JP6452749B2 - 限界寸法の測定 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路製造の分野に関する。より詳細には、本発明は、集積回路構造の計測に使用される、多角分光器反射光測定に関する。

反射率計およびエリプソメーターを含む分光装置は、集積回路製造工程の計測および工程管理に広く用いられてきた。本明細書で使用される場合、用語「集積回路」は、モノリシック半導体基板上に形成される素子、シリコンまたはゲルマニウム等のＩＶ族材料または砒化ガリウム等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、またはこれらの材料の混合物で形成される素子などの素子を含む。この用語は、メモリおよびロジックなどのあらゆる種類の形成素子、およびＭＯＳおよびバイポーラなどのあらゆる設計の当該素子を含む。この用語は、さらに、フラットパネルディスプレイ、太陽電池および電荷結合デバイスなどの用途も包含する。

分光装置は、膜積層体および回路構成などの試料の厚さおよび限界寸法を測定するのに使用されてきた。このような装置によって行なわれる測定は、試料の材料を通過する光の回折および試料の幾何学的構造体を測定することに基づいている。したがって、このような構造体の寸法（厚みおよび線幅など）が微細化されるのに伴い、構造体が引き起こす回折量は非常に少なくなる。その結果、このような微細化された構造体を測定し、同時に所望の測定精度および装置間の均一性を維持することは、より困難になった。

現代の分光装置は、複数の波長および複数の別々の角度で試料を測定することによって、このような問題を解決しようとしている。しかし、利用可能な波長または利用可能な角度の少なくとも１つは、限られていることから、波長および測定角度を、モデルベースの分析によって決定される最適測定感度を生み出す値に設定することは、波長および角度の、この最適な組み合わせが試料間で異なっているという事実を考えれば、困難である。

米国出願公開第２００８／０１２９９８６号

したがって、上記のような問題の少なくとも一部でも解消するシステムが必要とされている。

上記の要求およびその他の要求は、基板上で複数波長、複数方位、複数入射角の読み取りを行う分光機器によって満たされ、この機器は、照明ビームを発生する広帯域光源と、照明を、同時に複数の方位角度および複数の入射角度で基板上に向け、それによって反射ビームを発生させる対物レンズと、照明開口、および所望の慎重な組み合わせの方位角度および入射角度を有する反射ビームの部分を選択的に通すためにその中に形成される複数の収集開口、を有する開口プレートと、慎重な組み合わせの方位角度および入射角度を受け取って、読み取り値を生成するための検知器と、読み取り値を解釈するためのプロセッサと、を有している。

このように、この機器は、必要に応じて同時に、所望に組み合わせた波長、方位角度および入射角度で、迅速に数回読み取り値を採取することができる。したがって、開口プレートは、測定されている基板によく感応する読み取り値の組を収集するように設定することができ、それによって測定精度を高めている。さらに、機器は、さまざまな基板上でのさまざまな読み取り値に対して迅速に再構成することが可能である。

各種実施形態において、開口プレートは、さまざまな慎重な組み合わせの複数の方位角度および複数の入射角度を選択するのに個別にまたは組み合わせて使用することが可能な開口プレートの組である。他の実施形態では、開口プレートは、さまざまな慎重な組み合わせの複数の方位角度および複数の入射角度を生成するように電子的に設定可能である。一部の実施形態では、検知器は、慎重な組み合わせの方位角度および入射角度を同時に受け取る。他の実施形態では、検知器は、慎重な組み合わせの方位角度および入射角度を順次受け取る。

本発明のさらなる利点は、図面と共に考察し、詳細な説明を参照すれば明らかとなる。図面は、より明らかに詳細を示すように正確な縮尺になっておらず、参照番号は、いくつかの図にわたって類似の要素を参照している。

本発明の複数の実施形態に係る複合的多角分光装置を示す。 本発明の第１の実施形態に係る開口プレートを示す。 本発明の第２の実施形態に係る開口プレートを示す。

本発明の各種実施形態は、半球の半分の全体（試料の平面の測定スポットに対して、約０度から約９０度までの入射角度、−１８０度から１８０度までの方位角度）の中の任意の連続的に可変的な合成角度で、および複数の合成角度で、同時にまたは順次試料を測定することができる分光装置（反射率計またはエリプソメーター）を説明する。合成角度は、入射角および方位を組み合わせたものを指している。

このような実施形態は、モデルベースの分析における複数の光線の集積を取り除く、小さな集光開口に対応するそれぞれの角度で測定を行っており、測定速度およびスループットを大幅に向上させつつ、集積回路製造工程で所望される小さな測定スポットを維持する。

次に、図１を参照すると、本発明のいくつかの複合的な実施形態に係る多角分光装置１００が示されている。したがって、任意の所与の実施形態は、図１に示される構造体の全てを有するわけではない。代わりに、図１は、さまざまな実施形態に存在してもよい各種の基本的な要素と選択的な要素とを示している。

広帯域光源１０４からの光１０２は、対物レンズ１０６に向けられ、試料１０８をスポット１１０で照らす。図１には、２レンズ型対物レンズ１０６が示されているが、他の対物レンズ１０６設計も、想定される。対物レンズ１０６は、実質的に任意の連続的に可変的な合成角度から、光錐で試料１０８を照明する。試料１０８で反射された光１１２は、対物レンズ１０６によって集光され、測定用分光計１１４に向けられる。ビームスプリッタ１２６は、光路１０２および１１２がビームスプリッタ１２６と試料１０８との間で共通経路１２８に沿って進むことを可能にする。

一部の実施形態では、偏光板１１８が、照明経路１０２に任意選択に配置され、偏波分光反射光測定を可能にしており、集光経路１１２の偏光状態は、照明偏光状態に関して、入射平面の角度位置によって決定される。集光経路１１２の偏光状態を明示的に画定するために、解析器１２０と呼ばれる別の偏光板が、集光経路１１２に任意選択で配置される。代替実施形態では、１つの偏光板１２２が、偏光板１１８および解析器１２０に代えて、共通経路１２８に、いわゆる複光路構成で置かれる。他の実施形態は、照明経路１０２および集光経路１１２の一方または両方に、またはその代わりに共通経路１２８に配置される波長板１２４を含んでいる。このような要素１１８、１２０、１２２、および１２４は、実質的に任意の組み合わせで、固定であってもまたは回転可能であってもよい。

開口プレート１１６は、照明光１０２および反射光１１２両方の所望のファンを選択的に遮断および伝達する。一部の実施形態では、開口プレート１１６が、対物レンズ１０６の開口に隣接しているか、またはその中に配置されている。開口プレート１１６の実施形態を図２および図３に詳細に示す。図２は、（合成ビーム１２８の成分として）照明ビーム１０２の所望の部分を通す照明開口２０２および（合成ビーム１２８の成分として）反射ビーム１１２の所望の部分を通す、開口プレート１１６に行列で配置されている集光開口２０４を示している。反射ビーム１１２の軸と同心の円に沿って存在している、集光開口２０４の中の点は全て、入射角度が、実質的に同一である。反射ビーム１１２の軸から外側に延びる共通の半径線に沿って存在している集光開口２０４の中の点は全て、方位角度が、実質的に同一である。集光開口２０４は、複数の方位角度および入射角度から複数の広帯域読み取り値をセンサ１１４と同時に受け取るように構成される照明開口２０２および集光開口２０４の両方で構築され得る。集光開口２０４を非常に小さな開口部として構築することによって、過度に幅広いファンからの光線の集積は、モデルベースの分析から取り除くことができ、したがって、測定速度およびスループットを大幅に向上させつつ、集積回路製造工程で必要とされる小さな測定スポットを維持する。開口２０４の個数およびサイズは、例示に過ぎない。

一部の実施形態では、装置１００によって分析される膜積層体が、測定の前に数学的にモデル化され、どの合成角度または合成角度の組が、最大感度を提供するのかが決定される。次いで、有孔プレート１１６が、集光開口２０４を（例えば）この合成角度の組に関して特異的に配置して製作され、その組の異なる合成角度は、図２の開口プレート１１６の例に示すように、連続的に選択可能であるか、あるいは、図３の開口プレート１１６の例に示すように同時に調べられる。開口プレート１１６を一般的な測定で使用することができるように、このようなカスタム開口プレート１１６に、追加の標準集光開口２０４を追加してもよい。

異なる開口プレート１１６を、異なる膜積層体に最適化するように製造し、次いで、所望のように装置１００から交換することができる。他の実施形態では、開口プレート１１６の集光開口２０４は、開口プレート１１６の集光開口２０４の数、サイズおよび配置に関して再構成され得る、例えば、プロセッサ駆動の機械式または電子式シャッター手段（液晶パネルなど）によって設定可能である。

異なる実施形態は、異なる合成角度から反射光１１２を順次または同時に受け取るのにさまざまな手段を使用している。このような手段の各種実施形態を以下に記載する。

選択肢１：上記のように動作するように構成されている開口プレート１１６を使用するときに１つの合成角度を選択し、分光計１１４は、この合成角度だけから集められる光１１２から信号を生成する。追加の合成角度のアクセスは、開口プレート１１６を移動または交換した後、順次行われる。

選択肢２：開口プレート１１６が上記のように動作するように構成されると同時に複数の角度（例えば３つの角度）を選択し、光学素子を使用して複数の反射ビーム１１２を分光計１１４のさまざまな部分に移動させ、分光計が信号を同時に検出する。

選択肢３：開口プレート１１６が上記のように動作するように構成されると同時に複数の角度（例えば４つ）を選択し、光学素子を使用して複数の反射ビーム１１２を複数の分光計１１４（この例では、例えば４つ）に移動させ、複数の合成角度に対応する信号を同時に検出する。

選択肢４：マイクロ電子機械系ミラーなどの光学素子を使用して、ビーム１１２を分割するか、または、ビーム１１２の選択部分を開口プレート１１６を通るように向ける。

本発明に関する実施形態についての前述の説明は、例証および説明目的で提示される。網羅的であることや、開示される詳細な形状に制限することを意図するものではない。上記の教示を考慮すると、修正または変化が起こり得ることは自明である。発明の原理およびその実際の適用の具体例を提供し、そうすることで当業者が、各種実施形態で、想定される特定の用途に適するようにさまざまな修正を加えて本発明を利用することを可能にするための取り組みとして、実施形態を選択して記載している。そのような修正および変更は全て、それらが公正、法的かつ公平に権利を付与される範囲に従って解釈されるとき、添付の請求の範囲によって決定される本発明の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 基板上で複数波長、複数方位、複数入射角の読み取りを行う分光機器であって、
   合成ビーム経路に沿って照明ビームを発生する広帯域光源と、
   前記照明ビームを、同時に複数の方位角度および複数の入射角度で前記基板上に向け、それによって前記合成ビーム経路に沿って反射ビームを発生させる対物レンズと、
   前記照明ビームの第１の部分を選択的に通す単一の照明開口、および所望の組み合わせの方位角度および入射角度を有する前記反射ビームの第２の部分を選択的に通す、前記単一の照明開口よりもサイズが小さい開口が行列で配置されてなる複数の集光開口、を有し、前記第１の部分と前記第２の部分は前記合成ビーム経路の分離された部分である、開口プレートと、
   前記組み合わせの方位角度および入射角度を受け取って、読み取り値を生成するための検知器と、
   前記読み取り値を解釈するためのプロセッサと、
   分析対象である異なる膜積層体に応じて前記複数の集光開口の数、サイズ、及び配置を再構成する、前記プロセッサで駆動される機械式または電子式シャッタ手段と、
   を備える分光機器。
2. 前記開口プレートが、さまざまな組み合わせの複数の方位角度および複数の入射角度を選択するのに個別にまたは組み合わせて使用することが可能な開口プレートの組を備える、請求項１に記載の分光機器。
3. 前記開口プレートが、さまざまな組み合わせの複数の方位角度および複数の入射角度を生成するように電子的に設定可能である、請求項１に記載の分光機器。
4. 前記検知器が、前記組み合わせの方位角度および入射角度を同時に受け取る、請求項１に記載の分光機器。
5. 前記検知器が、前記組み合わせの方位角度および入射角度を順次受け取る、請求項１に記載の分光機器。
6. 前記分光機器が反射率計である、請求項１に記載の分光機器。
7. 前記分光機器がエリプソメーターである、請求項１に記載の分光機器。
8. 前記対物レンズが、前記照明ビームを、すべての方位角度および実質的にすべての入射角度で向かわせるように調節可能である、請求項１に記載の分光機器。

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