂに示すように、移動ユニット３３は、Ｘ線が第１プレート１に当たって通過する程度に、第１プレート１を上げる。検出器３２は、第１プレート１のパターン１１から放出された第１小角Ｘ線散乱を検出する。移動ユニット３３は、第１小角Ｘ線散乱の第１振幅分布に基づき、第１プレート１がＸ線に対して垂直になるまで、第１プレート１を傾斜させる。

そして、検出器３２は垂直的にＸ線に当てられた第１プレート１のパターン１１から放出された第２小角Ｘ線散乱を検出する。移動ユニット３３は第２小角Ｘ線散乱の第２振幅分布に基づき、第１プレート１をも回転させる。

同様に、図３Ｃに示すように、移動ユニット３３は、第１プレート１を下げ、第２プレート２を上げた後、第２プレート２がＸ線に対して垂直になるように、Ｘ線に当てられた第２プレート２のパターン２１から放出された第１小角Ｘ線散乱の第１振幅分布に基づき、第２プレート２をも傾斜させる。また、移動ユニット３３は、垂直的にＸ線に当てられた第２プレート２のパターン２１から放出された第２小角Ｘ線散乱の第２振幅分布に基づき、第２プレート２を回転させる。

図３Ｄに示すように、第２プレート２が止まっているまま、移動ユニット３３は第１プレート１を再び上げる。Ｘ線は第１と第２プレート１と２を通過し、検出器３２は垂直的にＸ線に当てられた第１と第２プレート１と２のパターン１１と２１から放出された混合小角Ｘ線散乱を検出する。移動ユニット３３は、混合小角Ｘ線散乱の混合振幅分布に基づき、例えば、第２プレート２が固定された状態で第１プレート１を上げ／下げ、第１と第２プレート１と２をアライメントする。１つの実施形態において、図３Ｅに示すように、移動ユニット３３はさらに、Ｘ線のコヒーレンス長よりも小さくなるように第１と第２プレート１と２間の距離を調整することで、第１と第２プレート１と２の正確なアライメントを容易にする。移動ユニット３３は、混合小角Ｘ線散乱Ｉ（ｑ）の混合振幅分布と図２の対応ηｓを参考し、第１と第２プレート１と２をアライメントする。

Ｘ線は、可視光または赤外線と比べ、より短い波長とより良い透過率を有するため、本開示の方法と装置によれば、２つナノスケールのウェハーの精密なアライメントを提供することができる。さらに、２つのウェハーの小角Ｘ線散乱は、次の処理の参考のため、データベースに蓄積されることができる。

本開示は、特定の最良の形態により説明されているが、当業者にとって、上記本開示により、様々な変更、修正およびバリエーションは明白である。従って、全ての変更、修正とバリエーションは、特許請求の範囲の趣旨に含まれる。記述された事項または添付の図面に示される事項は説明に過ぎず、限定するものではない。

１ 第１プレート
１１ パターン
２ 第２プレート
２１ パターン
３ 装置
３１ Ｘ線源
３２ 検出器
３３ 移動ユニット
ｄ１、ｄ２ ピッチ
ｈ１、ｈ２ 高さ
ｗ１、ｗ２ 幅
η ミスアライメントの量

Claims (11)

1. 互いに平行しており、同じオリエンテーションを有する第１プレートと第２プレートをアライメントする装置であって、
   垂直的にＸ線に当てられた前記第１と第２プレートのパターンから放出された混合小角Ｘ線散乱を検出する検出器と、
   前記混合小角Ｘ線散乱の混合振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートをアライメントする移動ユニットと、を含む装置。
2. 前記移動ユニットはさらに前記第１と第２プレート間の距離を調整する、請求項１に記載の装置。
3. 前記距離は、Ｘ線のコヒーレンス長より短くなるように調整された、請求項２に記載の装置。
4. Ｘ線を放出するＸ線源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記検出器はさらに、Ｘ線に当てられた前記第１と第２プレートのそれぞれの前記パターンから放出された第１小角Ｘ線散乱を検出し、
   移動ユニットはさらに、前記第１小角Ｘ線散乱の第１振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートのそれぞれを傾斜させる、請求項１に記載の装置。
6. 前記移動ユニットは、垂直的にＸ線に当てられるように、前記第１と第２プレートを傾斜させる、請求項５に記載の装置。
7. 前記検出器はさらに、垂直的にＸ線に当てられた前記第１と第２プレートのそれぞれの前記パターンから放出された第２小角Ｘ線散乱を検出し、
   前記移動ユニットはさらに、前記第２小角Ｘ線散乱の第２振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートのそれぞれを回転させる、請求項６に記載の装置。
8. 互いに平行しており、同じオリエンテーションを有する第１プレートと第２プレートをアライメントする方法であって、
   垂直的にＸ線に当てられた前記第１と第２プレートのパターンから放出された混合小角Ｘ線散乱を検出するステップと、
   前記混合小角Ｘ線散乱の混合振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートをアライメントするステップと、を含む方法。
9. Ｘ線のコヒーレンス長よりも短くなるように、前記第１と第２プレート間の距離を調整するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. Ｘ線に当てられた前記第１と第２プレートのそれぞれの前記パターンから放出された第１小角Ｘ線散乱を検出するステップと、
    Ｘ線が前記第１プレートに垂直的に当たるように、前記第１小角Ｘ線散乱の第１振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートのそれぞれを傾斜させるステップと、
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 垂直的にＸ線に当てられた前記第１と第２プレートのそれぞれの前記パターンから放出された第２小角Ｘ線散乱を検出するステップと、
    前記第２小角Ｘ線散乱の第２振幅分布に基づき、前記第１と第２プレートのそれぞれを回転させるステップと、
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。