(57)【要約】本発明は、一般的に、埋込み型のリング発振器（２０）を備えた非破壊光波測定構造、およびこれと同一の構造を使用する様々な方法に関する。ある実施形態の１つにおいては、この方法は、複数のNチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造（２６）を含む第１グレーティング構造（２２）と、複数のＰチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造（２８）を含む第２グレーティング構造（２４）を含む、リング発振器（２０）を形成するステップと、非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、第１グレーティング構造（２２）または第２グレーティング構造（２４）中の、少なくとも１つのゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定するステップと、を含む。別の実施形態の１つにおいては、この方法はさらに、リング発振器（２０）の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、複数のゲート電極構造の測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを、モデルと比較することを含む。別の実施形態の１つにおいては、この方法は、リング発振器（２０）の一部分として複数の構造（３２）を含む、少なくとも１つのキャパシタンス・ローディング構造（３０）を形成するステップと、非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、キャパシタンス・ローディング構造（３０）を含む少なくとも１つの構造（３２）のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定するステップを含む。  本発明はさらに、リング発振器（２０）の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、その構造（３２）の測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルをモデルと比較するステップを含む。
2005521252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＮチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造（２６）を含む第１グレーティング構造（２２）と、複数のＰチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造（２８）を含む第２グレーティング構造（２４）を含む、リング発振器（２０）を形成するステップと、
非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、前記第１グレーティング構造（２２）または第２グレーティング構造（２４）中の、少なくとも１つの前記ゲート電極構造のクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を測定するステップと、を含む、
方法。
【請求項２】
前記第１グレーティング構造（２２）を構成する前記ゲート電極構造（２６）の各々は、前記第２グレーティング構造（２４）を構成する分離された前記ゲート電極構造（２８）と電気的に接続される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、前記第１グレーティング構造（２２）または第２グレーティング構造（２４）中の、少なくとも１つの前記ゲート電極構造のクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を測定するステップは、
前記第１グレーティング構造（２２）および前記第２グレーティング構造（２４）の少なくとも一方を照射するステップと、
前記第１グレーティング構造（２２）および前記第２グレーティング構造（２４）の少なくとも一方から反射する光を測定するステップと、を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１グレーティング構造（２２）は、１０１のゲート電極構造（２６）を含んでおり、前記第２グレーティング構造（２４）は、１０１のゲート電極構造（２８）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記リング発振器（２０）の少なくとも１つの電気的な性能特性を予測すべく、少なくとも１つの前記ゲート電極構造の、測定されたクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を、モデルと比較するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電気的な性能特性は、前記リング発振器（２０）の駆動電流および動作周波数の少なくとも一方を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記リング発振器（２０）の少なくとも１つの電気的な性能特性を予測すべく、少なくとも１つの前記ゲート電極構造の、測定されたクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を、モデルと比較するステップをさらに含んでおり、前記モデルは、ゲート電極構造のクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を、前記リング発振器（２０）の少なくとも１つの電気的な性能特性と関連させる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
複数の構造を含んでおり、前記リング発振器（３０）の一部となる少なくとも１つのキャパシタンス・ローディング構造を形成するステップと、
非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する少なくとも１つの構造（３２）のクリティカルディメンションおよびプロファイルの少なくとも一方を測定するステップと、をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記リング発振器（２０）の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、前記キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する前記構造（３２）の少なくとも１つの測定されたクリティカルディメンションおよびプロファイルの少なくとも一方をモデルと比較するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記リング発振器（２０）の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、前記キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する前記構造の少なくとも１つの測定されたクリティカルディメンションおよびプロファイルの少なくとも一方をモデルと比較するステップをさらに含んでおり、前記モデルは、前記キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する構造（３２）のクリティカルディメンションまたはプロファイルの少なくとも一方を、前記リング発振器（２０）の少なくとも１つの電気的な性能特性と関連させる、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記電気的な性能特性の少なくとも１つは、前記リング発振器（２０）の駆動電流および動作周波数の少なくとも一方を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記非破壊光波測定ツール（４４）を使用して、キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する少なくとも１つの構造（３２）のクリティカルディメンションおよびプロファイルの少なくとも一方を測定するステップは、
前記キャパシタンス・ローディング構造（３０）を構成する前記構造（３２）を照射するステップと、
前記構造（３２）から反射する光を測定するステップと、を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記キャパシタンス・ローディング構造（３０）は、複数の配線型の構造を含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、半導体製造技術に関し、より詳しくは、埋め込まれたリング発振器を備えた非破壊光波測定構造と、この構造を使用した複数の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業内には、例えばマイクロプロセッサ、メモリ装置およびこれに類するもののような集積回路素子の処理速度をあげるという、不変の要望がある。
この要望は、消費者がますます高い速度で作動するコンピュータおよび電子デバイスを要求することによって強まる。
この高い速度に対する要求は、例えばトランジスタのような半導体デバイスのサイズを継続的に減少させることになる。
すなわち、一般的なＦＥＴ（field effect transistor）の複数の構成要素（例えばチャネル長さ、接合深さ、ゲート絶縁膜の厚みおよびこれに類するもの）のサイズが減少した。
例えば、他の条件が全て同じであれば、トランジスタのチャネル長が短い方が、トランジスタはより速く作動する。
したがって、トランジスタの全面的な速度と同様に、このようなトランジスタが組込まれた集積回路素子の速度を上げるべく、一般的なトランジスタの構成要素のサイズ、すなわちスケールを減少する不変の要望がある。
【０００３】
デバイス性能の重要性を考慮して、集積回路製造業者は、デバイス能力を維持すると共に改善しようと、非常に多くの時間および努力を費やしている。
このような努力には、一般的に、完成した集積回路デバイスの様々な電気的なテストを実行することが含まれる。
このようなテストでは、生成されたデバイスの様々な電気的パラメータ（例えば、動作周波数、駆動電流、抵抗等）を測定してもよい。
集積回路製造業者は常に、装置の構造（デザイン）またはこの電気的なテスト・データの分析に基づいてこのような装置を形成するために使用される製造プロセスを改善しようとしている。  
【０００４】
いくつかの集積回路製品（例えば、マイクロプロセッサ）について、リング発振器は一般的に、集積回路デバイスの動作速度を評価するのに使用される。
このリング発振器１０の一例を、図１Ａに概略的に示す。
ここに図示したように、リング発振器１０は一般的に、上流のインバータ１２のアウトプットが下流のインバータ１２のインプットに接続されている、直列に接続された複数のインバータ１２により構成される。
所定のリング発振器１０中のインバータ１２の数は、製造されるべき製品によって変化し得る。
例えば、一例となるリング発振器１０には、５３または１０１のインバータ１２が存在し得る。
【０００５】
図１Ｂは、インバータ１２の一例を、より詳細に示した概略図である。
ここに図示したように、各インバータ１２は一般的に、Ｐチャネルトランジスタ１４Ｐと、Ｎチャネルトランジスタ１４Ｎにより構成される。
最終的に、リング発振器１０が完成した後、生成された集積回路デバイスの性能特性を決定すべく、様々な電気的テストがこのリング発振器１０により実行される。
しかしながらこのようなテスト結果は、リング発振器１０および他の集積回路が実質的に製造されるまで得られない。
すなわち、電気的テストのデータは、望まれるほど速く、分析およびフィードバックされない。
【０００６】
デバイス性能を予測すべく、リング発振器１０のインバータ１２に含まれる一以上の（Ｐ型および（または）Ｎ型の）トランジスタのゲート電極構造（図示しない）のクリティカルディメンションを測定する努力がなされている。
一般的には、これらのクリティカルディメンション（「ＣＤ）」の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはその他の測定学ツールを使用して行われる。
しかしながら、サイズの継続的な縮小により、ゲート電極構造のクリティカルディメンションは、既存のＳＥＭ測定学ツールの使用を通じて決定するのが難しい場合がある。
ゲート電極のクリティカルディメンションが今後減少し続けるにつれて、このことはさらに問題となるであろう。
加えて、基板上に形成された何百万ものゲート電極構造の近接性と、ＳＥＭ固有の性質を考慮すると、このＳＥＭによって得られたデータからはゲート電極構造の全体的なプロファイルに関する情報が提供されない。
すなわち、過度のノイズおよび干渉（interference）により、このＳＥＭは、ゲート電極の中程度の厚みを検査するためにのみ使用できる。
したがって、基板の表面近くのゲート電極のプロファイルは、既存のＳＥＭ測定学ツールを使用しては容易に検査することができない可能性がある。
その結果、ゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイル、およびデバイス性能レベルへの影響に関する重要な情報が失われる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題の少なくとも一部の問題点を、克服または少なくともその影響を減少させるリング発振器構造およびこのような構造を使用する複数の方法に関する。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、一般的に、埋込み型のリング発振器を備えた非破壊光波測定構造、およびこれと同一の構造を使用する様々な方法に関する。
ある実施形態の１つにおいては、この方法は、複数のＮチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造を含む第１グレーティング構造と、複数のＰチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造を含む第２グレーティング構造を含む、リング発振器を形成するステップと、非破壊光波測定ツールを使用して、第１グレーティング構造または第２グレーティング構造のうちの少なくとも一方のうちの、少なくとも１つのゲート電極構造のクリティカルディメンションおよびプロファイルの少なくとも一方を測定するステップと、を含む。
別の実施形態の１つにおいては、この方法はさらに、リング発振器の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、複数のゲート電極構造の測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを、モデルと比較することを含む。このモデルは、リング発振器の少なくとも１つの電気的な性能特性にゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルの間の相関関係を提供する。
【０００９】
別の実施形態の１つにおいては、この方法は、リング発振器の一部分として複数の構造を含む、少なくとも１つのキャパシタンス・ローディング構造を形成するステップと、非破壊光波測定ツールを使用して、キャパシタンス・ローディング構造を含む少なくとも１つの構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定するステップを含む。
さらなる実施形態の１つの方法は、さらに、リング発振器の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、このキャパシタンス・ローディング構造を構成する構造の少なくとも１つの測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルをモデルと比較するステップを含む。このモデルは、このキャパシタンス・ローディング構造を構成する構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを、リング発振器の少なくとも１つの電気的な性能特性と関連させる。
【００１０】
本発明は、添付の図面と共に、詳細な説明を参照することによって理解することができる。図面中、類似する参照符号は、類似する要素を示す。
本発明は、様々な変形および代替形態をとることが可能であるが、この中の特定の実施例を図面に記載した例で示し、詳細に説明する。  
しかしながら、本図面および詳細な説明は、発明を開示された特定の形式に制限するものではない。それどころか、添付の請求項によって定義されるような本発明の趣旨およびその範囲内にある修正例、均等物および代替物に及ぶ。
【発明の実施の形態】
【００１１】
本発明の一例となる実施形態について、以下に説明する。
明確化のために、実製品のすべての特徴点が、この明細書に記述されるとは限らない。
このような実製品の開発では、開発者の特別の目的を達成するために、実施の度に変化する、システムおよびビジネスに関連するような制限に応じて、実施に特有の多数の決定を下さなければならない。
さらに、そのような開発努力は、複雑で時間を消費する可能性があるが、それにも拘わらず、この開示から利益を受ける技術分野における当業者にとってはそれが定例のことである。
【００１２】
本発明を、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
半導体デバイスの様々な領域および構造は、図面では、非常に正確ではっきりとした配置および分布を有するものとして記載されるが、実際には、当業者は、これらの領域および構造が図面に記載されているほど正確ではないことを認識する。
さらに、図面中に記載された様々な構造およびドープされた領域の相対的なサイズは、製造された装置における構造または領域のサイズよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
しかしながら、添付した図面は、本発明の実施形態の一例を記載し、説明するために含まれている。
【００１３】
一般的に、本発明は、埋込み型リング発振器を備えた非破壊光波測定構造、およびこの構造と同様のものを使用する様々な方法に関する。
本願を読んだ際に当業者が容易に理解するであろうように、本願の方法は、例えばＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、ＣＭＯＳ等のような様々な技術に適用でき、また様々な異なるタイプのデバイスに容易に適用することができる。
【００１４】
図２Ａは、本発明のある実施形態の一つによるリング発振器２０を概略的に示す図である。
前述したように、一般的なリング発振器は複数のインバータからなり、この各インバータは、ＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタからなる。
このトランジスタの各々は、ゲート電極を有する。
ある実施形態の一つにおいては、図２Ａに示されるように、リング発振器２０のＮチャネルトランジスタについてのゲート電極構造２６１ないし２６ｎは、第１グレーティング構造２２を構成し、その一方で、Ｐチャネルトランジスタについてのゲート電極構造２８１ないし２８ｎは、第２グレーティング構造２４を構成する。
図２Ａにおいて概略的に記載されるように、この複数のＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタは、インバータを定義すべく、対とされている。
例えば、完成時に、Ｎチャネルトランジスタ２６１とＰチャネルトランジスタ２８１は、リング発振器２０の複数のインバータのうちの１つを形成するように電気的に接続されるようになっている。
残るＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタも同様に、対とされる。
リング発振器２０を構成する対となるトランジスタの数は、製造中の製品によって変化し得る。したがって、第１グレーティング構造２２および第２グレーティング構造２４それぞれにおける最後のゲート電極構造２６ｎ、２８ｎについて「ｎ」という表現を使用する。
参照し易いように、ゲート電極２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎは、全体的にまたは個別に、それぞれ参照符号２６、２８によって表される。
【００１５】
当業者は、図２Ａ中に記載された複数のゲート電極構造を接続する配線は、単に対となるトランジスタが電気的に接続されることを意味するものであることを認識するであろう。
対となるトランジスタが接続される正確な方法は、当業者に周知であり、熟知されている。
例えば、一対のＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタが与えられている場合、これらのトランジスタは、Ｐチャネルデバイスのソースが電源電圧（Ｖｄｄ）に接続され、ＰチャネルデバイスのドレインがＮチャネルデバイスのドレインと接続され、Ｎチャネルデバイスのソースがグラウンドに接続されるように、配線される。
さらに、ダウンストリームのインバータについての入力端子（input）、すなわち一対の後方のＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタは、すぐ前段のＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタの各ドレインと接続される。
したがって、電流が第１インバータを流れると、電流はすぐ後段のダウンストリームのインバータに入力される。
これらの配線の詳細は、本発明を不明瞭にしないようにすべく、図面において省略した。
【００１６】
図２Ａに記載されたリング発振器２０は、複数のＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタのゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎが形成された時点のものである。
使用される材料およびこのようなトランジスタがどのように形成されるかの方法は、当業者に周知である。
例えば、一般的なトランジスタは、ゲート絶縁層、このゲート絶縁層上に形成されるゲート電極、このゲート電極に隣接して形成される１つ以上の側壁スペーサ、および一つ以上のイオン注入プロセスを実行することによって基板中に形成されるソース／ドレイン領域を含む。
それはゲート電極構造に関係するので、トランジスタは、複数の物質、例えば、金属、ポリシリコンにより構成されてもよい。また、約１５０から４００ｎｍの範囲の厚みを有していてもよい。
半導体製造プロセスにおける技術的な進歩により、ゲート電極構造のクリティカルディメンションは、継続的に減少している。
現在、このようなゲート電極構造は、約７０から１８０ｎｍの範囲のクリティカルディメンションを有し得る。また、さらに減少することが今後予想される。
このようなゲート電極構造は、複数の技術によって、例えば材料の層をたい積し、ゲート電極構造を定義すべく、１つ以上のエッチング・プロセスを実行することによって、形成することができる。
前述したように、図２Ａに示されたリング発振器２０は、Ｎチャネルデバイスについてのゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、Ｐチャネルトランジスタについてのゲート電極構造２８１ないし２８ｎが、複数の既知のプロセスを使用して形成された製造時点のものである。
後のプロセス工程においては、ソース／ドレイン領域、側壁スペーサ等のような、トランジスタの追加の構造が形成され得る。
【００１７】
一般的に、ある態様においては、本発明は、Ｎチャネルゲート電極構造２６１ないし２６ｎを含む第１グレーティング構造２２、およびＰチャネルゲート電極構造２８１ないし２８ｎを含む第２グレーティング構造２４を形成すること、および、非破壊光波測定ツールを使用して、一つ以上のゲート電極構造（Ｐチャネルおよび（または）Ｎチャネル）のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定することを含む。
さらなる態様においては、本発明は、ゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）ゲート・プロファイルをこれらの測定器具に基づいて測定すること、リング発振器２０および（または）完成した集積回路デバイスの電気的な性能を予測することを含む。
他の態様においては、本発明は、ゲート電極構造の測定されたクリティカルディメンションまたはプロファイルを、そのような物理的な測定データを予め製造されたリング発振器構造についての様々な電気的性能試験データと関連させるモデルと比較することを含んでいてもよい。
これらの方法の詳細は、以下により詳しく説明する。
【００１８】
図２Ｂは、本発明による他の実施形態のリング発振器２０の概要を示す図である。
ここに示すように、キャパシタンス・ローディング構造３０が形成されており、この構造３０は、各対となるＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタとそれぞれ接続されている。
一般的には、このキャパシタンス・ローディング構造３０は、集積回路デバイスが稼働中に経験するような容量性負荷（capacitance loading）のことを表すように意図される。
この容量性負荷は、例えば、隣接した金属配線間の静電結合のような様々な要素の結果であり得る。
要するに、リング発振器２０のテストに基づくデバイス性能の予測をより正確にすべく、このようなキャパシタンス・ローディング構造３０が、リング発振器２０上に提供される。
【００１９】
キャパシタンス・ローディング構造３０は、複数の配線タイプ（例えば、金属配線、ポリシリコン配線等）の構造３２を含んでいてもよい。
配線３２の物理的なサイズおよび間隔は、リング発振器２０のインバータを構築する、様々な互いに適合する対となるＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタに適用されるべき、所望の容量性負荷によって異なるであろう。
このキャパシタンス・ローディング構造３０はまた、非破壊光波測定ツールを使用して測定され得るグレーティング構造３４を定義することができる。
もちろん、互いに適合する対となるトランジスタのそれぞれにキャパシタンス・ローディング構造３０を接続する必要はない。
さらに、キャパシタンス・ローディング構造３０は、このようなキャパシタンス・ローディング構造３０が使用される互いに適合する対となるトランジスタ構造のすべてについて同一である必要はない。
すなわち、互いに適合する対となるトランジスタのそれぞれに適用される容量性負荷は、変化し得る。
さらに、キャパシタンス・ローディング構造３０は、任意の所望の方法で、リング発振器２０のＮチャネルトランジスタおよび（または）Ｐチャネルトランジスタに接続することができる。
記載された実施形態では、各キャパシタンス・ローディング構造３０は、ＮチャネルトランジスタおよびＰチャネルトランジスタの双方の入力端子に接続される。
しかしながら、所望により、キャパシタンス・ローディング構造３０は、複数のＮチャネルトランジスタまたはＰチャネルトランジスタのうちの１つだけに電気的に接続されていてもよい。
【００２０】
上述したように、非破壊光波測定ツールは、ゲート電極構造２６１ないし２６ｎまたは２８１ないし２８ｎのうちの１つ以上のクリティカルディメンションおよび（または）ゲート・プロファイルを測定するために使用されるであろう。
図３Ａ、図３Ｂは、第１グレーティング構造２２を構成するゲート電極構造２６１ないし２６ｎが、光源４３および検知器４５を含む非破壊光波測定ツール４４によって測定される一例を示す。
図３Ａに示されるように、第１グレーティング構造２２は、クリティカルディメンション２１および間隔（ピッチ）２３を有する複数のゲート電極構造２６１ないし２６ｎを含む。このクリティカルディメンション２１および間隔２３の双方は変化し得る。
例えば、ピッチ２３は約４００から７５０ｎｍの間で変化し得る。
さらに、ウェーハまたは基板２９上に形成されるゲート絶縁層２６が、図３Ａに記載される。
図３Ａに記載されるゲート電極構造２６１ないし２６ｎは、台形型に形成された断面プロファイルを有する。
ゲート電極構造２６１ないし２６ｎの側壁は、このようなゲート電極構造２６１ないし２６ｎを形成するのに使用されるエッチング・プロセスの固有の性質が原因となり、ある程度の傾斜を有する。
ある場合には、ゲート電極構造２６１ないし２６ｎのプロファイルは、所望されるほど正確ではない。
すなわち、ゲート電極２６１ないし２６ｎは、下方侵食（アンダーカッティング）（undercutting）またはフーチング（footing）のような問題を呈し得るが、これらの状況は添付の図中には記載しない。
このように、このような問題を発見し修正することは、重要である。
【００２１】
グレーティング構造２２のサイズ、形および配置は、設計選択の問題として変更することができる。
例えば、グレーティング構造２２は、約１００μｍ×１２０μｍの寸法を有する領域において形成されてもよい。また、（リング発振器２０中のインバータの数に従い）約５０から１５０のゲート電極構造２６を含んでいてもよい。
最終的に、グレーティング構造２２は、非破壊光波測定学的な技術を使用して測定される。また、これらの測定は、測定されたグレーティング構造２２を構成するゲート電極２６のクリティカルディメンション２１および（または）プロファイルを決定するために使用される。
さらに、リング発振器２０を構成するゲート電極構造のクリティカルディメンション２１および（または）プロファイルの非破壊光波測定の測定値は、リング発振器２０および（または）完成した集積回路デバイスの電気的性能を予測するために使用することができる。
【００２２】
図４に、本発明の実施形態のうちの一つにおいて使用され得る例示的なシステム５０を示す。
このシステム５０は、非破壊光波測定ツール４４およびコントローラ５８を含む。
図４において記載されるように、ウェーハ５１は、ゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎをそれぞれ含む第１グレーティング構造２２、第２グレーティング構造２４が形成された製造段階における複数のウェーハを示す。
【００２３】
様々な非破壊光波測定ツール４４（例えば、いわゆる２０型システムおよびレンズ型非破壊光波測定ツール）を、本発明と共に使用してもよい。
この非破壊光波測定ツール４４は、実施形態によって、白色光、または他の波長、または複数の波長の組み合わせを使用することができる。
一般的に、非破壊光波測定ツール４４は、広い分光組成を有する入射光線を生成し、その光の強度は、波長の変化に比べてゆっくり変化する。
この光の入射角はまた、実施形態によって変化し得る。
非破壊光波測定ツール４４によって生成されるプロファイルトレース（profile trace）は、波長に対する光の強さの比較（白色光、角度が固定されたタイプの非破壊光波測定ツールについて）または投射角に対する強度の比較（単一の光源を使用する、角度分解システムについて）に基づく。
【００２４】
非破壊光波測定ツールを使用して、グレーティング構造を測定する詳細および技術は、当業者に周知であると考えられるが、本発明において、このような測定について簡潔に検討する。
非破壊光波測定の使用を通じて、特定のクリティカルディメンション２１またはゲート電極構造２６、２８のプロファイルに関連する光学的特性のトレース（optical characteristic trace）は、莫大な種類について、（マクスウェルの方程式を使用して）計算され得る。すべてではないが、設計および（または）製造プロセスによって、かなりのクリティカルディメンションの変化およびプロファイルの変化が容易に予想される。
これらのトレースは、ライブラリに格納することができる。
【００２５】
ゲート電極構造２６、２８のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルにおける変化は、非破壊光波測定ツール４４の光源４３からの入射光の回析特性の重要な変化を引き起こすであろう。
したがって、マクスウェルの方程式を使用して、設計または製造プロセスによって予想されるゲート電極構造２６、２８の個々の特有のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルについての特有のトレースを確立することができる。
それぞれの予想されるゲート電極のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルに対応するトレースのライブラリは計算され、ライブラリに格納され得る。
この技術によって、このライブラリの各トレースは、既知のクリティカルディメンションまたはプロファイルを有するゲート電極構造２６、２８を含むグレーティング構造を表わす。
このライブラリを生成するのに使用されるゲート電極のクリティカルディメンションおよび（または）ライブラリの数は、設計選択の問題として変化することは明らかである。
さらに、クリティカルディメンションおよび（または）プロファイルの数が多ければ、このようなデータを含むライブラリも大きくなる。
【００２６】
本発明は、未知のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを有しているリング発振器２０の複数のゲート電極構造２６、２８を含むグレーティング構造の測定されたトレースを、特定の既知のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを有しているゲート電極構造を含んだグレーティング構造に相当するような複数のトレースが格納されているライブラリに関連づけるまたは一致させるために使用されてもよい。
非破壊光波測定ツール４４は、特定の実施形態に基づき、与えられたウェーハの各ダイ上で一つ以上のグレーティング構造２２、２４を測定することができる。
さらに、グレーティング構造２２、２４のサンプルの測定されたトレースは、平均化されてもよいし、統計的に分析されてもよい。
現在測定されたトレースを、ライブラリのトレースと関連づけるまたはほぼ一致させるために、非破壊光波測定ツール４４（または、例えばコントローラ５８のような、製造設備に常駐の他のコントローラ）は、測定されたトレース（すなわち個々の、または平均された）を、既知のゲート電極のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを有するライブラリのトレースと比較する。
一致することが確認される場合、非破壊光波測定ツール４４（または他のコントローラ）はその後、測定されたグレーティング構造中のゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルについてデータを提供することができる。
例えば、非破壊光波測定ツール４４は、測定されたグレーティング構造中のゲート電極構造は、あるクリティカルディメンション２１を有することを示すべく、このライブラリ中の一致したトレースに基づき、データを出力してもよい。
様々なデータ出力基準およびフォーマットを使用することができる。
これらの比較に基づいて、測定されたグレーティング構造２２、２４を構成するゲート電極構造の予め未知のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを決定することができる。
【００２７】
他の実施形態においては、リング発振器２０のゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎの物理的特性を、リング発振器２０についての電気的なテスト・データに関連させるモデルが生成され得る。
すなわち、多くのリング発振器構造２０について、リング発振器２０の一部であるゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎの物理的特性が測定され得る。
その後、リング発振器２０の様々な性能特性（例えば動作周波数）を決定すべく、測定されたリング発振器２０は、様々な電気的なテストにさらされる。
このデータに基いて、ゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎの測定された物理的構造（例えば、クリティカルディメンション、プロファイル等）を、電気的テストの結果データに関連させるモデル５６（図４参照）を生成することができる。
モデル５６は、様々な既知の分析法および技術を使用して生成されてもよい。
例えば、非破壊光波測定的な技術によって測定された構造のクリティカルディメンションと電気的なリング発振器の速度との相関を求める直線回帰（linear fit）法を使用してもよい。
この相関性に基づき、ゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎのクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを、これらが形成された後であってリング発振器２０が完成する前に測定することができ、この物理的な測定データは、リング発振器２０自体の性能特性を予測するのに使用することができる。
すなわち本発明は、非破壊光波測定ツール４４を使用して、リング発振器２０のゲート電極構造２６１ないし２６ｎ、２８１ないし２８ｎの所定の物理的特性を測定することによって、製造プロセスにおける比較的早い段階で、デバイス性能を予測できるようにする。
【００２８】
図示された実施形態においては、コントローラ５８は、ここに記載された機能をソフトウェアで実行すべくプログラムされたコンピュータである。
さらに、コントローラ５８について記載された機能は、システムの全体にわたって設置された一つ以上のコントローラによって実行されてもよい。
例えば、コントローラ５８は、半導体製造設備の全体または一部にわたって処理オペレーションを制御するのに使用される、非常に高レベル（fab level）なコントローラであってもよい。
代替的に、コントローラ５８は、半導体製造設備の一部または所定のセルのみを制御する低レベルなコンピュータであってもよい。
さらに、コントローラ５８は、スタンド・アロンのコントローラでもよいし、非破壊光波測定ツール上に常駐していてもよい。
【００２９】
同様の方法論を、キャパシタンス・ローディング構造３０に関して使用することができる。
すなわち、グレーティング構造２２、２４の非破壊光波測定的な測定について前述した方法と同様の方法で、非破壊光波測定ツール４４を使用して、グレーティング構造３４を定義する構造３２（例えば配線）を含むキャパシタンス・ローディング構造３０を測定することができる。
グレーティング構造３４を構築する構造３２のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルは、リング発振器についての電気的なテスト・データと関連づけることができる。
確立されたこの相関性で、キャパシタンス・ローディング構造３０が形成された後、この構造を測定することができ、また、グレーティング構造３４を含む構造３２のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルに関する情報を、リング発振器２０および（または）完成した集積回路デバイスの電気的特性を予測するのに使用することができる。
キャパシタンス・ローディング構造３０は、それぞれゲート電極構造２６、２８を含んでいるグレーティング構造２２、２４の測定と共に、または別個に測定されてもよい。
キャパシタンス・ローディング構造３０およびゲート電極構造２６、２８の物理的性質の非破壊光波測定的な測定の組み合わせは、リング発振器２０および完成した装置の電気的な性能の特性を予測するのに役立つ、より多くの詳細な情報を提供することができる。
【００３０】
本発明および対応する詳細な説明のある部分は、ソフトウェア、つまりアルゴリズムおよびコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットによるオペレーションのシンボリックな表現の形式で説明される。
これらの記載と表現は、当業者が他の当業者に、効率的に作用の内容を伝達するものである。
ここで使用されている用語であるアルゴリズムは、一般的に、所望の結果に結びつくステップの自己矛盾がないシーケンスと考えられる。
このステップとは、物理量の物理的な操作を伴うものである。
必ずではないが、通常、これらの量は格納すること、転送すること、組み合わせること、比較すること、または操作することができる光学的な信号、電気的な信号、または磁気信号の形式をとる。
主に慣用的な理由により、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数またはその他同種のものとして呼ぶことは、時に便利である。
【００３１】
しかし、これらの言葉および同類語は、適切な物理量に対応付けられており、これらの量に使用された単に便利な標識である。
もし、特に提示されなかったならば、または議論から明白なように、「処理すること」または「コンピュータで計算すること」または「計算すること」、または「決定すること」または「表示すること」または同種の用語は、コンピュータシステムまたはその他の情報記憶装置のレジスタおよびメモリ内の物理的電子量として表されるデータを、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、送信装置、または表示装置内の物理量として同様に表わされる他のデータに操作、変換するコンピュータシステムまたは同様の電子計算機の動作およびプロセスに関連する。
【００３２】
本発明は、一般的に、埋込み型のリング発振器を備えた非破壊光波測定構造、およびこれと同一の構造を使用する様々な方法に関する。
ある実施形態の１つにおいては、この方法は、複数のＮチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造を含む第１グレーティング構造と、複数のＰチャネルトランジスタについての複数のゲート電極構造を含む第２グレーティング構造を含む、リング発振器を形成するステップと、非破壊光波測定ツールを使用して、第１グレーティング構造または第２グレーティング構造中の、少なくとも１つのゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定するステップと、を含む。
別の実施形態の１つにおいては、この方法はさらに、リング発振器の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、複数のゲート電極構造の測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルをモデルと比較することを含む。このモデルは、リング発振器の少なくとも１つの電気的な性能特性に対してゲート電極構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルの間の相関関係を提供する。
次に、このモデルを完成した集積回路デバイスの性能特性を予測するために使用してもよい。
【００３３】
別の実施形態の１つにおいては、この方法は、リング発振器の一部分として複数の構造を含む、少なくとも１つのキャパシタンス・ローディング構造を形成するステップと、非破壊光波測定ツールを使用して、キャパシタンス・ローディング構造を含む少なくとも１つの構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルを測定するステップを含む。
さらなる実施形態の１つの方法は、さらに、リング発振器の電気的な性能特性の少なくとも１つを予測すべく、その構造の測定されたクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルをモデルと比較するステップを含む。このモデルは、リング発振器の少なくとも１つの電気的な性能特性に対してキャパシタンス・ローディング構造を構成する構造のクリティカルディメンションおよび（または）プロファイルの間の相関関係を提供する。
【００３４】
上記に示された特定の実施形態は、専ら説明のためのものであり、ここに記載された教示の利益を有する当業者には、異なるが均等な方式で修正の上、実施可能であることは明らかである。例えば、上述したプロセス手順は、異なる順序で実行してもよい。
更に、添付の請求項に記載されている他は、ここに示された構造または設計の詳細に本発明を制限するものではない。
従って、上述の特定の実施形態は、代替または修正をすることができ、このような全ての変形例は、発明の要旨及び範囲内のものとして考えられる。
従って、本願で要求する保護は、添付の特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】従来のリング発振器の一例を概略的に示す図。
【図１Ｂ】従来のリング発振器の一例を概略的に示す図。
【図２Ａ】本発明によるリング発振器の複数の実施形態の一例を概略的に示す図。
【図２Ｂ】本発明によるリング発振器の複数の実施形態の一例を概略的に示す図。
【図３Ａ】複数のゲート電極構造を含むグレーティング構造と、本発明のある態様に従ってこのような構造を照らす非破壊光波測定ツールの一例を示す図。
【図３Ｂ】複数のゲート電極構造を含むグレーティング構造と、本発明のある態様に従ってこのような構造を照らす非破壊光波測定ツールの一例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態によるシステムの一例を示す図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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