(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法を提供する。【解決手段】この生成方法は、半導体構造に関する情報を受信する工程２１０と、有効媒質近似及び受信した情報により、少なくとも一つの可変処理パラメータに応じて、半導体構造の変更部分と未変更部分との両方からなる単純化光学モデルを決定する工程２２０と、未変更部分と変更部分とからなる単純化光学モデルを組み合わせて、半導体構造の単純化モデルを得る工程２３０〜２５０とを備る。【選択図】図２
2018152552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うための複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法であって、
前記半導体構造に関する情報を受信する工程と、
有効媒質近似及び前記受信した情報により、少なくとも一つの可変処理パラメータに応じて、前記半導体構造の変更部分と未変更部分との両方からなる単純化光学モデルを決定する工程と、
前記未変更部分と前記変更部分とからなる単純化光学モデルを組み合わせて、前記半導体構造の単純化モデルを得る工程と、
を具備し、
前記単純化モデルは、前記半導体製造プロセスの制御を行うのに十分である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信した情報には、膜厚、膜タイプ、光学特性、膜／特徴の寸法／ピッチ、形状及び配向が含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記処理パラメータには、膜厚、膜タイプ、光学特性、膜／特徴の寸法／ピッチ、形状、配向のうちの少なくとも一つが含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記変更部分又は未変更部分の単純化光学モデルを決定する際に、少なくとも一つの範囲パラメータを採用する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記範囲パラメータは、前記受信した情報から除外された値を有する半導体構造のパラメータに対応する、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記値は、前記半導体プロセス中に決定される、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記範囲パラメータは、
幾何学的分類、
体積分率、
材料特性、
前記受信した情報では十分に定義されない半導体構造のパラメータ、
からなるリストから選択されるパラメータのばらつきの範囲を与える、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記半導体構造の単純化モデルには、前記未変更部分に対応する第１可変処理パラメータと、前記変更部分に対応する第２可変処理パラメータとが含まれ、
前記第１及び第２可変処理パラメータは、前記半導体プロセス中に監視を行う関心パラメータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体プロセスはエッチング処理であり、
前記方法は、有効媒質近似により、前記半導体構造のマスクの単純化光学モデルを決定する工程と、前記マスクの単純化光学モデルと、前記未変更部分及び前記変更部分からなる単純化光学モデルとを組み合わせて、前記半導体構造の単純化モデルを得る工程とをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記未変更部分は、未エッチング部分であり、変更部分は、前記半導体構造のエッチングされた部分である、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マスクは、前記マスクの単純化光学モデルにおいて、未エッチング又は完全にエッチングされた場合には単一の均質層として示され、部分的にエッチングされた場合には二重層として示されている、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体構造は、３Ｄ  ＮＡＮＤ構造であり、
前記半導体プロセスは、チャネル穴のエッチング又は層の蒸着であり、
前記未変更部分は、未エッチング部分であり、変更部分は、前記半導体構造のエッチングされた部分である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体構造のエッチングされた部分の単純化光学モデルを決定する工程には、未エッチング部分と、前記受信した情報によって特定され、前記未エッチング部分に追加又はそこから除去された他の材料との単純化光学モデルを採用する工程が含まれる、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体構造のエッチングされた部分の単純化光学モデルを決定する工程には、チャネル穴の長さパラメータがいつ有効媒質近似の適用を可能にするかを判定する工程と、可能となった場合に、有効媒質近似を適用して、均質材料として交互に積層された薄層の近似を行い、密度の低い第２均質材料として、チャネル穴が貫通した積層部分のモデル化を行う工程とが含まれる、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記組み合わせる工程は、光学反射率測定モデルを用いて行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記情報は、最小限の情報である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
複雑な半導体構造の半導体プロセスを指示するコントローラであって、
半導体プロセスと半導体構造に対応する情報を受信するよう構成されたインタフェースと、
前記情報と有効媒質近似により前記半導体構造の単純化光学モデルを生成し、前記単純化光学モデルと、前記半導体プロセス中に前記半導体構造を監視することにより得られた光学処理データとに基づき、前記半導体プロセスを指示する処理制御信号を生成するよう構成されたプロセッサと、
を具備することを特徴とするコントローラ。
【請求項１８】
第１プロセッサは、前記単純化光学モデルを生成するよう構成され、前記第１プロセッサとは異なる第２プロセッサは、前記処理制御信号を生成するよう構成されている、ことを特徴とする請求項１７に記載のコントローラ。
【請求項１９】
半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法であって、
半導体構造に関する情報を受信する工程と、
前記情報と有効媒質近似とにより、前記複雑な半導体構造の単純化モデルを構築する工程と、
前記半導体製造プロセス中に関心パラメータの監視を行うのに有意な結果を提供するのに十分なだけ繰り返して前記単純化モデルの決定を行う工程と、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記繰り返し決定する工程には、前記単純化モデルの決定が有意な結果を提供するには不十分である場合に、前記複雑な半導体構造に関するさらなる情報を取得する工程が含まれる、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【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、本明細書と同一出願人によるものであって、参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年２月８日にＡｎｄｒｅｗ  Ｗｅｅｋｓ  Ｋｕｅｎｙによって出願された「複雑な構造の測定システム及び方法」と題する米国仮特許出願第６２／４５６，３４８号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は、光学測定システムに関し、特に、複雑な半導体構造の特性をより簡単に測定する光学測定システム及び方法に関するものである。このシステム及び方法は、コンピュータプログラム製品と共に、半導体プロセス中に半導体構造の膜厚、特徴深さ及びその他の特性を監視するのに用いることができる。
【背景技術】
【０００３】
光測定システムは、ウエハ修正やプロセス制御のリアルタイム監視を行うため、半導体加工産業など、さまざまな産業で用いられている。光学測定システムは、半導体処理ツールと一体化していてもよく、（ほぼ）リアルタイムのプロセス制御にその場で用いられたり、ランツーラン・フィードバック制御にインラインで用いられてもよい。監視されたプロセスには、通常、半導体エッチング、蒸着、注入、化学機械平坦化といったプロセスが含まれる。
【０００４】
特に、半導体加工産業では、ますます変化しやすい材料層や特徴サイズ（例えば、より薄い／厚い層、高アスペクト比特性、）を用いることで、必要なレベルの測定精度や半導体構造の精度を得ることが困難となっている。半導体構造自体がますます複雑化することに加えて、高度に集積された単一チャンバの多段処理と、処理の機械的パラメータの動的なツール変化（例えば、開口部、作動距離）により、光学信号レベルにばらつきが生じ、測定精度と精密度に悪影響を及ぼすことになる。
【０００５】
集積回路や微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造に用いられる半導体加工技術では、材料層を生成又は除去すること、及び／又は、層の一部を選択的に除去してこれらの層上にトポグラフィを作成することを目的とした複数の処理が採用される。これらの処理は、一般的に、膜厚や、エッチングされた穴の深さや、線形特徴「トレンチ」などの正確に制御された寸法に対する制限を要求することが多い。このような制限を有する主要な半導体技術の例としては、３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ構造における垂直チャネル穴などの特徴のエッチング処理が挙げられる。この処理では、シリコンウエハ上に、複数の薄層からなる複雑な積層体が堆積されている。特定の期間において、この積層体は、チャネル穴のエッチングを可能にする開口部を有する最上層マスク、通常、フォトレジストによって覆われていてもよい。このエッチング処理中、マスクの開口部パターンは、通常、異方性ドライエッチング技術によって、下層の複合積層体に転写される。この工程では、マスク自体もエッチング及び薄膜化されてもよい。多くの場合、チャネル穴や他の特徴の最終的な深さをナノメートル精度で制御して、下層構造へのエッチング及び／又は大き過ぎる直径につながるチャネル穴のオーバーエッチングを回避することが望ましい。チャネル穴はマスクとその下の層にエッチングされるため、この穴の深さを決定するには、チャネル穴全体の深さ、積層体におけるすべての層の厚さ、マスクの厚さ及び他のパラメータに関しての知識が必要となる場合がある。
【０００６】
３Ｄ  ＮＡＮＤ構造及びその他の構造については、エッチング処理又は他の製造処理中に、各ウエハ上にて穴の深さや層厚のその場測定を連続して行うことを可能にする測定システム及び操作技術を有することが望ましい。チャネル穴の深さやマスク層の厚さについてその場測定を行うことで、オフライン計測工程の必要性が軽減され、規格外製品が生産されることがなくなり、処理制御に使用可能な許容範囲が大きくなる。しかしながら、その場測定は、専用の計測ステーションで測定を行うより難しい。ウエハとの接触を必要とする方法や破壊的な方法は考慮に入れられないので、光学的方法が望ましい。その場リアルタイム測定に対応する従来の光学的方法は存在するが、通常、ここで注目する複雑にパターニングされた装置ウエハに関する数量測定を行うには精度が不足している。
【０００７】
従来の光学的方法は、大きく２つの技術に分類してもよい。半導体加工の分野では、これらの技術は、一般に、発光分光法（「ＯＥＳ」）と光干渉型エンドポイント（「ＩＥＰ」）と呼ばれる。簡単に定義すれば、ＯＥＳは、発光化学種からの発光の特徴に関連し、ＩＥＰは、処理が施される半導体構造の光学特性の特徴に関連する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複雑な構造の処理について、従来のＯＥＳ法は、処理されている半導体装置のすべての部分にわたって平均の光学信号変化に知られていて、処理ミスにつながることがある空間的にウエハ上での所望のパラメータの変化に対する特異性を失うため、その適用可能性が大幅に制限される場合がある。このＩＥＰ法は、一般的に、より空間的に選択的ではあるが、その弱点は依然として複雑な構造への適用にある。
【０００９】
従来のＩＥＰ法は、一般的に、従来から取り組まれずにいるいくつかの要因により、その連続的なその場監視に対する有用性が制限されている。欠点の一つとして、従来の方法は、広い波長域にわたってウエハ上の半導体構造の反射率の正確な測定が必要であるということがある。反射率とは、入射光パワー対ウエハから反射する光パワーの比率である。その場測定では、入射ビームもウエハから反射したビームもいずれも直接測定に利用可能ではない。従って、構造の反射率は、窓の透過率や既知の参照ターゲットの反射率など、反射率と他のいくつかのシステム特性との関数である測定から推測しなければならない。これらの特性が未知である、又は、変更の可能性がある場合、推測にはさらなるパラメータの追加が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様では、半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法が提供される。一実施例では、この生成方法は、（１）半導体構造に関する情報を受信する工程と、（２）有効媒質近似及び受信した情報により、少なくとも一つの可変処理パラメータに応じて、半導体構造の変更部分と未変更部分との両方からなる単純化光学モデルを決定する工程と、（３）未変更部分と変更部分とからなる単純化光学モデルを組み合わせて、半導体構造の単純化モデルを得る工程とを備え、単純化モデルは。半導体製造プロセスの制御を行うのに十分である。
【００１１】
本開示の別の態様では、複雑な半導体構造の半導体プロセスを指示するコントローラが提供される。一実施例では、このコントローラは、（１）半導体プロセスと半導体構造に対応する情報を受信するよう構成されたインタフェースと、（２）その情報と有効媒質近似により半導体構造の単純化光学モデルを生成し、単純化光学モデルと、半導体プロセス中に前記半導体構造を監視することにより得られた光学処理データとに基づき、半導体プロセスを指示する処理制御信号を生成するよう構成されたプロセッサとを備えている。
【００１２】
本開示のさらに別の態様では、半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法が提供される。一実施例では、この単純化モデルを生成する方法は、（１）半導体構造に関する情報を受信する工程と、この情報と有効媒質近似とにより、複雑な半導体構造の単純化モデルを構築する工程と、（２）半導体製造プロセス中に関心パラメータの監視を行うのに有意な結果を提供するのに十分なだけ繰り返して単純化モデルの決定を行う工程とを備えている。
【００１３】
本開示に特有であると考えられる新規な特徴を本明細書に示す。しかしながら、開示それ自体は、その使用法、さらなる目的とその利点と併せて、添付の図面とともに読んだときに例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することで最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】複雑な３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の一部を示す３Ｄ図である。
【図１Ｂ】複雑な３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の製造時に行われるさまざまな工程を示す一連の２Ｄ図である。
【図２】本開示の一実施例に係る、リアルタイム監視を改善させた半導体構造の複雑さを軽減する方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の断面と、同じ構造の単純化モデルをそれぞれ示す図である。
【図３Ｂ】本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の断面と、同じ構造の単純化モデルをそれぞれ示す図である。
【図４】本開示の一実施例に係る、複雑な半導体構造から光学処理データを収集する方法を示すフローチャートである。
【図５】本開示の一実施例に係る、複雑な半導体構造から収集された光学処理データの処理方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造にチャネル穴をエッチングする処理の進捗状況を監視するのに有用な多重波長及び単一波長傾向のＩＥＰデータの展開を示す模擬データのプロットを示す図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造にチャネル穴をエッチングする処理の進捗状況を監視するのに有用な多重波長及び単一波長傾向のＩＥＰデータの展開を示す模擬データのプロットを示す図である。
【図７】プラズマ反応器内でのプラズマエッチング処理の状態を監視及び／又は制御するシステムの実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、本明細書の一部を形成し本発明が実施され得る特定の態様を例示している添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できる程度に十分に詳細に説明される。また、他の実施形態を用いることもでき、本発明の範囲から逸脱することなく論理的、機械的、電気的、および方法的な変更が可能であることを理解されたい。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定する意図ではないものとされたい。説明を分かりやすくするために、添付の図面に示す類似の特徴は類似の符号で示され、他の実施例に示す同様の特徴は同様の符号で示される。本発明の他の特徴は、添付の図面及び以下の詳細な説明により明らかとなる。なお、説明を分かりやすくするために、図面における特定の要素は、正確な縮尺では描かれていないこともある。
【００１６】
上記欠点に加えて、さまざまな処理中に複雑な半導体構造の特性の測定に用いられる従来のシステムは、最小化に十分に対処することができない。この測定を行うために解消すべき最小化問題は、決定される未知数よりも大きなパラメータ空間にわたる検索を伴う。少なくとも、決定される各数量につき一つの適合パラメータが必要である。これらの方法は、測定された反射率と計算した反射率との間で正確な適合を見つけることに依存するため、トレンチの側面からの散乱、光学システムにおける光のコヒーレンス、ヒューリスティックスな「サイズ結合係数」、散逸係数、偏光係数を示すパラメータなどの範囲パラメータがモデルに追加されても良く、最小化処理に含まれてもよい。各追加適合パラメータは、問題の難易度を上げる。この最小化問題は、測定された半導体構造の空間的ばらつき（面密度及びウエハの異なる領域における異なる構造）や、既知のウエハ位置／構造を常に正確に調べることができないといった、その場システムの全般的な能力不足によってさらに悪化する。
【００１７】
従来のシステムのほぼ正確な適合モデルの要求へのさらなる依存によって、モデルはそれが適した狭い範囲の構造に特有のものとなる制限が課される。しかしながら、これは、さまざまな形態のモデルをさまざまな構造で使用しなければならないので、さまざまな種類の構造が処理される製造環境において使用する上で不都合である。さらに、このような処理は、ほぼリアルタイムの精度（数ミリ秒）での制御が必要である。強力なコンピューティング資源を持ってしても、数十又は数百ものパラメータを有する複雑なモデルに対してこのような性能を得ることは、商業的に実現可能なコストでは実際上不可能である。
【００１８】
本明細書には、複雑な半導体構造（複雑な構造）のモデル化スキーム、そのモデル化スキームを用いた測定／監視方法及びシステム、及び／又は、それによって生成された、半導体処理中に複雑な構造を監視する単純化光学モデルが開示されている。この複雑な構造は、例えば、３Ｄ  ＮＡＮＤ構造であってもよく、半導体処理は、例えば、エッチング処理であってもよい。生成される単純化光学モデル又はモデルは、所望の測定可能数量のパラメータ化を含む構造の光反射率測定モデルなどの単純化反射率モデルを提供する処理中に一つ以上の状態の複雑な構造の反射率の数学モデルである。このシステムは、単純化光学モデル又はモデルと、処理中に得られた測定値とを比較して、測定可能パラメータの値を決定し、リアルタイムで処理動作を支持するコントローラを含んでいてもよい。一実施例では、このコントローラは、リアルタイム測定データと、少なくとも一つの単純化反射率モデルとを関連付けて、複雑な構造の層間の境界を近似し、そこから厚さや深さなどの制御パラメータを導き出す。
【００１９】
本開示では、生成された単純化光学モデル又はモデルが関心パラメータに特有のものではない、又は、それに対する感度が不十分である場合、リアルタイムデータとモデルとの比較によって得られた結果は有用ではないと考えられる。このように、本開示によれば、少ないパラメータで十分に一般化されるものの、処理に対する適切な制御を出力するのに用いることができる、以下単純化モデルという単純化光学モデルが提供される。従って、単純化モデルは、複雑な構造を十分に表現し、製造プロセスからのリアルタイムデータが単純化モデルと比較された場合に半導体製造プロセスを制御するのに有意なアウトプットを提供する、本明細書では最小限の情報という最小限の情報量により構築される。複雑な構造に関する情報としては、複雑な構造の属性、特徴、細部が含まれる。この最小限の情報の決定については、本開示によれば、単純化モデルを構築する際に複雑な構造のどの情報を無視して、複雑な構造の有用な単純化モデルを構築するにはどの情報が必要であるかを考えることが好ましい。いくつかの実施例では、どの最小限の情報が必要であるかを決定することは、リアルタイム光学処理データ（光情報や測定値など）と構築された単純化モデルとを比較する工程と、この比較によって製造処理の監視又は制御に有意な結果が得られたかどうかを判定する工程とを含む反復処理である。もしそうであれば、単純化モデルの構築に用いられた最小限の情報は十分なものである。一方、比較によって有意ではない結果が得られた場合、単純化モデルの構築にはさらなる情報が必要となる。逆に、最小限の情報が十分であることが分かった場合、単純化モデルから実際に情報が取り除いてその複雑さを軽減し、その全般的な適用可能性を向上させてもよい。このように、単純化モデルの構築又は生成を行う際、本開示によれば、比較結果や、処理制御に有用な望ましい測定可能パラメータ値に影響を与えないパラメータを分かりにくくしたり、除去したりすることが考えられる。このように、単純化モデルの生成には、単純化モデルが、製造プロセス中に関心パラメータを監視するのに有意な結果を提供するのに十分なものであることを繰り返し判定する工程が含まれてもよい。
【００２０】
さまざまな例では、複雑な構造について構築された単純化モデルは、決定しようとするパラメータに特有のものである。さまざまなパラメータ値についての関心範囲にわたってモデル群を形成するには、複数の単純化モデルを構築してもよい。例えば、層厚を監視するための単純化モデル群を構築してもよく、その単純化モデル群のそれぞれの各モデルは、関心範囲内の値を有する。パラメータ値は、単純化モデル群のさまざまなモデルにおける範囲にわたって増加させてもよく、製造プロセスからのリアルタイムデータを処理中にそれぞれの各単純化モデルと比較して、どのモデルがリアルタイムデータに適合するかを判定してもよい。層厚などのパラメータ値は、そのモデル群において最も一致する単純化モデルにより決定してもよい。単純化モデル群は、ルックアップテーブルに保存され、比較のためにそこから読み出されてもよい。製造プロセス中に用いられるモデル又は単純化モデル群は、そのプロセスを通して、プロセス中の特定の期間に監視される特定のパラメータに応じて変化可能である。この単純化モデルの構築は、製造プロセス中にリアルタイムデータが実際に収集されて、モデルが十分なものであることが確認されるまで行われてもよい。これは、一つ以上の予備リアルタイムデータ群によって、又は、単純化モデルを構築するためのシミュレーション及び情報群を介して行われてもよい。単純化モデルを製造プロセス中に使用する前に構築し、入念に調べるには、構築する工程と、追加情報が必要かどうか、又は、十分な単純化モデルを構築するのに削除してもよいかどうか判定する工程と、必要に応じて追加情報を取得する工程と、繰り返す工程とを含む処理が行われてもよい。
【００２１】
図１Ａは、本開示の特徴を説明するのに有用な複雑な３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００の一部を示す３Ｄ図である。図１Ａに示すような３Ｄ  ＮＡＮＤ半導体構造に基づくメモリ装置は、大容量のデータストレージを必要とするモバイル機器や他の電子システムの展開において重要なドライバである。高密度ストレージを可能にするため、メモリ構造の複雑さは、オングストロームサイズ及びナノメートルサイズの特徴と、ミクロンサイズの位相構造にパターニングされた層との組み合わせに発展している。以下の考察では、チャネル穴エッチングへの本開示の原理の応用について説明するが、本開示の方法やシステムは、３Ｄ  ＮＡＮＤ半導体製造の他のプロセス工程や、一般的な他の半導体製造プロセスにも応用可能なことを理解されたい。
【００２２】
図１Ａに示すような３Ｄ  ＮＡＮＤ構造を作成するため、通常シリコンからなる基板１１０に多数のプロセス工程を施して、ひな壇式（「階段状」）に集積された層１２０を形成する。これらの層１２０は、一般に、二酸化シリコンや窒化シリコンなどの半導体材料からなるペアを成す層である。この二酸化シリコンや窒化シリコンからなる各層は、図１Ａでは、二酸化シリコン層１２２、窒化シリコン層１２４としてそれぞれ特定されている。上記層１２０のうちの二酸化シリコン層及び窒化シリコン層の合計ペア数は、３２層、６４層、１２８層などの数であればよい。半導体材料からなる層１２０の各層は、その厚さが数十ナノメートルほど、例えば、３０ナノメートルなどであってもよい。３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００には、基板１１０と層１２０との間のエッチング停止層などの追加層（図示せず）が含まれてもよい。これらの追加層は、窒化シリコンや窒化チタンから形成されてもよい。
【００２３】
その場エッチングプロセス監視システムでは、スポットが大きな光学監視装置を用いてパターン感度を低下させることが多い。ここで、「スポットが大きな」とは、ウエハ上に見られる光スポットの直径が、個々の監視された半導体構造の平均サイズよりもはるかに大きいことを意味している。これにより、監視された構造から複雑な反射スペクトルが生じ、特定の領域、特徴及び／又は構造に対して感度が不足する。また、処理中は、構造の一部が変化して処理部となったり、その他の部分は変化せずに未処理部となったりすることもある。本明細書で説明する３Ｄ  ＮＡＮＤチャネル穴処理の場合、階段コンタクト１４０が未エッチングのままで、マスク層１５０にチャネル穴１３０がエッチングされてもよい。３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００の変化部及び固定部、もしくは処理部及び未処理部からの反射信号の時間的力学により、モデル化や適合が容易ではなく、及び／又は処理することで測定量を提供する複合関数が生成される。例えば、未エッチングの大型の特徴は、主要な静的反射シグネチャを生じさせることがあり、エッチングされた小型の特徴は、副次的な反射シグネチャを生じさせることがある。
【００２４】
チャネル穴１３０などの小さな特徴は、直径が４０から５０ｎｍ、ピッチ間隔が８０から１００ナノメートル、そして通常６０：１以上の高アスペクト比を有していてもよい。このチャネル穴１３０は直径が小さいため、光の自由な伝搬が阻害され、直接干渉計測法では、エッチング処理中に穴の深さを調べることができない。監視の干渉計測法と反射計測法のいずれにも妨げとなる他の態様としては、層厚に関する情報不足、材料特性（実定数と虚定数を含む光学的誘電率）、層数、正確な穴サイズ、穴形状（例えば、円形、楕円形）が含まれ、このような情報の多くは、独占的であったり、半導体製造が行われている最中には正確に把握したりすることが困難である。
【００２５】
既知及び未知の複雑性を軽減させて、エッチング処理の制御を可能にする制御傾向、反射シグネチャ、厚さ、深さなどの処理パラメータのモデル化と抽出を可能にすることが大変望ましい。半導体構造の特定の特性はさまざまな方法で単純化し得るという認識は、モデル化及びパラメータ抽出の全体的な単純化につながる。チャネル穴１３０の場合、直径は、可視及びＮＩＲ波長の大部分ではλ／１０未満であり、個々の層厚も、それらの同じ波長では、λ／１０をそれぞれ下回る。これらの長さのパラメータは、適切な仮定及びモデル構築の下、有効媒質理論、またの名を有効媒質近似の応用を可能にし、エッチング処理の制御を可能にする傾向、反射シグネチャ、厚さ、深さなどの処理パラメータの特定を支持する。この有効媒質近似は、チャネル穴に適用された場合、少なくとも２回適用される。まずは、均質材料として交互に積層された薄層１２０の近似を行い、次に、密度の低い第２均質材料として、穴が貫通した積層部分１２０のモデル化を行うために適用される。マスク層１５０は、上記層１２０と同様にモデル化を行うことができる。さらに、有効媒質近似は、同様に、未エッチングの均質なマスク材料と、穴を有する単純材料として近似されたエッチング済みマスク材料とを両方有するマスク開放工程中と、実際のチャネル穴１３０のエッチング工程中に、マスク層に適用してもよい。さまざまな層や特徴の光学モデル化に対して、本明細書に説明する、反射計算を単純化するための光学理論による数学的単純化を応用することにより、パラメータが５０から１００の３Ｄ  ＮＡＮＤ構造のモデル化の次元を、３又は４のはるかに追跡しやすい次元に約１桁縮小する。
【００２６】
図１Ｂは、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００などの複雑な３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の製造時に行われるさまざまな工程を示す一連の２Ｄ図である。本開示の技術は、以下に示すような複数の工程に適用されてもよい。蒸着工程（ａ）では、これまでに蒸着された層を均質材料としてモデル化を行い、最上層の蒸着時における反射信号の変化を解明することを可能にしてもよい。このモデル化により、構造の複雑さが、Ｎ層からはるかに単純な２層形態に軽減される。チャネル穴エッチング工程（ｂ）では、層のエッチングのモデル化が本明細書で説明するように行われてもよい。ポリシリコン及び酸化物沈着工程（ｃ）、（ｄ）では、それぞれ、上記チャネル穴エッチング工程（ｂ）によっていかに光学密度が低下するかと同様に、材料の有効光学密度の増加として、穴の充填又は部分的な充填のモデル化が行われてもよい。スリット及び窒化物エッチング工程（ｅ）、（ｆ）では、それぞれ、材料の有効光学密度の低下として、材料除去のモデル化が行われてもよい。このスリットエッチング工程（ｅ）は、さらなる難題をもたらし、単純化モデルの適用が光偏光効果を含むよう調整を必要とする場合がある。このスリットは、一方の横寸法では波長よりもはるかに小さいが、他方の横寸法でははるかに大きいというようなアスペクト比を有する場合が多く、この構成により、観測された反射スペクトルに偏光依存性が生じることになる。チャネル穴１３０などのチャネル穴のエッチングと同様に、「階段状」コンタクト１４０のエッチングでも本開示の技術が用いられてもよい。
【００２７】
図２は、本開示の一実施例に係る、リアルタイム監視を改善させた半導体構造の反射率モデルの複雑さを軽減する処理２００を示すフローチャートである。この処理２００は、監視対象の構造に関する情報を収集するステップ２１０から開始する。この情報は、この複雑な構造の製造又は設計を行うクライアント又は顧客から提供され、受信することができる。この情報は、膜厚、膜タイプ、材料、膜／特徴の寸法／ピッチ、形状、配向の光学特性、その他の属性又は詳細を含むがこれらに限定されるものではない。この情報が収集されると、ステップ２２０では、一つ又は複数の監視対象構造の本実施例における一つ又は複数の未処理部、一つ又は複数の未エッチング部の少なくとも一つの単純化モデルを判定してもよい。任意の単純化モデルからの出力により、関心の範囲にわたる膜厚や穴深さなどの臨界パラメータの識別及び特定を可能にしなければならない。このような仮定をすることによって、単純化光学モデルを定義し、その評価／シミュレーションを行って、測定パラメータの抽出／特定を可能にする反射の光学シグネチャに有意な変化が見られたかどうか、例えば、チャネル穴がエッチングされるにつれて干渉縞が変化し、その穴の深さに関連するかどうかを判定してもよい。
【００２８】
一実施例では、上記情報は最小限の情報である。このように図１の３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００の層１２０の単純化モデルを構築するのに必要な最小限の情報の例としては、層１２０を構成する材料の光学特性、層１２０におけるそれぞれの各材料の厚さの近似比率、層１２０の厚さ、層１２０に対する穴１３０の相対面積が挙げられる。この情報は、クライアント、チップ設計者、チップに関連する知的財産の所有者を含んだ複数のソースから取得可能である。有効媒質理論を用いて定義された半導体構造の単純化モデルでは、指数ｎ１、ｎ２を有する２つの構成要素からなる構造は、ｎ１、ｎ２と体積分率から算出される指数ｎｅｆｆを有する均質構造として表されてもよい。チャネル穴エッチングの場合、この２つの構成要素は二酸化シリコンと窒化シリコンであり、それぞれ５０％の体積分率（又は既知の構造情報に基づく他の値）を有するよう近似されてもよい。このｎｅｆｆの式は、構造の幾何学的分類（埋め込まれた球体や穴、ラメラなど）や放射線の偏光によっては違った形を取る。一般には、幾何学的分類は、ステップ２１０の一部として供給される。チャネル穴エッチングの場合、層のラメラと、エッチングされたチャネル穴に埋め込まれたシリンダとの２つの異なる幾何学的分類が存在する。構造の詳細、例えば、特定の穴配置や個々の層厚には依存しない、ｎｅｆｆの上界及び下界に関する式が定義されてもよい。本開示の目的のため、有効媒質近似を構造に適用するたびに、ｎｅｆｆが下界から上界まで広がるのを支持する、０から１の範囲（又は他の適用範囲）のパラメータの導入が必要な場合がある。この範囲パラメータは、幾何学的分類、体積分率、材料特性、及び／又は、必ずしもステップ２１０で収集された必要な情報から得られるわけではない変数の変化に対処するのに用いられてもよい。このように、範囲パラメータは、未知の値を有する物理的パラメータなどのパラメータを補うのに用いることができる。範囲パラメータは、例えば、情報、履歴データ又はテストデータに基づく境界を有する値の範囲を有することができる。範囲パラメータの値が分かると、それを固定することができる。例えば、値は半導体プロセスにおける初期測定の段階で得られ、分かった時点で固定することができる。
【００２９】
一実施例では、範囲パラメータは、未知ではあるが、処理中に特定され、その後のモデル化やプロセス監視のために固定される層の体積分率に対して用いることもできる。特に、この例では、体積分率は、５０％にあらかじめ定められていてもよいが、プロセス固有のばらつきによっては、４５％から５５％の範囲であってもよく、範囲パラメータは、このばらつきに対応するよう定義されてもよい。範囲パラメータのさらなる例としては、エッチングされた穴の形状に対して定義されてもよい。このエッチングされた穴は、円形断面を有する円筒形状であることが理想ではあるが、エッチングでは楕円形の断面を有する穴が形成され得ることが分かっている。この場合、範囲パラメータは、真円断面のゼロから、高度に楕円形の断面を有する穴の１の値まで及ぶ穴の偏心率に対して定義されてもよい。範囲パラメータのさらなる例としては、３Ｄ  ＮＡＮＤ積層構造例の層における「ステップ角度」のパラメータ化や、エッチングされた穴の空間密度の変化に対する補償が含まれてもよい。
【００３０】
次に、同様に、ステップ２３０では、構造の任意の処理部、本実施例ではエッチング部に対して、少なくとも一つの単純化モデルを決定してもよい。このエッチング部に対するモデルは、ステップ２２０で得られたモデルと、そこに加えられた又はそこから除去された一つ以上の追加材料とを組み合わせることによって得られてもよい。このエッチング部のモデル化を行うには、例えば、穴の体積分率が１０％であり、そのばらつきが範囲パラメータによって調整されると仮定してもよい。具体的には、エッチング部の単純化モデルは、後にチャネル穴のエッチングの形状及び材料詳細と組み合わされる未エッチング部の（ステップ２２０で）あらかじめ定められた単純化モデルから構築されてもよい。一般には、エッチング選択度は理想的ではないので、パターニングされる材料を覆っているマスク層が変化する場合がある（又はマスク開放処理）。このエッチングされた及び／又は未エッチングのマスクの単純化モデルは、ステップ２４０で決定されてもよい。構造及び／又はマスクのすべての部分に対してモデルが決定すると、ステップ２５０において、エッチング部、未エッチング部、マスクの単純化モデルを組み合わせることにより、構造の複合モデルを形成してもよい。この処理２００の最終ステップ２６０では、前述のステップの出力を、例えば、後で使用するために保存しても良い。単純化モデルは、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、単純化モデルの応用に役立つ多重波長反射計測フレームワークを開示する米国特許第７，０４９，１５６号に記載の個別層構造の代わりに適用されてもよい。
【００３１】
いくつかの実施例では、リアルタイム処理に有用な単純化モデルには、構造のエッチング部及び未エッチング部のパラメータ化と、エッチングが進み、構造が変化するにつれて行うパラメータ値の抽出とが含まれる。３Ｄ  ＮＡＮＤ構造における穴のエッチングについて例示しているが、これに限定されるものではなく、本明細書に記載の技術は他の半導体構造にも適用可能であることを理解されたい。
【００３２】
図３Ａ及び図３Ｂは、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００のモデルを示す図である。図３Ａは、本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の断面３００を示し、図３Ｂは、同じ構造の単純化モデル３５０を示す。この単純化モデル３５０は、本開示の原理に従って生成された単純化反射率モデルの視覚的な表示を提供する。断面３００では、ここでは、単純化モデル３５０と比較しやすくするため、図１Ａの細部が繰り返される。断面３００内では、シリコンウエハ基板３１０によって、通常、二酸化シリコンや窒化シリコンからなる蒸着膜層３２０が支持され、この基板は、マスク層３３０によって覆われてもよい。この層３２０には多数の穴がエッチングされるが、簡略して表現するために、チャネル穴３４０が一つだけ図示されている。階段状特徴は、チャネル穴エッチング処理において固定されており、そのような構造細部を含むことで不要な複雑性とパラメータをモデルに加えることになり得るので、この単純化モデル３５０では考慮していない。上記モデル評価処理において、このような階段状特徴は、現在の３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の単純化モデルには不要な情報であると判断された。この「階段状」特徴は、それを除外することによって単純化モデル３５０のさらなる評価が制限されると見なされる場合、適切に定義された範囲パラメータを用いて修正されたモデルに含まれてもよい。従って、製造プロセス中は、限定されたパラメータ群を調整したり、含んだりすることにより、さまざまなモデルやモデル群を用いることができる。単純化モデル３５０内では、シリコンウエハ基板３１０は、断面３００の基板と同一である。蒸着膜層３２０は、それぞれ、穴を有さずエッチングされた穴を有する有効媒質層３６０、３７０の二重層に置き換えられる。この単純化モデルの細部は、すべての穴が、任意の時点で、同じ速度で同じ深さまでエッチングされると仮定したものであるが、モデルフィッティングによって、エッチング深さの平均を近似する界面（エッチングの深さ）を決定してもよい。このように多数の穴の深さを平均穴深さの単一の値に単純化することにより、単純化モデルの不要な複雑性が解消され、この単純化は、エッチングによって個々の穴の深さを制御することはできないという実用的側面によって支持されている。マスク層３８０は、ここでは、マスク開放工程後に単一の均質層（硬いマスク材料と追加の穴とを組み合わせた単純化モデル）として示されている。また、マスクが完全にエッチングされていない場合、マスク層は二重層として、蒸着膜層３２０は単一層として示されることになる。このように、単純化モデル３５０は、有効媒質近似やその他の単純化によって形成された複数の層、有効媒質層３６０、３７０の二重層、追加マスク層３８０を備えた単純化反射数学モデルを視覚的に表現している。この単純化モデル３５０は、複雑な構造に関して顧客から取得し、その複雑な構造の処理中に収集された光学データと共に製造プロセスの制御に用いられる情報に基づいて生成することができる。数十から１００個のパラメータを含むこともある複雑なモデルとは異なり、この単純化モデルには、マスク厚さ（層３８０）、エッチング穴深さ（層３７０の厚さ）、未エッチング厚さ（層３６０の厚さ）の３つの可変処理パラメータしか含まれない。有効媒質層３６０、３７０は、層数は制御に関連するパラメータではなく、単純化モデル３５０によって追跡されないので、考慮に入れないことが好ましい。この概念によれば、例示の３Ｄ  ＮＡＮＤ構造の場合に、より多くの／少ない層数、可変穴形状、異なる階段状特徴を有する他の構造と共に、単純化モデル３５０を使用することによって、複雑さが軽減され、柔軟性が向上する。他の構造の一例としては、層１２０内により多くの層を含む３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００の変形バージョンがある。
【００３３】
図４は、本開示の一実施例に係る、複雑な半導体構造から光学処理データを収集する処理４００を示すフローチャートである。例示のチャネル穴エッチングでは、処理４００によって、エッチングが施される構造の光学的監視が行われる。この処理４００は、任意の必要な初期化が行われる準備ステップ４１０から開始する。これには、図２に示すようなサブステップ、及び／又は、適切な光機械システム及び部品の判定が含まれても良い。ステップ４２０では、構造の監視用に照明が提供される。この照明は、例えば、テキサス州キャロルトンにあるベリティ・インストルメント社より入手可能なＦＬ２１００などのフラッシュランプによるものであってもよい。ステップ４３０では、光ファイバや、窓、レンズ、コリメータ、偏光素子などの光学素子を介して、構造に照明を向けてもよい。その後、ステップ４４０において、構造から光が反射され、光学干渉計測及び／又は反射計測信号が得られてもよい。次に、ステップ４５０では、光学素子や光ファイバを介して反射光が収集され、スペクトロメータ、例えば、テキサス州キャロルトンにあるベリティ・インストルメント社より入手可能なＳＤ１０２４Ｇなどの光計測器に向けられてもよい。そして、光計測器は、光信号を、その後のステップ４６０の処理で利用可能な電気信号やデジタル信号に変換してもよい。処理されたデジタル信号は、本実施例ではチャネル穴エッチングである製造プロセスの監視を行うための単純化モデルや単純化モデル群と比較することができる。そして、この方法４００はステップ４７０で終了する。
【００３４】
図５は、本開示の一実施例に係る、複雑な半導体構造から収集された光学データの処理方法５００を示すフローチャートである。この方法５００のステップ５１０により、波長、厚さ、本明細書において図２の処理２００に関連して説明したような他の構造や材料パラメータに応じて単純化光学モデルを構築してもよい。次に、ステップ５２０では、変換により、測定データ及び／又は光学モデルデータのスケーリング及び／又は正規化を行い、未エッチング特徴から、例えば、静的光学シグネチャを除去したり、反射率を既知の基準に正規化したりする。次に、ステップ５３０では、測定データと光学モデルデータとを比較するためのメリット関数を選択してもよく、その後、ステップ５４０では、このメリット関数を最小化してもよい。この最小化には、測定されたリアルタイムデータと、それぞれ一つ以上の所望の測定可能量によりパラメータ化された多数の単純化光学モデルとの間で、メリット関数値群の計算が含まれてもよい。このメリット関数値群からメリット関数の最小値を決定することは、いずれかのパラメータ化された測定可能量に関連付けられていてもよい。上記最小化に続いて、ステップ５５０では、決定された深さ及び／又は厚さを含むがこれらには限定されない結果をコントローラに出力して、ステップ５６０で監視された処理の変更を行ってもよく、及び／又は、後で使用するために保存してもよい。この方法５００では、測定データ及び光学モデルデータへの多重波長反射計測法の適用が考慮されるが、本開示の適用には、より単純な波長干渉計測の傾向分析が含まれてもよいことを理解されたい。この場合の代表的なメリット関数としては、例えば、測定された反射計測データと一つ以上の単純化光学モデルとの間でのカイ二乗パラメータ群の計算であってもよい。
【００３５】
図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の一実施例に係る、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造に穴をエッチングする処理の進捗状況を監視するのに有用な多重波長反射計測及び単一波長傾向のデータの展開を示す模擬データのプロット６００、６５０をそれぞれ示す図である。プロット６００には、未エッチング（曲線６１０）と、１．５ミクロンの深さまでエッチングされた（曲線６２０）、合計３ミクロンの厚さを有する、等しい割合の二酸化シリコン及び窒化シリコン層からなる積層体の光反射率の変化を示す２つの反射計測曲線６１０、６２０が含まれる。比較すると、エッチングされたチャネル穴を加えることにより、積層からほぼ静的な大型のフリンジ構造の波長が「シフト」するのが見てとれる。このシフトを追跡してもよく、曲線６１０、６２０に見られるような変化に対して、図５の方法５００により処理を行って、処理中の特定の時間におけるエッチングの深さなどの有用な処理制御パラメータを得てもよい。曲線６１０、６２０は、特定のエッチングされた穴の深さに示されるが、これらの曲線は、エッチングが未エッチング状態から完全にエッチングされた状態へと進むにつれて展開する一連の曲線の特定の例に過ぎないことを理解されたい。
【００３６】
図６Ａは、単純化モデル群の曲線６１０、６２０に対応する２つのサブモデルを示し、各サブモデルが層の特定の厚さに対応している。曲線６１０、６２０の振幅により、追跡効果が制限される。しかしながら、曲線６１０、６２０間のシフトを追跡することは、穴の深さを追跡可能とする上で重要である。実際のデータを、例えば、メリット関数の計算により、曲線６１０、６２０と比較すると、曲線６１０又は６２０のどちらがより一致するかという判定を行うことができる。そして、最も一致したものに基づいて、曲線６１０又は曲線６２０のいずれかのサブモデルと関連する値を決定することができる。また、リアルタイムデータと曲線６１０、６２０のパターンを比較することによっても、単純化モデルが関心細部及び測定可能量を表現するのに適したものであることを確認することができる。
【００３７】
プロット６５０は、同じ構造に対してエッチング速度を一定とした場合の、単一の干渉計測による７２４ｎｍの時間ベースの傾向を示す。傾向６６０は、この７２４ｎｍの例では、たった一つの波長における曲線の変化を監視することによって、曲線６１０、６２０を含む一連の曲線から抽出されてもよい。この傾向については、周知の「フリンジカウント法」によって追跡し得るコントラストが良好な強いフリンジが見てとれる。この追跡されたフリンジは、構造のエッチング部又は未エッチング部の変化と、エッチングされた穴の深さに直接関連していてもよい。
【００３８】
図７は、プラズマ反応器内でのプラズマ処理の状態を監視及び／又は制御する光反射率測定を用いたシステム７００の実施例を示すブロック図である。このシステム７００は、本明細書に開示されたモデル化スキームを採用するプラズマツール・プロセス制御部を備えている。このシステム７００は、ツール制御部７７０によって制御されるプラズマ室／反応器７１０を備えている。プラズマ室／反応器７１０内には、ウエハ７２０と処理プラズマ７３０が配置されている。この処理プラズマ７３０は、ウエハ７２０上において、図１Ａの３Ｄ  ＮＡＮＤ構造１００などの一つまたは複数の複雑な構造を製造／修正（例えば、蒸着又はエッチング）するのに用いられる。
【００３９】
光学システム７４０は、ウエハ７２０へと光を送り、そこから受光する。この光学システム７４０によって収集された反射光は、光検出器７５０へと導かれる。光学システム７４０には、コリメータや、フィルタ、レンズ、窓、開口部、光ファイバなどのその他の光学素子を備えることができる。この光検出器７５０は、スペクトロメータであってもよい。
【００４０】
この光検出器７５０には、本明細書に開示された原理と、光学システム７４０及び光検出器７５０を介して、加工プロセスなどの製造プロセス中に得られたリアルタイムデータに従って生成された単純化反射率モデルを処理するよう構成されたコンピュータ７６０が接続されている。このリアルタイムデータは、コンピュータ７６０の従来のインタフェースを介して受け取った光学データであってもよい。このコンピュータ７６０は、モデルとデータの処理に基づいて、処理制御信号を生成し、プラズマ室／反応器７１０の処理動作を指示する。ツール制御部７７０は、コンピュータ７６０から、例えば、従来のインタフェースを介して処理制御信号を受信し、この制御信号をプラズマ室／反応器７１０に送信して加工プロセスを制御するよう構成されている。
【００４１】
コンピュータ７６０は、ユーザインタフェース７６５から情報を受信し、その処理部７６７により、受信した情報から単純化反射率モデルを生成することができる。コンピュータ７６０は、この単純化反射率モデルと、すでに生成された反射率モデル及び／又はリアルタイム反射データとを比較して、プラズマ室／反応器７１０からの監視データと併用する反射率モデルの判定を行うことができる。保存された反射率モデルは、例えば、コンピュータ７６０のメモリ７６９内のルックアップテーブルに保存されていてもよい。コンピュータ７６０は、プラズマ室／反応器７１０内におけるプラズマ処理又は他の製造処理を指示するコントローラであってもよい。いくつかの実施例では、さまざまな処理部により単純化モデルを生成したり、処理制御信号を生成したりする。一実施例では、処理部７６７は、受信した情報に基づき、単純化モデルを生成し、ツール制御部７７０の処理部７７７は、単純化モデルと、半導体プロセス及びその半導体プロセス中のプラズマ室／反応器７１０内におけるウエハ７２０を監視することで得られた光学処理データとに基づき、処理制御信号を生成する。このように、コンピュータ７６０とツール制御部７７０は協働して、プラズマ処理を指示するコントローラとして機能することができる。他の実施例では、別の処理部、コンピュータ７６０とは異なるコンピュータ、コンピュータ７６０の別の処理部により、単純化モデルや処理制御信号の生成を行うことができる。
【００４２】
本明細書に記載の光学測定システム及びそのサブシステムにおいて、その範囲から逸脱することなく上記の変更やその他の変更を行ってもよい。例えば、いくつかの例は半導体ウエハ処理装置に関連して説明されているが、本明細書に記載の光学測定システムは、ロール・ツー・ロール薄膜処理、太陽電池製造、又は、高精度な光学測定を要する用途など、他のタイプの処理装置にも適用可能であることが理解されよう。さらに、本明細書に記載のいくつかの実施例では、イメージング分光器などの共通の光分析装置の使用について説明しているが、既知の相対感度を有する複数の光分析装置を用いてもよいことを理解されたい。さらに、本明細書では、本開示の態様を説明する場合に「ウエハ」という用語を使用しているが、水晶板、位相シフトマスク、ＬＥＤ基板及びその他の半導体処理とは関係のない基板、固体、気体及び液体ワークピースを含むワークピースなど、他のタイプのワークピースを用いてもよいことを理解されたい。
【００４３】
本明細書に記載の実施例は、本開示の原理および実用的な適用例を最もよく説明するため、並びに他の当業者が企図された特定の用途に適したさまざまな変更を含むさまざまな実施例について本開示を理解できるようにするために、選択され、記載されている。本明細書に記載の特定の実施例は、本開示の範囲を限定することを意図するものではなく、本開示の範囲及び意図から逸脱することなくさまざまな変形例や環境において実施されてもよい。従って、本開示は、図示の実施例に限定されることを意図されるものではなく、本明細書で説明する原理及び特徴と一致する最も広い範囲を許容すべきものである。
【００４４】
図面におけるフローチャートおよびブロック図は、本開示のさまざまな実施例に従ったシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能性、及び動作を例示する。この点で、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、一つ又は複数の規定された論理機能を実施するための１つ以上の実行可能命令を含むコードのモジュール、セグメント、又は一部を表すことができる。また、いくつかの代替的な実施において、ブロックに明記した機能は、図面に明記した順序通りでなく発生する場合があることに留意すべきである。例えば、関与する機能性に応じて、連続して示した２つのブロックは実際には実質的に同時に実行されることがあり、もしくは、ブロックは時に逆の順序で実行される場合がある。また、ブロック図及び／又はフローチャート図の各ブロック、及び、ブロック図及び／又はフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、規定された機能や行為を実行する特殊目的ハードウェア・ベースのシステム、又は、特殊目的ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実施可能であることに留意すべきである。
【００４５】
本明細書において用いた用語は、特定の実施例を記載する目的のためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書において用いたように、単数形「１つの（ａ）、（ａｎ）、（ｔｈｅ）」は、文脈によって明らかに他の場合が示されない限り、複数形も含むことを意図している。また、「含む」及び／又は「含んでいる」という表現は、本明細書において用いられた場合、述べた特性、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を規定するが、一つ以上の他の特性、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を除外するものではないことが理解されよう。
【００４６】
当業者であれば理解するように、本明細書に開示された特徴又はその少なくとも一部は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として具現化され得る。従って、本明細書に開示された特徴は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又はソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形態を取る可能性があり、これらのすべてが本明細書において概して「回路」又は「モジュール」と呼ばれることがある。さらに、本明細書に開示された特徴の少なくとも一部は、コンピュータ可読プログラムコードをその中に具現化した非一時的コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることがある。
【００４７】
従って、上記システム、装置（コントローラなど）及び方法、又は、少なくともその一部は、デジタルデータプロセッサ又はコンピュータなどのさまざまなプロセッサにおいて具現化されたり、それによって実行され得る。コンピュータは、プログラムされていたり、方法の一つ以上のステップを実行する一連のソフトウェア命令の実行可能プログラムを保存している。本明細書に開示されたそのようなプログラムのソフトウェア命令は、アルゴリズムを表していてもよく、さまざまなタイプのデジタルデータプロセッサ又はコンピュータが、本明細書に記載の一つ以上の方法や本明細書に記載の装置の一つ以上の構成要素のうちの一つ、複数又はすべてを実行することができるようにするために、例えば、磁気又は光学ディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ハードディスク、フラッシュメモリ、及び／又は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの非一時的デジタルデータ記憶媒体上で機械実行可能な形式でエンコードされてもよい。
【００４８】
さらに、本明細書に開示したいくつかの実施例は、装置やシステムを具現化したり、本明細書に記載の方法のステップを実行するさまざまなコンピュータ実行処理を行うプログラムコードを有する非一時的コンピュータ可読媒体を備えたコンピュータストレージ製品にも関連する。本明細書で用いる非一時的媒体とは、一時的な信号伝搬を行うものを除くすべてのコンピュータ可読媒体を指す。非一時的コンピュータ可読媒体の例としては、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光記録媒体、フロプティカルディスクなどの磁気−光媒体、プログラムコードを格納して実行するように特別に構成された、ＲＯＭ及びＲＡＭ装置などのハードウェア装置を含むがこれらに限定されるものではない。プログラムコードの例としては、コンパイラが生成するような機械コードと、コンピュータが解釈プログラムを用いて実行し得る上位レベルコードを含むファイルとが含まれる。
【００４９】
本開示のさまざまな態様によれば、本明細書に開示したようなシステム及び方法を含むことを主張することができる。
【００５０】
本明細書に開示された態様は、以下を含む。
Ａ．  半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法であって、半導体構造に関する情報を受信する工程と、有効媒質近似及び前記受信した情報により、少なくとも一つの可変処理パラメータに応じて、半導体構造の変更部分と未変更部分との両方からなる単純化光学モデルを決定する工程と、未変更部分と変更部分とからなる単純化光学モデルを組み合わせて、半導体構造の単純化モデルを得る工程と、を具備し、単純化モデルは、半導体製造プロセスの制御を行うのに十分である、ことを特徴とする方法。
Ｂ．  複雑な半導体構造の半導体プロセスを指示するコントローラであって、半導体プロセスと半導体構造に対応する情報を受信するよう構成されたインタフェースと、その情報と有効媒質近似により前記半導体構造の単純化光学モデルを生成し、単純化光学モデルと、半導体プロセス中に半導体構造を監視することにより得られた光学処理データとに基づき、半導体プロセスを指示する処理制御信号を生成するよう構成されたプロセッサと、を具備することを特徴とするコントローラ。
Ｃ．  半導体製造プロセス中に半導体構造の監視を行うため、複雑な半導体構造の複雑さを軽減させたモデルを生成する方法であって、半導体構造に関する情報を受信する工程と、その情報と有効媒質近似とにより、複雑な半導体構造の単純化モデルを構築する工程と、半導体製造プロセス中に関心パラメータの監視を行うのに有意な結果を提供するのに十分なだけ繰り返して単純化モデルの決定を行う工程と、を具備することを特徴とする方法。
【００５１】
上記各態様Ａ、Ｂ、Ｃは、以下のさらなる要素のうちの一つ又は複数を組み合わせて有していてもよい。
要素１：受信した情報には、膜厚、膜タイプ、光学特性、膜／特徴の寸法／ピッチ、形状及び配向が含まれる。
要素２：処理パラメータには、膜厚、膜タイプ、光学特性、膜／特徴の寸法／ピッチ、形状、配向のうちの少なくとも一つが含まれる。
要素３：変更部分又は未変更部分の単純化光学モデルを決定する際に、少なくとも一つの範囲パラメータを採用する。
要素４：範囲パラメータは、前記受信した情報から除外された値を有する半導体構造のパラメータに対応する。
要素５：値は前記半導体プロセス中に決定される。
要素６：範囲パラメータは、幾何学的分類、体積分率、材料特性、受信した情報では十分に定義されない半導体構造のパラメータからなるリストから選択されるパラメータのばらつきの範囲を与える。
要素７：半導体構造の単純化モデルには、未変更部分に対応する第１可変処理パラメータと、変更部分に対応する第２可変処理パラメータとが含まれ、第１及び第２可変処理パラメータは、半導体プロセス中に監視を行う関心パラメータである。
要素８：半導体プロセスはエッチング処理であり、方法は、有効媒質近似により、半導体構造のマスクの単純化光学モデルを決定する工程と、マスクの単純化光学モデルと、未変更部分及び変更部分からなる単純化光学モデルとを組み合わせて、半導体構造の単純化モデルを得る工程とをさらに備える。
要素９：未変更部分は、未エッチング部分であり、変更部分は、半導体構造のエッチングされた部分である。
要素１０：マスクは、マスクの単純化光学モデルにおいて、未エッチング又は完全にエッチングされた場合には単一の均質層として示され、部分的にエッチングされた場合には二重層として示されている。
要素１１：半導体構造は、３Ｄ  ＮＡＮＤ構造であり、半導体プロセスは、チャネル穴のエッチング又は層の蒸着であり、未変更部分は、未エッチング部分であり、変更部分は、前記半導体構造のエッチングされた部分である。
要素１２：半導体構造のエッチングされた部分の単純化光学モデルを決定する工程には、未エッチング部分と、受信した情報によって特定され、未エッチング部分に追加又はそこから除去された他の材料との単純化光学モデルを採用する工程が含まれる。
要素１３：半導体構造のエッチングされた部分の単純化光学モデルを決定する工程には、チャネル穴の長さパラメータがいつ有効媒質近似の適用を可能にするかを判定する工程と、可能となった場合に、有効媒質近似を適用して、均質材料として交互に積層された薄層の近似を行い、密度の低い第２均質材料として、チャネル穴が貫通した積層部分のモデル化を行う工程とが含まれる。
要素１４：組み合わせる工程は、光学反射率測定モデルを用いて行われる。
要素１５：情報は、最小限の情報である。
要素１６：第１プロセッサは、単純化光学モデルを生成するよう構成され、この第１プロセッサとは異なる第２プロセッサは、処理制御信号を生成するよう構成されている。
要素１７：第１プロセッサは、単純化光学モデルを生成するよう構成され、この第１プロセッサとは異なる第２プロセッサは、処理制御信号を生成するよう構成されている。
要素１８：繰り返し決定する工程には、単純化モデルの決定が有意な結果を提供するには不十分である場合に、複雑な半導体構造に関するさらなる情報を取得する工程が含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１００  Ｄ  ＮＡＮＤ構造
１１０  基板
１２０  層
１２２  二酸化シリコン層
１２４  窒化シリコン層
１３０  穴
１４０  コンタクト
１５０  マスク層
３００  Ｄ  ＮＡＮＤ構造の断面
３００  断面
３１０  シリコンウエハ基板
３２０  蒸着膜層
３２０  層
３３０  マスク層
３４０  チャネル穴
３５０  単純化モデル
３６０  有効媒質層
３７０  有効媒質層
３８０  追加マスク層
７００  システム
７１０  反応器
７２０  ウエハ
７３０  処理プラズマ
７４０  光学システム
７５０  光検出器
７６０  コンピュータ
７６５  ユーザインタフェース
７６７  処理部
７６９  メモリ
７７０  ツール制御部
７７７  処理部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2018152552.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
2018152552.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
2018152552.tif 000008
【図５】
2018152552.tif 000009
【図６Ａ】
2018152552.tif 000010
【図６Ｂ】
2018152552.tif 000011
【図７】
2018152552.tif 000012
【外国語明細書】
2018152552000001.pdf