JP7153147B2

JP7153147B2 - 半導体デバイスの位置ずれ測定方法及び装置

Info

Publication number: JP7153147B2
Application number: JP2021577151A
Authority: JP
Inventors: ロイエボルコビチ; イドドレブ
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: US20210149314A1; EP3942600A4; US10928739B2; EP3942600A1; TW202043739A; TWI820292B; JP2022530711A; US20200271596A1; WO2020176117A1; US11226566B2

Description

本発明は、計測の分野に関し、より詳細には、計測レシピのセットアップおよび測定手順に関する。

関連出願の参照
２０１９年２月２２日に出願されたＰＵＰＩＬＢＡＳＥＲＥＳＩＤＵＡＬＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮと題する米国仮特許出願第６２／８０８９９５号が参照され、その開示を本願に引用して援用し、その優先権を本明細書により主張する。

計測のための様々なタイプのデバイス、ならびに計測レシピのセットアップおよび測定手順が知られている。

米国特許出願公開第２０１７／０２５５１８８号

本発明は、計測のための、より詳細には計測レシピのセットアップおよび測定手順のための改善された方法を提供することを目的とする。

したがって、本発明の好ましい実施形態によると、半導体デバイスの製造における位置ずれを測定する方法であって、多層半導体デバイスを用意するステップと、スキャトロメトリ計測ツールを使用して多層半導体デバイス上の複数のサイトで位置ずれ測定を実行するステップと、位置ずれ測定のそれぞれについて生の位置ずれデータを受け取るステップと、位置ずれ測定のそれぞれについて生の位置ずれデータから、範囲外の生の位置ずれデータ点を除去することによってフィルタリングされた位置ずれデータを提供するステップと、フィルタリングされた位置ずれデータを使用して多層半導体デバイスの位置ずれをモデル化するステップと、多層半導体デバイスのモデル化された位置ずれから補正値を計算するステップと、補正値をスキャトロメトリ計測ツールに提供するステップと、その後、補正値に基づいてスキャトロメトリ計測ツールを再校正するステップと、再校正に続いてスキャトロメトリ計測ツールを使用して位置ずれを測定するステップと、を含む方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、範囲外の生の位置ずれデータ点は、対応するデータ点から３標準偏差を超えている。

好ましい実施形態によると、本方法はまた、位置ずれ測定値のそれぞれについて生の位置ずれデータをモデル化するステップを含み、対応するデータ点は、モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点を含む。追加的または代替的に、好ましい実施形態によると、本方法はまた、スキャトロメトリ計測ツールを使用して、多層半導体デバイス上の複数のサイトのそれぞれにおいて異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するステップを含み、対応するデータ点は、異なるパラメータを用いた位置ずれ測定のうちの少なくとも１つからの生の位置ずれデータ点を含む。追加的または代替的に、対応するデータ点は、範囲外の生の位置ずれデータ点を囲む生の位置ずれデータ点を含む。

好ましい実施形態によると、フィルタリングされた位置ずれデータはまた、置換位置ずれデータ点を含む。好ましい実施形態によると、置換位置ずれデータ点は、前記範囲外の生の位置ずれデータ点のそれぞれを囲む生の位置ずれデータ点の平均から生成される。追加的または代替的に、置換位置ずれデータ点は、前記多層半導体デバイス上の複数のサイトにおける追加のスキャトロメトリ位置ずれ測定から得られた対応する生の位置ずれデータ点から生成される。追加的または代替的に、好ましい実施形態によると、本方法はまた、位置ずれ測定値のそれぞれについて生の位置ずれデータをモデル化するステップを含み、置換位置ずれデータ点は、モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点から生成される。追加的または代替的に、好ましい実施形態によると、本方法はまた、スキャトロメトリ計測ツールを使用して、多層半導体デバイス上の複数のサイトのそれぞれにおいて異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するステップを含み、置換位置ずれデータ点は、異なるパラメータを用いた位置ずれ測定の少なくとも１つからの対応するデータ点から生成される。追加的または代替的に、好ましい実施形態によると、本方法は、スキャトロメトリ計測ツールを使用して、最初に用意された多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上の複数のサイトのうちの対応するサイトにおいて位置ずれ測定を実行するステップをさらに含み、置換位置ずれデータ点は、複数のサイトのうちの対応するサイトからの対応する生の位置ずれデータ点から生成される。

好ましい実施形態によると、再校正に続くスキャトロメトリ計測ツールを使用した位置ずれの測定は、多層半導体デバイス上で実行される。あるいは、好ましい実施形態によると、再校正に続くスキャトロメトリ計測ツールを使用した位置ずれの測定は、最初に用意された多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上で実行される。

好ましい実施形態によると、本方法は、リソグラフィツールに補正値を提供するステップをさらに含む。好ましい実施形態によると、本方法は、エッチングツールに補正値を提供することをさらに含む。

本発明は、図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解され、認識されるであろう。

多層半導体デバイス上の複数の測定サイトのうちの１つについての典型的な生の位置ずれデータを示す簡略化された瞳像である。図１Ａの生の位置ずれデータに対応する、典型的なモデル化された生の位置ずれデータを示す簡略化された瞳像である。図１Ａの生の位置ずれデータに対応する、典型的なフィルタリングされた位置ずれデータを示す簡略化された瞳像である。図１Ａの生の位置ずれデータに対応する、典型的な修正されフィルタリングされた位置ずれデータを示す簡略化された瞳像である。半導体デバイスの製造における位置ずれを測定する方法を示す簡略化された流れ図である。

ここで図１Ａを参照すると、この図は、多層半導体デバイス１３０上の複数の測定サイト１２０のうちの１つについての典型的な生の位置ずれデータ１１０を示す簡略化された瞳像１００である。図１Ａは、スクライブライン上にのみ測定サイト１２０を示すが、測定サイト１２０は、多層半導体デバイス１３０上の任意の場所に配置することができることを理解されたい。生の位置ずれデータ１１０は、複数の範囲外の生の位置ずれデータ点１４２を含む複数の生の位置ずれデータ点１４０を含むことに留意されたい。範囲外の生の位置ずれデータ点１４２は、とりわけ、機械学習、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２を囲む生の位置ずれデータ点１４０との比較、および異なるスキャトロメトリ位置ずれ測定パラメータの下で同じ測定サイト１２０で取得された生の位置ずれデータ点１４０間の比較を含む様々な仕方で特定することができることを理解されたい。好ましくは、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２は、それらが比較されるデータ点から３標準偏差を超える生の位置ずれデータ点１４０である。

次に、多層半導体デバイス１３０上の測定サイト１２０のうちの１つについての典型的なモデル化された生の位置ずれデータ１５０を示す簡略化された瞳像１４６である図１Ｂを参照する。モデル化された生の位置ずれデータ１５０は、複数のモデル化された生の位置ずれデータ点１５４を含むことに留意されたい。モデル化された生の位置ずれデータ１５０は、とりわけ、データフィッティングおよび物理学に基づく考察から、生の位置ずれデータ１１０から生成されることを理解されたい。モデル化された生の位置ずれデータ１５０は、同じモデルが全てのデータ点に使用される静的モデル手法から、またはモデルが各データ点に対して最適化され得る動的モデル手法から計算することができることに留意されたい。

モデル化された生の位置ずれデータ１５０を使用して、どの生の位置ずれデータ点１４０が範囲外の生の位置ずれデータ点１４２であるかを決定するのを助けることができることをさらに理解されたい。本発明の特定の実施形態では、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２は、対応するモデル化された生の位置ずれデータ点１５４から３標準偏差を超える生の位置ずれデータ点１４０である。

ここで図１Ｃを参照すると、この図は、生の位置ずれデータ１１０から範囲外の生の位置ずれデータ点１４２を除去することによって得られた典型的なフィルタリングされた位置ずれデータ１７０を示す簡略化された瞳像１６０である。典型的な修正されフィルタリングされた位置ずれデータ１９０を示す簡略化された瞳１８０である図１Ｄにおいて、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２は、置換位置ずれデータ点１９２によって置換されている。

置換位置ずれデータ点１９２は、任意の適切な置換位置ずれデータ点１９２であってもよく、とりわけ、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２のそれぞれを囲む生の位置ずれデータ点１４０の平均から生成された置換位置ずれデータ点１９２と、半導体デバイス１３０上の他の測定サイト１２０における追加のスキャトロメトリ位置ずれ測定から取得された対応する生の位置ずれデータ点１４０から生成された置換位置ずれデータ点１９２と、を含むことを理解されたい。

追加の適切な置換位置ずれデータ点１９２は、対応するモデル化された生の位置ずれデータ点１５４から生成された置換位置ずれデータ点１９２と、異なる測定パラメータを用いて取得された同じ測定サイト１２０の対応するスキャトロメトリ位置ずれ測定から生成された置換位置ずれデータ点１９２と、異なる多層半導体デバイス１３０上の対応する測定サイト１２０における追加のスキャトロメトリ位置ずれ測定から取得された対応する生の位置ずれデータ点１４０から生成された置換位置ずれデータ点１９２と、を含む。

ここで、半導体デバイスの製造における位置ずれを測定するのに有用な方法２００を示す簡略化された流れ図である図２を参照する。

第１のステップ２０２に見られるように、ユーザは、多層半導体デバイス１３０の製造において少なくとも１つの製造手順を実行する。このような製造手順は、とりわけ、リソグラフィ、エッチング、または研磨ステップを含むことができる。第１のステップ１０２の製造手順に続いて、スキャトロメトリ計測ツールを使用して、次のステップ２０４に見られるように、多層半導体デバイス１３０の複数の測定サイト１２０における様々な層の位置ずれを測定する。ステップ２０４で使用される典型的なスキャトロメトリ計測ツールは、米国カリフォルニア州ミルピタスのＫＬＡ－ＴｅｎｃｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＡＴＬ（商標）１００である。

次のステップ２０６に見られるように、ステップ２０４で得られた生の位置ずれデータ１１０が分析され、測定サイト１２０から得られた瞳像１００のそれぞれから範囲外の生の位置ずれデータ点１４２が除去され、フィルタリングされた位置ずれデータ１７０が記憶される。範囲外の生の位置ずれデータ点１４２の除去に続いて、次のステップ２０８において、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２を置換位置ずれデータ点１９２で置換すべきか否かが判定される。次のステップ２１０に見られるように、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２が置換される場合、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２は、置換位置ずれデータ点１９２によって置換され、修正されたフィルタリングされた位置ずれデータ１９０が記憶される。

範囲外の生の位置ずれデータ点１４２が置換されるか否かにかかわらず、方法２００は、次のステップ２１２に進み、多層半導体デバイス１３０全体の位置ずれがモデル化される。ステップ２１２で生成されたモデルは、範囲外の生の位置ずれデータ点１４２が置換されなかった場合にはフィルタリングされた位置ずれデータ１７０から、または範囲外の生の位置ずれデータ点１４２がステップ２１０で置換された場合には修正されたフィルタリングされた位置ずれデータ１９０から生成されることを理解されたい。

次のステップ２１４では、ステップ２１２で生成されたモデル化されたデータを使用して位置ずれ計測パラメータの補正値を計算し、次のステップ２１６では、ステップ２１４で計算された補正値を使用してステップ２０４のスキャトロメトリ計測ツールを再校正し、ステップ２０４で測定された多層半導体デバイス１３０の位置ずれをステップ２１４で最適化されたパラメータを使用して再測定するか、または異なる多層半導体デバイス１３０をステップ２１４で最適化されたパラメータを使用して測定する。

追加的または代替的に、ステップ２１４は、ステップ２０２の処理のための補正値を計算することを含み、ステップ２１６は、ステップ２１４において最適化されたパラメータを使用して多層半導体デバイス１３０を処理することを含む。このような処理は、とりわけ、リソグラフィステップまたはエッチングステップを含むことができ、ステップ２１４および２１６は、そのようなステップで使用されるリソグラフィツールまたはエッチングツールに補正値を提供することを含むことを理解されたい。

当業者であれば、本発明は、本明細書に特に示され記載されたものに限定されないことを理解されるであろう。本発明の範囲は、上述した様々な特徴の組合せおよび部分的組合せの両方、ならびそれらの変形を含み、これらは全て先行技術にはない。

Claims

半導体デバイスの製造における位置ずれを測定する方法であって、
多層半導体デバイスを用意するステップと、
スキャトロメトリ計測ツールを使用して、前記多層半導体デバイス上の複数のサイトで位置ずれ測定を行うステップと、
前記位置ずれ測定のそれぞれから生の位置ずれデータを受け取るステップと、
その後、前記位置ずれ測定のそれぞれからの前記生の位置ずれデータから、範囲外の生の位置ずれデータ点を除去することによって、フィルタリングされた位置ずれデータであって、置換位置ずれデータ点をさらに含むフィルタリングされた位置ずれデータを提供するステップと、
前記フィルタリングされた位置ずれデータを使用して、前記多層半導体デバイスの位置ずれをモデル化するステップと、
前記多層半導体デバイスについて前記モデル化された位置ずれから補正値を計算するステップと、
前記補正値を前記スキャトロメトリ計測ツールに提供するステップと、
その後、前記補正値に基づいて前記スキャトロメトリ計測ツールを再校正するステップと、
前記再校正に続いて前記スキャトロメトリ計測ツールを使用して位置ずれを測定するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記範囲外の生の位置ずれデータ点が、対応するデータ点から３標準偏差を超えていることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、前記位置ずれ測定のそれぞれについて前記生の位置ずれデータをモデル化するステップをさらに含み、前記対応するデータ点が、前記モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点を含むことを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、前記スキャトロメトリ計測ツールを使用して、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのそれぞれにおいて異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するステップをさらに含み、前記対応するデータ点が、異なるパラメータを用いた前記位置ずれ測定の少なくとも１つからの生の位置ずれデータ点を含むことを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、前記対応するデータ点が前記範囲外の生の位置ずれデータ点を囲む生の位置ずれデータ点を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記置換位置ずれデータ点が、前記範囲外の生の位置ずれデータ点のそれぞれを囲む生の位置ずれデータ点の平均値から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記置換位置ずれデータ点が、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトにおける追加のスキャトロメトリ位置ずれ測定から取得された対応する生の位置ずれデータ点から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記位置ずれ測定のそれぞれについて前記生の位置ずれデータをモデル化するステップをさらに含み、前記置換位置ずれデータ点が前記モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記スキャトロメトリ計測ツールを使用して、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのそれぞれにおいて異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するステップをさらに含み、前記置換位置ずれデータ点が、異なるパラメータを用いた前記位置ずれ測定の少なくとも１つからの対応するデータ点から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記スキャトロメトリ計測ツールを使用して、最初に用意された前記多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのうちの対応するサイトにおいて位置ずれ測定を実行するステップをさらに含み、前記置換位置ずれデータ点が、複数のサイトのうちの前記対応するサイトからの対応する生の位置ずれデータ点から生成されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記再校正に続く、前記スキャトロメトリ計測ツールを使用した位置ずれの前記測定が、前記多層半導体デバイス上で実行されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記再校正に続く、前記スキャトロメトリ計測ツールを使用した位置ずれの前記測定が、最初に用意された前記多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上で実行されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記補正値をリソグラフィツールに提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記補正値をエッチングツールに提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
半導体デバイスの製造における位置ずれを測定する装置であって、
スキャトロメトリ計測ツールを備え、
前記スキャトロメトリ計測ツールが、
多層半導体デバイス上の複数のサイトで位置ずれ測定を行うように構成され、前記位置ずれ測定のそれぞれが生の位置ずれデータを含み、
前記スキャトロメトリ計測ツールが、さらに、
前記位置ずれ測定のそれぞれからの前記生の位置ずれデータから、範囲外の生の位置ずれデータ点を除去することによって、フィルタリングされた位置ずれデータであって、置換位置ずれデータ点をさらに含むフィルタリングされた位置ずれデータを提供し、
前記フィルタリングされた位置ずれデータを使用して、前記多層半導体デバイスの位置ずれをモデル化し、
前記多層半導体デバイスについて前記モデル化された位置ずれから補正値を計算し、
前記補正値に基づいて再校正を実行し、
前記再校正に続いて位置ずれを測定する、
ように構成された、装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記範囲外の生の位置ずれデータ点が、対応するデータ点から３標準偏差を超えていることを特徴とする装置。
請求項１６に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールが、前記位置ずれ測定のそれぞれについて前記生の位置ずれデータをモデル化するようにさらに構成され、前記対応するデータ点が前記モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点を含むことを特徴とする装置。
請求項１６に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールが、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのそれぞれにおいて、異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するようにさらに構成され、前記対応するデータ点が、異なるパラメータを用いた前記位置ずれ測定の少なくとも１つからの生の位置ずれデータ点を含むことを特徴とする装置。
請求項１６に記載の装置であって、前記対応するデータ点が前記範囲外の生の位置ずれデータ点を囲む生の位置ずれデータ点を含むことを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記置換位置ずれデータ点が、前記範囲外の生の位置ずれデータ点のそれぞれを囲む生の位置ずれデータ点の平均値から生成されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記置換位置ずれデータ点が、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトにおける追加のスキャトロメトリ位置ずれ測定から取得された対応する生の位置ずれデータ点から生成されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールが、前記位置ずれ測定のそれぞれについて前記生の位置ずれデータをモデル化するようにさらに構成され、前記置換位置ずれデータ点が前記モデル化された生の位置ずれデータの対応するデータ点から生成されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールがさらに、前記多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのそれぞれにおいて異なるパラメータを用いて位置ずれ測定を実行するように構成され、前記置換位置ずれデータ点が、異なるパラメータを用いた前記位置ずれ測定の少なくとも１つからの対応するデータ点から生成されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールがさらに、最初に用意された前記多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上の前記複数のサイトのうちの対応するサイトにおいて位置ずれ測定を実行するように構成され、前記置換位置ずれデータ点が、複数のサイトのうちの前記対応するサイトからの対応する生の位置ずれデータ点から生成されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記再校正に続く前記位置ずれの測定が、前記多層半導体デバイス上で実行されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記再校正に続く前記位置ずれの測定が、最初に用意された前記多層半導体デバイスとは異なる多層半導体デバイス上で実行されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記位置ずれ測定の少なくとも１つが、瞳像から取得されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記位置ずれ測定のすべてが、１つ以上の瞳像から取得されることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールと電子接続されたリソグラフィツールをさらに備え、
前記リソグラフィツールが前記スキャトロメトリ計測ツールから前記補正値を受け取ることを特徴とする装置。
請求項１５に記載の装置であって、前記スキャトロメトリ計測ツールと電子接続されたエッチングツールをさらに備え、
前記エッチングツールが前記スキャトロメトリ計測ツールから前記補正値を受け取ることを特徴とする装置。