JP6775601B2 - ガス吸着を用いた限界寸法測定 - Google Patents

Description

説明される実施形態は、計測システムおよび方法に関し、より詳細には、半導体工業において製作される構造体の改善された測定のための方法およびシステムに関する。

本特許出願は、２０１６年５月２日に出願された表題「Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ Ｕｓｉｎｇ Ｇａｓｅｏｕｓ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ」の米国仮特許出願第６２／３３０，７５１号より、米国特許法１１９条に基づく優先権を主張するものであり、これらの主題は、その全体において本願に引用して援用する。

倫理デバイスおよびメモリデバイスなどの半導体デバイスは、典型的には、試料に施される一連の処理工程によって製作される。半導体デバイスの様々な特徴および複数の構造レベルは、これらの処理工程によって形成される。例えば、数ある中でもリソグラフィは、半導体ウェハ上にパターンを生成することを伴う１つの半導体製作プロセスである。半導体製作プロセスのさらなる例としては、化学的機械的研磨、エッチング、堆積、およびイオン注入が挙げられるが、これらに限定されない。複数の半導体デバイスが、単一の半導体ウェハ上に製作され、その後、個々の半導体デバイスに分離される場合がある。

計測プロセスは、ウェハ上の欠陥を検出してより高い歩留まりを促進するために半導体製造プロセス中の様々な工程において使用される。モデルベース計測技術は、サンプル破壊のリスクなしに高スループットの可能性を提供する。スキャテロメトリ、エリプソメトリ、およびリフレクトメトリの実施を含む数々のモデルベース計測ベースの技術ならびに関連する分析アルゴリズムは、ナノスケール構造体の限界寸法、膜厚、組成、オーバーレイ、および他のパラメータを特徴付けるために広く使用される。

現代の半導体プロセスは、複雑な構造体を生成するために用いられる。これらの構造体を表し、プロセスおよび寸法の変化を説明するためには、複数のパラメータを用いた複雑な測定モデルが必要とされる。複雑な多パラメータモデルは、パラメータ相関により誘発される誤差、および一部のパラメータに対する低い測定感度をモデリングすることを含む。加えて、比較的大量の浮動パラメータ値を有する複雑な多パラメータモデルの回帰は、計算容易でない場合がある。

これらの誤差源の影響を軽減するため、および計算量を低減するため、モデルベース測定においては、いくつかのパラメータが典型的には固定される。いくつかのパラメータの値を固定することは、計算速度を向上させ、パラメータ相関の影響を軽減し得るが、これは、パラメータ値の推定における誤差ももたらす。

現在、複雑な多パラメータ測定モデルのソリューションは、不満足な妥協を要することが多い。現在のモデル低減技術は、時に、計算容易でありかつ十分に正確である測定モデルに到達できないことがある。さらには、複雑な多パラメータモデルは、目的とする各パラメータについてシステムパラメータ選択（例えば、波長、入射角など）を最適化することを難しくするか、または不可能にする。

米国特許第７，７５５，７６４号明細書 米国特許第７，４７８，０１９号明細書

今後の計測アプリケーションは、ますます小さくなる解像度要件、マルチパラメータ相関、ますます複雑な幾何構造体、および不透明材料の使用増加に起因する課題を提示する。したがって、改善された測定のための方法およびシステムが望まれる。

ガス吸着プロセスによって吸着物で充填される幾何構造体の光学測定を実施するための方法およびシステムが本明細書に提示される。測定が実施されると同時に、測定下にある計測ターゲット周辺の局所的な環境は、制御された量の充填物質を含むパージガスの流れで処理される。充填物質の一部分（すなわち吸着物）は、測定下にある構造体（すなわち吸着性構造体）上に吸着し、構造的特徴部内の開口部、構造的特徴部間の間隙、切欠き、溝、スリット、コンタクトホールなどの小容積を充填する。

１つの態様において、測定下にある構造体に提供される気体流内の蒸発物質の所望の飽和度は、ガス吸着によって充填される最大特徴部サイズに基づいて決定される。

別の態様において、モデルベース測定は、幾何特徴部が吸着物で充填されている計測ターゲットから収集された測定信号を含むデータセットを用いて実施される。吸着物の存在は、パージガスがいかなる充填物質も欠く測定シナリオと比較して、測定下にある構造体の光学特性を変化させる。

いくつかの例において、異なる吸着状態について、計測ターゲットの複数の測定が実施される。各測定は、測定下にある構造体上に吸着される異なる量の吸着物に対応する。幾何特徴部が異なる量の凝縮物で充填されている計測ターゲットと関連付けられた測定信号情報を収集することによって、浮動測定パラメータ間のパラメータ相関が低減され、測定精度が改善される。

いくつかの例において、測定データは、構造体がガス吸着により充填されるときに収集され、測定データは、構造体が未充填である（すなわちガス吸着の対象とならない）ときに同じ構造体から収集される。収集されたデータは、マルチターゲットモデルベース測定において、測定性能を改善するために組み合わされる。

いくつかの実施形態において、測定下にある構造体に提供される気体流内で蒸発される充填物質の量は、充填物質の蒸気圧を制御することによって調節される。いくつかの実施形態において、パージガスは、充填物質の液槽を通じて気泡化される。パージガス流内で蒸発される充填物質の分圧は、充填物質の液槽にわたる充填物質の平衡圧に等しい。ウェハにおける蒸発充填物質の飽和度は、液槽温度を所望の量だけウェハ温度未満に維持することによって制御される。

いくつかの実施形態において、ウェハにおける蒸発充填物質の飽和度は、充填物質の液槽に不揮発性溶質を追加し、それにより充填物質の平衡蒸気圧を抑えることよって制御される。これらの実施形態において、蒸発充填物質の飽和度は、溶液中の溶質の濃度を制御することによって調節される。

前述は概要であり、したがって必然的に、詳細の簡易化、一般化、および省略を含む。したがって、当業者は、本概要が例示にすぎず、いかようにも限定するものではないことを理解するものとする。本明細書に説明されるデバイスおよび／またはプロセスの他の態様、発明の特徴、および利点は、本明細書に記される非限定的な詳細な説明において明白になるものとする。

ガス吸着の対象となる半導体ウェハの構造体を測定するためのシステム１００を例証する図である。 １つの実施形態においてシステム１００の蒸気注入システム１２０を例証する図である。 水、トルエン、およびエタノールの蒸発のエンタルピーΔＨを含む表１２７を描写する図である。加えて、表１２７は、ウェハにおいて０．９という充填物質の相対飽和を達成するためのウェハ温度と液体充填物質の槽の温度との差を例証する。 水槽内の塩酸の濃度の関数としての水の分圧のプロット１２８を描写する図である。 水、トルエン、およびエタノールと関連付けられたモル体積および表面張力を例証する表１２９を描写する図である。 充填物質としての水、エタノール、およびトルエンについてケルビンの式に従って異なる分圧で吸着により充填され得る円筒孔の最大径を例証するプロット１７２を描写する図である。 充填物質としての水、エタノール、およびトルエンについてケルビンの式に従って異なる分圧で吸着により充填され得る長い溝様の特徴部の最大径を例証するプロット１６０を描写する図である。 基板上に製作された周期的な二次元のレジストグレーティング構造体を有する未充填の線空間計測ターゲットを例証する図である。 充填物質で充填された図８において例証される線空間計測ターゲットを例証する図である。 円筒コンタクトホールを有する上層を含む多層を有する未充填の計測ターゲットを例証する図である。 充填物質で充填された円筒コンタクトホールを有する図１０Ａに例証される計測ターゲットを例証する図である。 図１０Ａにおいて描写される計測ターゲットのいくつかのパラメータについて、形状充填なしで得られた測定結果と、形状充填ありおよびなしで収集されたデータを使用するマルチターゲットモデルにより得られた測定結果との比較を描写する図である。 １つの例においてガス吸着の対象となる構造体の測定を実施するための方法２００を例証する図である。 別の例においてガス吸着の対象となる構造体の測定を実施するための方法３００を例証する図である。

これより本発明の背景事例およびいくつかの実施形態について詳細に言及するが、これらの例は添付の図面内で例証されるものである。

ガス吸着プロセスによって吸着物で充填される幾何構造体の光学測定を実施するための方法およびシステムが本明細書に提示される。モデルベース測定は、幾何特徴部が吸着物で充填されている計測ターゲットから収集された測定信号を含む豊富なデータセットを用いて実施される。これにより浮動測定パラメータ間のパラメータ相関を低減し、測定精度を改善する。したがって、十分に正確なモデルベース測定結果を得ることができ、かつ多くの場合計算量は低減される。

測定が実施されると同時に、測定下にある計測ターゲット周辺の局所的な環境は、制御された量の充填物質を含むパージガスの流れで処理される。充填物質の一部分（すなわち吸着物）は、測定下にある構造体（すなわち吸着性構造体）上に吸着し、構造的特徴部内の開口部、構造的特徴部間の開口部などを充填する。吸着物の存在は、パージガスがいかなる充填物質も欠く測定シナリオと比較して、測定下にある構造体の光学特性を変化させる。いくつかの例において、異なる吸着状態について、計測ターゲットの複数の測定が実施される。言い換えると、各測定は、測定下にある構造体上に吸着される異なる量の吸着物に対応する。幾何特徴部が異なる量の吸着物で充填されている計測ターゲットと関連付けられた測定信号情報を収集することによって、モデルベース測定は、測定データの豊富なセットを用いて実施される。

１つの例において、測定データは、構造体が未充填のときに収集され、追加の測定データは、同じ構造体がガス吸着によって充填されるときに収集される。収集されたデータは、マルチターゲットモデルベース測定において、１つ以上の目的とするパラメータの値を推定するために組み合わされ、低減されたパラメータ相関および改善された測定性能を伴う。

図１は、半導体ウェハの特性を測定するためのシステム１００を例証する。図１に示されるように、システム１００は、ウェハ位置付けシステム１１０上に設置された半導体ウェハ１１２の１つ以上の構造体１１４の分光エリプソメトリ測定を実施するために使用され得る。この態様において、システム１００は、発光体１０２を備えた分光エリプソメータ１０１および分光計１０４を含み得る。システム１００の発光体１０２は、選択された波長範囲（例えば１００〜２５００ｎｍ）の照明を生成し、半導体ウェハ１１２の表面上に設置された構造体１１４に向けるように構成される。次に、分光計１０４は、半導体ウェハ１１２の表面から光を受け取るように構成される。発光体１０２から生じる光は、偏光照明ビーム１０６を生成するために偏光状態生成器１０７を使用して偏光されることにさらに留意されたい。ウェハ１１２上に設置された構造体１１４によって反射される放射線は、偏光状態分析器１０９を通って分光計１０４へ向けられる。回収ビーム１０８内の分光計１０４によって受け取られる放射線は、偏光状態に関して分析され、分析器による通過した放射線のスペクトル分析を可能にする。検出されたスペクトル１１１は、構造体１１４の分析のために計算システム１１６に渡される。

計算システム１３０は、ガス吸着に起因して充填される試料１１２の構造体１１４の測定（例えば、限界寸法、膜厚、組成、プロセスなど）と関連付けられた測定データ１１１を受信するように構成される。１つの例において、測定データ１１１は、分光計１０４からの１つ以上のサンプリングプロセスに基づいた測定システム１００による試料の測定されたスペクトル応答の指標を含む。いくつかの実施形態において、計算システム１３０は、測定データ１１１から構造体１１４の試料パラメータ値を決定するようにさらに構成される。１つの例において、計算システム１３０は、リアルタイム限界寸法設定（ＲＴＣＤ）を用いてモデルパラメータにリアルタイムでアクセスするように構成されるか、または、計算システム１３０は、ターゲット構造体１１４と関連付けられた少なくとも１つの目的とするパラメータの値を決定するために事前計算されたモデルのライブラリにアクセスし得る。いくつかの実施形態において、１つ以上の目的とするパラメータの推定値は、メモリ（例えばメモリ１３２）に格納される。図１に描写される実施形態において、１つ以上の目的とするパラメータの推定値１１５は、外部システム（図示せず）に通信される。

一般に、エリプソメトリは、検査下にある試料の物理的性質を測定する間接的な方法である。ほとんどの場合、生の測定信号（例えば、α_ｍｅａｓおよびβ_ｍｅａｓ）は、試料の物理的性質を直接決定するために使用することができない。公称測定プロセスは、構造体（例えば、膜厚、限界寸法、材料特性など）および機械（例えば、波長、入射角、偏光角度など）のパラメータ化からなる。測定値（例えばα_ｍｅａｓおよびβ_ｍｅａｓ）を予測することを試みる測定モデルが作成される。式（１）および（２）に例証されるように、このモデルは、機械（Ｐ_{ｍａｃｈｉｎｅ}）および試料（Ｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}）と関連付けられたパラメータを含む。
α_{ｍｏｄｅｌ}＝ｆ（Ｐ_{ｍａｃｈｉｎｅ}，Ｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}）（１）
β_{ｍｏｄｅｌ}＝ｇ（Ｐ_{ｍａｃｈｉｎｅ}，Ｐ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}）（２）

機械パラメータは、計測ツール（例えばエリプソメータ１０１）を特徴付けるために使用されるパラメータである。例示的な機械パラメータとしては、入射角（ＡＯＩ）、分析器角度（Ａ_０）、偏光子角度（Ｐ_０）、照明波長、開口数（ＮＡ）、補償器または波長板（存在する場合）などが挙げられる。試料パラメータは、試料（例えば、構造体１１４を含む試料１１２）を特徴付けるために使用されるパラメータである。薄膜試料の場合、例示的な試料パラメータとしては、屈折率、誘電関数テンソル、すべての層の公称層厚、層順序などが挙げられる。ＣＤ試料の場合、例示的な試料パラメータとしては、異なる層と関連付けられた幾何学的パラメータ値、異なる層と関連付けられた屈折率などが挙げられる。測定目的の場合、機械パラメータは既知として扱われ、固定パラメータ、および試料パラメータのうちの１つ以上は、未知の浮動パラメータとして扱われる。

いくつかの例において、浮動パラメータは、理論予測と実験データとの最良適合を生成する反復プロセス（例えば回帰）によって解明される。未知の試料パラメータＰ_{ｓｐｅｃｉｍｅｎ}は変動し、モデル出力値（例えばα_{ｍｏｄｅｌ}およびβ_{ｍｏｄｅｌ}）は、試料パラメータ値のセットが、モデル出力値と実験的に測定した値（例えばα_ｍｅａｓおよびβ_ｍｅａｓ）との近い一致をもたらすと決定されるまで計算される。ＣＤ試料における分光エリプソメトリなどのモデルベース測定用途においては、回帰プロセス（例えば最小二乗回帰）は、機械パラメータ値の固定セットについてモデル出力値と実験的に測定した値との差を最小限にする試料パラメータ値を特定するために用いられる。

いくつかの例において、浮動パラメータは、最も近い一致を見つけるために事前計算されたソリューションのライブラリを検索することによって解明される。ＣＤ試料における分光エリプソメトリなどのモデルベース測定用途においては、ライブラリ検索プロセスは、機械パラメータ値の固定セットについて事前計算した出力値と実験的に測定した値との差を最小限にする試料パラメータ値を特定するために用いられる。

モデルベース測定用途においては、十分なスループットを維持するために、多くの場合、仮説を単純化することが必要とされる。いくつかの例において、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）の打ち切りの次数は、計算時間を最小限にするために低減されなければならない。別の例では、ライブラリ関数の数または複雑性が、検索時間を最小限にするために低減される。別の例では、浮動パラメータの数が、特定のパラメータ値を固定することによって低減される。いくつかの例において、これらの仮説単純化は、１つ以上の目的とするパラメータ（例えば、限界寸法パラメータ、オーバーレイパラメータなど）の値の推定において容認できない誤差をもたらす。本明細書に説明されるようなガス吸着の対象となる構造体の測定を実施することによって、モデルベース測定モデルは、低減されたパラメータ相関および増大された測定精度により解決され得る。

図１に描写されるように、計測システム１００は、測定中に気体流１２６を構造体１１４に提供するように構成される蒸気注入システム１２０を含む。１つの態様において、気体流１２６は、パージガスおよびパージガス内で蒸発される充填物質を含む。気体流が構造体１１４と接触すると、吸着が発生し、充填物質の一部分（すなわち吸着物）が、測定下にある構造体１１４（すなわち吸着体）上に吸着する。吸着物は、構造体１１４の１つ以上の構造的特徴部の少なくとも一部分を充填する。吸着物の存在は、測定される構造体の光学特性を変化させる。

いくつかの実施形態において、測定は、パージガス流が充填物質を含まない（例えば、純窒素ガスまたは清浄な乾燥空気）ときに実施され、別の測定は、パージガス流が充填物質を含み、その結果、吸着物が測定下にある構造的特徴部間の開口部を完全に充填するときに実施される。これら２つの測定から収集された測定データは、計算システム１３０に通信され、測定データの両セットに基づいて１つ以上の目的とする構造パラメータの推定が行われる。

いくつかの実施形態において、一連の測定は、測定下にある構造的特徴部上への吸着の量が各測定で異なるように、異なる吸着条件下で実施される。一連の測定から収集された測定データは、計算システム１３０に通信され、収集された測定データに基づいて１つ以上の目的とする構造パラメータの推定が行われる。

図１に描写されるように、ある量の充填物質１２３が、充填物質源１２１から蒸気注入システム１２０へ輸送される。加えて、パージガス１２４の流れは、パージガス源１２２から蒸気注入システムへ輸送される。蒸気注入システム１２０は、測定下にある構造体１１４に提供される気体流１２６を生成するために、充填物質をパージガスの流れ内へ蒸発させる。図１に描写される実施形態において、パージガスの流れおよびパージガスの流れ内に蒸発される充填物質の量は、計算システム１３０から蒸気注入システム１２０へ通信される命令信号１２５によって制御される。したがって、命令信号１２５は、気体流１２６の所望の組成を制御する。図１に描写されるように、気体流１２６は、適切な流れ特性で気体流１２６をウェハ１１０上の所望の場所へ向かわせるノズル１０５を通過する。

図１に例証されるシステム１００の実施形態は、本明細書に説明されるようにさらに構成され得る。加えて、システム１００は、本明細書に説明される方法実施形態のいずれかの任意の他のブロックを実施するように構成され得る。

図２は、１つの実施形態における蒸気注入システム１２０を例証する図である。この実施形態において、充填物質の蒸気圧を制御することによって、測定下にあるウェハに提供される気体流１２６内で蒸発される充填物質の量は調節される。図２に描写される実施形態において、パージガス流１２４（例えば、窒素ガス、清浄な乾燥空気など）内で蒸発される充填物質の分圧は、充填物質の液槽にわたる充填物質の平衡圧に等しく、パージガスはこの液槽を通じて気泡化される。１つの例において、バブラー型の蒸気注入システムは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ（ＵＳＡ）より市販されている１．２リットル容量ステンレス鋼バブラー、モデルＺ５５３３６０である。

図２に描写されるように、パージガス１２４の流れは、三方弁１４１を通過する。いくつかの実施形態において、三方弁１４１は、三方弁の位置に基づいて、バブラー１４０を通って流れるパージガス流１２４の部分１４５を、バブラー１４０を通って流れない部分１４６と比例させる。この様式では、充填物質がその中へ蒸発されるパージガス流１２４の量は、三方弁１４１によって制御される。図２に描写される実施形態において、信号１２５Ａは、三方弁１４１の所望の位置の指標を含む。それに応じて、三方弁１４１は、所望の位置に、したがって充填物質がその中へ蒸発されるパージガス流の所望の割合に調整する。パージガス流１２４の部分１４５は、チェック弁１４２、流量制御弁１４３を通過し、バブラー１４０内へと入る。バブラー１４０において、ある量の充填物質が、パージガス流１２４の部分１４５内へ蒸発されて、パージガスおよび充填物質の気体流１４７を生成する。気体流１４７は、バブラー１４０を通って流れなかったパージガスの部分１４６と組み合わされて気体流１２６を生成する。

いくつかの実施形態において、三方弁１４１は、パージガス流１２４の全体が、三方弁の位置に基づいて、バブラー１４０またはバイパスバブラー１４０のいずれかを完全に通って流れ、気体流１２６としてウェハへと直接入るように制御される。この様式では、三方弁１４１の状態に応じて、気体流１２６が、充填物質のゼロ分圧を有する乾燥パージガス流１２４であるか、パージガス流１２４全体が充填物質の蒸発の対象となるかのいずれかである。

充填物質がバブラー１４０内で蒸発され、気体流１４７として運び出されると、バブラー１４０内の一定の充填レベルを維持するために追加の充填物質１２３が充填物質源１２１から流れる。いくつかの実施形態において、充填レベルは、レベルセンサまたは流れ制御スキームに基づいて自動的に制御される。いくつかの他の実施形態において、充填レベルは、手動の充填動作によって定期的に維持される。

一実施形態において、周囲温度Ｔ_ａでの蒸発充填物質の飽和度は、液槽を周囲温度未満の温度Ｔに維持することによって制御される。純物質の平衡蒸気圧ｐ_０と温度Ｔとの関係は、式（１）によって例証されるクラウジウス−クラペイロンの式によって得られ、式中、ΔＨは、純物質の蒸発のエンタルピーであり、Ｒは理想のガス定数であり、これは８．３１Ｊ／ｍｏｌｅ・°Ｋである。

式（１）に基づいて、周囲温度Ｔａ未満である温度Ｔで飽和される充填物質についての相対飽和ｐ／ｐ_０は、式（２）によって例証される。

図３は、水、トルエン、およびエタノールの蒸発のエンタルピーΔＨを含む表１２７を描写する。これらの物質の各々は、本明細書に説明されるような充填物質として好適であり得る。加えて、表１２７は、周囲温度が摂氏２５度であり、充填物質の所望の相対飽和ｐ／ｐ_０が０．９であるときの周囲温度（すなわちウェハ温度）と槽温度との差を例証する。表１２７に例証されるように、槽温度を例証される量だけ周囲温度を下回って維持することによって、列挙された各充填物質について０．９の分圧が維持される。これらの物質のいずれかを充填物質として利用することは、これがウェハとバブラー１４０の液槽との間のおよそ摂氏２度の温度差を維持するのは比較的簡単なことであることから有利であり得る。

いくつかの実施形態において、槽温度およびウェハ温度が測定されて、計算システム１３０に通信される。計算システムは、ウェハ温度と槽温度との間の差を決定し、所望のウェハ温度、槽温度、または両方を計算する。いくつかの実施形態において、計算システム１３０は、蒸気注入システム１２０に対する所望の槽温度を示す命令信号１２５Ｂを生成する。それに応じて、蒸気注入システム１２０は、局所加熱または冷却装置（図示せず）を使用して槽温度を所望の値に調整する。いくつかの実施形態において、計算システム１３０は、ウェハ調整サブシステム（図示せず）に対する所望のウェハ温度を示す命令信号（図示せず）を生成する。それに応じて、ウェハ調整サブシステムは、ウェハ加熱または冷却装置（図示せず）を使用してウェハ温度を所望の値に調整する。いくつかの実施形態において、計算システム１３０は、局所ウェハ加熱要素１０３に対する所望のウェハ温度を示す命令信号１１３（図１に描写される）を生成する。それに応じて、加熱装置１０３は、放射加熱要素を使用してウェハ温度を局所的に（すなわち測定場所のごく近辺において）所望の値に調整する。

いくつかの実施形態において、ウェハと槽との間の温度差の制御は、蒸気注入システム１２０と関連付けられた計算システムによって制御される。この意味で、計算システム１３０によるウェハと槽との間の温度差の制御は、非限定的な例として提供される。任意の好適な制御アーキテクチャおよび温度調節スキームは、本特許文書の範囲内で企図され得る。

図２を参照して説明されるように、測定下にあるウェハに提供される充填物質の量は、充填物質の蒸発の対象となるパージガス流１２４の部分１４５をそうでないパージガス流１２４の部分１４６に対して調節することによって制御される。加えて、ウェハ温度での蒸発充填物質の飽和度は、ウェハ温度と槽温度との間の差を調節することによって制御される。

別の実施形態において、周囲温度での蒸発充填物質の飽和度は、溶媒（すなわち充填物質）の液槽内に、溶媒のみの平衡蒸気圧と比較して溶媒の平衡蒸気圧を抑える不揮発性溶質を添加することによって制御される。１つの例において、溶媒としての水および不揮発性溶質（例えば、塩化ナトリウム、塩酸など）から形成される溶液は、純水の平衡蒸気圧より低い水の蒸気圧を呈する。図４は、水槽内の塩酸の濃度の関数としての水の分圧のプロット１２８を描写する。水に溶解された塩化ナトリウムの溶液について同様の結果が存在する。例えば、水に溶解された６パーセント塩化ナトリウムの溶液は、９０％の相対湿度ｐ／ｐ_０をもたらす。

これらの実施形態において、蒸発充填物質（すなわち溶媒）の飽和度は、溶液中の溶質の濃度を制御することによって調節される。いくつかの実施形態において、槽内の溶媒の量は、所望の濃度、したがって蒸発溶媒の所望の分圧を維持するように制御される。これらの実施形態において、槽温度が名目上は周囲温度（すなわちウェハ温度）に維持される限りは正確な温度制御は必要ではない。

図１は、測定下にある計測ターゲットに局所的に提供される気体流１２６を描写する。しかしながら、一般には、気体流１２６は、ウェハ全体にわたって、照明光源から検出器へのビーム経路の任意の部分を通って、またはそれらの任意の組み合わせで、提供され得る。パージガス流をウェハにわたっておよび照明光源と検出器との間のビーム経路を通って提供する様々な例は、ヒドン クァク（Ｈｉｄｏｎｇ Ｋｗａｋ）らによる２０１０年７月１３日発行の米国特許第７，７５５，７６４号に記載されており、その主題は、その全体において本願に引用して援用する。

一般には、任意の好適なパージガスおよび充填物質が、本明細書に説明されるような測定の実施における使用のために選択され得る。例示的なパージガスとしては、不活性ガス、窒素、および清浄な乾燥空気が挙げられる。好適なパージガスの選択は、半導体製作工場における可用性により主に決まる。例示的な充填物質としては、水、エタノール、およびトルエンなどが挙げられる。好適な充填物質の選択は、蒸気圧、空隙充填特性、光学特性、および充填物質と測定下にある試料との任意の化学的相互作用を制御する能力により決まる。

例えば、液体充填物質は入射光を屈折させるだけでなく入射光を吸収するため、充填物質の屈折率および充填物質の吸収係数が、根本となる測定モデルにおいて考慮される。これらの特性の両方は、特に比較的短い照明波長（例えば、１２０ナノメートル〜１９０ナノメートルの範囲にわたる真空紫外波長）では、充填ありで実施される測定と充填なしで実施される測定との間に差を生み出す。したがって、屈折率および吸収係数の両方において空気とは実質的に異なる液体充填物質の選択は、マルチターゲット測定分析において低減されたパラメータ相関の有利な条件を提供する。

さらなる態様において、ガス吸着が用いられて、吸着（すなわち、毛管凝縮）による計測ターゲットの測定中に計測ターゲット自体（例えば、限界寸法（ＣＤ）構造体、グレーティング構造体、オーバーレイ構造体など）の幾何学的な構造的特徴部間の空間を充填する。一般には、気体流１２６内の蒸発物質の所望の飽和度は、ガス吸着によって充填されるべき最大特徴部サイズに基づいて決定される。吸着は、小さい特徴部（例えば、切欠き、溝、スリット、コンタクトホールなどの小容積）に吸着物を充填するために用いられる。ケルビンの式は、特定の充填材料、充填物質の分圧、および周囲温度（例えばウェハ温度）について、充填され得る最大特徴部サイズの近似値を提供する。式（３）は、２つの異なる半径ｒ_１およびｒ_２を有する凝縮メニスカスについてのケルビンの式を例証し、式中、Ｒは理想のガス定数であり、Ｔ_ａは周囲温度であり、Ｖは充填物質のモル体積であり、γは充填物質と関連付けられた表面張力定数であり、ｐ／ｐ_０は、充填物質の分圧である。

図５は、水、トルエン、およびエタノールと関連付けられたモル体積および表面張力を例証する表１２９を描写する。

円筒孔特徴部の場合、ｒ_１はｒ_２と等しい。図６は、式（３）に従って吸着により充填され得る円筒孔の最大径を例証するプロット１７２を描写する。プロット１７２は、水（プロット線１７５）、エタノール（プロット線１７４）、およびトルエン（プロット線１７３）によって充填され得る円筒孔の最大径を、摂氏２５度の周囲温度での各充填物質の様々な分圧に対して描写する。図６に描写されるように、最大４０ナノメートルの直径を有する円筒孔は、気体流１２６が９５％以上の水またはエタノールの分圧で計測ターゲットに提供されるときに充填され得る。さらに図６に描写されるように、最大９０ナノメートルの直径を有する円筒孔は、気体流１２６が９５％以上のトルエンの分圧で計測ターゲットに提供されるときに充填され得る。

線および空間の場合、ｒ_２はゼロである。図７は、式（３）に従って吸着により充填され得る長い溝様特徴部の最大径を例証するプロット１６０を描写する。プロット１６０は、水（プロット線１６４）、エタノール（プロット線１６３）、およびトルエン（プロット線１６２）によって充填され得る溝の最大径を、摂氏２５度の周囲温度での各充填物質の様々な分圧に対して描写する。例証されるように、長い溝様特徴部を横切る最大径は、円筒孔特徴部の最大径の半分である。図６および図７に描写されるように、充填物質としてのエタノールの性能が水に非常に類似していることが理由で、水およびエタノールのプロット線は重複すると思われる。

１つの態様において、周囲温度Ｔ_ａでの蒸発充填物質の飽和度は、所望の最大特徴部サイズ未満のすべての特徴部が充填されるように調整される。いくつかの実施形態において、これは、ウェハと充填物質の液槽との間の温度差を制御することによって達成される。いくつかの他の実施形態において、これは、充填物質の液槽に溶解される不揮発性溶質の濃度を制御することによって達成される。

さらなる態様において、最大特徴部サイズの範囲未満のすべての特徴部が充填されるように、測定は、周囲温度での蒸発充填物質の異なる飽和度で実施される。測定は、マルチターゲットモデルベース測定において、１つ以上の目的とするパラメータの値を推定するために組み合わされ、低減されたパラメータ相関および改善された測定性能を伴う。

図８は、基板１５１上に製作された周期的な二次元のレジストグレーティング構造体１５２を有する未充填の線空間計測ターゲット１５０を例証する。グレーティング構造体１５２は、７ナノメートルの公称上部限界寸法（ＴＣＤ）および５０ナノメートルの高さＨを有する。

図９は、充填された線空間計測ターゲット１５５を例証する。線空間計測ターゲット１５５は、基板１５１上に製作された同じ周期的な２次元のレジストグレーティング構造体１５２を含むが、レジストグレーティング構造体１５２間の空間は充填物質１５３で充填される。これは、１つの例において、気体流１２６をおよそ７０％以上の分圧でトルエンを含んで計測ターゲット１５５に提供することによって達成され得る。別の例では、グレーティング構造体１５２の充填は、気体流１２６をおよそ８５％以上の分圧で水またはエタノールを含んで計測ターゲット１５５に提供することによって達成され得る。

図１０Ａは、円筒コンタクトホールを有する上層を含む多層を有する未充填の計測ターゲット１５６を描写する。図１０Ａに例証されるように、計測ターゲット１５６は、１３５ナノメートルの公称高さを有する、第１の層１６６、第２の層１６７、第３の層１６８、および第４の層１６９を含む。第４の層は、１０ナノメートルの公称直径を有する、第４の層を通る円筒孔特徴部１７０を含む。計測ターゲット１６５の構造体は、４０ナノメートルの公称幅および４０ナノメートルの公称長さを有する。

図１０Ｂは、円筒孔１７０がある量の充填物質１７１で充填されていることを除き、同じ計測ターゲット１５６を含む充填された計測ターゲット１５７を描写する。これは、１つの例において、気体流１２６をおよそ８５％以上の分圧でトルエンを含んで計測ターゲット１５６に提供することによって達成され得る。別の例では、円筒孔１７０の充填は、気体流１２６をおよそ９５％以上の分圧で水またはエタノールを含んで計測ターゲット１５５に提供することによって達成され得る。

図８〜図１０Ｂに描写される計測ターゲットは、非限定的な例として提供される。一般に、測定箇所は、測定システム（例えば、図１に描写される計測システム１００）によって測定される１つ以上の計測ターゲットを含む。一般に、測定データ収集は、ウェハ全体またはウェハ面積の部分集合にわたって実施され得る。加えて、いくつかの実施形態において、計測ターゲットは、印刷適性、およびプロセスパラメータ、目的とする構造パラメータ、または両方における変化への感受性について設計される。いくつかの例において、計測ターゲットは、特殊用途ターゲットである。いくつかの実施形態において、計測ターゲットは、従来型の線／空間ターゲットに基づく。非限定的な例として、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（ＵＳＡ）より入手可能なＣＤターゲット、ＳＣＯＬターゲット、またはＡｉＭ（商標）ターゲットが用いられ得る。いくつかの他の実施形態において、計測ターゲットは、デバイス様の構造体である。いくつかの他の例において、計測ターゲットは、デバイス構造体、またはデバイス構造体の部分である。用いられる計測ターゲットの種類にかかわらず、調査されているプロセス変動、構造的変動、または両方に対する感受性を呈する計測ターゲットのセットは、本明細書に説明されるようにガス吸着による形状充填を使用して測定される。

別の態様において、測定データは、ＣＤ構造体が充填される（すなわち、本明細書に説明されるようなガス吸着の対象となる）とき、およびＣＤ構造体が充填されていない（すなわちガス吸着の対象とならない）ときにＣＤ構造体から収集される。収集されたデータは、マルチターゲットモデルベース測定において、測定性能を改善するために組み合わされる。１つの例において、測定データは、計測ターゲット１５６が図１０Ａに描写されるように未充填であるときに収集される。このシナリオでは、気体流１２６は、流れの中に蒸発される充填物質なしに計測ターゲット１５６に提供される。加えて、測定データは、計測ターゲット１５６が図１０Ｂに描写されるように充填されるときに収集される。このシナリオでは、気体流１２６は、図１０Ｂを参照して説明されるように円筒孔１７０を充填するために充填物質の十分な飽和を伴って計測ターゲット１５６に提供される。収集されたデータは、計算システム１３０によって受信される。計算システム１３０は、目的とするパラメータの値を推定するためにマルチターゲットモデルを用いて両方の測定データセットを利用してモデルベース測定分析を実施する。いくつかの例において、本明細書に説明されるマルチターゲットモデルは、例えば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｐｉｔａｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ＵＳＡから入手可能なＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ソフトウェアを実装する計算システムによってオフラインで実施される。結果として生じるマルチターゲットモデルは、マルチターゲットモデルを使用した測定を実施する計測システムによってアクセス可能であるＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ライブラリの要素として組み込まれる。

図１１は、図１０Ａにおいて描写される計測ターゲット１５６のいくつかのパラメータについて、形状充填なしで得られた測定結果と、形状充填ありおよびなしで収集されたデータを使用するマルチターゲットモデルにより得られた測定結果との比較を描写する。パラメータＬ１＿ＨＴは、図１０Ａに描写される計測ターゲット１５６の第１の層１６６の高さを指す。Ｌ２＿ＨＴは、第２の層１６７の高さを指す。Ｌ３＿ＨＴは、第３の層１６８の高さを指す。Ｇ４＿ＴＣＤは、円筒孔１７０の上部限界寸法を指す。Ｇ４＿ＢＣＤは、円筒孔１７０の下部限界寸法を指す。Ｇ４＿ＥＬは、円筒孔１７０の楕円率を指す。図１１に描写されるように、Ｌ１＿ＨＴ、Ｌ２＿ＨＴ、Ｌ３＿ＨＴ、Ｇ４＿ＴＣＤ、Ｇ４＿ＢＣＤ、およびＧ４＿ＥＬの各々の測定精度の改善は、それぞれ測定棒線１７７Ａ〜Ｆによって例証されるような著しい割合で改善される。同様に、Ｌ１＿ＨＴ、Ｌ２＿ＨＴ、Ｌ３＿ＨＴ、Ｇ４＿ＴＣＤ、Ｇ４＿ＢＣＤ、およびＧ４＿ＥＬの各々の測定相関は、それぞれ測定棒線１７８Ａ〜Ｆによって例証されるような著しい割合で改善（すなわち低減）される。

別の態様において、一連の測定は、計測ターゲット構造体が異なる充填物質または異なる充填物質の組み合わせで充填されるときに測定データの各セットが計測ターゲット構造体から収集されるように実施される。収集されたデータは、マルチターゲットモデルベース測定において、パラメータ相関を低減し測定性能を改善するために組み合わされる。

別の態様において、測定データは、吸着プロセスが安定状態に達したときに吸着の対象となる計測ターゲットから収集される。言い換えると、吸着プロセスにより提供される充填物の量は安定状態に達している。

さらに別の態様において、測定データは、吸着プロセスが安定状態に達する前に吸着の対象となる計測ターゲットから収集される。言い換えると、吸着プロセスにより提供される充填物の量は、測定の期間にわたって変化している。

図１２は、ガス吸着の対象となる構造体の測定を実施するための方法２００を例証する。方法２００は、本発明の図１に例証される計測システム１００などの計測システムによる実施に好適である。１つの態様において、方法２００のデータ処理ブロックは、計算システム１３０または任意の他の汎用計算システムの１つ以上のプロセッサによって実行される事前プログラムされたアルゴリズムを介して行われ得ることが理解される。計測システム１００の特定の構造的態様は、制限を意味するものではなく、例証としてのみ解釈されるべきであることが本明細書において理解される。

ブロック２０１では、第１の量の照明光が、第１の吸着状態にある、ウェハ上に設置された１つ以上の計測ターゲットに提供される。

ブロック２０２では、気相の充填物質を含む気体流が、１つ以上の計測ターゲットの照明の間、１つ以上の計測ターゲットに提供される。充填物質の一部分は、液相の１つ以上の計測ターゲット上に吸着され、この充填物質の一部分は、第１の吸着状態にある１つ以上の計測ターゲットの１つ以上の幾何学的な構造的特徴部間の空間の少なくとも一部分を充填する。

ブロック２０３では、第１の量の集光された光が、第１の量の照明光に応答して検出器により１つ以上の計測ターゲットから受け取られる。

ブロック２０４では、１つ以上の計測ターゲットの第１の測定と関連付けられた測定信号の第１のセットが、例えば、計算システム１３０に通信される。測定信号の第１のセットは、第１の量の集光された光を示す。

図１３は、別の例においてガス吸着の対象となる構造体の測定を実施するための方法３００を例証する。方法３００は、本発明の図１に例証される計測システム１００などの計測ステムによる実施に好適である。１つの態様において、方法３００のデータ処理ブロックは、計算システム１３０または任意の他の汎用計算システムの１つ以上のプロセッサによって実行される事前プログラムされたアルゴリズムを介して行われ得ることが理解される。計測システム１００の特定の構造的態様は、制限を意味するものではなく、例証としてのみ解釈されるべきであることが本明細書において理解される。

ブロック３０１では、気相の充填物質を含む第１の気体流が、光学測定システムによる測定下にある１つ以上の計測ターゲットに提供される。充填物質の一部分は、液相の１つ以上の計測ターゲット上に吸着され、この充填物質の一部分は、第１の吸着状態にある１つ以上の計測ターゲットの１つ以上の幾何学的な構造的特徴部間の空間の少なくとも一部分を充填する。

ブロック３０２では、第２の気体流が、第２の吸着状態にある、光学測定システムによる測定下にある１つ以上の計測ターゲットに提供される。

ブロック３０３では、１つ以上の計測ターゲットの目的とするパラメータの値が、第１の吸着状態において光学測定システムによって１つ以上の計測ターゲットから検出された光学測定信号の第１のセット、第２の吸着状態において光学測定システムによって１つ以上の計測ターゲットから検出された光学測定信号の第２のセット、およびマルチターゲット測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、推定される。

図１に描写される実施形態において、様々な量の液体充填物質を有する気体流の対象となる計測ターゲットの分光エリプソメータ測定が実施される。しかしながら、一般には、任意の好適なモデルベース計測技術が、本明細書に記載される方法およびシステムに従って、様々な量の液体充填物質を有する気体流の対象となる計測ターゲットの測定を実施するために用いられ得る。

好適なモデルベース計測技術としては、限定されるものではないが、単一波長、多波長、および角度分解実装形態を含む分光エリプソメトリおよび分光リフレクトメトリ、分光スキャテロメトリ、スキャテロメトリオーバーレイ、角度分解および偏光分解実装形態を含むビームプロファイルリフレクトメトリおよびビームプロファイルエリプソメトリが挙げられ、個々に、または任意の組み合わせで企図され得る。

一般に、前述の測定技術は、プロセスパラメータ、構造パラメータ、レイアウトパラメータ、分散パラメータ、またはそれらの任意の組み合わせの測定に適用され得る。非限定的な例として、オーバーレイ、プロファイル幾何形状パラメータ（例えば、限界寸法、高さ、側壁角度）、プロセスパラメータ（例えば、リソグラフィ焦点、およびリソグラフィ照射量）、分散パラメータ、レイアウトパラメータ（例えば、ピッチウォーク、載置縁誤差）、膜厚、組成パラメータ、またはパラメータの任意の組み合わせが、前述の技術を使用して測定され得る。

非限定的な例として、形状充填により測定される構造体は、線空間グレーティング構造体、ＦｉｎＦｅｔ構造体、ＳＲＡＭデバイス構造体、フラッシュメモリ構造体、およびＤＲＡＭメモリ構造体を含む。

別のさらなる態様において、ウェハ上に位置する計測ターゲットは、設計基準寸法ターゲットである。言い換えると、計測ターゲットは、根本となる半導体製造プロセスに適用可能な設計基準寸法を忠実に守る。いくつかの例において、計測ターゲットは、好ましくは、アクティブダイ領域内に位置する。いくつかの例において、計測ターゲットは、１５マイクロメートル×１５マイクロメートル以下の寸法を有する。いくつかの他の例において、計測ターゲットは、スクライブ線内に位置するか、または別の方式でアクティブダイ領域の外側に位置する。

いくつかの例において、モデルベース測定は、１つの目的とするパラメータを推定するために形状充填を用いて実施される。したがって、目的とするパラメータと関連付けられた測定モデルは、個別に最適化される。各々の目的とするパラメータを個別に測定することによって、計算負荷が低減され、根本となる測定の性能は、異なる波長、測定サブシステム、および各々の個別のパラメータに対して最適化される測定方法を選択することによって最大限にされ得る。加えて、各々の目的とするパラメータに対して、異なるモデルベース測定ソルバが、選択され得るか、または異なって構成され得る。

しかしながら、いくつかの他の例において、モデルベース測定は、複数の目的とするパラメータを並行して推定するために形状充填を用いて実施される。したがって、測定モデルは、複数の目的のパラメータを解明するように開発される。

いくつかの例において、特定の測定箇所で実施される目的とするパラメータの測定は、データがウェハ上の複数箇所から収集され得るとしても、その特定の測定箇所のみから収集されるデータに依存する。いくつかの他の例において、ウェハまたはウェハのサブセットにわたって複数箇所から収集される測定データが測定分析のために使用される。これは、ウェハにわたるパラメータ変動を捕捉するのに望ましい場合がある。

いくつかの例において、目的とするパラメータの測定は、シングルターゲット技術、マルチターゲット技術、およびスペクトル前方フィード技術を含む複数の異なる測定技術を用いて、充填された計測ターゲットに基づいて実施される。測定されるパラメータの精度は、側方フィード分析、前方フィード分析、および並行分析の任意の組み合わせによって改善され得る。側方フィード分析は、同じ試料の異なる領域において複数のデータセットを取り、第１のデータセットから決定された共通パラメータを分析のために第２のデータセットに渡すことを指す。前方フィード分析は、異なる試料においてデータセットを取り、段階的な複製精密パラメータ前方フィード手法を使用して共通パラメータを次の分析へと前へ渡すことを指す。並行分析は、少なくとも１つの共通パラメータがフィッティング中に結合される複数のデータセットに対する非線形フィッティング方法論の並行または同時応用を指す。

複数のツールおよび構造体分析は、回帰、ルックアップテーブル（すなわち「ライブラリ」一致）、または複数データベースの別のフィッティング手順に基づいた、前方フィード、側方フィード、平行分析を指す。複数のツールおよび構造体分析のための例示的な方法およびシステムは、２００９年１月１３日発行のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐ．に対する米国特許第７，４７８，０１９号に記載されており、その全体は本願に引用して援用する。

さらに別の態様において、本明細書に説明されるように得られた測定結果は、プロセスツール（例えば、リソグラフィツール、エッチングツール、堆積ツールなど）にアクティブフィードバックを提供するために使用され得る。例えば、本明細書に説明される方法およびシステムを使用して決定される限界寸法の値は、リソグラフィシステムを調整して所望の出力を達成するためにリソグラフィツールへ通信され得る。同様のやり方で、エッチングパラメータ（例えば、エッチング時間、拡散率など）または堆積パラメータ（例えば、時間、濃度など）が、それぞれエッチングツールまたは堆積ツールにアクティブフィードバックを提供するために測定モデルに含まれ得る。いくつかの例において、測定されたデバイスパラメータ値に基づいて決定されるプロセスパラメータに対する修正が、リソグラフィツール、エッチングツール、または堆積ツールに通信され得る。

本開示全体にわたって説明される様々なステップは、単一のコンピュータシステム１３０、複数のコンピュータシステム１３０、または複数の異なるコンピュータシステム１３０によって実行され得ることが理解されるべきである。さらには、分光エリプソメータ１０１など、システム１００の異なるサブシステムが、本明細書に説明されるステップの少なくとも一部分を実行するのに好適なコンピュータシステムを含み得る。したがって、前述の説明は、本発明に対する制限として解釈されるべきではなく、単なる例証として解釈されるべきである。さらに、計算システム１３０は、本明細書に説明される方法実施形態のいずれかの任意の他のステップを実施するように構成され得る。

計算システム１３０は、限定されるものではないが、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、画像コンピュータ、パラレルプロセッサ、または当該技術において知られている任意の他のデバイスを含み得る。一般に、「計算システム」という用語は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスまたはデバイスの組み合わせを包含するように広く定義され得る。一般に、計算システム１３０は、測定システム１００などの測定システムと統合され得るか、または代替的に、任意の測定システムとは完全にもしくは部分的に別個であり得る。この意味では、計算システム１３０は、遠隔に位置し、任意の測定源から測定データを受信し、計測システム１００の任意の要素に命令信号を伝送し得る。

本明細書に説明されるものなどの方法を実施するプログラム命令１３４は、ワイヤ、ケーブル、ワイヤレス伝送リンクなどの伝送媒体を介して伝送され得る。プログラム命令１３４を格納するメモリ１３２は、リードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気もしくは光学ディスク、または磁気テープなどのコンピュータ可読媒体を含み得る。

加えて、計算システム１３０は、当該技術において知られている任意の様式で、分光計１０４、またはエリプソメータ１０１の発光体サブシステム１０２に通信可能に接続され得る。

計算システム１３０は、ワイヤ線および／またはワイヤレス部分を含み得る伝送媒体によって、システムのサブシステム（例えば、分光計１０４、発光体１０２、蒸気注入システム１２０、および同様のもの）からデータまたは情報を受信および／または獲得するように構成され得る。この様式では、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０とシステム１００の他のサブシステムとの間のデータリンクとしての役割を果たし得る。さらに、計算システム１３０は、記憶媒体（すなわちメモリ）を介して測定データを受信するように構成され得る。例えば、エリプソメータ１０１の分光計を使用して得られたスペクトル結果は、永久または半永久メモリデバイス（図示せず）に格納され得る。これに関して、スペクトル結果は、外部システムからインポートされ得る。さらには、コンピュータシステム１３０は、伝送媒体を介して外部システムからデータを受信し得る。

計算システム１３０は、ワイヤ線および／またはワイヤレス部分を含み得る伝送媒体によって、システムのサブシステム（例えば、分光計１０４、発光体１０２、蒸気注入システム１２０、および同様のもの）にデータまたは情報を伝送するように構成され得る。この様式では、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０とシステム１００の他のサブシステムとの間のデータリンクとしての役割を果たし得る。さらに、計算システム１３０は、記憶媒体（すなわちメモリ）を介して命令信号および測定結果を伝送するように構成され得る。例えば、スペクトルデータの分析により得られた測定結果１１５は、永久または半永久メモリデバイス（図示せず）に格納され得る。これに関して、スペクトル結果は、外部システムへエクスポートされ得る。さらには、コンピュータシステム１３０は、伝送媒体を介して外部システムにデータを送信し得る。加えて、目的とするパラメータの決定された値は、メモリに格納される。例えば、この値は、オンボード測定システム１００、例えば、メモリ１３２に格納され得るか、または（例えば出力信号１１５により）外部メモリデバイスに通信され得る。

本明細書に説明されるように、「限界寸法」という用語は、構造体の任意の限界寸法（例えば、下部限界寸法、中部限界寸法、上部限界寸法、側壁角度、グレーティング高さなど）、任意の２つ以上の構造体間の限界寸法（例えば、２つの構造体間の距離）、および２つ以上の構造体間の変位（例えば、オーバーレイしているグレーティング構造体間のオーバーレイ変位）を含む。構造体は、３次元構造体、パターン化構造体、オーバーレイ構造体等を含み得る。

本明細書に説明されるように、「限界寸法応用」または「限界寸法測定応用」という用語は、任意の限界寸法測定を含む。

本明細書に説明されるように、「計測システム」という用語は、限界寸法計測、オーバーレイ計測、焦点／照射量計測、および組成計測などの測定用途を含む、試料を任意の見方で特徴付けるために少なくとも部分的に用いられる任意のシステムを含む。しかしながら、そのような技術用語は、本明細書に記載されるような「計測システム」という用語の範囲を制限しない。加えて、計測システム１００は、パターン化されたウェハおよび／またはパターン化されていないウェハの測定のために構成され得る。計測システムは、ＬＥＤ検査ツール、端部検査ツール、裏面検査ツール、マクロ検査ツール、または多モード検査ツール（同時に１つ以上のプラットフォームからのデータを伴う）などの検査ツール、および限界寸法データに基づいたシステムパラメータの較正から恩恵を得る任意の他の計測または検査ツールとして構成され得る。この特許文書の目的においては、「計測」システムおよび「検査」システムは同義語である。

試料を処理するために使用され得る半導体処理システム（例えば、検査システムまたはリソグラフィシステム）について、様々な実施形態が本明細書において説明される。「試料」という用語は、本明細書においては、当該技術において知られている手段で処理され得る（例えば、印刷される、または欠陥を検査される）ウェハ、レチクル、または任意の他のサンプルを指すために使用される。

本明細書で使用される場合、「ウェハ」という用語は、概して、半導体または非半導体材料で形成された基板を指す。例としては、限定するものではないが、単結晶シリコン、ガリウムひ素、およびリン化インジウムが挙げられる。そのような基板は、半導体製作設備において一般的に見られるおよび／または処理され得る。いくつかの場合において、ウェハは、基板のみを含み得る（すなわちベアウェハ）。代替的に、ウェハは、基板上に形成された異なる材料の１つ以上の層を含み得る。ウェハ上に形成された１つ以上の層は、「パターン化されている」場合と、「パターン化されていない」場合がある。例えば、ウェハは、繰り返し可能なパターン特徴を有する複数のダイを含み得る。

「レチクル」は、レチクル製作プロセスの任意の段階にあるレチクルまたは完成したレチクルであり得、完成したレチクルは、半導体製作設備における使用のために解放される場合とそうでない場合がある。レチクル、または「マスク」は、概して、実質的に透明の基板であって、その上に実質的に不透明の領域が形成され、かつパターンで構成される基板として定義される。基板は、例えば、アモルファスＳｉＯ２などのガラス材料を含み得る。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写され得るように、リソグラフィプロセスの曝露ステップの間にレジスト被覆されたウェハの上に設置され得る。

ウェハ上に形成された１つ以上の層は、パターン化されている場合とパターン化されていない場合がある。例えば、ウェハは、各々が繰り返し可能なパターン特徴を有する複数のダイを含み得る。そのような材料層の形成および処理は、最終的に完成したデバイスをもたらし得る。多くの異なる種類のデバイスがウェハ上に形成され得、ウェハという用語は、本明細書で使用される場合、当該技術において知られている任意の種類のデバイスが上に製作されるウェハを包含することが意図される。

１つ以上の例示的な実施形態において、説明される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実装され得る。ソフトウェアに実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令またはコードとして格納され得るか、伝送され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体、および１つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの移送を促進する任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または特殊目的コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定するものでなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、もしくは他の光学ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、あるいは、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコード手段を携帯または格納するために使用され得、かつ汎用もしくは特殊目的コンピュータまたは汎用もしくは特殊目的プロセッサによってアクセスされ得る任意の他の媒体を含み得る。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、または赤外、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技法を使用してウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技法は、媒体の定義に含まれる。ディスクは、本明細書で使用される場合、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光学ディスク、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、フロッピ（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスク（登録商標）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザを用いてデータを光学的に再生する。上の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

ある特定の実施形態が教示的目的のために上に説明されるが、本特許文書の教示は、汎用性を有し、上に説明される特定の実施形態に制限されない。したがって、説明された実施形態の様々な特徴の様々な変形、適合、および組み合わせが、特許請求の範囲に記されるように本発明の範囲から逸脱することなく実践され得る。

Claims (31)

1. 測定システムであって、
   第１の吸着状態にある、ウェハ上に設置された１つ以上の計測ターゲットの１つ以上の幾何学的形状特徴部に第１の量の照明光を提供するように構成される照明光源を備え、
   前記１つ以上の幾何学的形状特徴部が、限界寸法によって特徴づけられ、半導体製作プロセスによって成形され、
   前記１つ以上の計測ターゲットの照明の間、気相の充填物質を含む気体流を前記１つ以上の計測ターゲットに提供するように構成される蒸気注入システムであって、前記充填物質の一部分が、液相の前記１つ以上の計測ターゲット上に吸着され、前記充填物質の前記一部分が、前記第１の吸着状態にある前記１つ以上の計測ターゲットの前記１つ以上の幾何学的形状特徴部の少なくとも一部分を充填する、蒸気注入システムと、
   前記第１の量の照明光に応答して前記１つ以上の計測ターゲットから第１の量の集光された光を受け取り、前記第１の量の集光された光を示す測定信号の第１のセットを生成するように構成される検出器と、
   を備えることを特徴とする測定システム。
2. 請求項１に記載の測定システムであって、さらに計算システムを備え、
   前記計算システムが、
   前記測定信号の第１のセットを受信し、
   前記測定信号の第１のセットおよび測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の幾何学的形状特徴部の前記限界寸法の値を推定するように構成されることを特徴とする測定システム。
3. 請求項２に記載の測定システムであって、前記照明光源が、前記第１の吸着状態とは異なる第２の吸着状態にある、前記ウェハ上に設置された前記１つ以上の計測ターゲットに第２の量の照明光を提供するようにさらに構成され、前記検出器が、前記第２の量の照明光に応答して前記１つ以上の計測ターゲットから第２の量の集光された光を受け取り、前記第２の量の集光された光を示す測定信号の第２のセットを生成するようにさらに構成され、前記計算システムが、
   前記測定信号の第２のセットを受信し、
   前記測定信号の第１のセットおよび第２のセット、ならびにマルチターゲット測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の幾何学的形状特徴部の前記限界寸法の値を推定する、ようにさらに構成されることを特徴とする測定システム。
4. 請求項３に記載の測定システムであって、前記第１の量の照明光が、前記充填物質の第１の分圧で、前記１つ以上の計測ターゲットに提供され、前記第２の量の照明光が、前記充填物質の第２の分圧で前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする測定システム。
5. 請求項４に記載の測定システムであって、前記充填物質の前記第２の分圧がおよそゼロであることを特徴とする測定システム。
6. 請求項３に記載の測定システムであって、前記充填物質が第１の充填物質である間に、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供され、前記充填物質が第２の充填物質である間に、前記第２の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供される、ことを特徴とする測定システム。
7. 請求項２に記載の測定システムであって、前記限界寸法の前記値の推定が、モデルベース回帰、モデルベースライブラリ検索、モデルベースライブラリ回帰、画像ベースの分析、および信号応答計測モデルのうちのいずれかを伴うことを特徴とする測定システム。
8. 請求項１に記載の測定システムであって、前記蒸気注入システムが、
   第１の温度にある液体充填物質を含むバブラーであって、前記液体充填物質の一部分が、前記１つ以上の計測ターゲットに提供される前記気体流内へ蒸発し、前記１つ以上の計測ターゲットが、前記第１の温度より高い第２の温度にある、バブラーを備えることを特徴とする測定システム。
9. 請求項１に記載の測定システムであって、前記蒸気注入システムが、
   液体充填物質に溶解された不揮発性溶質を含むバブラーであって、前記液体充填物質の一部分が前記１つ以上の計測ターゲットに提供される前記気体流内に蒸発する、バブラーを備えることを特徴とする測定システム。
10. 請求項１に記載の測定システムであって、前記充填物質が、水、エタノール、およびトルエンのいずれかであることを特徴とする測定システム。
11. 請求項１に記載の測定システムであって、前記充填物質が複数の異なる物質を含むことを特徴とする測定システム。
12. 請求項１に記載の測定システムであって、吸着プロセスが安定状態に達したときに、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする測定システム。
13. 請求項１に記載の測定システムであって、吸着プロセスが安定状態に達する前に、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする測定システム。
14. 請求項１に記載の測定システムであって、前記照明光源および前記検出器が、分光エリプソメータ、分光リフレクトメータ、ビームプロファイルリフレクトメータ、ビームプロファイルエリプソメータ、またはそれらの任意の組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする測定システム。
15. 請求項１に記載の測定システムであって、前記第１の量の照明光が、１２０ナノメートルから１９０ナノメートルの間の範囲にある波長を含むことを特徴とする測定システム。
16. 方法であって、
    第１の吸着状態にある、ウェハ上に設置された１つ以上の計測ターゲットの１つ以上の幾何学的形状特徴部に第１の量の照明光を提供するステップを含み、
    前記１つ以上の幾何学的形状特徴部が、限界寸法によって特徴づけられ、半導体製作プロセスによって成形され、
    前記１つ以上の計測ターゲットの照明の間、気相の充填物質を含む気体流を前記１つ以上の計測ターゲットに提供するステップであって、前記充填物質の一部分が、液相の前記１つ以上の計測ターゲット上に吸着され、前記充填物質の前記一部分が、前記第１の吸着状態にある前記１つ以上の計測ターゲットの前記１つ以上の幾何学的な構造的形状特徴部間の空間の少なくとも一部分を充填する、ステップと、
    前記第１の量の照明光に応答して前記１つ以上の計測ターゲットから第１の量の集光された光を受け取るステップと、
    前記第１の量の集光された光を示す測定信号の第１のセットを通信するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記測定信号の第１のセットを受信するステップと、
    前記測定信号の第１のセットおよび測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の幾何学的形状特徴部の前記限界寸法の値を推定するステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記第１の吸着状態とは異なる第２の吸着状態にある、前記ウェハ上に設置された前記１つ以上の計測ターゲットに第２の量の照明光を提供するステップと、
    前記第２の量の照明光に応答して前記１つ以上の計測ターゲットから第２の量の集光された光を受け取るステップと、
    前記第２の量の集光された光を示す、測定信号の第２のセットを生成するステップと、
    前記測定信号の第１のセットおよび第２のセット、ならびにマルチターゲット測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の幾何学的形状特徴部の前記限界寸法の値を推定するステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに、前記充填物質の第１の分圧で提供され、前記第２の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに、前記充填物質の第２の分圧で提供されることを特徴とする方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、前記充填物質が第１の充填物質である間に、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供され、前記充填物質が第２の充填物質である間に、前記第２の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする方法。
21. 請求項１６に記載の方法であって、前記気体流を提供するステップが、
    第１の温度にある前記液体充填物質の槽を通じてパージガスを気泡化するステップであって、前記液体充填物質の前記槽の一部分が、前記１つ以上の計測ターゲットに提供される前記気体流内へ蒸発し、前記１つ以上の計測ターゲットが、前記第１の温度より高い第２の温度にある、ステップを伴うことを特徴とする方法。
22. 請求項１６に記載の方法であって、前記気体流を提供するステップが、
    前記液体充填物質に溶解された不揮発性溶質を含む槽を通じてパージガスを気泡化するステップであって、前記液体充填物質の一部分が、前記１つ以上の計測ターゲットに提供される前記気体流内に蒸発する、ステップを伴うことを特徴とする方法。
23. 請求項１６に記載の方法であって、前記充填物質が、水、エタノール、およびトルエンのいずれかであることを特徴とする方法。
24. 請求項１６に記載の方法であって、前記充填物質が複数の異なる物質を含むことを特徴とする方法。
25. 請求項１６に記載の方法であって、吸着プロセスが安定状態に達したときに、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする方法。
26. 請求項１６に記載の方法であって、吸着プロセスが安定状態に達する前に、前記第１の量の照明光が前記１つ以上の計測ターゲットに提供されることを特徴とする方法。
27. 請求項１６に記載の方法であって、
    所望の最大特徴部サイズ未満の前記１つ以上の幾何学的形状特徴部も充填されるように、前記気相の充填物質の飽和度を調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
28. 請求項２７に記載の方法であって、前記飽和度を調整するステップが、前記１つ以上の計測ターゲットと前記気相の充填物質の液槽との間の温度差を制御するステップを伴うことを特徴とする方法。
29. 気相の充填物質を含む第１の気体流を光学測定システムによる測定下にある１つ以上の計測ターゲットに提供するステップであって、前記充填物質の一部分が、液相の前記１つ以上の計測ターゲット上に吸着され、前記充填物質の前記一部分が、第１の吸着状態にある前記１つ以上の計測ターゲットの１つ以上の幾何学的な構造的形状特徴部間の空間の少なくとも一部分を充填する、ステップと、を含み、
    前記１つ以上の幾何学的形状特徴部が、限界寸法によって特徴づけられ、半導体製作プロセスによって成形され、
    第２の吸着状態において、前記光学測定システムによる測定下にある前記１つ以上の計測ターゲットに第２の気体流を提供するステップと、
    前記第１の吸着状態において前記光学測定システムによって前記１つ以上の計測ターゲットから検出された光学測定信号の第１のセット、前記第２の吸着状態において前記光学測定システムによって前記１つ以上の計測ターゲットから検出された光学測定信号の第２のセット、およびマルチターゲット測定モデルに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の計測ターゲットの前記限界寸法値を推定するステップと、を含むことを特徴とする方法。
30. 請求項２９に記載の方法であって、前記第１の気体流を提供するステップが、気相の前記充填物質を第１の分圧で前記１つ以上の計測ターゲットに提供するステップを伴い、前記第２の気体流を提供するステップが、気相の前記充填物質を第２の分圧で前記１つ以上の計測ターゲットに提供するステップを伴うことを特徴とする方法。
31. 請求項２９に記載の方法であって、前記第２の気体流を提供するステップが、気相の第２の充填物質を前記１つ以上の計測ターゲットに提供するステップを伴い、前記第２の充填物質が前記充填物質とは異なることを特徴とする方法。