JPH08255751A - マイクロサイズ・パターンを特徴づけるための方法および配列 - Google Patents

マイクロサイズ・パターンを特徴づけるための方法および配列

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JPH08255751A
JPH08255751A JP8027567A JP2756796A JPH08255751A JP H08255751 A JPH08255751 A JP H08255751A JP 8027567 A JP8027567 A JP 8027567A JP 2756796 A JP2756796 A JP 2756796A JP H08255751 A JPH08255751 A JP H08255751A
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David H Ziger
ハワード ズィガー ディヴィッド
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    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
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    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は下の層の上に置かれたパターン化さ
れた材料の図案を特徴づけるための方法および装置を開
示する。 【解決手段】 上記の方法によれば、パターン化された
材料が、パターン化された材料が下の層より多くの光を
吸収し、下の層がパターン化された材料より多くの光を
反射するような範囲の波長を含む光で照射される。零に
近い反射光が測定され、反射率の測定値が反射光の波長
の関数としての反射光の強度のスペクトルとして、また
は波長の範囲の平均反射率として表される。反射率の測
定値は、パターン化された材料の図案と相互に関連づけ
ることができる。装置の配列は、上記の方法によるパタ
ーン化された材料の図案を特徴づけるために開示され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロサイズの
パターンを持つ層の図案を特徴づけること、特に、マイ
クロサイズ・パターンを持つ層の図案を特徴づけるため
に使用する光の照射に関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトリソグラフィの技法は、微細な装
置の図案をパターン化するためによく使用される。フォ
トリソグラフィの技法の代表的な用途としては、基板ま
たは他の装置の層の上にフォトレジストの層を置き、パ
ターン化マスクを通して適当な波長の放射線を使って露
出する方法がある。マスクに形成されているパターンに
従って、フォトレジストの層のある領域は露出され、他
の領域は露出されない。フォトレジストに光を照射する
とその溶解度が変化する。露出の後で、パターン化マス
クのパターンに従って装置の層の上のいろいろな部位に
できた「硬化した」フォトレジストの領域を残して、よ
り高い溶解度を持つフォトレジストの領域を除去するた
めに溶媒が使用される。
【０００３】硬化したフォトレジストは、そのすぐ下の
装置の層を保護し、一方、上記の保護された領域を取り
巻いている装置の層の保護されていない領域は、エッチ
ングまたは他のある種の適当な方法で除去される。装置
の層をエッチングした後で、硬化したフォトレジストが
除去される。このようにして、マスクの持つパターンに
従って、装置内に図案がつくられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】装置の仕様を正確に表
すような図案をつくるためには、フォトレジストの層に
正確にパターンを描かなければならないことは明かであ
る。それ故、種々の段階で、また周期的にフォトリソグ
ラフィの工程をモニターすることが望ましい。
【０００５】例えば、露出およびパターンの形成を行う
前に、フォトレジストの厚さを測定することが望まし
い。この測定は、３００−８００ナノメートル（ｎｍ）
の範囲の波長を持つ紫外線をフォトレジストに照射し、
反射光を測定することによって行うことができる。反射
光の測定値により、フォトレジストの厚さを知ることが
できる。反射光は、フォトレジストの厚さと相互に関連
づけることができる。この測定技術の一般的な原理は、
基板からの反射光の測定値は、フォトレジストのような
その上にある半透明な物質の互いに強め合う干渉および
互い打ち消し合う干渉によって変調を受けるという事実
に基づいている。チョプラ Ｋ．Ｌ．の「薄いフィルム
現象」（１９６９年マグローヒル社出版）の９９ページ
を参照されたい。反射スペクトルの周期数は、屈折率の
ような光学的特性を測定するのにも使用することができ
る。
【０００６】更に、フォトレジスト上にパターンを描い
た後で、測定を行っても良い。例えば、代表的な用途を
あげると、複数のフォトレジストのストライプを基板の
表面上に描くことができる。上記のストライプ間の間隔
は、硬化したフォトレジストによってカバーされた基板
の領域と、硬化したフォトレジストによってカバーされ
ていないフォトレジストの基板の領域が交互に存在する
ようにとられている。このことは、例えば、フォトレジ
ストのストライプの幅を測定する際に望ましいことであ
る。上記の測定は、通常走査電子顕微鏡検査（ＳＥＭ）
により行われる。
【０００７】上記の間隔を置いて配置されたストライプ
は、通常、ライン・アンド・スペース・パターンと呼ば
れている。このようなマイクロサイズのライン・アンド
・スペース・パターンは、半導体やガラスにレンズまた
は格子のような回折素子を形成したり、シリコン内の流
体が流れるマイクロチャンネルを形成したり、もっと一
般的にいうと、基板内に種々の機械的図案を作るのに役
に立つ。
【０００８】更に最近になって、スキャテロメトリーを
使用してパターンを測定する試みが行われた。この技術
においては、パターンに通常単一の波長を持つレーザー
などから光が当てられる。この光は、通常、垂直線から
ある角度でパターンに当てられる。パターンから反射し
た光は、種々の強さで反射する。すなわち、入射光から
みて種々の角度に反射する。いろいろな強さで反射され
た光の強さの測定が行われる。上記のデータは、ライン
・アンド・スペース・パターンのラインの幅のような、
パターンついての定量的情報を得るために使用すること
ができる。しかし、スキャテロメトリーは、パターンの
輪郭の変化、すなわち、ラインの高さの変化に非常に敏
感であり、反射した光をパターンの図案に関連づけるに
は、比較的高度の相関関係についての作業を必要とす
る。
【０００９】フォトリソグラフィ技術に関する特徴付け
の方法のその他の例、およびその方法を実施するのに適
している装置については、米国特許第５，３６３，１７
１号、第５，１８４，０２１号、第４，８６６，７８２
号および第４，７５７，２０７号に記載がある。上記の
特許および本明細書で引用するすべての文献の全体が、
参照という形で含まれている。
【００１０】このように、反射光を使用して、パターン
化したフォトレジストのような、マイクロサイズのパタ
ーン化した層の図案を特徴づける方法や装置が必要であ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の上に置
かれているパターン化された材料のマイクロサイズの図
案を特徴づけるための方法および装置を提供する。この
方法によれば、パターン化された材料は、基板よりパタ
ーン化された材料の方が多くの放射線を吸収し、基板の
方がパターン化された材料より多くの光を反射するよう
な、適当な範囲の波長を持つ光で照射される。更に、上
記の光は、パターンのマイクロサイズの図案を解像する
のに適している短い波長を持っていなければならない。
入射光、すなわち、零に近い反射光として、パターン化
された材料の表面からみて、同じ角度で反射された光の
強さが測定される。反射スペクトルは、反射光の強さを
反射光の波長の関数として表現することにより定義され
る。反射スペクトルの振幅および干渉じまは、パターン
化された材料の図案と直接相互に関連づけることができ
る。
【００１２】本発明のひとつの実施例においては、２０
０−３００ｎｍの範囲の波長の紫外線を、シリコン基板
上にフォトレジストを含むノボラックで形成されたライ
ン・アンド・スペース・パターンの細い線の幅を特徴づ
けるために使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、図１に示す基盤７の上
に置かれたパターン化されたフィルム２のように、下の
層または基板の上に置かれている材料の、パターン化さ
れた上の層またはフィルムの図案を特徴づけるための方
法および配列に関するものである。
【００１４】パターン化されたフィルム２の「パター
ン」は、基板７の領域にフィルム材料があるかないかに
よってきまる。例えば、図１に示す配列の場合には、厚
さがＴ、幅がＷで、間隔５で分離されているフィルム材
料の継続しているストライプ、すなわち、ライン４が、
ライン・アンド・スペース・パターンを形成している。
間隔５は、フィルム材料が存在しない領域である。それ
故、フィルム材料のライン４および上記のラインの間の
間隔５は、パターン化されたフィルム２を形成してい
る。図１に示すライン・アンド・スペース・パターンの
ようなライン・アンド・スペース・パターンは、ライン
４の幅に、パターンを形成している次のライン４との間
の間隔５を加えたものと定義されるピッチＰにより特徴
づけることができる。
【００１５】本発明による方法および配列は、フォトレ
ジストのライン・アンド・スペース・パターンのライン
幅のような、マイクロサイズの図案を持つパターン化さ
れたフィルムを特徴づけるのに役に立つ。上記のライン
・アンド・スペース・パターンは、半導体またはガラス
内にレンズまたは格子のような回折素子を形成するた
め、シリコン内に流体が流れるマイクロチャンネルを形
成するため、または基板内に機械的記録図案をエッチン
グするために使用することができる。
【００１６】本明細書で使用する場合、「マイクロサイ
ズの図案」という言葉は、１ミクロンまたはそれ以下の
図案を意味している。
【００１７】本発明の方法によれば、図１に示すパター
ン化したフィルム２のようなパターン化された材料は、
適当な波長の光９によって照射される。特に、入射光９
は、パターン化されたフィルム２の方が基板７より多く
の光を吸収するような、また基板７の方がパターン化さ
れたフィルム２より多くの光を反射するような範囲の波
長を含んでいる。更に、上記の波長は、例えば、ライン
幅Ｗのようなパターンのマイクロサイズの図案を解像す
ることができるように十分短いものでなければならな
い。光は、他の入射角のほうが適当であるけれども、通
常、パターン化された材料に実質的に垂直に向けられ
る。パターン化されたフィルム２および基板７からの零
に近い反射光１１の強さが測定される。反射スペクトル
は、反射光１１の強さを反射光１１の波長の関数で表現
することによって定義される。本明細書で使用する場
合、「反射光の強さ」、「反射信号の振幅」および「反
射率」という語はは同じ意味を持つ。反射率データは、
以下に更に詳細に述べるように、適当な波長の範囲の平
均反射率としても表現することができる。本明細書で使
用する場合、「反射率測定」という語は、一般的に、適
当な波長の範囲または本発明の特徴づけまたは相関関係
を表すために適当な他のフォーマットとしての、反射ス
ペクトルしての反射率に関するデータを表現するのに使
用される。
【００１８】驚いたことに、上記のようにして得られた
反射スペクトルが、上記の適当な波長の範囲にわたって
周期的に変動する干渉じまを示すことが発見された。更
に、図１の基板７のような基板のカバーされていない領
域が増大するにつれて、反射光１１の強度も増大する。
【００１９】それ故、ライン・アンド・スペース・パタ
ーンのようなパターンは、図２のステップ９０−１２０
に図示した、本発明の第一の実施例に従って特徴づける
ことができる。ステップ９０においては、ウエハ上のラ
イン・アンド・スペース・パターンのような、基板上の
パターン化された層からなる配列が得られる。通常、上
記の配列は、例えば、機械的図案が、半導体装置内でフ
ォトリソグラフィの技法によりコピーされる場合の、リ
ソグラフィの技法による処理ラインから作られる。ステ
ップ１００においては、この配列が光によって照射され
る。この光はフィルムの方が基板より多くの光を吸収
し、基板の方がフィルムより多くの光を反射するような
範囲の波長を含んでいる。当業者なら理解できると思う
が、このような情報は、波長の範囲にわたるフィルム材
料および基板のスペクトルを測定することによって、ま
たは光学参考文献を参照することによって得られる。比
較的少量のコントラスト、すなわち、フィルムの反射率
対基板の反射率が要求される。明らかに、反射光を集め
る光学装置の感度が高ければ高いほど、安定度が高けれ
ば高いほど、コントラストの差は小さくてすむ。更に、
上記の波長の範囲は、パターン化されたフィルムの問題
のマイクロサイズの図案を解像するのに適したものでな
ければならない。例えば、ライン・アンド・スペース・
パターンのラインの幅を特徴づけなければならない場合
で、ライン幅が約０．５マイクロメータ（μｍ）（５０
０ｎｍ）である場合には、このライン幅を解像するのに
適している波長は、約３００ｎｍ以下である。経験則に
よると、適当な波長の光は、その最大波長が問題の図案
の大きさの約６５％のものでなければならない。
【００２０】次のステップ１１０においては、パターン
化されたフィルムおよび基板からの零に近い反射光の量
が測定される。ステップ１２０においては、反射スペク
トルは反射率を反射光の波長の関数で表示することによ
り定義される。このような反射スペクトルは、パターン
を一意に特徴づける。カリフォルニア州サニーベール所
在のナノスペック社製のナノメトリック４０００シリー
ズ、カリフォルニア州サニーベールのプロメトリックス
社製のプロメトリックス１０５０ＵＶまたは当業者にと
ってパターンを適当な波長の光で照射し、反射光を測定
するのに適していることが周知の装置を、反射スペクト
ルを得るために使用することができる。本明細書におい
ては、上記の装置をスペクトル反射率計と呼ぶ。できれ
ば、スペクトル反射率計は、反射率に関するデータを収
集し処理するための、すなわち、反射スペクトル等を定
義するための、適当にプログラムされた処理装置を含ん
でいることが望ましい。この処理装置の代わりとして、
適当にプログラムされたコンピュータのような独立した
処理装置を、データ処理に使用することができる。スペ
クトル反射率計は零に近い反射光を測定できるものでな
ければならない。使用の際には、スペクトル反射率計
は、その光源、通常は、広帯域の光源の焦点が、特徴づ
けるパターンに合うように調整される。光源からのビー
ムは、通常約７０μｍ ｘ ７０μｍの領域を照射す
る。ユーザはまた、反射率に関するデータが測定される
波長の範囲を選択する。例示のためのスペクトル反射率
計は、以下に本発明による配列を説明する際に、更に詳
細に説明する。
【００２１】本発明の第二の実施例を、図２のステップ
９０−１５０で説明する。いったん、第一の配列がステ
ップ９０−１２０で特徴づけられると、第二の配列がス
テップ１３０で特徴づけるために得られる。ステップ１
４０に示すように、第二の装置に対して、ステップ１０
０−１２０が繰り返して行われる。この工程は第三およ
びそれ以降の配列に対しても、繰り返して行われる場合
がある。最後に、ステップ１５０において、上記の配列
の反射率の測定値が、データベースとして作成される
か、記録保管される。上記のデータベースは、当業者に
とっては周知の方法で、適当にプログラムされたコンピ
ュータのメモリ内に記憶される。本発明の第一および第
二の実施例の特定の用途について、以下に図３Ａ、図３
Ｂおよび図４を参照しながら説明する。これらの図は、
パターン化された層を一意に特徴づけるための反射スペ
クトルの使用の適否を示している。
【００２２】図３Ａは、シリコン基板上のフォトレジス
トの三つの配列、１５ａ、２０ａおよび３０ａを示す。
図３Ｂは、ナノメトリック４０００シリーズのスペクト
ル反射率計を使用し、上記の装置１５ａ，２０ａおよび
３０ａを光で照射した場合に得られた三つの反射スペク
トル１５、２０および３０を示す。特に、反射スペクト
ル１５、２０および３０は、上記の配列１５ａ、２０ａ
および３０ａに、約２００−８００ｎｍ範囲の複数の波
長からなる紫外線（ＵＶ）を照射して得られたものであ
る。
【００２３】配列１５ａおよび２０ａは、シリコン基板
７ａ、７ｂ上のフォトレジストを含むノボラックから形
成されたマイクロサイズのライン・アンド・スペース・
パターンである。配列１５ａおよび２０ａは、両方と
も、それぞれ１．０μｍのピッチＰ1 、Ｐ2 と、それぞ
れ約０．５および０．４μｍのライン幅Ｗ1 ，Ｗ2 を持
っている。配列１５ａからなるフォトレジストのライン
５ａは、１．１７５μｍの厚さＴ1 をもち、配列２０ａ
のライン５ｂは１．７０μｍの厚さＴ2 を持っている。
上記の配列の場合には、深い紫外線（ＤＣＶ）と呼ぶ約
２００−３００ｎｍの間の波長を持つ光が、基板７ａ、
７ｂよりフォトレジスト５ａ、５ｂのラインによってよ
り強く吸収され、フォトレジストのラインより基板によ
ってより強く反射され、０．４−０．５μｍのライン幅
を測定するのに適していた。それ故、上記の波長の範囲
は本発明の記載内に含まれる。
【００２４】配列３０ａは、シリコン基板７ｃ上のフォ
トレジストを含むパターン化されていないノボラックの
層６からできている。パターン化されれいないフォトレ
ジストの層６は、１．１７５μｍの厚さＴ3 を持ってい
る。配列３０ａのフォトレジストのパターン化されてい
ない層６のスペクトル３０は、ＤＵＶの波長の範囲内で
比較的平坦である。スペクトル１５および２０は、パタ
ーン化されたフォトレジストに対して、ＤＵＶの波長の
範囲内で、規則正しい干渉じま示すが、スペクトル３０
は、そのような干渉じまを上記の波長の範囲内で示さな
い。
【００２５】反射スペクトル２０内の干渉じま２２ｂの
数は、反射スペクトル１５内の干渉じま２２ａの数より
多い。反射スペクトル２０内の干渉じまの増加は、配列
１５ａのライン５ａに比べて、装置２０ａのフォトレジ
ストのライン５ｂが、比較的厚いためであると思われ
る。約３００ｎｍより長い波長においては、フォトレジ
ストは、ＵＶに対して実質的により透明になる。その結
果、反射スペクトル１５および２０は、空気／フォトレ
ジストの境界面、空気／基板の境界面およびフォトレジ
スト／基板の境界面からの反射率のくりこみになる。ス
ペクトルのこの部分は、ある種の有益な情報を含んでい
るかも知れないが、図３Ａで説明した特定の配列の場合
には、本発明の記述の範囲内に含まれない。２００−３
００ｎｍの領域においては、反射スペクトルが、フォト
レジスト／基板の境界面からの反射率を含まないことに
注目されたい。何故なら、フォトレジストはスペクトル
のこの領域でより多くの光を吸収するからである。
【００２６】それ故、約２００−３００ｎｍのスペクト
ル１５は、１．０μｍのピッチＰ1を持っているシリコ
ンのライン・アンド・スペース・パターン上のノボラッ
クおよび０．５μｍの幅Ｗ1 と１．１７５μｍの厚さＴ
1 を持つライン５ａを一意に特徴づける。同様に、約２
００−３００ｎｍのスペクトル２０は、１．０μｍのピ
ッチＰ2を持っているシリコンのライン・アンド・スペ
ース・パターン上のノボラックと、０．４μｍの幅Ｗ2
および１．７０μｍの厚さＴ2 を持つライン５ｂを一意
に特徴づける。本明細書で後で説明するように、スペク
トルのこの部分に含まれている情報は、パターンの図案
と相互に関連づけられる場合がある。しかし、装置３０
ａのパターン化されていないノボラック・フォトレジス
トの層６のような、パターン化されていない層を３００
ｎｍ以下の波長の光で照射しても、ほとんど有益な情報
は得られない。何故なら、この波長の光は、実質的にノ
ボラック・フォトレジストで吸収され、パターン化され
ていない層６内に空間や隙間がないからである。その結
果、基板７ｃから反射される光は、スペクトル１５およ
び２０で観察した干渉じまをつくる。このため、フォト
レジストの層の厚さを測定するための先行技術では、ノ
ボラック・フォトレジストに対しては、スペクトルのよ
り長い波長、すなわち、３００ｎｍ以上の波長が使用さ
れていた。
【００２７】ライン・アンド・スペース・パターンのラ
インの輪郭角度θ（図３ａの配列１５ａ参照）、すなわ
ち、基板に対してフォトレジストのストライプすなわち
ラインが描く角度は、上記の配列の場合には一定であっ
た。輪郭角度θの実質的な変化は反射スペクトルに影響
を与える恐れがある。
【００２８】特殊なサイズおよび形状のライン・アンド
・スペース・パターンのようなパターンの反射率の測定
値は、実質的に再現可能である。図４は、シリコン上の
ノボラック・フォトレジストの配列１５ａおよび２０ａ
に類似しているライン・アンド・スペース・パターンを
つくるために、同じ条件下で処理されたウエハの反射ス
ペクトルを示す。パターンの公称ライン幅は、０．５μ
ｍであった。このパターンのピッチは１．０μｍであっ
た。このラインの厚さは１．１７５μｍであった。図４
の反射スペクトル全体を参照数字５０で示す。図４を見
ればわかるように、スペクト５０からなる六つの反射ス
ペクトルは、実質的に同じものである。
【００２９】図４に示すように、パターン化された層の
反射スペクトルは本発明に記載した波長の範囲の外側で
再現することができる。しかし、本発明の記述の中に含
まれないスペクトルのこの部分の場合、少しでも相関関
係がある場合でも、本発明の記述の中に含まれるスペク
トルのこの部分と比較すると、パターンの図案の大きさ
についての相関関係を見つけることが難しい。このこと
は、ライン・アンド・スペース・パターンのマイクロサ
イズのライン幅のような、パターン化された層の図案に
ついての定量的情報を入手するために、本発明の方法を
使用することができる下記の実施例のあるものに対し
て、特別な意味を持つ。本発明による方法の上記のその
他の実施例は、図５Ａ−５Ｄにフローチャートおよびブ
ロック・ダイアグラムによって図示されている。それら
について、以下に説明する。
【００３０】ステップ２００において、基板上のパター
ン化された層からなる配列に光が照射される。次のステ
ップ２１０において、装置から反射した光が測定され
る。図案の数値は、すでに入手した反射率から得た情報
を使用して、ステップ２２０で決定される。ステップ２
２０は、多くの方法を使用して行うことができるが、そ
の中の二つを以下に説明する。
【００３１】図５Ｂに示す第一の実施例においては、ス
テップ３００および３０５で入手した記録管理されてい
るデータが、ステップ３１０において、特徴づけられて
いないパターンの反射スペクトルと比較される。記録管
理されているデータまたはデータベースは、ステップ３
００および３０５により入手される。この場合、多くの
基準パターンが形成され、反射スペクトルが上記の基準
パターンについて得られる。各基準パターンの問題の図
案は、ＳＥＭまたは他の適当な方法で測定される。基準
反射スペクトルおよび各基準パターンの問題の図案の測
定値は、データベース内に収容されるか、当業者には周
知の方法で記録保管される。特徴づけられていないパタ
ーンを記録管理されている基準反射スペクトルとマッチ
させることによってひとつの数値、すなわち、問題の図
案の大きさを決定することができる。
【００３２】図５Ｃに示す第二の実施例においては、図
案の数値は図案と反射率との間の相関関係を知ることに
より決定することができる。第二の実施例によれば、反
射率の測定値は、既知の構造体の複数の基準パターンに
対して入手される。問題の図案の数値は、すでに説明し
たように、適当な波長の範囲の基準パターンの反射率に
対して回帰される。その後、図案の数値は、反射率の関
数として表すことができる。相関関係は代数的にまたは
グラフで表すことができる。上記の相関関係が分かった
場合には、ある波長の範囲の平均反射率を使用すること
が望ましい。別の方法としては、一定の反射率のスペク
トル内の周期的な最大値のところの反射率を使用するこ
とができる。一次の回帰を使用することができる。
【００３３】図５Ａ−５Ｃで説明したステップは、図５
Ｄに示す装置の例示としての配列によって行うことがで
きる。基準反射率の測定値およびライン・アンド・スペ
ース・パターンのラインの幅のような、問題の種々の図
案の測定値の記録管理されているデータまたはデータベ
ースは、下記の方法で入手することができる。複数のパ
ターンに対する反射率の測定値は、最初、この目的に適
している反射率計３４０のような装置で入手されるが、
適当な反射率計はナノメトリック４０００シリーズまた
はプロメトリックス１０５０ＵＶを含んでいる。
【００３４】図５Ｅにスペクトル反射率計３４０の簡単
なブロック・ダイアグラムを示す。光は光源３４２から
供給される。光源３４２は、キセノン・アーク・ランプ
のような通常広帯域の光源である。上記の光源は、通
常、約２２０−８００ｎｍの範囲の波長の光を供給す
る。光源３４２は、図には示していない種々のフィルタ
−、シャッター、焦点窓および種々の駆動ソレノイドお
よびステッパー・モータを装備することもできる。光源
３４２からの光の焦点は、ビーム・スプリッター３４４
に合わせられる。ビーム・スプリッター３４４によりつ
くられた、図に示していない一本のビームは、基準ビー
ムとしての働きをする。この基準ビームは、スペクトロ
メータ組立３４７に導かれ、処理される。参照番号３４
３で示す他のビームは、ウエハ３４５の方へ向けられ、
特徴づけを行うパターンの上に焦点を結ぶ。反射光３４
６は、スペクトロメータ組立３４７に入る。スペクトロ
メータ組立内においては、反射光３４６は、通常、格子
によりスペクトル成分に分解される。反射光３４６の各
スペクトル成分、すなわち、特定の波長の光は、格子に
より反射されて上記の特定の波長の場所へ行く。その場
所に設置されている光電検出器は上記の光を受けとり、
入射光の量に比例した電気信号を発生する。それ故、こ
の特定の光電検出器により発生した信号は、特定の波長
を持っている光と関連している。作動した光電検出器に
より発生した種々の信号は、処理装置３４８によって処
理される。その後、ある波長領域の反射スペクトル、平
均反射率または対応する波長に対する反射光の量を表す
その他のものが計算される。上記のスペクトル反射率計
３４０の説明は、その動作およびその重要な素子のある
ものを概略説明するためのものである。当業者には周知
のように、スペクトル反射率計３４０は、通常、図には
示していない、種々の他の機能を行うための他の素子を
含んでいる。
【００３５】図５Ｄの配列について再び説明すると、測
定装置３５０は、複数のパターンの図案を直接測定する
のに使用される。上記の測定には、日立製のＳ７０００
のような走査電子顕微鏡が適している。スペクトル反射
率計３４０および測定装置３５０からの、反射率の測定
値および直接測定データが、直接または間接に適当にプ
ログラムされたマイクロプロセッサ３６０に送られ、上
記情報がメモリ３７０に記憶される。このように、各パ
ターンについて、反射率の測定値およびパターンの図案
を示す数値がメモリ３７０に記憶される。このような情
報は文書またはデータベースを形成する。
【００３６】できれば、マイクロプロセッサ３６０は、
図５Ｃのところですでに説明したように、相関関係を明
らかにするために、メモリ３７０内に記憶されている反
射率の測定値および直接測定データを回帰するようにプ
ログラムすることが望ましい。
【００３７】いったん、データベースがメモリ３７０内
に生成されると、図５Ｄに示す配列を、下記のように、
まだ測定していないパターンの図案の数値を決定するた
めに使用することができる。まだ測定していないパター
ンの反射率スペクトルは、スペクトル反射率計３４０を
使用して入手することができる。そのようなスペクトル
に関する情報は、反射率スペクトルを、メモリ３７０に
記憶されている基準反射率スペクトルと比較するため
に、適当にプログラムされているマイクロプロセッサ３
６０へ送られる。メモリに記憶されている反射率スペク
トルが、まだ測定していないパターンに対応する反射率
スペクトルにマッチしていることが分かった場合には、
基準パターンとまだ測定していないパターンは実質的に
同じものである。マッチしている基準パターンに対応す
る、メモリ３７０からの測定データが表示される。この
ように、まだ測定していないパターンの図案のサイズを
決定することができる。全反射率スペクトルではなく
て、平均反射率値がスペクトル反射率計３４０から得ら
れた場合には、そのような数値を、すでに説明したよう
に、すでに得られた相関関係を平均反射率値に適用し
て、図案のサイズを見積もるのに使用することができ
る。
【００３８】上記の例示のための方法は、特に一つの変
数を変えることができる用途に適している。例えば、ラ
イン・アンド・スペース・パターンの場合には、図３Ａ
のライン５ａおよび５ｂのように、ラインの厚さＴと輪
郭角度θおよびパターンのピッチは変えることができ
ず、変えることがでくるのはラインの幅Ｗだけである。
変えることができる唯一のものがライン幅Ｗである場合
には、異なるライン・アンド・スペース・パターンに関
して入手した反射率のスペクトル内の相違は、上記のパ
ターンのライン幅Ｗの違いによるものである。それゆ
え、測定中のパターンのライン幅Ｗは、そこからマッチ
する基準反射率スペクトルを入手したパターンのライン
幅と等しい。別な方法としては、ライン幅を一定に保
ち、他のあるパラメータを変えることもできる。
【００３９】パターンに関する定量的な情報を入手する
ための、本発明を使用する特定の例については、以下の
図６および７のところで説明する。
【００４０】図６は、ナノメトリック４００シリーズの
スペクトル反射率計を使用して、四つの配列４０ａ、４
２ａ，４４ａおよび４６ａのそれぞれについて得られた
四つの反射率スペクトル４０、４２、４４および４６を
示す。図に示していない配列は、シリコン上のパターン
化されたノボラック・フォトレジストからなっている。
配列４０ａ、４２ａ，４４ａおよび４６ａのパターン化
されたフォトレジストは、図１および図３Ａに示すもの
に類似しているライン・アンド・スペース・パターンの
形にパターン化されている。配列４０ａ−４６ａのそれ
ぞれのライン・アンド・スペース・パターンは、１．０
μｍのピッチを持っている。四つのパターンのラインの
厚さおよび輪郭角度は実質的に同じものである。しか
し、四つのパターンのラインのライン幅は、配列４０ａ
の最大のライン幅から配列４６ａの最小のライン幅に狭
くなるという形で、それぞれ異なっている。
【００４１】四つのスペクトル４０−４６を見れば、波
長の範囲の平均反射率が、ライン幅が狭くなるにつれて
増大しているのが分かる。本発明によれば、ライン幅は
平均反射率の関数として表すことができる。図７は、上
記の１．０μｍのピッチを持つライン・アンド・スペー
ス・パターンに対する２２０−３００ｎｍの波長の範囲
のライン幅と反射率との間の上記の相関関係６０を示
す。図７に示す相関関係６０は、以下の式、すなわち、
ＬＷ＝０．７０３−１．７４６* Ｒｅｆ(220-300 nm) で
代数的に表すことができる。上記の式において、ＬＷは
μｍ単位のライン・アンド・スペース・パターンのライ
ン幅であり、Ｒｅｆ(220-300nm) は２００から３００ｎ
ｍの波長の範囲で測定した平均反射率である。
【００４２】図８Ａおよび図８Ｂに示す他の実施例にお
いては、本発明による方法をリソグラフィの技法による
書き込み工程の品質管理に使用することができる。リソ
グラフィの技法による書き込み工程は、必要とする図案
および図案サイズを持つパターンを製作するのに使用す
ることができる。多数のパラメータが、上記の工程を使
用して、必要とする図案を持つパターンを製作する際に
影響を与える。例えば、パターン化が行われているフォ
トレジストの古さ、フォトレジスト現像液の化学的組成
およびおそらく最も重要であると思われる、フォトレジ
ストの露出に使用される光の量のすべてが、作成される
パターンに影響を与える。それ故、製作中のパターンを
定期的にモニターすることが望ましい。
【００４３】図８Ａに示すステップ４００によって、テ
スト・パターンが現像され、反射率の測定値が得られ、
テスト・パターンの図案がＳＥＭのような適当な方法で
測定される。ステップ４１０において、ライン・アンド
・スペース・パターンのライン幅のような問題の図案
は、本発明に従って反射率と相互に関連づけられる。そ
れとは別に、製造工程で再現される特定の図案を持つパ
ターンの基準反射率スペクトルが得られる。その後、ス
テップ４２０によって、特定の反射率を持つパターン、
すなわち、０．５μｍのライン幅のような必要とする図
案を持つパターンとなるものを製作するために、書き込
み工程の操作パラメータがセットされる。ステップ４３
０において、正規の製作パターンが、できれば統計的手
法で定期的に抽出され、抽出した各パターンの反射率の
測定値が得られる。その後、抽出した各パターンの反射
率の測定値は、適宜、基準スペクトルまたは相関関係と
比較される。抽出したパターンの反射率の測定値が、基
準スペクトルまたは相関関係と違っている場合には、製
作中のパターンは仕様に適合していない。生産が仕様に
合っていないことに気がついた場合には、リソグラフィ
の技法による書き込み工程のオペレータは、ステップ４
４０で説明したように、どのパラメータを調整すべきか
を知るために、種々のパラメータをチェックすることが
できる。
【００４４】上記のステップは、図８Ｂに示す装置の例
示的な配列をにより行うことができる。ＳＰＲ−５１３
レジストのような、フォトレジストでコーティングされ
たウエハは、フォトリソグラフィの技法による露出装置
４５０内に置かれる。このフォトリソグラフィの技法の
よる露出装置４５０内において、通常、フォトレジスト
はパターン化されたマスクを通して、紫外線に露出され
る。適当な例示的のフォトリソグラフィの技法による露
出装置４５０は、当業者には周知のステッパーである。
いくつかの例示的なステッパーが、米国特許第４，６１
６，９０８号、第４，２０６，４９４号、および第４，
４２５，０３７号に記載されている。次に、フォトレジ
ストの層が現像装置４６０内で現像される。テトラメチ
ルーアンモニュームーヒドロキサイドが通常現像液とし
て使用される。現像することによって、例えば、ライン
・アンド・スペース・パターンの形を持つパターン化さ
れた層ができる。継続して処理を続けるために、パター
ン化されたウエハは、次にエッチング装置５００内でエ
ッチングされ、ウエハの上に残っているフォトレジスト
が除去される。このようにして、ライン・アンド・スペ
ース・パターンのような一つのパターンがエウファー内
にエッチングされ、光学的回折格子のような図案が形成
される。
【００４５】周期的に、現像が行われた後で、ウエハが
エッチング装置から取り出され、スペクトル反射率計４
７０内に入れられ、そこで反射率の測定値が得られる。
上記のスペクトルに関する情報は、この情報を基準パタ
ーンと比較するように、または、メモリ４９０に記憶さ
れている相関関係と比較するようにプログラムされてい
るマイクロプロセッサ４８０に送られる。上記基準パタ
ーンまたは相関関係は、すでに説明したように、メモリ
内に記憶されている。取り出されたサンプルの反射率の
測定値と基準の数値とが違っている場合には、仕様に適
合しないパターンが製作されていること、および作業を
チェックし、正しく調整しなければならないことを知ら
せるために、視覚的なアラーム、または音響によるアラ
ームが作動してオペレータにそのことを知らせる。
【００４６】本明細書に記載した実施態様は、本発明の
原理を説明するためのものであって、当業者であれば、
本発明の範囲および精神から逸脱しないで、種々の修正
を行ったり、実行することができることを理解された
い。例えば、本発明の方法は、ライン・アンド・スペー
ス・パターンのライン幅以外の量的図案に使用すること
ができる。更に、本明細書で説明した実施例は、基板
が、通常パターン化された層より反射率の大きい用途向
けのものであるが、本発明の予期する範囲内には、パタ
ーン化された層の反射率が、通常基板の反射率より高
く、また配列が、パターン化された材料が基板より多く
の光を反射し、基板がパターン化された材料より多くの
光を吸収するような、適当な範囲の波長を持つ光によっ
て照射されるような配列を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上のパターン化されたフィルムの配列を示
す図である。
【図２】本発明によるパターンを特徴づける方法の実施
例の示すフローチャートの図である。
【図３Ａ】シリコン基板上のノボラック・フォトレジス
トのいくつかの配列を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す配列に使用する反射スペクトル
を示す図である。
【図４】反射スペクトルの再現性を示す図である。
【図５Ａ】すでに入手した反射スペクトルを使用して、
パターン化された層についての定量的情報を入手するた
めの、本発明による方法の実施例を図解するためのフロ
ーチャートの図である。
【図５Ｂ】すでに入手した反射スペクトルを使用して、
パターン化された層についての定量的情報を判断するた
めの方法の第一の実施例を図解するためのフローチャー
トの図である。
【図５Ｃ】すでに入手した反射スペクトルを使用して、
パターン化された層についての定量的情報を判断するた
めの方法の第二の実施例を図解するためのフローチャー
トの図である。
【図５Ｄ】本発明によるパターン化された層を特徴づけ
るための例示としての配列を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｄに示す配列で使用するのに適している
スペクトル反射率計の例示としてのブロック・ダイアグ
ラムの図である。
【図６】パターンのラインの大きさが変化する場合のパ
ターン化したフォトレジストの反射スペクトルを示す図
である。
【図７】測定したラインの幅と平均の反射率との間の相
互関係を示す図である。
【図８Ａ】フォトリソグラフィの技法による書き込み工
程を制御するための、本発明による方法を図解するため
のフローチャートの図である。
【図８Ｂ】リソグラフィの技法による書き込み工程の品
質を制御するための、本発明による例示としての配列を
示す図である。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下の層の上に置かれた、フォトレジスト
    のパターン化された層をを持っている配列を特徴づける
    ための方法であって、フォトレジストのパターン化され
    た層がマイクロサイズの第一の図案を持ち、（ａ）フォ
    トレジストのパターン化された層が、下の層より多くの
    光を吸収し、下の層がフォトレジストのパターン化され
    た層より多くの光を反射するような範囲の波長を持つ光
    で上記配列を照射し、更にフォトレジストのパターン化
    された層の第一の図案を測定するのに適している範囲の
    波長を特徴とするステップと、（ｂ）配列からの零に近
    い反射光を測定するステップと、（ｃ）零に近い反射光
    の量を反射率の測定値として表すステップと、（ｄ）そ
    の配列の反射率の測定値を、それぞれが下の層の上に置
    かれたフォトレジストのパターン化された層を持ってい
    る、複数の基準配列のために得られた反射率の測定値と
    比較する方法であって、その場合、フォトレジストの各
    パターン化された層が第一の図案を持っているステップ
    とを含む方法。
  2. 【請求項２】 フォトレジストのパターン化された層
    が、複数のフォトレジストのストライプによって形成さ
    れるライン・アンド・スペース・パターンである請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 フォトレジストが、ノボラック樹脂から
    なっていて、その内部の下の層がシリコンであり、配列
    に照射される光が約２００−３００ナノメートルの波長
    からなる請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 フォトレジストのストライプが、幅によ
    って特徴づけられ、パターン化された層の第一の図案が
    フォトレジストのストライプの幅である請求項３に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 それぞれが基準配列の一つのパターン化
    された層の第一の図案を示している複数の数値が得られ
    る請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 反射率の測定値が平均反射率であり、反
    射率の測定値および基準配列に対応する複数の数値が、
    第一の図案を決定する相関関係を平均反射率の関数を得
    るのに使用され、ステップ（ｄ）が、更に配列の第一の
    図案を決定するために、配列の反射率の測定値に上記の
    相関関係を適用する請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 フォトレジストのパターン化された層
    が、複数のフォトレジストのストライプで形成されてい
    るライン・アンド・スペース・パターンである請求項６
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】 複数のストライプが、幅によって特徴づ
    けられ、パターン化された層の第一の図案がフォトレジ
    ストのストライプの幅である請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 基板の上に置かれた材料の、材料のライ
    ン・アンド・スペース・パターンを持つ第一の配置を特
    徴づけるための方法であって、ライン・アンド・スペー
    ス・パターンがマイクロサイズのライン幅によって特徴
    づけられ、（ａ）材料が、基板より多くの光を吸収し、
    基板が材料より多くの光を反射するような範囲の波長を
    持つ光で第一の配列を照射し、更にライン幅を測定する
    のに適している範囲の波長を特徴とするステップと、
    （ｂ）第一の配列からの零に近い反射光を測定するステ
    ップと、（ｃ）零に近い反射光の量を反射率の測定値と
    して表すステップと、（ｄ）ライン・アンド・スペース
    ・パターンのライン幅を測定するステップとを含む方
    法。
  10. 【請求項１０】 ライン・アンド・スペース・パターン
    のライン幅を測定するために、走査電子顕微鏡検査を使
    用する請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 基板上に置かれた材料のライン・アン
    ド・スペース・パターンを持つ第二の配列を使用し、ラ
    イン・アンド・スペース・パターンがライン幅によって
    特徴づけられ、更に、（ｅ）第二の配列に対して（ａ）
    から（ｄ）までのステップをもう一度行うステップを含
    む請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 第一および第二の配列のライン・アン
    ド・スペース・パターンのライン幅の測定値、および第
    一および第二の配列のための反射率の測定値からなる基
    準反射率の測定値がデータベースに組み入れられる請求
    項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 基板の上に置かれた材料のライン・ア
    ンド・スペース・パターンを持つ第三の配列を使用し、
    ライン・アンド・スペース・パターンがライン幅によっ
    て特徴づけられ、更に、（ｆ）ステップ（ａ）−（ｃ）
    をもう一度行うことによって、第三の配列のための反射
    率の測定値を得るステップと、（ｇ）第三の配列のライ
    ン幅を決めるために、第三の配列のための反射率の測定
    値とデータベース内の基準反射率の測定値と比較するス
    テップとを含む請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 材料がノボラック樹脂からなるフォト
    レジストであり、基板がシリコンであり、第一の配列を
    照射する光が約２００−３００ナノメートルの波長を持
    つ請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 下の層の上に置かれたパターン化され
    た層のマイクロサイズの図案に対する数値を決定する方
    法であって、（ａ）パターンが下の層より多くの光を吸
    収し、下の層がパターンより多くの光を反射し、パター
    ンの図案を測定するのに適している範囲の波長を持つ光
    でパターン化された層を照射するステップと、（ｂ）パ
    ターン化された層および下の層からの零に近い反射光に
    対応する反射率信号を測定するステップと、（ｃ）図案
    の数値が既知のパターン化された層に関してステップ
    （ａ）および（ｂ）により得られた基準反射率の測定値
    から得られた情報を使用して、パターン化された層に関
    する数値を決定するステップとを含む方法。
  16. 【請求項１６】 図案に関する数値を決定するステップ
    が、更に図案の数値が既知のパターン化された層に対し
    て、反射率信号とステップ（ａ）および（ｂ）により得
    られた反射率信号からなる基準反射率スペクトルと比較
    することと、反射率信号を実質的に同じ反射率信号を持
    つ基準反射率スペクトルの一つとマッチすることからな
    る請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 波長の範囲の平均反射率が、ステップ
    （ｂ）で測定された反射率信号から得られ、図案の数値
    を決定するステップが、更に図案に対する数値を与える
    すでに得られた相関関係を平均反射率の関数として、ス
    テップ（ｂ）で測定された反射率信号に適用することを
    含む請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 パターンがフォトレジストの含むノボ
    ラックで形成された複数の間隔を置いたラインにからな
    るライン・アンド・スペース・パターンであって、パタ
    ーンがピッチによって特徴づけられ、ラインが幅によっ
    て特徴づけられていて、パターンの図案がラインの幅で
    あり、下の層がシリコンであり、ライン・アンド・スペ
    ース・パターンを照射する光が、約３００ナノメートル
    またはそれ以下の波長からなる請求項１６に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 パターンがフォトレジストの含むノボ
    ラックで形成された複数の間隔を置いたラインにからな
    るライン・アンド・スペース・パターンであって、パタ
    ーンがピッチによって特徴づけられ、ラインが幅によっ
    て特徴づけられていて、パターンの図案がラインの幅で
    あり、下の層がシリコンであり、ライン・アンド・スペ
    ース・パターンを照射する光が、約３００ナノメートル
    またはそれ以下の波長からなる請求項１７に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 配列の第二の層の上に置かれた第一の
    層内の第一のパターンを生成するために操作することが
    できるリソグラフィの技法による書き込み工程を制御す
    る方法であって、その第一のパターンが必要なサイズを
    持つ第一のマイクロサイズの図案によって特徴づけられ
    ていて、リソグラフィの技法による書き込み工程の複数
    の操作パラメータを、第一の図案のサイズを変更するた
    めに調整することができ、 （ａ）リソグラフィの技法による書き込み工程を使用し
    て、パターンを生成するステップと、 （ｂ）ステップ（ａ）により生成したパターンの反射率
    の測定値を得るステップと、 （ｃ）ステップ（ｂ）で入手した反射率の測定値を、
    （ｉ）必要とするサイズの第一の図案を持つ第一のパタ
    ーンについて入手した基準反射率スペクトル、および
    （ｉｉ）第一の図案のサイズを平均反射率の関数として
    表している相関関係の中の一つと比較するステップと、 （ｄ）ステップ（ｃ）での比較によりステップ（ａ）で
    生成されたパターンの反射率の測定値が基準反射率スペ
    クトルおよび相関関係の一つと違っている場合には、複
    数の操作パラメータの中の少なくとも一つを調整するス
    テップと、 （ｅ）ステップ（ａ）から（ｄ）をもう一度行うステッ
    プとを含む方法。
  21. 【請求項２１】 ステップ（ｃ）による相関関係が、第
    一の図案のサイズに従って変化する、第一の図案を持っ
    ているテスト・パターンの作成と、それぞれのテスト・
    パターンの平均反射率を入手することと、それぞれのテ
    スト・パターンの第一の図案を測定することと、第一の
    図案のサイズを決定する相関関係を平均反射率の関数と
    して作り出すことによって入手する請求項２０に記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 下の層の上に置かれたパターン化され
    た層を持っている配列を特徴づける方法であって、上記
    のパターン化された層がマイクロサイズの第一の図案を
    もち、（ａ）パターン化された層が、下の層より多くの
    光を反射し、下の層がパターン化された層より多くの光
    を吸収するような範囲の波長を持つ光で上記配列を照射
    し、更にパターン化された層の第一の図案を測定するの
    に適している範囲の波長を特徴とするステップと、
    （ｂ）配列からの零に近い反射光を測定するステップ
    と、（ｃ）零に近い反射光の量を反射率の測定値として
    表すステップと、（ｄ）その配列の反射率の測定値を、
    それぞれが下の層の上に置かれたフォトレジストのパタ
    ーン化された層を持っている複数の基準配列のために得
    られた反射率の測定値と比較する方法であって、その場
    合、フォトレジストの各パターン化された層が第一の図
    案を持っているステップとを含む方法。
  23. 【請求項２３】 下の層の上に置かれたフォトレジスト
    のパターン化された層を持っている配列を特徴づける装
    置であって、フォトレジストのパターン化された層がマ
    イクロサイズの第一の図案を持っていて、（ａ）反射率
    の測定値を得るための第一の装置と、（ｂ）それぞれ
    が、下の層の上に置かれたフォトレジストのパターン化
    された層を持っている複数の基準配列について得られ
    た、基準反射率の測定値を記憶するためのメモリであっ
    て、各パターン化された層が第一の図案を持っているメ
    モリと、（ｃ）第一の装置からの配列に関する反射率の
    測定値を受け取り、上記反射率の測定値をメモリに記憶
    されている基準反射率の測定値を比較するようにプログ
    ラムされていて、メモリと通信するマイクロプロセッサ
    とからなる装置。
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