(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するためのコンピュータで実施される方法であって、
前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用される１つ以上のプロセス工程について、プロセスパラメータの公称値と１つ以上の異なる値を選択すること、
前記公称値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレーティングの結果に基づいて、前記構造体の最初のモデルを作成すること、
前記モデルへの入力として前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレートする工程の双方の結果を、前記構造体の前記光学モデルに変換すること、
前記構造体の前記１つ以上の特性が、前記公称値と前記１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、前記光学モデルのパラメータ表現を決定すること、を含む方法であり、
前記選択工程、前記双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、ウエハ上に形成されたような前記構造体の画像を用いることなく、並びに前記構造体がいずれかのウエハ上に形成される前に実行され、前記選択工程、前記双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、コンピュータシステムを用いて実行される、方法。
【請求項２】
前記パラメータ表現を決定することが、前記光学モデル内に含まれるパラメータを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パラメータ表現を決定することが、変化させることができる前記光学モデルのパラメータを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の特性と前記公称値及び１つ以上の異なる値の間の関係性を決定すること、
光学測定技術を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体を測定すること、
前記測定の結果を使用して、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性を決定すること、
前記関係性と組み合わせて前記１つ以上の決定された特性を用いて、前記ウエハ上で前記構造体を形成するために使用された前記プロセスパラメータの値を決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記双方のシミュレートする工程が、前記１つ以上の特性を、前記構造体上の位置の関数としてシミュレートすることを含み、前記最初のモデル及び前記光学モデルが、前記１つ以上の特性の少なくともいくつかにおける変化を前記構造体上の位置の関数として定義する数学関数を含むように作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記公称値及び前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の光学測定の結果をシミュレートすること、
前記光学測定のどのパラメータが、前記光学測定のパラメータ以外の前記プロセスパラメータの値における変化に対してより敏感であるかを決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光学測定のパラメータ以外の前記プロセスパラメータの値における変化に対してより敏感である前記光学測定の前記パラメータに基づいて、前記ウエハ上で形成される前記構造体を測定するために使用されようとする前記光学測定の前記パラメータを決定することを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記公称値及び前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、光学スキャトロメトリサインのライブラリーを作成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ以上の異なる値が、前記プロセスパラメータについての最大及び最小値を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ライブラリーを作成することが、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値について計算された前記光学スキャトロメトリサインを記憶することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ライブラリーを作成することが、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値について計算された前記光学スキャトロメトリサインでソフトウェアをトレーニングすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ライブラリーを作成することが、いずれかのウエハ上に形成される前記構造体を測定することなく実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定すること、
前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用される前記プロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の値を決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロセスパラメータの前記１つ以上のものの前記１つ以上の決定された値に基づいて、プロセスツールの１つ以上のパラメータを変更することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定すること、
前記ウエハ上で形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上で形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定すること、
前記ウエハ上で形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上に前記構造体を形成するために使用される前記プロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の値を決定すること、
前記プロセスパラメータの前記１つ以上のものの前記１つ以上の決定された値に基づいて、前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の２つ以上の特性を決定すること、
前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記２つ以上の特性の組み合わせに基づいて、前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定すること、
前記装置の前記１つ以上の特性が、前記装置の前記１つ以上の特性について、規格外にあるかどうかを決定すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記シミュレーティング工程と第１のモデルを用いて、前記プロセスパラメータの前記公称値と１つ以上の異なる値を用いて前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記第１のモデルよりも単純であり、並びに前記装置の１つ以上の特性を前記シミュレーティング工程の双方の前記結果の関数として説明する第２のモデルを作成すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
テスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの１つ以上の値における変化に対して敏感であるが、全ての値に対しては敏感でないように、前記シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、前記テスト構造体デザインを作成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
第１のテスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成される第１のテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの第１のものに対しては敏感であるが、前記プロセスパラメータの第２のものに対しては敏感ではないように、並びに第２のテスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されたような第２のテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの前記第２のものに対しては敏感であるが、前記プロセスパラメータの前記第１のものに対しては敏感ではないように、前記シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、前記第１及び第２のテスト構造体デザインを作成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
テスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性の光学測定が、前記テスト構造体の前記１つ以上の特性における変化に対して敏感であるように、前記シミュレートする工程の双方の結果に基づいて、前記テスト構造体デザインを作成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するために、コンピュータで実施される方法を実行するためのコンピュータシステム上で実行可能なプログラム命令を記憶する、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータで実施される方法が、
前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用された１つ以上のプロセス工程について、プロセスパラメータの公称値と１つ以上の異なる値を選択すること、
前記公称値を用いて、前記ウエハ上に形成されようとした前記構造体の１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレーティングの結果に基づいて、前記構造体の最初のモデルを作成すること、
前記モデルへの入力として前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレートする工程の双方の結果を、前記構造体の前記光学モデルに変換すること、
前記構造体の前記１つ以上の特性が、前記公称値と前記１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、前記光学モデルのパラメータ表現を決定すること、を含む方法であり、
前記選択工程、前記双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、ウエハ上に形成されたような前記構造体の画像を用いることなく、並びに前記構造体がいずれかのウエハ上に形成される前に実行される、コンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２３】
半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するよう構成されたシステムであって、
前記ウエハ上で形成されたような前記構造体を測定するよう構成された光学測定サブシステムと、
コンピュータサブシステムと、を含むシステムであり、
前記コンピュータサブシステムが、
前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用された１つ以上のプロセス工程について、プロセスパラメータの公称値と１つ以上の異なる値を選択すること、
前記公称値を用いて、前記ウエハ上に形成されようとした前記構造体の１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレーティングの結果に基づいて、前記構造体の最初のモデルを作成すること、
前記モデルへの入力として前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成されようとした前記構造体の前記１つ以上の特性をシミュレートすること、
前記シミュレートする工程の双方の結果を、前記構造体の前記光学モデルに変換すること、
前記構造体の前記１つ以上の特性が、前記公称値と前記１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、前記光学モデルのパラメータ表現を決定すること、のために構成され、
前記選択する工程、前記双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、ウエハ上に形成される前記構造体の画像を用いることなく、並びに前記構造体が、いずれかのウエハ上に形成される前に実行される、システム。
【請求項２４】
前記パラメータ表現を決定することが、前記光学モデル内に含まれるパラメータを選択することを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記パラメータ表現を決定することが、変化させることができる前記光学モデルのパラメータを決定することを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記１つ以上の特性と前記公称値及び１つ以上の異なる値の間の関係性を決定することと、光学測定技術を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体を測定することと、前記測定の結果を使用して、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性を決定することと、前記関係性と組み合わせて前記１つ以上の決定された特性を用いて、前記ウエハ上で前記構造体を形成するために使用された前記プロセスパラメータの値を決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
双方のシミュレートする工程が、前記１つ以上の特性を、前記構造体上の位置の関数としてシミュレートすることを含み、前記最初のモデル及び前記光学モデルが、前記１つ以上の特性の少なくともいくつかにおける変化を前記構造体上の位置の関数として定義する数学関数を含むように作成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２８】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の光学測定の結果をシミュレートすることと、前記光学測定のどのパラメータが、前記光学測定のパラメータ以外の前記プロセスパラメータの値における変化に対してより敏感であるかを決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２９】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記光学測定のパラメータ以外の前記プロセスパラメータの値における変化に対してより敏感である前記光学測定の前記パラメータに基づいて、前記ウエハ上で形成される前記構造体を測定するために使用されようとする前記光学測定の前記パラメータを決定することのために構成される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、光学スキャトロメトリサインのライブラリーを作成することのために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３１】
前記１つ以上の異なる値が、前記プロセスパラメータについての最大及び最小値を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ライブラリーを作成することが、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値について計算された前記光学スキャトロメトリサインを記憶することを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ライブラリーを作成することが、前記公称値及び前記１つ以上の異なる値について計算された前記光学スキャトロメトリサインでソフトウェアをトレーニングすることを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ライブラリーを作成することが、いずれかのウエハ上に形成される前記構造体を測定することなく実行される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記コンピュータサブシステムが更に、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定することと、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用される前記プロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の値を決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記プロセスパラメータの前記１つ以上のものの前記１つ以上の決定された値に基づいて、プロセスツールの１つ以上のパラメータを変更することのために構成される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記コンピュータサブシステムが更に、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定することと、前記ウエハ上で形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上で形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３８】
前記コンピュータサブシステムが更に、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性を決定することと、前記ウエハ上で形成される前記構造体の前記１つ以上の特性に基づいて、前記ウエハ上に前記構造体を形成するために使用される前記プロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の値を決定することと、前記プロセスパラメータの前記１つ以上のものの前記１つ以上の決定された値に基づいて、前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３９】
前記コンピュータサブシステムが更に、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される前記構造体の２つ以上の特性を決定することと、前記ウエハ上に形成される前記構造体の２つ以上の特性の組み合わせに基づいて、前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定することと、前記装置の前記１つ以上の特性が、前記装置の前記１つ以上の特性について、規格外にあるかどうかを決定することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４０】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記シミュレーティング工程と第１のモデルを用いて、前記プロセスパラメータの前記公称値と１つ以上の異なる値を用いて前記ウエハ上に形成されようとする並びに前記構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性をシミュレートすることと、前記第１のモデルよりも単純であり、並びに前記装置の１つ以上の特性を前記シミュレーティング工程の双方の前記結果の関数として説明する第２のモデルを作成することと、のために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４１】
前記コンピュータサブシステムが更に、テスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの１つ以上の値における変化に対して敏感であるが、全ての値に対しては敏感でないように、前記シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、前記テスト構造体デザインを作成することのために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４２】
前記コンピュータサブシステムが更に、第１のテスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成される第１のテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの第１のものに対しては敏感であるが、前記プロセスパラメータの第２のものに対しては敏感ではないように、並びに第２のテスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されたような第２のテスト構造体の１つ以上の特性が、前記プロセスパラメータの前記第２のものに対しては敏感であるが、前記プロセスパラメータの前記第１のものに対しては敏感ではないように、前記シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、前記第１及び第２のテスト構造体デザインを作成することのために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４３】
前記コンピュータサブシステムが更に、テスト構造体デザインに従って前記ウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性の光学測定が、前記テスト構造体の前記１つ以上の特性における変化に対して敏感であるように、前記シミュレートする工程の双方の結果に基づいて、前記テスト構造体デザインを作成することのために構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４４】
前記１つ以上のプロセス工程が、リソグラフィーを含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記光学測定サブシステムが、分光光学測定機器である、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記光学測定サブシステムが、分光エリプソメータを含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記光学測定サブシステムが、分光反射計を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４８】
前記光学測定サブシステムが、分光エリプソメータ及び分光反射計を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４９】
前記光学測定サブシステムが、角度分解光学測定機器を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５０】
前記光学測定サブシステムが、各方向で約１０μｍ未満のスポットサイズで前記ウエハ上に光を収束させる角度分解光学測定機器を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５１】
前記構造体の前記１つ以上の特性が、寸法特性を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５２】
前記構造体の前記1つ以上の特性が、１つ以上の限界寸法を含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５３】
前記コンピュータサブシステムが更に、前記光学測定サブシステムにより測定されるテスト構造体を設計することと、前記テスト構造体で使用されるための前記光学測定サブシステムの測定モードを決定することと、のために構成され、前記測定モードを決定することが、複数の異なる照明及び／又は検出条件をシミュレートして前記複数の測定モードのうちのどれが、前記テスト構造体の前記１つ以上の特性の変化に対して最適な感度を有するかを決定することを含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５４】
前記構造体の前記1つ以上の特性が、屈折率パラメータを含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５５】
半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するためのコンピュータで実施される方法であって、
前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用される１つ以上のプロセス工程であって、リソグラフィーを含む１つ以上のプロセス行程について、プロセスパラメータの公称値と１つ以上の異なる値を選択することと、
前記公称値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の１つ以上の特性をシミュレートすることと、
前記シミュレーティングの結果に基づいて、前記構造体の最初のモデルを作成することと、
前記最初のモデルへの入力として前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性をシミュレートすることと、
前記シミュレートする工程の双方の結果を、前記構造体の前記光学モデルに変換することと、
前記構造体の前記１つ以上の特性が、前記公称値と前記１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、前記光学モデルのパラメータ表現を決定することと、を含む方法であり、
前記選択工程、双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、ウエハ上に形成されたような前記構造体の画像を用いることなく、並びに前記構造体がいずれかのウエハ上に形成される前に実行され、前記選択工程、双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、コンピュータシステムを用いて実行される、方法。
【請求項５６】
半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するために、コンピュータで実施される方法を実行するためのコンピュータシステム上で実行可能なプログラム命令を記憶する、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータで実施される方法が、
前記ウエハ上の前記構造体を形成するために使用される１つ以上のプロセス工程であって、リソグラフィーを含む１つ以上のプロセス行程について、プロセスパラメータの公称値と１つ以上の異なる値を選択することと、
前記公称値を用いて、前記ウエハ上に形成されようとした前記構造体の１つ以上の特性をシミュレートすることと、
前記シミュレーティングの結果に基づいて、前記構造体の最初のモデルを作成することと、
前記最初のモデルへの入力として前記１つ以上の異なる値を用いて、前記ウエハ上に形成される前記構造体の前記１つ以上の特性をシミュレートすることと、
前記シミュレートする工程の双方の結果を、前記構造体の前記光学モデルに変換することと、
前記構造体の前記１つ以上の特性が、前記公称値と前記１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、前記光学モデルのパラメータ表現を決定することと、を含む方法であり、
前記選択工程、双方のシミュレーティング工程、前記作成工程、前記変換工程、及び前記決定工程が、ウエハ上に形成されたような前記構造体の画像を用いることなく、並びに前記構造体がいずれかのウエハ上に形成される前に実行される、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれている、２０１１年９月２３日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｗａｒｅ  ＣＤ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」と題された、米国仮特許出願第６１／５３８，６９９号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、全般的には、半導体装置の製造中に作成される構造体を検査かつ測定するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下の説明及び例は、このセクションへのこれらの編入によって、先行技術であることを認めるものではない。
【０００４】
半導体工業は、およそ２０００年から光学限界寸法（ＣＤ）メトロロジー（スキャトロメトリ、光波散乱計測法）を用いているが、大量製造における現在の用途の多くは、通常はちょうど平行な溝部又は構造体のグリッドである比較的簡単な形状の測定、並びに高さ（深さ）、ＣＤ（幅）及び側壁角などの比較的少数の形状パラメータの測定に限定されている。
【０００５】
測定を行うために、構造体のモデルが構築されねばならない。多くの場合、形状はトップダウン画像から決定され得ないために、通常、構造体の断面電子顕微鏡写真が必要とされる。構造体の形状が三次元（すなわち、構造体がどの方向においても一定の断面を有さない）場合には、今度は、形状を明らかにするために、少なくとも２つの垂直な断面が必要とされることがある。
【０００６】
モデルは、通常は、構造体の形状に近い簡単な幾何学的形状から構築される。これら形状の寸法は、数個のパラメータ（長さ、幅、高さ及び／又は角度など）によって制御される。モデルを組み立てる場合、これら寸法パラメータのどれが測定プロセス中に変えることができるのか、並びにどれが一定のまま保持されるかに関して決定がなされねばならない。
【０００７】
構造体を構成する材料の複素屈折率の数値又はモデルが必要とされる。多くの場合、これら材料に関する以前の経験から、若しくは同一のウエハ上の若しくは同様な、又は類似の設備又はプロセスを通して処理されたその他のウエハからのパターン化されていない位置における測定によって、これらを知ることができるであろう。
【０００８】
一旦、形状、寸法及び屈折率が認識されると、電磁場計算が、この構造体から光がどのように散乱するかを予測することができる。これら散乱予測は、光学機器がこの構造体の測定を行う場合、予期されたシグナルをモデル化するために使用され得る。
【０００９】
完全なモデル（測定レシピとも呼ばれることもある）は、その後、実際の形状に関連する寸法を表すと推測される、最良適合する形状パラメータを決定するために、反射計又はエリプソメータなどの光学的測定ツールで回収されたデータを処理するために使用される。
【００１０】
多くの場合、モデルは、変えることができる全ての寸法パラメータの範囲に相当する光学的サインのライブラリーを予備計算するために使用され得る。２つ又は３つを超えるパラメータが変えることができる場合、ライブラリーは測定を著しく加速することができる。
【００１１】
異なる条件下で処理されたウエハ上の構造体を測定することによって回収された、実験的に測定された光学的サインから光学的サインのライブラリーを構築することも知られている。場合によっては、ＳＥＭ画像などのその他の測定技術が、寸法のいくつかを決定するために更に使用される。
【００１２】
断面画像の必要性は、断面研磨のためにウエハを調製するのに必要な時間並びに画像を撮影するために必要とされる時間のために、最初のウエハが処理された後に何時間も又は何日間もの間、正確なモデルが構築され得ないことを意味する。この遅延時間は一般的に許容できるものではなく、かつコスト高である。多くは、断面画像が利用可能になる前に、最初の測定が、構築されたモデルを用いて行われなければならず、そうすることで、これらモデルが多くの当て推量を組み入れ、構造体についての正確な測定を提供することができない。断面画像が利用可能になって初めて、その後得られた結果が正確であることが証明されるならば、これら結果に従って作業することの遅れにつながる、結果における信頼性の欠如があり得る。
【００１３】
トップダウン画像に加えての２つの垂直断面画像は、多数の材料から製造された全ての複雑な構造の詳細を明らかにするためには十分ではない。特に、凹角の特徴は、断面が偶然に正しい位置を貫通しない限り、見落とされる可能性がある。
【００１４】
断面は、準備することが遅くかつ高価であるために、典型的には、数個のみが準備されるであろう。これらは、処理加工において正常な変化と共に発生し得る形状及び寸法の全ての可能な変化を示すことはなく、まして異常状態が起こる場合に発生し得る変化も示すことはない。
【００１５】
上述したように、モデルを構成する幾何学的形状の寸法は、パラメータのセット（長さ（複数可）、幅（複数可）、高さ（複数可）及び／又は角度など）によって制御される。レシピを組み立てる場合、測定プロセス中に、どの寸法パラメータを固定したままにすべきか、並びにどれを変化させるべきかの決定が行われねばならない。プロセス変化を追跡するためのモデルの柔軟性を最大化する試みにおいて、多くの又は全てのパラメータが変化させることができる場合、光学シグナルは、寸法変化の特定の組み合わせ間を不十分に識別する可能性があるために、測定結果は、通常、低い再現性を示すであろう（これに加えて、２０個以上のパラメータは不安定であり得る）。しかしながら、対応する寸法が実際に変化するときに、１つ以上のパラメータが一定に保持されるならば、今度は、測定結果は不正確であるだろう。
【００１６】
構造体のモデルを構築するプロセスは、経験、当て推量及び試行錯誤の組み合わせを伴い、これは、最善の状態でも、人から人への首尾一貫していない遅いプロセスであり、最悪の場合、正確な測定を結果としてもたらさない場合がある。
【００１７】
ライブラリーが実験的データから構築される場合、多数のウエハが異なるプロセス条件下で完全に処理され、光学測定がこれらウエハで実行されるまで、ライブラリーは構築され得ない。このようなライブラリーは、ノイズィであるという不利を被る。第１に、プロセスツールに関する同一のプロセス設定でさえも、実際の処理加工条件は、ウエハ上及びウエハ間の位置で異なるために、プロセスノイズが存在することである。第２に、機器内の光学的、熱的及び電気的ノイズ発生源からの光学測定ではノイズが必然的に存在することである。第３に、基準寸法測定又は形状測定（例えば、電子顕微鏡又は原子間力顕微鏡からの）もまた、ノイズ及び系統的誤差の対象になることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５，９６３，３２９号
【特許文献２】米国特許第６，６０８，６９０号
【特許文献３】米国特許第７，０３８，８５０号
【特許文献４】米国特許第７，１０６，４５９号
【特許文献５】米国特許第５，６０７，８００号
【特許文献６】米国特許第５，８６７，２７６号
【特許文献７】米国特許第６，２７８，５１９号
【特許文献８】米国特許第６，４２９，９４３号
【特許文献９】米国特許第８，０９０，５５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
結果的に、上記記載の不利点の１つ以上を有さないプロセス認識メトロロジーシステム及び／又は方法を開発することは有益であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
様々な実施形態の以下の説明は、添付の請求項の主題を多少なりとも限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２１】
一実施形態は、半導体ウエハ上で測定されるための構造体の光学モデルを作成するためのコンピュータで実施される方法に関する。方法は、ウエハ上に構造体を形成するために使用される１つ以上のプロセス工程に関するプロセスパラメータの公称値及び１つ以上の異なる値を選択することを含む。方法はまた、公称値を使用してウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性をシミュレートすることを含む。これに加えて、方法は、シミュレートする工程の結果に基づいて、構造体の最初のモデルを作成することを含む。方法は、１つ以上の異なる値を最初のモデルへの入力として使用して、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性をシミュレートすることを更に含む。方法はまた、シミュレートする工程の双方の結果を、構造体の光学モデルに変換することを含む。これに加えて、方法は、構造体の１つ以上の特性が、公称値及び１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、光学モデルのパラメータ表現を決定することを含む。選択工程、両シミュレーティング工程、作成工程、変換工程、及び決定工程は、ウエハ上で形成されるような構造体の画像を用いることなく実行され、構造体がいずれかのウエハ上で形成される前に開始され得る。選択工程、両シミュレーティング工程、作成工程、変換工程、及び決定工程は、コンピュータシステムを使用して実行される。
【００２２】
上記記載の方法の各々の工程は、本明細書に記載される通りに更に実行され得る。これに加えて、方法の各々の工程は、本明細書に記載のシステム（複数）のいずれかを用いて実行され得る。更に、方法は、本明細書に記載のいずれかのその他の工程（複数）を含んでもよい。
【００２３】
別の実施形態は、半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するためのコンピュータで実施される方法を実行するためのコンピュータシステム上で実行可能なプログラム命令を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に関する。プログラム命令によって実行可能なコンピュータで実施される方法は、上記記載のコンピュータで実施可能な方法の工程を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体は、本明細書に記載の通りに更に構成され得る。
【００２４】
追加の実施形態は、半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するよう構成されたシステムに関する。システムは、ウエハ上に形成された構造体を測定するよう構成された光学測定サブシステムを含む。システムはまた、上記記載のコンピュータで実施される方法の工程を実行するために構成されたコンピュータサブシステムを含む。システムは、本明細書に記載される通りに更に構成されてもよい。
【００２５】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明を読み取ることにより、並びに添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】シミュレーション及びモデル開発プロセスの一実施形態を示す流れ図である。
【図２】エッチング及び積層によって生成された構造体の一例の断面図を示す概略図である。
【図３】プロセス条件に起因する、図２で示す構造体の形状の変化の異なる例の断面図を示す概略図である。
【図４ａ】図３の構造体から分光エリプソメータによって測定される偏光光学反射率をシミュレートした結果を示すプロット図である。
【図４ｂ】図３の構造体から分光エリプソメータによって測定される偏光光学反射率をシミュレートした結果を示すプロット図である。
【図５】ライブラリー開発工程の一実施形態を示す流れ図である。
【図６】光学限界寸法（ＣＤ）測定結果を解釈するための一実施形態を示す流れ図である。
【図７】ＴＣＡＤを用いて光学ＣＤ測定結果を解釈するための一実施形態を示す流れ図である。
【図８】結果を解釈するための単純化プロセスモデルを開発するための一実施形態を示す流れ図である。
【図９】テスト構造体を設計するための一実施形態を示す流れ図である。
【図１０】酸化物の厚さ変化の一例の断面図を示す概略図である。
【図１１ａ】酸化物及びトレンチがプロセス条件でどのように変化するかの例を示すプロット図である。
【図１１ｂ】酸化物及びトレンチがプロセス条件でどのように変化するかの例を示すプロット図である。
【図１１ｃ】酸化物及びトレンチがプロセス条件でどのように変化するかの例を示すプロット図である。
【図１２】非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体の一実施形態を示すブロック図である。
【図１３】システムの一実施形態を示すブロック図である
【図１４】本明細書に記載のシステムに含まれ得る光学測定サブシステムの様々な実施形態の側面図を示す概略図である。
【図１５】本明細書に記載のシステムに含まれ得る光学測定サブシステムの様々な実施形態の側面図を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、様々な修正及び変更形態を受けやすいが、その特定の実施形態が、図面で例として示され、ここで詳細に説明されるであろう。しかしながら、図面及びその詳細な説明は開示される特定の形態に本発明を限定するよう意図しておらず、それよりもむしろ、この目的は、添付の請求項によって定義されるような本発明の精神及び範囲内に入る全ての修正、等価物及び変更をカバーするためのものである。
【００２８】
ここで図を参照すると、図は、正しいスケールで描かれてはいないことに注意が必要である。特に、図の要素のいくつかのスケールは、要素の特性を強調するために大いに誇張されている。図が同一のスケールで描かれていないことにも注意が必要である。同様に構成され得る複数の図で示す要素は、同じ参照番号を使用して示されている。
【００２９】
リソグラフィー及びエッチングによって生成された構造体の形状の光学測定が可能な本明細書に記載の実施形態は、後続のウエハの処理加工条件の調整を可能にするための定量的情報を提供し、構造体の寸法が設定管理基準内にあるかどうかを判定するために使用され得る。本明細書に記載の実施形態はまた、光学測定を容易にする構造体を設計すること、並びに光学モデル及び測定レシピの開発を簡略化しかつ加速することを可能にする。
【００３０】
一実施形態は、半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成するためのコンピュータで実施される方法に関する。図１は、シミュレーション及びモデル開発のための方法の一実施形態を図示している。方法は、ウエハ上で構造体を形成するために使用される１つ以上のプロセス工程に関するプロセスパラメータの公称値及び１つ以上の異なる値を選択することを含む。１つ以上のプロセス工程とは、ウエハを製造する上で関与する任意のプロセス工程を含むことができる。例えば、図１に示すように、方法は、工程１０１に示すような、プロセスパラメータを決定することを含む。プロセスパラメータは、任意の好適な方法（例えば、ファブデータベースからの）で決定され得る。プロセスパラメータに関する値は、公称値及び公称値からの値の若干の変化を含んでもよい。
【００３１】
方法は、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性を、公称値を用いてシミュレートすることを含む。例えば、方法は、工程１０３で示すように、プロセスによって作り出された期待形状をシミュレートすることを含む。期待形状をシミュレートすることは、プロセスパラメータ下で積層、リソグラフィー及びエッチングによって生成された半導体構造体の形状を予測するために、カリフォルニア州サンタクララのＳｉｌｖａｃｏ，Ｉｎｃ．により販売されるＡＴＨＥＮＡ及びＶＩＣＴＲＹ  Ｐｒｏｃｅｓｓソフトウェアパッケージを用いて実行され得る。
【００３２】
方法はまた、シミュレートする工程の結果に基づいて、構造体の最初のモデルを作成することを含む。例えば、公称プロセス条件下の構造体の予測された形状を、最初のモデルについての構造体の公称形状として使用されることができ、これによって、構造体の画像を待つことなく、モデルが開発されることを可能にする。このようにして、一旦プロセス条件が設定されると、モデルは、ウエハが処理される前であっても開発され得る。
【００３３】
方法は、最初のモデルへの入力として１つ以上の異なる値を使用して、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性をシミュレートすることを更に含む。例えば、ＡＴＨＥＮＡ及びＶＩＣＴＲＹ  Ｐｒｏｃｅｓｓソフトウェアパッケージなどのプロセスシミュレーションソフトウェアを使用して、積層、リソグラフィー及びエッチングによって生成された半導体構造体の形状が異なるプロセス条件下でどのように変化することができるかを予測することが可能である。これに加えて、方法は、シミュレーティング工程の双方の結果を、構造体の光学モデルに変換することを含む。例えば、工程１０５に示すように、方法は、プロセスシミュレーションの出力を変換することを含んでもよい。加えて、工程１０７に示すように、方法は、光学モデルを生成することを含んでもよい。
【００３４】
方法はまた、構造体の１つ以上の特性が、公称値と１つ以上の異なる値の少なくとも２つの間でどのように変化するかに基づいて、光学モデルのパラメータ表現を決定することも含む。例えば、形状が異なるプロセス条件下でどのように変化するかについて得られた洞察は、モデルのパラメータ表現へと導くことができる。一例では、エッチング時間が増加するにつれて、側壁の曲率及び勾配は双方ともに変化する場合がある。一実施形態では、パラメータ表現を決定することは、光学モデル内に含まれるパラメータを選択することを含む。別の実施形態では、パラメータ表現を決定することは、変化することができる光学モデルのパラメータを決定することを含む。例えば、側壁を説明する数学モデルは、プロセスが作り出すことができる形状に制限される場合、少数のパラメータを用いて構築され得、より多くのパラメータ及び／又は十分に選択されなかったパラメータを有するモデルよりも良好な測定再現性及び正確さをもたらす測定を実行する場合には、この少数のパラメータは、その後変化させる必要がある。
【００３５】
選択する工程、両シミュレートする工程、作成する工程、変換する工程、及び決定する工程は、ウエハ上で形成された構造体の画像を用いることなく、並びに構造体がいずれかのウエハ上で形成される前に、実行され得る。例えば、公称のプロセス条件下の構造体の予測された形状は、最初のモデルについての構造体の公称の形状として用いられることができ、これによって、構造体の画像を待つことなくモデルが開発されることが可能となる。プロセス条件が一旦設定されると、モデルはウエハが処理加工される前でも開発され得る。
【００３６】
選択工程、両シミュレーティング工程、作成工程、変換工程、及び決定工程は、コンピュータシステムを用いて実行される。コンピュータシステムは、本明細書で更に記載されるような工程を実行することができる。
【００３７】
図１に示すように、方法はまた、工程１０９に示すような光散乱をシミュレートすること、及び工程１１１に示すような光学限界寸法（ＣＤ）測定レシピを開発することを含んでもよく、この双方ともに、本明細書で更に記載されるように実行され得る。
【００３８】
図２は、エッチング及び積層によって半導体ウエハ上に生成されたテスト構造体の断面の例である。構造体は、一連の並行溝部を含有する。パターンは、規則的ピッチで繰り返す（この例では、２００ｎｍ）。図は、この反復構造の単一ユニットセルの断面をちょうど示している。分離溝部２０２は、シリコン２０１にエッチングされ、酸化物で充填される。典型的には、酸化物は、充填後に平坦化されるであろう。この例では、溝部は約５００ｎｍの深さである。次いで、適切なパターン付けの後に、凹部２０３が、約７５ｎｍの深さまでシリコンにエッチングされる。洗浄及び表面処理後に、酸化物フィルム２０４を、約４ｎｍの厚さまで、シリコン表面上で成長させる（熱酸化工程において）。このテスト構造体は、トランジスタ及び半導体装置のその他の回路構造が、同一の（又は同一のスーパーセット）プロセス工程から組み立てられるのと同時に構築される。典型的には、テスト構造体は、実際の装置と比較して単純化された形状を含有する。この例では、テスト構造体は、長さが数ミクロンである平行溝部を含む。この例の形状及び寸法は例示であり、限定するものではないことが理解されるべきである。多くの異なる形状及び寸法が実際には使用され得る。典型的には、テスト構造体は、組み立てられ得る装置からの重要な寸法を組み入れることで、テスト構造体の測定が、装置の寸法についての情報を提供するであろう。テスト構造体は、一定の断面を有する平行特徴を含める二次元構造である必要はないこともりかいされるべきである。組み立てられる装置の形状を緊密に表す三次元形状もまた使用されてもよい。
【００３９】
図３は、プロセス条件における変化に起因する、図２に示す構造体の形状における変化を示す。特に、図３は、異なるプロセス条件についての図２に示す構造体の上部の一連の断面を示している。図を簡単にするために、この例は２つのプロセスパラメータ、すなわちエッチング速度ｋｉと、酸化物成長時間ＤＴが変化するとだけと想定する。実際には、各プロセス工程で変化し得る多数のプロセスパラメータが存在するであろう。プロセスシミュレーションは、凹部の断面形状及び酸化物層の厚さがプロセス条件でどのように変化するかを示す。この例では、シミュレーションソフトウェアは、凹部がほぼ切頭楕円形状である断面を有することを予測する。プロセスシミュレーション無しでは、「Ｕ字」型などの誤った形状が推測されることがあり、正確さに劣るモデルが構築されるであろう。断面形状についての現実的な推測によって、形状の適切なパラメータ表現が選択され得る。
【００４０】
図１０並びに１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃは、図３に示す形状がプロセス条件でどのように変化するかについてより詳細に示している。図１０は、溝部の湾曲面に沿うチャネル長さ又はゲート長さＬの定義を示す。図１０はまた、酸化物層の厚さdが、外側面とシリコン表面との間の最小距離などの、この湾曲面に沿う位置の関数としてどのように定義されるかを示している。言い換えると、酸化物厚さｄは、ゲート酸化物の２つの境界面の間の最小距離によって定義され得る。平均厚さ、平均（ｄ）及び厚さ変動、変動（ｄ）は、この図に示す等式で定義される。図１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃは、これら寸法パラメータが、プロセス条件でどのように変化するかを示している。特に、図１１ａは、異なる酸化物成長時間（ＴＤ）について、平均ゲート厚さ（ｎｍでの）をエッチング速度ｋｉの関数として示している。図１１ｂは、異なる酸化物成長時間（ＴＤ）について、ゲート厚さの変動（ｎｍでの）をエッチング速度ｋｉの関数として示している。図１１ｃは、異なる酸化物成長時間（ＴＤ）について、ゲート長さ（ｎｍでの）をエッチング速度ｋｉの関数として示している。
【００４１】
いくつかの実施形態では、方法は、１つ以上の特性並びに公称値及び１つ以上の異なる値の間の関係性を決定することと、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される構造体を測定することと、測定の結果を使用して、ウエハ上に形成されるような構造体の１つ以上の特性を決定することと、この関係性と組み合わせて、１つ以上の決定された特性を用いて、ウエハ上に構造体を形成するために使用されるプロセスパラメータの値を決定することとを含む。例えば、図３、１０、並びに１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃに示すものなどのシミュレーション及び解析が、プロセス条件及びプロセス条件における変化に関する構造体の寸法の光学スキャトロメトリ測定の結果を解釈するために使用され得る。例えば、平均酸化物（ゲート）厚さ及びゲート長さの得られた測定値から、図１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃのプロットされたものなどの関係性が、プロセス条件を推測するために使用され得る。
【００４２】
一実施形態では、両シミュレーティング工程は、１つ以上の特性を、構造体上の位置の関数としてシミュレートすることを含み、最初のモデル及び光学モデルが、１つ以上の特性のうちの少なくとも１つにおける変化を構造体上の位置の関数として定義する数学的関数を含有するよう作成される。例えば、酸化物の厚さ変化は、異なるプロセス条件に対して異なるであろう。一例では、図３のプロット図を注意深く調べると、酸化物厚さｄは、溝部の湾曲面に沿う位置と共に変化することを示している。それぞれが図３に示すプロセス条件のセットの１つに相当して、プロット図が作成され得る。各プロット図は、酸化物の厚さを、左溝部の左端部からその溝部の右端部までの溝部の表面に沿う位置の関数として示すことができた。各プロット図は、酸化物厚さが、溝部の表面に沿って一定ではないことを示すであろう。この情報は、形状のモデルを正確にパラメータ化するために使用され得る。シミュレーションの結果なくしては、モデルを作成する人は、恐らくは酸化物層を一定の厚さであるとみなすであろう。しかしながら、本明細書に記載の実施形態では、数学的曲線が酸化物層の形状を近似するために使用されることができ、少数の（理想的には２又は３個の）可変パラメータによって、特性化され得る。この曲線があまりに多数のパラメータを有する場合には、測定再現性が低くなるであろう。
【００４３】
別の実施形態では、方法は、ウエハ上に形成される構造体の光学測定の結果を、公称値及び１つ以上の異なる値を用いてシミュレートすることと、光学測定のどのパラメータが、光学測定のその他のパラメータよりもプロセスパラメータの値の変化に対して敏感であるかを決定することとを含む。１つのこのような実施形態では、方法は、ウエハ上で形成される構造体の測定に使用されようとする光学測定のパラメータを、光学測定のその他のパラメータよりもプロセスパラメータの値の変化に対してより敏感である光学測定のパラメータに基づいて決定することを含む。例えば、図４ａ及び４ｂは、楕円偏光パラメータｔａｎΨ及びｃｏｓΔとして表された、分光エリプソメータによって、図３の構造体から測定される偏光光学反射率のシミュレーションの結果を示している。このような方法で、図４ａ及び４ｂは、プロセス変化から光学ＣＤスペクトルを示す。周期構造体の有限要素モデルを用いて、光学反射率を計算した。このようなモデルは、例えば、ＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（ＣＯＭＳＯＬ  ＡＢ、ストックホルム、スエーデン）又はＪＣＭｓｕｉｔｅ（ＪＣＭｗａｖｅ  ＧｍｂＨ、ベルリン、ドイツ）などの市販のソフトウェアを用いて構築され得る。これら曲線は、どのプロセス変化が最も容易に検出され得るか、並びにどの波長がどのプロセス変化に敏感であるかを示している。この例では、曲線は、３つの異なるエッチング速度に従って、３つの系統に分かれ、この例において、このことは、シミュレートされたエッチング速度変化の大きさが容易に検出され得ることを示している。これら曲線は更に、どの波長範囲がプロセスパラメータ変化に対して最も敏感であるかも示している。例えば、約６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲が、最高のエッチング速度（ｋｉ＝０．４）では、酸化物成長時間（ＴＤ）に対して良好な感度を有するが、低速のエッチング速度では、酸化物成長時間に低い感度を有することが、図４ａ及び４ｂで見ることができる。この例は、角度の狭い範囲では、光学反射率が波長の広範囲にわたる波長の関数として計算されることを示しているが、反射率は、１つ又は僅かな数の波長では、入射角及び／又は方位角の広範囲にわたる角度の関数として計算され得ることが理解されるべきである。反射率は、非偏光入射光、直線偏光入射光、楕円偏光入射光を含める及び多様な異なる偏光状態について計算され得ることも理解されるべきである。構造体の反射率は、図４ａ及び４ｂに示すｔａｎΨ及びｃｏｓΔなどの楕円偏光パラメータとして、ジョーンズ行列又はミュラー行列の要素、又は要素の組み合わせとして、若しくは、偏光された又は非偏光の反射率のその他の表現などとして計算されてもよい。
【００４４】
有限要素法以外のその他のアルゴリズムが、光学反射率を計算するために使用されてもよい。これらアルゴリズムとしては、例えば、Ｃｏｎｒａｄらによる米国特許第５，９６３，３２９号、Ｎｉｕらによる同第６，６０８，６９０号に記載されるような厳密結合波アルゴリズム（ＲＣＷＡ）が挙げられる。使用され得るその他のアルゴリズムとしては、Ｃｈａｎｇらによる米国特許第７，０３８，８５０号に記載されるようなものなどグリーン関数を用いるもの、並びにＣｈｕによる米国特許第７，１０６，４５９号に記載されるものなどの有限差分法が挙げられる。これら特許の全ては、十分に論及することにより、参照として本明細書中に組み込まれる。
【００４５】
一実施形態では、方法は、公称値及び１つ以上の異なる値を用いて、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性に基づいて、光学スキャトロメトリサインのライブラリーを作成することを含む。例えば、方法は、ウエハ上の構造体の形状の測定のための光学ＣＤライブラリーを構築することを含んでもよい。これに加えて、方法は、光学スキャトロメトリサインのライブラリーを作成して、光学ＣＤ測定を加速させることを含んでもよい。一連のプロセスシミュレーションが、プロセスパラメータ変化の期待範囲について実行され、一連の期待形状を作成する。例えば、方法は、異なるプロセスパラメータの多数の組み合わせについて、ウエハ上のプロセス操作によって作成された形状をシミュレートすることを含んでもよい。１つのこのような例では、エッチングプロセスについては、シミュレーションは、ＲＦ電力のレベル、エッチウエハバイアス電圧、エッチング時間、ウエハ温度、ガス流速、又はこれらの組み合わせの範囲について、期待形状をシミュレートすることを含んでもよい。一実施形態では、１つ以上の異なる値は、プロセスパラメータの１つについての最大値及び最小値を含む。例えば、シミュレーションは、全てのこれらプロセスパラメータの公称値並びにプロセスパラメータの最大値及び最小値の様々な組み合わせをシミュレートすることを含んでもよい。このシミュレーションから得た異なる形状のセットが、今度は、対応するプロセス条件に付いての散乱の光学サインを計算するために使用され得る。次いで、シミュレーションの結果を用いて、ライブラリーが構築され得る。
【００４６】
例として、図４ａ及び４ｂに示すものなどのシミュレートされた光学応答（これは、プロセス条件の範囲に相当する）を使用して、ライブラリーを作成することができる。このようなプロセスは、図５の流れ図によって示される。特に、図５は、ライブラリー開発プロセスに関する流れ図である。図５の工程５０１に示すように、方法は、１つ以上のプロセス工程に関連するプロセスパラメータについて、公称値並びに最大値及び最小値を特定することを含むことができる。上述したように、測定される構造体のシミュレーションは、図の５０３に示すように、限定されないが、公称のプロセス条件並びに異なるプロセスパラメータの期待された最大値及び最小値を含める、プロセス工程及びプロセス条件の異なる組み合わせについて行われる。いくつかの実施形態では、プロセス条件値の全ての組み合わせは、公称値並びに最小値及び最大値の合計で９個の組み合わせがシミュレートされる２つの異なるプロセス条件について、図４ａ及び４ｂに示す例のようにシミュレートされ得る。他の実施形態では、特に多くの変化するプロセス条件がある場合には、プロセスパラメータ値の可能な組み合わせのサブセットがシミュレートされる。シミュレートされるプロセス条件は、必ずしも公称値、最小値及び最大値に限定されない。公称値と極値の１つの間にあるその他の値もまた、シミュレーションで使用されてもよい。例えば、図４ａ及び４ｂに示すように、エッチング速度パラメータkiでの変化についての光学サインにおいて、比較的大きな変化が存在する。このような場合、０．２５及び０．３５などのシミュレーションにおいてｋｉの追加値を含有することが有用であり得る。
【００４７】
工程５０５に示すように、方法はまた、シミュレートされたプロファイルを光学モデルに変換することを更に含むことができる。これに加えて、工程５０７に示すように、方法は、これら光学モデルからの光散乱をシミュレートすることを含んでもよい。方法はまた、工程５０９に示すように、光学散乱に関連するライブラリーをプロセスパラメータに構築することを更に含むことができる。方法は、工程５１１に示すように、測定された光学散乱の解析によって、ウエハ上の装置のプロセスパラメータを測定するためにライブラリーを使用することを更に含んでもよい。加えて、方法は、工程５１３に示すように、測定結果をプロセスパラメータとして報告することを含んでもよい。これら工程の全ては、以下に更に記載される通りに実行され得る。
【００４８】
ライブラリーを構築しかつ使用する異なる方法の例は、米国特許第５，６０７，８００号（Ｚｉｇｅｒによる）、同第５，８６７，２７６号（ＭｃＮｅｉｌらによる）、同第５，９６３，３２９号（Ｃｏｎｒａｄらによる）、同第７，２８０，２２９号（Ｌｉらによる）、同第７，３１２，８８１号（Ｓｃｈｅｇｒｏｖらによる）、同第７，８３１，５２８号（Ｄｏｄｄｉらによる）、及び同第７，８５９，６５９号（Ｘｕらによる）で見ることができ、これら全ては、十分に論及することにより、参照として本明細書中に組み込まれる。ライブラリーとしては、シミュレートされた光学散乱サイン又は機械学習システム、ニューラルネットワーク、若しくはシミュレートされた光学散乱に関してトレーニングされた統計的プロセスを挙げることができる。一実施形態では、ライブラリーを作成することは、公称値及び１つ以上の異なる値に関して計算された光学スキャトロメトリサインを記憶することを含む。別の実施形態では、ライブラリーを作成することは、公称値及び１つ以上の異なる値に関して計算された光学スキャトロメトリサインに関してソフトウェアをトレーニングすることを含む。例えば、光学スキャトロメトリに使用されるライブラリーは、異なるプロセスについて計算された光学サインを記憶することに基づいてもよく、若しくはこれら計算された光学サインでトレーニングされた機械学習システム又はニューラルネットワークに基づいてもよい。ライブラリーの作成は、顕著な精度又は感度を失うことなく、記憶されるべきデータの量を低減するための主成分解析などの、光学サインで統計的解析を実行することを含んでもよい。ライブラリーは、測定された光学サインと最適に適合するプロセスパラメータを決定する場合の補間法で使用されてもよい。上記記載のようなライブラリーを作成することは、いずれかのウエハ上で形成されるような構造体を測定することなく実行される。異なる条件下で処理されるウエハから測定された実験的に決定された光学サインからライブラリーを構築することと比較して、本明細書に記載の実施形態は、実験的なノイズ（プロセス変化によるものか、光学シグナルにおけるノイズによるものか、又は基準測定におけるノイズ及び誤差によるものかのいずれか）がライブラリーに組み込まれないために、ノイズの少ない測定をもたらす利点を有する。
【００４９】
一実施形態では、方法は、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性を決定することと、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性に基づいて、ウエハ上に構造物を形成するために使用される１つ以上のプロセスパラメータの１つ以上のものの値を決定することとを含む。１つのこのような実施形態では、方法はまた、１つ以上のプロセスパラメータの１つ以上のものの決定された値に基づいて、プロセスツールの１つ以上のパラメータを変更することも含む。例えば、方法は、光学形状測定の結果を解釈することで補助するＡＴＨＥＮＡなどのプロセスシミュレーションソフトウェアを使用することを含んでもよい。１つ以上の寸法又は形状パラメータが、それらの公称値から逸れて変化する場合、プロセスシミュレーションソフトウェアは、どのプロセスパラメータ又は条件がその変化を引き起こす可能性があるのかを決定するために使用されることができ、処理チャンバ又はプロセスツールの適切な補正措置又は調整を誘導することができる。
【００５０】
このことを実行するための１つの方法を示している流れ図を、図６に示す。特に、図６は、光学ＣＤ測定結果を解釈するための流れ図である。工程６０１に示すように、方法は、光学ＣＤ測定をウエハ上の構造体で実行することを含む。工程６０３に示すように、方法はまた、形状及び寸法を決定することも含む。これに加えて、工程６０５で示すように、方法は、これら形状及び寸法を結果としてもたらしたプロセス条件を決定するために、プロセスシミュレーションソフトウェアを使用することを含む。方法は、工程６０７に示すように、プロセス条件を調整すること、又はプロセスツールでサービスを実行することを更に含む。
【００５１】
一実施形態では、方法は、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性を決定することと、構造体の１つ以上の特性に基づいて、ウエハ上で形成されようとする装置及びこの構造体を含もうとする装置の１つ以上の特性を決定することとを含む。別の実施形態では、方法は、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される構造体の１つ以上の特性を決定することと、ウエハ上で形成さる構造体の１つ以上の特性に基づいて、ウエハ上に構造体を形成するために使用されるプロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の値を決定することと、プロセスパラメータの１つ以上のものの１つ以上の決定された値に基づいて、ウエハ上で形成されようとする装置及びこの構造体を含もうとする装置の１つ以上の特性を決定することと、を含む。例えば、方法は、Ｓｉｌｖａｃｏ、Ｉｎｃ．によって販売されるＡＴＬＡＳ又はＶＩＣＴＯＲＹ装置などのＴＣＡＤ（トランジスタコンピュータ支援設計）ソフトウェアを使用して、装置構造体の寸法及び／又は形状及び／又はプロセス条件の光学測定の結果を解釈し、最終装置が規格範囲内で実行するよう想定されるか否かを決定することを含んでもよい。
【００５２】
図７は、ＴＣＡＤを用いて、光学ＣＤ測定結果を解釈するための流れ図である。工程７０１に示すように、方法は、ウエハ上の構造体で光学ＣＤ測定を実行することを含んでもよい。これに加えて、工程７０３で示すように、方法は、構造体の形状、寸法、及び／又はプロセス条件を決定することを含む。例えば、光学測定は、ウエハ上の異なる位置で、又はこれら形状を生成したプロセスの条件で、実際の寸法及び形状を定量化するために使用され得る。これら形状、寸法、プロセス条件、又はこれらのいくつかの組み合わせに基づいて、実際の装置性能がモデル化され得る。例えば、工程７０５に示すように、方法は、必要な場合、後のプロセス工程のための適切な値を推測する、期待される装置性能を決定するために、ＴＣＡＤソフトウェアを使用することを含む。工程７０７に示すように、方法は、予測された装置性能に基づいて、ウエハが連続的に加工処理されることを可能にするか、又はウエハをスクラップすることをも含んでもよい。例えば、期待装置性能が、規格範囲内にある場合、ウエハは後続の処理加工を続けることができる。期待装置性能が規格範囲内にない場合、今度は、ウエハはスクラップされ、後続のプロセス工程を犠牲にすることを回避し、後続のウエハが規格範囲内に入るように、適切なプロセスツールへの変更が行われ得る。これに加えて、工程７０７で示すように、方法は、装置性能が所望の性能からほど遠い場合、プロセスツールに調整を行うことを含んでもよい。例えば、期待装置性能が規格範囲内にはあるが、この規格の限界に近いようないくつかの場合には、プロセス条件が、後続のウエハに所望の規格により近い装置を産生させるように調整されてもよい。所望の規格としては、装置速度に関する特性、装置の電力消費、メモリ保持時間、メモリ信頼性、若しくは閾値電圧、漏洩電流、及び飽和連続ドレイン電流（Ｉｄｓａｔ）などのその他の重要なトランジスタ特性が挙げられる。
【００５３】
連続ドレイン電流対ゲートソース電圧（Ｉｄ−Ｖｇｓ）曲線は、図３に示す異なるプロセス条件を使用して構築されたトランジスタに対してプロットされ得る。トランジスタ特性を計算するために、注入並びにソース及びドレインコンタクトを含める全ての他のプロセスについての公称（又は実際に測定された）条件を想定することが必要である。
【００５４】
一実施形態では、方法は、光学測定技術を用いて、ウエハ上に形成される構造体の２つ以上の特性を決定すること、ウエハ上に形成される構造体の２つ以上の特性の組み合わせに基づいて、ウエハ上に形成しようとする装置及びこの構造体を含有しようとする装置の１つ以上の特性を決定することと、装置の１つ以上の特性が、装置の１つ以上の特性について規格外にあるかどうかを決定することとを含む。例えば、従来のプロセス制御においては、幅、高さ、深さ、勾配及びアンダーカットなどの測定されたパラメータに関して、限界値が個々に設定される。典型的には、限界範囲内のパラメータのいずれの組み合わせも規格内にある装置をもたらすように上限が設定されねばならない。しかしながら、装置の性能は、多数のパラメータの組み合わせによって決定される。全てのパラメータがそれらの限界値にあるとき、装置の性能がちょうど規格外にあるならば、この場合、一部はそれらの限界値の外側にあり、かつその他のものが限界値の範囲内にあるようなパラメータの組み合わせが存在し、これは規格外装置をもたらすことにはならない。装置性能を予測するためのＴＣＡＤモデリングを用いることによって、規格範囲装置を産生すると期待されるパラメータの特定の組み合わせが、固定された限界の外側にある単一のパラメータに基づいて拒絶される必要がないために、より高い収率が得られる。後続のプロセス工程との互換性などの、更に重要である装置性能以外の因子も存在するので、一部のパラメータが、上限及び下限に基づいて監視され続けてもよい。
【００５５】
一実施形態では、方法は、両シミュレートティング工程と第１のモデルを用いて、プロセスパラメータの公称値及び１つ以上の異なる値を用いてウエハ上に形成されようとする並びにこの構造体を含もうとする装置の１つ以上の特性をシミュレートすることと、第１のモデルよりも簡単であり、両シミュレーティング工程の結果の関数として装置の１つ以上の特性を説明する第２のモデルを作成することとを含む。例えば、図８は、結果を解釈するための単純化プロセスモデルを開発するための方法の一実施形態を示す。図８に示すように、プロセスウィンドウ内の装置寸法又はプロセス条件の多数の組み合わせについて、ＴＣＡＤシミュレーションを実行すること（工程８０１に示すように）を含んでもよい。例えば、形状及び寸法の情報を与えられる期待される装置の性能のＴＣＡＤ演算は、遅い場合があるために、いくつかの実施形態では、異なる形状及び寸法についての多重ＴＣＡＤシミュレーションが実行される。工程８０３に示すように、方法は、重要な装置性能特性が装置寸法又はプロセス条件でどのように変化するかの単純化モデルを構築することを含む。例えば、結果が、ニューラルネットワーク又は機械学習システム若しくは制限された範囲の形状及び寸法に関する形状及び寸法の関数としての期待された装置性能のその他の種の単純化モデルをトレーニングするために使用されてもよい。方法はまた、工程８０５に示すように、構造体寸法及び／又は形状並びに／若しくはプロセス条件の光学ＣＤ測定を行うことを更に含む。この単純化モデルは、次に、特定のウエハでの測定の結果を迅速に分析するために使用され、いつ装置が規格内又は規格外になる可能性が高いかを決定することができる。例えば、工程８０７に示すように、方法は、単純化モデルを使用して、測定結果に基づいて期待される装置性能を予測することを含んでもよい。単純化モデルは、完全ＴＣＡＤシミュレーションと同程度に精密ではないにしても、ウエハを誤って分類する可能性は、許容できるほど少ない。その上、ニューラルネットワーク及び機械学習システム、その他の単純化モデルは、パラメータの一次関数、二次関数又は立方関数などの多項式関数であり得、又はパラメータの数学関数を使用する場合もある。
【００５６】
別の実施形態では、方法は、テスト構造体デザインに従ってウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性が、プロセスパラメータの全てではないが１つ以上の値の変化に敏感であるように、シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、テスト構造体を作成することを含む。例えば、本明細書に記載の方法は、目的の特異的プロセスパラメータ又はプロセス条件の変化を容易に検出させるように、これらの変化に特に敏感であるテスト構造体を設計するために、ＡＴＨＥＮＡなどのプロセスシミュレーションソフトウェアを使用することを含んでもよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、方法は、第１のテスト構造体デザインに従ってウエハ上で形成される第１のテスト構造体の１つ以上の特性が、プロセスパラメータの第１のものには敏感であるがプロセスパラメータの第２のものには敏感ではないように、並びに第２のテスト構造体設計に従ってウエハ上で形成されるような第２のテスト構造物の１つ以上の特性が、プロセスパラメータの第２のものには敏感であるがプロセスパラメータの第１のものには敏感ではないように、シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、第１及び第２のテスト構造体を作成することを含む。例えば、それぞれがプロセスパラメータ又は条件の異なるサブセットにおける変化に特に敏感であるように、２つ以上の異なるテスト構造体が設計され得ることで、組み合わせで、２つ以上の構造体が、全ての目的のプロセスパラメータにおける変化に対して敏感である。ウエハが加工された後に、プロセスパラメータが制御状態にあるかを決定するために、２つ以上のテスト構造体が光学ＣＤメトロロジーによって測定され得る。２つ以上の異なる構造体は、多くの異なるプロセスパラメータが変化することがある場合、特に有用であり、互いに変化する１つのプロセスパラメータの有効性を単一の構造体から分離することは困難であり得る。
【００５８】
一実施形態では、方法は、テスト構造体の設計に従ってウエハ上に形成されるテスト構造体の１つ以上の特性の光学測定が、テスト構造体の１つ以上の特性における変化に敏感であるように、シミュレーティング工程の双方の結果に基づいて、テスト構造体を作成することを含む。例えば、本明細書に記載のテスト構造体を設計するために、方法は、テスト構造体からの光学散乱の予測と組み合わせて、プロセスシミュレーションソフトウェアを使用することを含んでもよい。
【００５９】
工程９０１に示すように、方法は、高さ、深さ、幅、長さ、側壁角度等の異なる寸法の範囲について、装置の性能のＴＣＡＤモデリングを使用し、許容され得る装置性能の必要範囲で、どれ程のばらつきが許されるか（例えば、寸法及び形状の許容し得る範囲）を決定することを含んでもよい。この解析はまた、装置性能に対してどの寸法又は形状パラメータが最も重要であるかを特定するであろうし、緊密に監視される必要があり得る。
【００６０】
工程９０３に示すように、方法は、プロセス設計ルールと矛盾しない理想的テスト構造体で、工程９０１で特定された重要な寸法又は形状パラメータの一部又は全てを組み込むものを作成することを含む。テスト構造体のその他の態様は、実際の装置と比べて単純化されてもよい。
【００６１】
工程９０５に示すように、方法は、ＡＴＨＥＮＡ又はＶＩＣＴＯＲＹなどのプロセスシミュレーションソフトウェアを使用して、エッチング、積層、及び使用されるその他のプロセスの結果として、テスト構造体の期待される形状を予測することを含む。
【００６２】
工程９０７に示すように、方法は、光に対するテスト構造体反応の電磁気シミュレーションを実行することを含む（例えば、異なる照明条件下の構造体内の電場を決定するために）。電磁気シミュレーションは、２０１１年６月２０日に出願された、Ｄｚｉｕｒａらによる同時係属中の米国特許出願第１３／１６４，３９８号（その全体が、参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されているように実行されてもよい。電場が、測定条件の少なくともいくつかの下で、限界特徴及び寸法の近辺で強い場合、この時には、提案されたテスト構造体は、これら特徴又は寸法における変化に対して良好な感度を有することができる。電場が限界特徴又は寸法の近辺で弱い場合、今度は、この特徴又は寸法に対する感度が低い可能性があり、テスト構造体デザインは修正されねばならない。このチェックは、工程９１０で実行され、この中で、限界寸法又は形状パラメータに対する良好な測定感度を得ることが可能であるかが決定される。電場が弱い場合、今度は、工程９１２で提案された構造体の１つ以上の寸法が修正され、工程９０５でシミュレーションが繰り返される。変更され得る寸法としては、反復構造体のピッチなどの非限界寸法を含む。いずれの新しい寸法も、設計ルールと一致しなければならない。
【００６３】
工程９０７は、遠磁場並びに、またはこの代わりに近磁場でシミュレートすることを更に含む。寸法又は形状パラメータにおける変化が遠磁場においてあまりに小さい変化を生じる場合（システムノイズレベルに対して）、この変化に対する測定感度は低いだろう。遠磁場における変化が測定におけるノイズ及び誤差よりも大きい場合、今度はこの変化に対する感度は、十分であるだろう。工程９２０に示すように、方法はまた、テスト構造体を設計することと、テスト構造体で使用されるための測定モードを決定することとを含んでもよい。例えば、工程９２０は、多数の異なる照明及び／又は検出条件をシミュレートして、いくつかの可能な測定モードのどれが最適な感度を有するかを決定することができる。場合によっては、測定モードの組み合わせが用いられてもよく、これは組み合わせが、いずれかの個々のモードよりも多くの目的の寸法及びパラメータに対する感度を有することができるためである。
【００６４】
本明細書に記載の実施形態により設計されたテスト構造体は、半導体ウエハ上のダイの間の切断線で配置されてもよく、又はダイ内の能動回路構造間の区域で、ダイに配置されてもよい。
【００６５】
ＡＴＨＥＮＡ及びＶＩＣＴＯＲＹ  Ｐｒｏｃｅｓｓは、本明細書に記載の実施形態で使用され得るプロセスシミュレーションソフトウェアの例として記述されているが、任意のその他のプロセスシミュレーションソフトウェアが置き換えられてもよいことが理解されるべきである。リソグラフィープロセス工程については、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐ．、カリフォルニア州ミルピタスによって販売されるＰＲＯＬＩＴＨ、又はＳｙｎｏｐｓｙｓ，Ｉｎｃ．、カリフォルニア州マウンテンビューにより販売されるＳＩＧＭＡ−Ｃなどのリソグラフィーシミュレータが使用されてもよい。
【００６６】
本明細書に記載の方法の全ては、方法の１つ以上の工程の結果を記憶媒体内に記憶することを含むことができる。この結果は、本明細書に記載の結果のいずれかを含むことができ、当該技術分野で既知の任意の方法で記憶され得る。記憶媒体は、当該技術分野で既知の任意の好適なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含んでもよい。結果が記憶された後に、結果は記憶媒体内でアクセス可能であり、本明細書に記載の方法又はシステム実施形態のいずれかによって使用可能であり、ユーザーに表示するためにフォーマット化され得、別のソフトウェアモジュール、方法、又はシステム等によって使用され得る。更に、結果は、「永久的に」、「半永久的に」、一時的に、又はある期間にわたって記憶されてもよい。
【００６７】
図１２は、半導体ウエハ上で測定される構造体の光学モデルを作成する目的で、コンピュータにより実施される方法を実行するための、コンピュータシステム１２０４で実行可能なプログラム命令１２０２を記憶する非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体１２００の一実施形態を示す。プログラム命令１２０２がコンピュータシステム１２０４で実行可能であるような方法は、本明細書に記載される任意の方法（複数可）の任意の工程（複数可）を含むことができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１２０４は、本明細書で更に記載されるような光学測定システムのコンピュータシステムであってもよい。いくつかの代替実施形態では、コンピュータシステムは、ネットワークによって光学測定システムに接続されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、コンピュータシステム１２０４は、光学測定システムに連結されなくてもよく、又はこれに内蔵されなくともよい。いくつかのこのような実施形態では、コンピュータシステム１２０４は、単独のコンピュータシステムとして構成され得る。コンピュータ読み取り可能な媒体１２００、プログラム命令１２０２、及びコンピュータシステム１２０４は、本明細書に記載されるように、更に構成され得る。
【００６８】
本明細書に記載されるものなどの方法を実施するプログラム命令１２０２は、コンピュータ読み取り可能な媒体１２００上に記憶され得る。コンピュータ読み取り可能な媒体は、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光ディスク、磁気テープ、又はその他の非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体などの記憶メモリであり得る。
【００６９】
プログラム命令は、手順ベースの技術、構成要素ベースの技術、及び／又はオブジェクト指向技術などを含める多様な方法のいずれかで実施され得る。例えば、プログラム命令は、必要に応じて、ＡｃｔｉｖｅＸコントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、Ｃ＃、ＪａｖａＢｅａｎｓ、マイクロソフトファウンデーションクラス（「ＭＦＣ」）、若しくはその他の技術又は方法を用いて実施され得る。
【００７０】
コンピュータシステムは、当該技術分野で既知の任意の好適なコンピュータシステムを含むことができる。例えば、コンピュータシステム１２０４は、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、影像コンピュータ、並列プロセッサ、又は当該技術分野で既知の任意のその他の装置を含める多様な形態を採用してもよい。広くは、用語「コンピュータシステム」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装置を包含するよう広範囲に定義され得る。
【００７１】
別の実施形態は、半導体ウエハ上で測定されるための構造体の光学モデルを作成するよう構成されたシステムに関する。例えば、図１３に示すように、システムは、ウエハ上に形成される構造体を測定するよう構成された光学測定サブシステム１３００を含む。例えば、上記の方法のいずれかを、光学メトロロジーシステムで使用して、測定を実行することができる。この光学メトロロジーシステムとしては、エリプソメータ、偏光反射計、非偏光反射計、ビームプロファイル反射計、又はこれらのいくつかの組み合わせを挙げることができる。Ｐｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅらによる米国特許第５，６０８，５２６号（これらは、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれている）の図１は、本明細書に記載の方法及びテスト構造体で使用され得る分光エリプソメータの一例を示している。十分に論及することにより、本明細書に組み込まれている、米国特許出願第１３／１６４，３９８号の図１６は、本明細書に記載の実施形態を実現するために好適なビームプロファイル反射計を示している。
【００７２】
本明細書に記載の実施形態で使用するための回折ビームデータ又はシグナルを測定するために使用され得るシステムの例は、米国特許第６，２７８，５１９号（Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる）、同第６，６１１，３３０号（Ｌｅｅらによる）、及び同第６，７３４，９６７号（Ｐｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅらによる）に記載され、これら全ては、その全体で参照により本明細書に組み込まれる。これら３つの特許は、分光エリプソメータ、単波長エリプソメータ、広帯域反射計、ＤＵＶ反射計、広帯域変更反射計、ビームプロファイル反射計、及びビームプロファイルエリプソメータの１つ以上を含める多くの測定サブシステムで構成され得るメトロロジーシステムを記載している。これら測定サブシステムは、フィルム及びパターン化構造体から反射され、又は回折されたビームを測定するために、個々に使用されて、又は組み合わせて使用されてもよい。これら測定で回収されたシグナルは解析され、本明細書に記載の実施形態に従って、半導体ウエハ上の構造体のパラメータを決定し、及び／又はプロセス条件を推測する。本明細書に記載の実施形態は、どのサブシステムが特定の測定に最適であるかを決定するために、特定の構造体についてのプロセス条件での変化にちょうど列挙されたものなどの、１つ以上の異なるサブシステムの応答及び感度を予測するために使用されてもよい。
【００７３】
ビームプロファイル反射計及びエリプソメータが、スキャテロメトリ測定でどのように使用され得るかに関する詳細情報は、米国特許第６，４２９，９４３号（Ｏｐｓａｌらによる）、同第６，６７８，０４６号（Ｏｐｓａｌによる）、同第６，８１３，０３４号（Ｒｏｓｅｎｃｗａｉｇらによる）、及び同第７，２０６，０７０号（Ｏｐｓａｌによる）で見ることができる（これらは、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれている）。
【００７４】
広くは、光学測定サブシステムは、構造物の形状を測定するための分光光学測定機器として構成され得る。例示の実施形態が図１４に示されている。半導体ウエハ１４１２は、シリコン基材１４１２ａと、基材上のフィルム１４１２ｂと、フィルム上の構造体１４１２ｃとを含むことができる。ＸＹＺステージ１４１４は、ウエハを水平のＸＹ方向に移動させるために使用される。ステージ１４１４はまた、ウエハ１４１２のｚ高さを調整するために使用されてもよい。機器は、複数の波長を有する光を発生するよう構成されている広帯域光源１４２２を含有することができる。光は、光ファイバ１４２４によって、エリプソメータ照明器１４２６に向けられ、次いで偏光器１４２８を通って、構造体１４１２ｃ上に光１４３０を収束させる光学素子（図示せず）に入り、構造体から反射された光を収集する光学素子（図示せず）に入り、分析器１４３２を経て、偏光器１４２８又は分析器１４３２が回転すると同時に波長の関数として反射光を検出する分光計１４３４に入る。この例示の実施形態はまた、分光反射計も含むことができ、これは、光源１４２２からの光を収束させ、光学偏光器１４７２を経てビームスプリッタ１４５２に光を向けるレンズ１４２３を用いる。対物レンズ１４５４は、構造体１４１２ｃ上に光を収束させ、構造体から反射した光を収集し、光を波長の関数として検出する分光反射計１４６０に向けて戻す。このサブシステムは、ビームスプリッタ１４６２を介して光を受容する集束及びパターン認識サブシステム１４６４を更に含有してもよい。光学測定サブシステムは、本明細書に記載される通りに構成され得るコンピュータ１４４０を更に含有してもよい。この例示の実施形態は、限定することを意図しておらず、むしろ本明細書に記載の特定の実施形態における使用に好適な分光光学測定サブシステムの可能な要素及び特徴のいくつかを例示するためのものである。これら要素のそれぞれは、光学測定機器内で任意の好適な構成で配置されてもよく、当該技術分野で既知の任意の好適な要素を含んでもよい。図１４に示すシステムは、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれている、米国特許第６，４８３，５８０号（Ｘｕらによる）に記載されるように更に構成されてもよい。
【００７５】
別の例では、光学測定サブシステムは、図１５の１５５０によって示すような構造体の形状を測定するために構成された角度分解光学測定機器として構成されてもよい。この機器は、偏光光ビーム１５５４を発生する光源１５５２を含むことができる。好ましくは、この光は、約１０ｎｍ以下の帯域幅を有する。いくつかの実施形態では、光源１５５２は、異なる波長のビームを出力することが可能である。このビームの一部は、ビームスプリッタ１５５５から反射され、対物レンズ１５５８に向けられ、対物レンズは、各方向で約１０μｍ未満のスポットサイズで、ウエハ１５０８上の構造体１５０６に光を収束させる。ビームスプリッタから反射されないビーム１５５４の一部は、ビーム強度モニター１５５７に向けられる。ビームは、必要に応じて、対物レンズ１５５８の前の四分の一波長板１５５６を通過してもよい。構造体１５０６から反射された光は、対物レンズ１５５８によって収集される。ビームスプリッタ後に、反射されたビーム１５６０は、必要に応じて、場所１５５６に代わるものとして場所１５５９における四分の一波長板を通過してもよい。偏光器又は偏光ビームスプリッタ１５６２は、反射されたビーム１５６０の１つの偏光状態を検出器１５６４に向け、必要に応じて、異なる偏光状態を任意の第２の検出器１５６６に向ける。検出器１５６４及び１５６６は、反射光を入射角及び方位角の関数として検出する。検出器（複数可）からの回折ビームデータ１５１４は、ビーム強度データ１５７０と共に、プロファイルアプリケーションサーバ１５１６に送信される。プロファイルアプリケーションサーバ１５１６は、ビーム強度データ１５７０による正規化又は補正の後に、標的構造体の限界寸法及び分解能の異なる組み合わせを表すシミュレートされた回折ビームデータのライブラリー１５１８に対して、測定された回折ビームデータ１５１４を比較することができる。これら要素のそれぞれは、光学測定機器内の任意の好適な構成で配列されてもよく、当該技術分野で既知の任意の好適な要素を含んでもよい。図１５に示す光学測定機器は、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれている、２０１１年６月２０日に出願された、Ｄｚｉｕｒａらによる米国特許出願第１３／１６４，２９８号に記載されるように更に構成されてもよい。
【００７６】
システムはまた、上記記載の方法の工程を実行するために構成されたコンピュータサブシステム１３０２を含む。コンピュータサブシステム１３０２は、コンピュータシステム１２０４に対して上述されたように、更に構成されてもよい。例えば、コンピュータサブシステムは、上記記載の分光又は角度分解光学測定機器によって検出された反射光に反応して出力を処理するよう構成され、並びに構造体のプロセスパラメータ、パラメータ、又は期待された装置性能パラメータを報告するよう構成され得る。コンピュータサブシステム及びシステムは、本明細に記載の通りに更に構成され得る。
【００７７】
Ｄｚｉｕｒａによる米国特許第８，０９０，５５８号並びに２０１０年７月２２日に出願された、Ｆｅｒｎｓらによる米国特許出願第１２／８４１，９３２号、及び２０１１年１１月３日に出願された、Ｙｏｏらによる同第６１／５５５，１０８号は、十分に論及することにより、参照として本明細書に組み込まれる。本明細書に記載の実施形態は、この特許及びこれら特許出願で記載されるように更に構成されてもよい。
【００７８】
本明細書に記載の実施形態は、その他の現在使用されているシステム及び方法を超えるいくつかの利点を提供する。例えば、スキャトロメトリモデルを開発するために必要とされる時間は、現行のアプローチと比較して低減される。得られるモデルは、ウエハ上の構造体の形状をより正確に表現するであろう。測定結果は、プロセス条件に関して迅速に解釈され得る。測定結果は、期待装置性能に関して迅速に解釈され得る。ウエハのより正確な積層が、実際は有用な歩留りを有するウエハを場合によっては廃棄し、又は装置性能が低い場合でも後続の加工工程にウエハを通過させてしまう代わりに、期待された装置性能に基づいて行われ得る。プロセスにおける変化により敏感なメトロロジーを行い、これによってプロセスのより正確な制御を可能にするように、テスト構造体が設計され得る。
【００７９】
本発明の様々な態様の更なる修正及び代替実施形態は、この説明を考慮すれば、当業者には明らかであり得る。例えば、プロセス認識メトロロジーに関するシステム及び方法が提供される。したがって、この説明は、例示に過ぎないものとして並びに本発明を実行する一般的な方法を当業者に教示する目的であるものと解釈されるべきである。本明細書に示され説明された本明細書の形態は、現在好ましい実施形態としてみなされるものであることが理解されるべきである。全てが、本発明のこの記述の利点を有した後で当業者に明らかであるように、要素及び材料は、本明細書に説明され記載されたものの代わりに置換することができ、部分及びプロセスは、逆にすることができ、本発明のある特徴は独立して使用できる。変更は、以下の請求項で記載されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される要素においてなされてもよい。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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