JP6941176B2 - 製品製造中のプロセス変動の識別 - Google Patents

Description

本発明は、製造プロセスにおける品質制御の分野に関する。

（関連出願への相互参照）
本願は、２０１７年２月１０日付米国暫定特許出願第６２／４５７７８１号及び２０１７年１１月２７日付米国仮特許出願第６２／５９１０８８号に基づく利益を主張する出願であるので、この参照を以て両者の全容を本願に繰り入れることにする。

製造プロセスでは、品質制御システム及び手順を用い、ある物品の製造と別の物品の製造との間でのプロセスの変動を識別することで、一貫性の確保が図られている。そうした変動は、最終製品でしか判明しないことがままあり、或いは多数の規格割れ製品が生産された後になるまで判明しないことさえある。半導体部品例えば集積回路は、多数の部品を内包するウェハなる形態で製造することができる。半導体ウェハ例えばシリコンウェハを一連の層なる態で製造しうるところ、その層それぞれを構成するパターンを、隣の層内のパターンに対し精密に位置決めしなければならない。その位置決めの制御のことをオーバレイ制御と呼ぶ。ある種の半導体及びリソグラフィ製造プロセスでは計量ターゲットがウェハ上に設けられ、パターンアライメント（整列）の確保に用いられている。そのターゲットに一組のセルからなる形態、例えば長方形又は正方形セルの２×２アレイなる形態を採らせ、Ｘ方向沿いオーバレイ計測にセル２個、Ｙ方向沿いオーバレイ計測にセル２個を用いてもよい。そのターゲットに回折格子を具備させてもよい。例えば、ターゲット内の各セルを回折格子で構成してもよい。ターゲットを一組のパターンで構成し、各パターンを別々の層上に印刷し適宜方向設定することで、複数方向、典型的にはＸ及びＹに沿った計測を行うことができる。

米国特許出願公開第２００７／０２２２４６４号 米国特許出願公開第２００８／００６２３８５号

どういった製造プロセスでもプロセス変動は生じうるし望ましくなかろう。リソグラフィプロセスを例に採ると、生じたプロセス変動のなかでも被着素材層厚における変動等は、オーバレイ計測例えばパターンアライメントの計測では明らかにし得ない。場合によっては、プロセス変動は不正確なオーバレイ計測につながりうる。従って、プロセス変動及びその影響についてより良好に理解する必要がある。

以下は本発明の初期理解をもたらす簡略な概要である。この概要は、必ずしも主要要素を特定し又は本発明の技術的範囲を限定するものではないが、専ら後掲の記述への導入部として働いている。

本発明の幾つかの実施形態では、製品例えば半導体ウェハ製造中のプロセス変動を識別する方法及びシステムが提供される。本発明の幾つかの実施形態によれば、例えば製造中の所定段階にて、製品例えばウェハ又はウェハの一部分に関し「コントラストシグネチャ」を生成することができる。コントラストシグネチャは、製造プロセスが所望の如く稼働しており例えば基準として用いうると思われるときに、生成すればよい。その上で、例えばその製造プロセスの同じ段階にて、別の製品に関し同様のコントラストシグネチャを生成し、それらコントラストシグネチャを比較することで、プロセス変動が生じたか否かを識別することができる。

本願では、「コントラストシグネチャ」が、少なくとも１個のイメージングパラメタに対する画像内コントラストの変動の表現として定義されている。いずれの既知な物差しを画像コントラストについて用いてもよい。その表現がグラフィカルなもの、例えばユーザ向けに表示されるものであってもよいし、数学的に表現されるもの、例えばベクトルとして表現されるものであってもよいし、或いは他の何らかの要領で表現され別のコントラストシグネチャと比較されうるもの、例えば情報処理システム内プロセッサにより比較されうるものであってもよい。こうして、本発明の幾つかの実施形態によりプロセス変動を自動的に識別することができ、付随的には変動の識別に応じ警報を生成し又は何らかの矯正動作を実行することができる。

本発明の実施形態は半導体ウェハ生産に限定されず、他の多くの製品の製造にて用いることができる。

本発明のこれらの、更なる及び／又はその他の態様及び／又は長所については、後掲の詳細記述にて説明されており、恐らくはその詳細記述から推認することができ、及び／又は、本発明の実施により学び取ることができる。

本発明の諸実施形態についてのより良好な理解を図るため、並びにそれらをどのようにして実施すればよいかを示すため、以下、添付図面を純粋に例示の手法により参照することとし、また図中の相対応する要素又は部分に対し一貫して同様の参照符号を割り当てることとする。

添付図面は以下の通りである。

本発明の幾つかの実施形態に係るシステムの模式図である。 本発明の幾つかの実施形態に係るシステムの模式図である。 本発明の幾つかの実施形態に係る計量ターゲットの画像を示す図である。 そのターゲットの一部分の拡大画像を示す図である。 図２Ｂの画像と交差する線に沿った強度変動のグラフである。 本発明の幾つかの実施形態に係るコントラストマップの模式例を示す図である。 図３Ａのマップにコントラスト反転線を付加したものを示す図である。 それらコントラスト反転曲線のみを示す図である。 本発明の幾つかの実施形態に係るコントラスト反転線におけるシフトを模式的に描いた図である。 本発明の幾つかの実施形態に係るコントラスト反転線におけるシフトを模式的に描いた図である。 本発明の幾つかの実施形態に係るコントラスト反転線におけるシフトを模式的に描いた図である。 本発明の幾つかの実施形態に従い波長によるコントラストの変動を示す模式グラフである。 図５Ａと同様のグラフに特定の諸点を記したものを示す図である。 それら指定された点のみを示す図である。 本発明の幾つかの実施形態に係る方法のフローチャートである。 本発明の幾つかの実施形態に係る可変イメージングパラメタとして数値開口を用いる可能性を描いた模式図である。 本発明の幾つかの実施形態に係る可変イメージングパラメタとして数値開口を用いる可能性を描いた模式図である。 本発明の幾つかの実施形態に係る可変イメージングパラメタとして数値開口を用いる可能性を描いた模式図である。

詳細記述の説明に先立ち、以下用いられるであろう幾つかの語の定義を説明することが助けとなろう。

後掲の記述では本発明の諸態様が述べられている。説明なる目的を踏まえ、具体的な構成及び細部を説明することで、本発明についての一貫した理解の実現が図られている。しかしながら、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）にはやはりお分かり頂ける通り、本発明は本願にて提示されている具体的な細部抜きでも実施することができる。更に、本発明を曖昧化させないため、周知な特徴が省略又は簡略化されているところもある。図面への具体的参照との絡みでは、図示事項が例示であり専ら本発明についての例証的議論を目的としていること、並びにその提示目的が本発明の諸原理及び概念的諸側面の最有用且つ理解容易な記述と覚しきものを提供することにあることを、強調しておく。こうした関係で、本発明の基礎的理解に必要な以上に本発明の構造的細部を示す試みはされていないが、その記述を図面と併せ参照することで、いわゆる当業者には、本発明の幾つかの形態をどのようにして現実に実施すればよいかをお分かり頂けよう。

本発明の少なくとも１個の実施形態が詳細に説明される前に、本発明の適用先が、後掲の記述にて説明され又は図面に描かれる部材配置及び構成の細部には限定されないことを、ご理解頂きたい。本発明は、様々な要領で実施又は実行されうる他の諸実施形態にも、被開示実施形態同士の組合せにも適用可能である。また、理解し得るように、本願にて採用されている表現法及び用語法は、記述を目的とするものであって、限定と見なされるべきものではない。

別様に明言されているのでない限り、本発明の１個又は複数個の実施形態との関係で述べられている諸特徴は、本発明の他の全ての実施形態に、付随的に具備させうる。

別様に特定、明言されているのでない限り、後掲の議論から明らかな通り、本明細書の随所における議論のうち「処理」、「情報処理」、「計算」、「導出」、「拡張」等の語を利用するものは、コンピュータ若しくは情報処理システム又はそれに類する電子情報処理装置の動作及び／又はプロセスのうち、その情報処理システムのレジスタ及び／又はメモリ内で物理量例えば電子量として表現されているデータを操作及び／又は変換して、その情報処理システムのメモリ、レジスタ又はそれに類する他の情報格納、伝送又は表示装置内で同様に物理量として表現される他のデータにするものを、指しているものと認められる。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態に係り半導体ウェハの製造にて用いられるシステムの模式図である。本願記載のシステム及び方法は他製品の製造でも用いることができ、例えばイメージングしうる何らかの製品の製造で用い本願詳述の如くコントラストシグネチャを生成することができる。プロセス変動識別におけるコントラストシグネチャの有効性は製品の種類によって左右されうる。図１Ａ及び図１Ｂのシステムはウェハ表面のうちあるエリアの画像群を取得するのに用いることができ、その際には１個又は複数個のイメージングパラメタがその値を変えて用いられる。即ち、システムの構成次第で、１個又は複数個のイメージングパラメタを可変とすることができる。そのエリアを、回折パターン又は格子等、例えばオーバレイ計測用の計量ターゲットとすることができる。

図１Ａに示すイメージングシステム１００は、ウェハの表面に輻射を差し向けるよう、且つウェハからの反射輻射を受け取りそのウェハの画像を生成するよう整えられており、図１Ｂに示す照明システム２００は、図１Ａのイメージングユニットに輻射を供給するのに用いることができる。

図１Ａのイメージングシステム１００では、輻射例えば可視光を支持器１０４上の製品の表面、同図ではウェハ１０３の表面へと向かわせている。その輻射のなかには計量ターゲットに向かうものがある。例えばカメラ１０５では、ウェハ１０３の表面からの反射輻射が受け取られ、それを用いてウェハの画像が生成される。分析ユニット１０７ではそれらの画像を分析することができる。このイメージングシステムの動作はコントローラ１１０により制御することができる。

イメージングシステム１００に対しては光ファイバ１０９により輻射を供給することができ、またそれを偏光子１２０及びレンズ１２１〜１２４に通してビームスプリッタ１３０に到達させることができる。レンズ１２２・１２３間にはリングアパーチャ１２７、レンズ１２３・１２４間には視野絞り１２８を配置することができ、いわゆる当業者にはそれらの機能をご理解頂けよう。ビームスプリッタ１３０では、輻射の一部分が対物レンズシステム１３５を介しウェハ１０３に向かい、輻射の他の一部分が対物レンズシステム１３６を介し鏡１３７に向かうように、輻射を分岐させることができる。同対の対物レンズシステム１３５及び１３６によりウェハ１０３からの散乱輻射及び鏡１３７からの反射輻射を集め、同ビームスプリッタ１３０によりウェハからの輻射と鏡からのそれとを結合させることで、その細部が対物系１３５・ウェハ１０３間距離（焦点）に対し敏感な単一の輻射野を、デフォーカス（離焦）具合を推測可能な態で形成することができる。

幾ばくかの結合輻射を、その機能が本願にて詳述されるところの焦点検出器１４０へと、向かわせることができる。例えば、幾ばくかの結合輻射を、ビームスプリッタ１４１及びレンズ１４３により焦点検出器１４０に差し向けることができる。幾ばくかの反射輻射を、スペクトロメータ（分光器）１５０へと向かわせることができる。例えば、幾ばくかの反射輻射を、ビームスプリッタ１５１及びレンズ１５３によりスペクトロメータ１５０に差し向けることができる。焦点検出器１４０により焦点計測を実行し、それら計測について示す信号を分析ユニット１０７へと出力することができる。同様に、スペクトロメータ１５０により分光計測を実行し、それら計測について示す信号を分析ユニット１０７へと出力することができる。

カメラ１０５は電荷結合デバイス即ち「ＣＣＤ」のアレイとすることができる。カメラ１０５は、本件技術分野で既知な通り、反射輻射由来の像が「像」面に形成されるように整え又は設定することができる。例えば、ウェハ１０３の表面上に回折パターンを設けてもよく、その場合における反射輻射は、ウェハ１０３の表面からの回折輻射となろう。

図１Ａのイメージングシステム１００の一部分を形成する諸部材のうち様々なもの、或いはウェハ支持器１０４を、例えば、図示されておらずいわゆる当業者にとり既知な１個又は複数個のモータにより、互いに動かすことができる。イメージングシステム１００の動作、例えばそのイメージングシステム１００の一部分を形成するモータの動作は、コントローラ１１０により制御することができる。コントローラ１１０の動作は、部分的に、分析ユニット１０７からの信号に基づくものとすることができる。分析ユニット１０７、コントローラ１１０又はその双方に、１個又は複数個のプロセッサを有する情報処理システムを具備させることができる。例えば、分析ユニット内プロセッサにより、本発明の幾つかの実施形態に従いコントラストシグネチャを生成、比較してもよい。

本発明の幾つかの実施形態によれば、用いる１個又は複数個のイメージングパラメタの値を変えてウェハの画像群を取得することができる。即ち、コントローラ１１０によりイメージングシステム１００を制御することで、相継起する撮像動作間で１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させることができ、例えばそれにより形成される一連の画像を分析ユニット１０７に分析させることができる。即ち、例えばコントローラ１１０により偏光子１２０を制御することで、ある画像と別のそれとの間で輻射の偏向を変化させることができる。そのコントローラによりいずれかのレンズ又はウェハ支持器１０４の位置を制御すること、例えば対物レンズシステム１３５内レンズの相互位置又は対ウェハ支持器１０４位置を制御することで、その焦点を変化させること、ひいてはそれぞれ合焦度が異なる一連の画像を取得することができる。そのコントローラによりリングアパーチャ１２７の動作を制御することで、ある画像と別のそれとの間で数値開口を変化させることができる。そのリングアパーチャは、図７Ａ〜図７Ｃを参照し詳述されるダブルリングとして、実現することができる。本発明の幾つかの実施形態に従い変化させうる他のイメージングパラメタとしては、これに限られるものではないが、ウェハ照明用輻射の中心波長や、その輻射の帯域幅がある。本発明の幾つかの実施形態によれば、パラメタの組合せ方を変えることで、パラメタ組合せによるコントラストの変動を表現するコントラストシグネチャを生成することも可能である。

また、図１Ｂに示すように、本発明の幾つかの実施形態に係る照明システム２００は輻射源２０３を備えている。これは、いわゆる当業者にとり既知で好適ないずれの輻射源でもよい。本発明の幾つかの実施形態によれば、輻射源２０３に、その波長及び／又は帯域幅が異なる複数個の輻射源を具備させることができ、そのうち１個又は複数個を選択することで、例えば、製品又はターゲット照明用波長及び／又は帯域幅を変化させることができる。

図１Ｂに示すように、輻射源２０３からの輻射は一連のレンズ２１０〜２１４及びフィルタ２２０〜２２５を経て光ファイバ１０９へと通される。照明システム２００を適宜動作させることで１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させることができ、例えば輻射源２０３を照明源として用い撮像装置により撮影される画像中に、例えばパラメタを変化させることで変化を引き起こすことができる。照明システムを制御することで変化させうるイメージングパラメタの一例は、その輻射の波長である。ウェハ製造制御システムには可変波長照明システムを設けることができ、その場合には、本発明の幾つかの実施形態を、既存システム例えば既存ハードウェアを新規要領で動作させることで実現することができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、その動作によりイメージング対象ウェハ照明用の輻射の波長を変化させうる部材／コンポーネントを有する、新規なハードウェア又はソフトウェアを設けることもできる。

図１Ｂに描いたシステム内のフィルタ２２２〜２２５は、既存のウェハ製造制御システム内のフィルタ群、例えばバンドパスフィルタ及びグラディエントフィルタにより構成しうるものであり、いわゆる当業者にとりその機能は既知であろう。フィルタ２２０及び２２１を用いることで、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージングシステム１００に送給される輻射の波長を変化させることができ、これは例えばフィルタ２２２〜２２５では果たせないことである。

実際上、照明システムにて様々な要領で偏向された輻射を用いてもよく、そうした場合には、別様に偏向された輻射を別々のチャネルに沿い輻射源２０３から光ファイバ１０９へと伝えればよい。簡略さに鑑み図１Ｂには１チャネルしか描かれていないが、察せられる通り、実際のシステムでは偏向の個数に従い多数のチャネルが設けられうる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、製品例えばウェハ１０３を照明するのに用いられる輻射の波長を、何らかの既知な波長変化要領にて変化させることができる。本発明の幾つかの実施形態に係るシステムには、より広帯域な光源からの光のうちある狭い波長帯をフィルタリングする機械装置を組み込むことができる。例えば、広帯域輻射源をプリズムにより機械的に分散させ、それらのなかから、ある特定波長帯内又は色の光を、例えばシャッタ機構を用い機械的に選択してもよい。図１Ｂに示した例にて、フィルタ２２０，２２１をそれぞれハイパス，ローパスフィルタとすればよい。これに加え又は代え、フィルタ２２０及び２２１を本件技術分野で既知な如く可調なものとし、それにより輻射の波長を変化させてもよい。

光学分野でのいわゆる当業者には察せられる通り、図１Ａ及び図１Ｂに示されている諸部材のうち幾つか、例えばレンズ及びビームスプリッタの順序を変化させてもよく、それでもなお本システムを本願記載の如く動作させることができる。とりわけ、イメージングシステム１００の構成部材のうち描かれている幾つかで照明システム２００の一部分を形成することや、照明システム２００の構成部材のうち幾つかでイメージングシステム１００の一部分を形成することができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、製造プロセス内のある特定の点に来た特定のウェハ又はウェハエリアに関し、あるイメージングパラメタによる画像コントラストの変動を分析することで、コントラストシグネチャを生成することができる。その製造プロセス内の同じ点に来た別のウェハのうち対応するエリアに関し、同じ要領でコントラストシグネチャを生成することができる。それらコントラストシグネチャを比較することで、その製造プロセスにおける変動を識別することができる。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の幾つかの実施形態に係るコントラストの使用を説明することを目的とした描図である。

図２Ａは、オーバレイ計測を目的としてウェハ上に設けることができ、本件技術分野で既知な種類の計量ターゲットの画像である。図２Ｂは図２Ａ中の部品２５０、例えば特定の層に関連付けうるもののの拡大図である。図２Ｂ中に見られるように、この部品は、概ね二値（「黒」と「白」）間で視覚的発振を呈している。図２Ｃはターゲット部品２５０の一次元表現、別称「カーネル」であり、図２Ｂの画像のロー（その部品の向き次第ではカラム、より一般には注目領域）同士を加算することで形成されている。カーネル例えば図２Ｃに示されているそれは、最高強度Ｉ＿ｍａｘ及び最低強度Ｉ＿ｍｉｎに対応し山及び谷からなる構造を呈している。

反復パターンのコントラストは、そのパターンの可視性の物差しである。標準的なコントラスト定量又は計測手法は「マイケルソンコントラスト」定義
コントラスト＝（Ｉ＿ｍａｘ−Ｉ＿ｍｉｎ）／（Ｉ＿ｍａｘ＋Ｉ＿ｍｉｎ） （１）
によるものであり、式中のＩ＿ｍａｘ及びＩ＿ｍｉｎは最高輝度及び最低輝度を表している。この等式に従いコントラストを定量することで、コントラストについての絶対的な物差しがもたらされる。

本発明の幾つかの実施形態の目的からすれば、コントラストに正又は負なる符号又は方向を割り当てることが有用である。本願ではそうしたものを「符号付コントラスト」と呼んでおり、本願詳述の如く、「コントラスト反転」の識別において有用である。例えば、それら山及び谷の配列が、１個目がＩ＿ｍａｘとなるものであるなら、そのマイケルソンコントラストに符号＋を割り当てればよい。１個目の山又は谷がＩ＿ｍｉｎであるなら、そのマイケルソンコントラストに符号−を割り当てればよい。即ち、本願記載の発明のいずれの実施形態でも、コントラストシグネチャにより、付随的に、コントラストの符号又は方向を指し示すことができる。言い換えれば、コントラストシグネチャにより、コントラストの絶対値又は率よりは寧ろ、符号付コントラストにおける変動を指し示すことができる。

コントラスト計測結果に対する上述の如き＋又は−の割当は、幾つかあるコントラスト計測結果区別手段の一つである。他のどのような区別方式を用いてもよい。符号付コントラストにより、コントラストが正なのか負なのかが示されるため、それを用いることで、コントラストが正から負へ又はその逆へと変化するところであるコントラスト反転を本願詳論の如く識別することができる。

本発明の実施形態は上掲の等式を用いたコントラストの定量に限定されない。コントラストの定量には幾通りかのやり方があり、それらのいずれを用いてもよい。

図２Ｂではある注目領域が看取されており、正又は負コントラストについての前掲の定義によれば正のコントラストを呈している。黒バー及び白バーが仮に逆であれば、これは負のコントラストと判別されよう。全カーネルの原本に逆の符号を付けることが反転だとすれば、正値及び負値は逆様にも割り当てられうる。

画像のコントラストは図１Ａ及び図１Ｂを参照して論じたイメージングパラメタに依存しており、これに限られるものではないが照明の子細例えば数値開口、偏向、空間コンテンツ（例．バーの配列）、色（波長及び帯域幅による特徴付けが可能なスペクトル分布として大まかには定義されうる）がそれに含まれる。判明しているところによれば、ある種の半導体製造プロセス内変動により、コントラスト・イメージングパラメタ間関係に差異が生じる。従って、本発明の幾つかの実施形態に従い、その関係をあるウェハに関し判別すること及びその判別を別のウェハに関し判別することで、プロセスにて変動が生じたか否かを判別することができる。その関係の判別は、ウェハ又はウェハエリアに係るコントラストシグネチャであり、少なくとも１個のイメージングパラメタに対する画像内コントラストの変動を表現するものを生成することで、行うことができる。

そのコントラストシグネチャにより、少なくとも１個のイメージングパラメタに対する画像内コントラストの変動を表現することができる。その表現はグラフィカルなもの、例えばマップ又はグラフでもよく、本発明の幾つかの実施形態に従いそれをユーザ向けに表示してもよい。これに加え又は代え、そのシグネチャを数学的表現、例えばベクトル若しくは等式又はその他の数式としてもよい。コントラストシグネチャは、他のコントラストシグネチャと比較しうるものならどのような形態でもよく、例えば、これに限られるものではないがユーザが視覚的に比較するのでも情報処理システム内プロセッサにより比較するのでもよい。

コントラストシグネチャは、その生成元画像の撮影時点又は期間のウェハに特有でありうる。

コントラストシグネチャは１個又は複数個の特徴を備えうるものであり、本発明の幾つかの実施形態によれば、プロセス変動の識別に際し、そのコントラストシグネチャ内の１個又は複数個の特徴における差異、例えばシグネチャ同士の比較により検出可能なシフトを検出することができる。例えば、コントラストシグネチャがグラフを構成している場合、その特徴は山、谷又はゼロクロス点で構成されうる。イメージングパラメタが焦点たる具体例では、コントラスト反転によりそのシグネチャ内に特徴が生じうる。相互比較に用いうる他のコントラストシグネチャ内特徴としては、これに限られるものではないが、コントラスト／符号付コントラストの最大勾配位置、最大コントラスト位置或いはある特定のコントラスト値（即ちそのコントラストの輪郭）、並びに「テンプレート」特徴によるコントラストマップについての他のあらゆる特徴記述があろう。

コントラスト反転は、画像がデフォーカスした結果として周期的特徴が反転を被るという既知の効果であり、例えば図２Ｂの例では、黒縞が白に変わりそれと同時に白縞が黒に変わることをいう。デフォーカスの進行に伴うコントラストの変化は連続的であるので、黒，白双方がグレーに変化する点、即ちコントラストが０になる点が存在する。それがコントラスト反転点である。図１Ａに示すように、デフォーカスは、例えば対物レンズシステム１３５・ウェハ１０３間距離を変化させることで成し遂げることができる。最初の距離を図２Ｂに示す画像の生成に適する距離とし、その距離を連続的に増加又は低減させればよく、いずれにせよある特定の距離にて画像中にコントラスト反転を発生させることができる。

図３Ａ〜図３Ｃには、本発明の諸実施形態であり、２個のイメージングパラメタを変化させた画像群からコントラストシグネチャを生成しうるものが描かれている。図示されている具体的な実施形態における、それら２個のイメージングパラメタは、焦点、例えば変化する光学部材間距離を以て計測したものと、波長とである。複数個のイメージングパラメタの様々な値を用いた画像群の取得例えば撮影は、様々な要領で実現することができる。例えば、部材間距離を設定し、様々な波長にて画像を取得し、その部材間距離を増大させて、様々な波長での画像取得を繰り返せばよい。図１に示すように、照明システム２００及びイメージングシステム１００の動作を制御するコントローラ１１０により、イメージングパラメタのこうした変動を制御することができる。プロセス全体を通じ、ウェハを横方向に沿い静止させること、例えば横方向には動かないようにすることで、確と、各画像をそのウェハの同部分の画像にすることができる。後刻、例えば数枚のウェハが同じプロセスまで製造され終えた後に、そのプロセス内の同じ段階にて同じプロセスに供される同様のウェハに対し、このプロセスを繰り返すことで、プロセス変動が生じたか否かを判別することができる。

２個のイメージングパラメタの様々な値にて画像が得られた後は、イメージングパラメタ及びコントラストを３個の次元とする三次元マップの形態でコントラストシグネチャを生成すること、例えばそのマップのｘ軸及びｙ軸をイメージングパラメタとすること並びにコントラストをもう一つの次元例えばｚ軸で表現することや、色表現により或いはその他の何らかの要領で表現することができる。図３Ａには、そうしたマップの模式例として、イメージングパラメタが照明波長及び焦点であり、その焦点が例えば距離により定められていて、コントラストが第３軸、図示例ではグレースケールにて表現されるものが、示されている。その結果が輪郭マップである。本発明の他の諸実施形態では、これとは別のイメージングパラメタを変化させ、ひいては当該別のイメージングパラメタが軸上に示されることもある。

察せられる通り、本発明の幾つかの実施形態によれば、図３Ａに示した種類の輪郭マップ、或いは他の何らかの三次元表現を、同じ製造段階にて別のウェハの対応するエリアの画像から生成された別のそれと比較し、それら２枚のウェハの製造間におけるプロセス変動を識別することができる。言い換えれば、図３Ａに示した種類のマップ又は三次元表現を、コントラストシグネチャとして働かせることができる。相関技術を初め、画像比較に係るいずれの既知技術を用い、プロセス変動を識別してもよい。

本発明の幾つかの実施形態によれば、コントラストシグネチャを比較目的で簡略化することができる。図３Ｂのマップではコントラスト反転曲線が追記されている。それらは、本願中の他個所にて述べた通り、コントラストが反転した諸点に相当している。図３Ｂの模式例ではコントラスト反転曲線が直線である。図３Ｃたるグラフにはコントラスト反転線のみが示されており、他のコントラストデータが除去されている。

図４Ａ〜図４Ｃには、コントラストシグネチャからプロセス変動をどのようにして識別すればよいかが、模式的に描かれている。僅かなプロセス変動、例えば半導体ウェハ製造プロセスにて生じるかもしれないそれが、ウェハ表面又はウェハ表面の一部分に係るコントラストシグネチャの変化をもたらすことがある。同じことは他の製造プロセスでも生じうる。そのシグネチャ変化の性質は変動の種類に関係しうる。例えば、コントラストシグネチャが図３Ｃに示した種類のグラフである場合、幾ばくかのプロセス変動により、１個又は複数個のイメージングパラメタに対するコントラストシグネチャの特徴のシフトが生じることがある。

図４Ａは図３Ｃのグラフに対応するグラフである。プロセス変動がある特定の種類であると、イメージングパラメタ例えば波長に対するコントラスト反転曲線のシフトが生じ、図４Ｂに示す新たな位置になることがある。その変動にさらされるプロセスにより生産されたウェハに関し生成される符号付コントラストシグネチャは、図４Ｃに示した如き外見になろう。図４Ａ及び図４Ｃのコントラストシグネチャを速やかに、例えば情報処理システムにて自動的に比較することで、そのプロセス変動、例えば後刻の矯正動作が必要なそれを識別することができる。

注記すべきことに、本発明の実施形態は、経時的に生じうるプロセス変動、例えば機械に備わる部品の摩耗によるそれの識別に限定されない。本発明の諸実施形態を用い、同時に生起するプロセス、例えば並列稼働するプロセスにおける変動即ちそれらプロセス間の差異を、識別することもできる。

コントラストシグネチャを、単一のイメージングパラメタによるコントラストの変動に基づき生成してもよい。一例が図５Ａ〜図５Ｃに示されている。図５Ａは照明波長によるコントラストの変動を示すグラフであり、それによりコントラストシグネチャを形成することができる。この例では、コントラストが正であるのかそれとも負であるのかが所定のグレーレベルを基準にして示される要領で、符号付コントラストが求められている。図５Ａは、図４Ａのマップから導出されうるグラフを近似したものである。図４Ａ及び図５Ａの比較で察せられる通り、図５Ａのゼロクロス点は図４Ａのコントラスト反転線に相当している。

図４Ａ〜図４Ｃのマップと同様、図５Ａに示されているコントラストシグネチャも、１個又は複数個の特徴に還元することができる。図５Ｂでは図５Ａのグラフ上にゼロクロス点が示されており、図５Ｃにはコントラストシグネチャの形成に十分たりうるそれらゼロクロス点のみが示されている。これらゼロクロス点は、コントラスト反転曲線と同じ態要領にて、ウェハと別のそれとの間でシフトしうるので、それを用いプロセス変動を識別することができる。

図５Ｂから看取しうるように、コントラスト反転が生じる厳密な位置は、とりわけ、イメージングパラメタにおける変化に対し敏感である。小規模な波長変化でも大規模なコントラスト変化につながるであろう。同様のことは、グラフ又はマップ上のエリアのうち、コントラストの変化速度が相対的に高いエリア全てに当てはまる。従って、変化速度が高い点又はエリア例えばコントラスト反転点を、あるシグネチャと別のそれとの比較向けに選択することで、コントラストシグネチャにおける差異の高感度計測が実現されるので、それを用いプロセスにおける僅かな変動を識別することができる。

変化に対し最も敏感な照明パラメタにおける関心事は、高コントラスト画像が望ましくてコントラストに対する影響が最小になるようイメージングパラメタが選択されうるオーバレイ計測技術に対し、対照的である。例えば、やはり図５Ｂに示すように、オーバレイ計測向け画像撮影用波長の選択が、グラフ内のいずれかの山、即ち波長によるコントラストの変化速度が最低になるところとされがちである。

本発明の幾つかの実施形態によれば、コントラストシグネチャの使用を通じたプロセス変動の識別を用いることで、これに限られるものではないが層厚における変動、素材の光学特性例えば屈折率における変動等、オーバレイ計測では検出可能でないプロセス変動を識別することができる。

図６は本発明の幾つかの実施形態に係る方法のフローチャートである。図６の方法は動作６００にて始まっており、第１製品製造中の所定段階にて１個又は複数個のイメージングパラメタ、例えば焦点、波長又はその双方の様々な値を用い、その製品のうちあるエリアの画像群が取得されている。ここで語「第１」、「第２」等々を用いているのは、単に、ある製品を別の製品から区別するためであり、必ずしも何らかの時間的順序その他の序列を示唆するものではない。この画像群を動作６０５にて分析することで、第１製品に係る第１コントラストシグネチャであり、前記１個又は複数個のイメージングパラメタによるコントラストの変動を表現するものが生成される。

第２製品製造中の同じ所定段階、例えば第１製品の製造と相前後しており又は並行的に実行される段階では、同じく前記１個又は複数個のイメージングパラメタの様々な値を用い、動作６１０にて別の画像取得動作が実行される。動作６１０にて得られた画像群を動作６１５にて分析することで、第２製品に係り前記１個又は複数個のイメージングパラメタによるコントラストの変動を示す第２コントラストシグネチャが生成される。

本発明の幾つかの実施形態によれば、それら製品がロットをなし製造され、第１及び第２製品が別々のロットに属するものとされる。

それらコントラストシグネチャを動作６２０にて比較することで、第１及び第２製品の製造間でプロセスにて変動が生じたか否かが識別される。本発明の幾つかの実施形態によれば、所定規模を上回るプロセス変動が識別された場合に、警報を生成することができる。例えば、それらコントラストシグネチャ内の１個又は複数個の特徴の位置における差異等、コントラストシグネチャにおける差異を所定のしきい値と比較し、その差異がそのしきい値を上回っている場合に警報を生成すればよい。

本発明の諸実施形態を用いることで、プロセス変動の進行を監視し、例えばその進行を経時的にプロットすることもできる。これは、その後、これに限られるものではないがエッチング中のウェハ温度等といったプロセス制御パラメタに対し、例えばグラフによって関連付けることができる。これを用い変動の根本原因を分析することができる。

カメラ１０５による画像の取得はコントローラ１１０の動作下で実行することができ、その分析は分析ユニット１０７にて、あるいはコントローラ１１０による制御の下で実行することができる。既存システムを修正することで本発明の幾つかの実施形態に係る方法を実施することも可能であろう。従って、製品製造システム内コントローラにて実行されその実行によりそのシステムを本願記載の諸方法に従い動作させる命令群が組み込まれた一時的又は非一時的コンピュータ可読媒体により、本発明の幾つかの実施形態を構成することができる。

動作６００〜６２０を、第１及び第２ウェハの様々な対の製造中に実行することで、潜在的な製造プロセス変動を定期的に監視することができる。

図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の幾つかの実施形態に係る可変イメージングパラメタとしての数値開口の使用を描いた模式図である。例えば、図６との関連で言及したイメージングパラメタを、数値開口とすることができる。図７Ａに示す平行化輻射ビーム７００は、レンズ７１０により、ウェハ例えばウェハ１０３に備わる層７１４の表面７１２上に合焦されている。この図から明らかな通り、その輻射の層７１４内経路長は入射角に依存している。その表面に直交する方向からその層に入射した輻射が最短層内経路を呈し、ビーム７００の中心から外方に行くにつれ経路長が増大している。

光学システムにおける数値開口により、そのシステムの任意部分を通る輻射ビームの比率を規定することができる。即ち、数値開口を変えてその輻射ビームの一部分を除外することができる。数値開口を変えることには、製品の表面上における輻射の入射角域を変化させる効果を持たせることができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、動作６０５にて変化させるイメージングパラメタに、製品の表面上における輻射の入射角又は入射角域を含め、例えば数値開口を変えることでそれを変化させることにより、入射角域を制限することができる。その変化を用い、本願記載の波長の変化と同じ形態にて様々なコントラストシグネチャを生成することができる。

入射角域の制限により、直交方向を除く角度域に亘り、環状ビームを形成する入射輻射を生成することができる。図７Ｂ及び図７Ｃには、図７Ａと同じ配列だが、ビーム７００がそれぞれ別々の半径Ｒ１，Ｒ２を有し且つそれぞれ等値たりうる幅Ａ１，Ａ２を有する環状ビーム７２０，７３０へと削減されたものが、描かれている。ビーム７２０の層７１４内最長経路長Ｐ１は、ビーム７３０の層７１４内最長経路長Ｐ２よりも長い。いわゆる当業者には察せられるように、例えば半導体製造に際し極薄ターゲット内経路長を変化させることには、入射輻射の波長を変えるのと同様の効果を持たせることができる。従って、入射角の変化を用いることで、図３Ａ〜図３Ｃに示したそれに類するコントラストシグネチャを生成することができる。

本願中の他個所で注記した通り、波長及びアパーチャ又は入射角以外のイメージングパラメタを本発明の諸実施形態に従い変化させてコントラストシグネチャを生成してもよい。

本発明の幾つかの実施形態に係るシステム及び方法を用いることで、プロセス変動を識別することができ、更にそれを調べて必要に応じ均すことができる。例えば、イメージングパラメタに対するコントラスト反転のシフト量等といった変動を定量できるので、変動の量がしきい値を上回ることを以て要検討と判別することができる。変動の性質がコントラストシグネチャにおける差異から直ちに判明しないことがあるので、コントラストシグネチャ取得元製品のうち一方又は双方に対する付加的な計測を実行してその変動が何なのかを判別することが、必要となることもある。

とはいえ、その変動の性質、例えば層厚における増加又は減少がひとたび判別されたなら、それを用いて知識バンクを構築してコントラストシグネチャにおける差異の種類をプロセス変動の種類に関連付けることができ、ことによるとコントラストシグネチャにおける差異の量をそのプロセスにおける何らかの量的変動例えば層厚に関連付けることもできる。識別しうる他のプロセス変動としては、これに限られるものではないが、層の組成及び層の光学パラメタがある。本発明の幾つかの実施形態によれば、プロセス変動を、例えば、所定のしきい値より大きな量のコントラストシグネチャ変化から識別することができる。付随的にはプロセス変動の識別に応じ警報を生成することができ、それにより例えば矯正動作を開始するようオペレータ例えば人間に督促することができる。

プロセス変動の識別後に、製品に対する１回又は複数回の計測を実行してその変動の性質を判別してもよい。その判別結果を用い、爾後のプロセスにて識別される変動の性質を自動識別してもよい。即ち、本発明の幾つかの実施形態によれば、コントラストシグネチャにおける差異からプロセス変動の性質を自動判別することができる。これに加え又は代え、コントラストシグネチャにおける差異の量から変動の量を判別してもよい。本願で論じられた差異の一つはコントラスト反転におけるシフトである。本発明の実施形態はこうした差異に限定されるものではなく、コントラストシグネチャにおける他の差異を識別し、製造プロセスにおける他の変動にその原因を帰着させてもよい。先行方法に由来する履歴データを用いることで、様々な種類の、またことによると様々な量のコントラストシグネチャにおける差異の原因を、様々な種類の、またことによると様々な量のプロセス変動に、帰着させることができる。本発明の幾つかの実施形態に従い機械学習を用いることで、差異原因の変動への帰着の信頼性を改善することができる。

本発明の諸態様について上述するに当たり、本発明の諸実施形態に係る方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート描写及び／又は部分図を参照した。理解し得るように、それらフローチャート描写及び／又は部分図の各部分、並びにそれらフローチャート描写及び／又は部分図の諸部分の組合せを、コンピュータプログラム命令により実現することができる。それらコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ、専用コンピュータその他、プログラマブルなデータ処理装置のプロセッサに供給することでマシンを作成し、それらの命令をそのコンピュータその他のプログラマブルなデータ処理装置に備わるプロセッサにより実行させることで、そのフローチャート及び／又は部分図或いはその諸部分にて特定されている機能／動作を実施する手段を、生成することができる。

それらコンピュータプログラム命令はコンピュータ可読媒体内に格納することができ、それによりコンピュータ、他のプログラマブルなデータ処理装置又はその他の装置に指令して特定要領で機能させることができるので、そのコンピュータ可読媒体内に格納されている命令により、そのフローチャート及び／又は部分図或いはその諸部分にて特定されている機能／動作を実現する命令入りの産品を提供することができる。

それらコンピュータプログラム命令はコンピュータ、他のプログラマブルなデータ処理装置又はその他の装置上にロードすることができ、それによりそのコンピュータ、他のプログラマブルな装置又はその他の装置上で一連の動作ステップを実行させることでコンピュータ実施プロセスを提供することができ、ひいては、そのコンピュータその他のプログラマブルな装置上で実行される命令により、そのフローチャート及び／又は部分図或いはその諸部分にて特定されている機能／動作を実施するプロセスを提供することができる。

上掲のフローチャート及び図面には、本発明の諸実施形態に係るシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の潜在的実現形態のアーキテクチャ、機能及び動作が描かれている。ここに、そのフローチャート又は部分図の各部分で、モジュール、セグメント又はコード部分であり、その特定の論理機能（群）を実施すべく可実行命令１個又は複数個で構成されたものを、表現することができる。これも注記すべきことに、幾つかの代替的実現形態では、その部分に記されている諸機能がそれらの図に記されている順序以外の順序で生起することがある。例えば、相次いで示されている二部分が実際にはほぼ同時に実行されることも、それらの部分がときとして逆の順序で実行されることもあり得、これは関連する機能により左右される。やはり注記されることに、それら部分図及び／又はフローチャート描写の各部分、並びにそれら部分図及び／又はフローチャート描写の諸部分の組合せを、特定の諸機能又は動作を実行する専用ハードウェアベースシステムにより、或いは専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組合せにより実施することができる。

上掲の記述における一実施形態とは本発明の一例又は一実現形態のことである。「ある実施形態」、「一実施形態」、「ある種の実施形態」又は「幾つかの実施形態」なる様々な外見が必ずしも全て同じ実施形態を指すとは限らない。本発明の諸特徴が単一実施形態の文脈にて記述されているところもあるが、そうした諸特徴を個別に提供してもよいし、何らかの好適な組合せで提供してもよい。逆に、本願では明瞭性を踏まえ本発明が区々な諸実施形態の文脈で記述されているところもあるが、その発明を単一実施形態の態で実現してもよい。本発明の実施形態によっては、先に開示した様々な実施形態から諸特徴が取り入れられることもあるし、実施形態によっては、先に開示した他の諸実施形態から諸要素が取り入れられることもある。本発明の構成要素の開示がある特定の実施形態の文脈によるものであっても、それらの使用がその特定の実施形態のみに限定されるものと捉えるべきではない。更に、理解し得るように、本発明は様々な手法で実行又は実施することができ、且つ本発明は上掲の記述にて概論したもの以外のある種の諸実施形態に従い実施することができる。

本発明は、それらの図面やそれに対応する記述に限定されるものではない。例えば、フローが図示ボックス又は状態それぞれを通過する必要も、図示及び記述と厳密に同じ順序で通過する必要もない。本願にて用いられている技術用語及び科学用語の意味は、別様に定義されているのでない限り、本発明が属する分野におけるいわゆる当業者によるそれ通り、一般に理解されるべきである。本発明について少数の実施形態との関連で述べたが、それらを本発明の技術的範囲に対する限定事項として解すべきではなく、寧ろその好適諸実施形態のうち幾つかの例示として解すべきである。他の潜在的な変形、修正及び応用もまた本発明の技術的範囲に属する。このように、本発明の技術的範囲は、ここまでに述べられたことにより限定されるべきではなく、添付する特許請求の範囲及びそれらの法的均等物により限定されるべきものである。

Claims (17)

1. 製品製造プロセス中におけるプロセス変動を識別する方法であって、
   第１製品製造中の所定段階にて、
   イメージングシステムによって、少なくとも１個のイメージングパラメタの様々な値を用い、前記第１製品のうちあるエリアの画像群を取得するステップと、
   前記第１製品の前記エリアのそれら画像群を分析することで、前記少なくとも１個のイメージングパラメタによる、前記第１製品の前記エリアの前記画像群のコントラストの周期的変動パターンを表現する、前記第１製品に対する第１コントラストシグネチャを生成するステップと、
   第２製品製造中の前記所定段階にて、
   前記少なくとも１個のイメージングパラメタの様々な値を用い、前記第２製品のうち、前記第１製品の前記エリアに対応するエリアの画像群を取得するステップと、
   前記第２製品の前記エリアのそれら画像を分析することで、前記少なくとも１個のイメージングパラメタによる、前記第２製品の前記エリアの前記画像群のコントラストの周期的変動パターンを表現する、前記第２製品に対する第２コントラストシグネチャを生成するステップと、
   前記第１及び第２コントラストシグネチャを比較することで、前記第１及び第２製品の製造間でプロセスにて変動が生じたか否かを識別するステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１個のイメージングパラメタが、
   前記イメージングシステムの開口数、
   イメージング輻射の波長、
   前記イメージングシステムの焦点、
   前記イメージング輻射の偏向、
   のうちいずれか１個又は複数個を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記識別ステップが、前記第１及び第２コントラストシグネチャにおける１個又は複数個の特徴の、前記少なくとも１個のイメージングパラメタに対するシフトを検出するステップ、を含む方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１個のイメージングパラメタが２個のイメージングパラメタを含む方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記２個のイメージングパラメタが前記イメージングシステムの焦点及びイメージング輻射の波長を含む方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、前記識別ステップが、前記第１及び第２コントラストシグネチャにおける１個又は複数個の特徴の、前記少なくとも１個のイメージングパラメタに対するシフトを検出するステップ、を含む方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記識別ステップが、前記第１及び第２コントラストシグネチャにおける１個又は複数個の特徴の、前記少なくとも１個のイメージングパラメタに対するシフトを検出するステップ、を含む方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記第１及び第２コントラストシグネチャがそれぞれコントラストマップを含む方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記第１及び第２コントラストシグネチャが１個又は複数個の特徴を有し、前記１個又は複数個の特徴が、コントラストの変化率が最高となる前記少なくとも１個のイメージングパラメタの値を含む、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記分析ステップが、コントラストの測定値に符号を割り当てることにより、前記第１及び第２コントラストシグネチャがコントラスト反転を識別するステップを有する方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、第１及び第２コントラストシグネチャが１個又は複数個の特徴を有し、前記１個又は複数個の特徴が、前記コントラストが正から負、または負から正に変化する前記少なくとも１個のイメージングパラメタの値を含む方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、前記エリアにオーバレイ計測用のターゲットが備わる方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、前記ターゲットが回折格子を有する方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、前記第１および第２製品がロットをなし製造され、前記第１及び第２製品が別々のロットに属する方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、さらなる第１及び第２製品の製造中に前記取得ステップ、分析ステップ及び比較ステップを反復するステップを有し、それにより潜在的製造プロセス変動を定期的に監視する方法。
16. 請求項１に記載の方法であって、前記第１および第２製品が半導体ウェハである方法。
17. 製品製造プロセス中におけるプロセス変動を識別するシステムであって、
    照明システム及びイメージングシステムを備え、その照明システムが輻射源を有し、そのイメージングシステムが、その照明システムからの輻射を製品の表面に向かわせ且つその製品で反射された輻射源由来の輻射を受け取りその製品の画像を生成するよう配置され、
    前記イメージングシステム、前記照明システム又はその双方を制御することで、少なくとも１個のイメージングパラメタの様々な値を用い所定製造段階における第１及び第２製品の画像群を得るよう配置された制御ユニットを備え、
    前記画像を分析することで、前記少なくとも１個のイメージングパラメタによるコントラストの周期的変動パターンを表現する前記第１及び第２製品に対するそれぞれのコントラストシグネチャを生成するよう、且つ、前記第１及び第２コントラストシグネチャを比較することで、前記第１及び第２製品の製造間でプロセスにて変動が生じたか否かを識別するよう、構成された画像分析ユニットを備える、システム。

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