(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製作プロセスを監視するために、統合したスキャタロメータと原子間力顕微鏡を使用する方法であって、
前記原子間力顕微鏡と前記スキャタロメータの両方を含む単一システムの加工物ホルダに、加工物を実装することと、
前記原子間力顕微鏡を使用して、試験測定領域のフィーチャを測定することと、
前記原子間力顕微鏡の測定結果をライブラリ生成プログラムへの入力として使用して、前記スキャタロメータのライブラリ・グラフを生成することと、
前記スキャタロメータと生成された前記ライブラリ・グラフとを使用して、前記加工物上の試験測定領域を測定して、測定領域の測定パラメータを決定することと、
前記測定パラメータが、指定された基準に整合しない場合、前記加工物を前記単一システムの加工物ホルダから取り外さずに、前記原子間力顕微鏡を使用して前記加工物の１つまたは複数のフィーチャを測定し、それにより、前記スキャタロメータの測定結果が規格外にあるか測定範囲外にある場合であっても、前記スキャタロメータによって測定された領域のフィーチャが前記原子間力顕微鏡上で容易に測定可能になり、かつ前記原子間力顕微鏡が、前記スキャタロメータと共に使用する精確な前記ライブラリ・グラフを生成するための入力を提供することが可能になることと、
を備える統合測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、微視的な表面フィーチャ（特徴）を測定するためのシステムに関し、具体的には、スキャタロメータなどの積算光学機器と、走査プローブ顕微鏡または走査電子顕微鏡など、個別のフィーチャを測定する器具との統合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度な集積回路を製作するには、極度に小さい、精密なフィーチャを半導体ウエハの上に形成する必要がある。そのようなフィーチャは、通常、まずフォトレジストの仮層におけるフォトリソグラフィ・プロセスによって形成され、次いで、フォトレジストのフィーチャを使用して、永続的な構造が、ウエハ上に創出される。例えば、孔を絶縁層に形成し、後に導電物質で充填して、回路の層間に接続部を創出する。また、トレンチ（溝）を絶縁層に形成し、後に導電物質で充填して、キャパシタを形成する。薄い導電線のグループを形成して、チップの１つの領域から他の領域へ信号を搬送するバスを作成する。導体のグループは、各導体の幅とピッチ、すなわち導体間の距離とによって特徴付けられる。
【０００３】
半導体処理の精度要件が増大するにつれ、絶えず製作プロセスを監視して、製作プロセスが、厳密な要件を満たしていることを保証する必要がある。いくつかの場合では、製作ラインを通過する各ウエハは、インライン計量と呼ばれる方法で測定される。技術者は、仮フォトレジスト層上のフィーチャと、ウエハ上に創出された永続的なフィーチャの両方を監視することが可能である。ウエハ上のフィーチャは３次元構造であり、完全な特徴付けは、ホールまたは導体の先端幅などの表面の寸法だけでなく、フィーチャの完全な３次元プロファイルをも記述しなければならない。例えば、理想的なフィーチャは、通常、垂直の側壁を有するが、実際の側壁は、上面より下のフィーチャを狭めるまたは広げる過度の傾斜を有する可能性がある。また、プロセスの技術者は、そのような表面のフィーチャのプロファイルを精確に測定して、製作プロセスを微細調整し、望ましい装置の幾何学的形状を、確実に獲得することができなければならない。
【０００４】
プロセスの進行中、製作プロセスの結果を特徴付ける１つの方法は、分割法による。すなわち、特徴付けられるフィーチャを貫通してウエハを切断し、次いで、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、暴露された断面を観測する。新しいプロセスの開発には有用であるが、この方法は、ウエハ全体が、フィーチャを測定するために破壊されるので、生産プロセスを監視するには、より有用ではない。さらに、正確な位置でウエハを切断して、それをＳＥＭで見るのは、時間がかかる。
【０００５】
そのようなインライン計量にしばしば使用される３つのプロセスは、臨界寸法走査電子顕微鏡法（ＣＤ  ＳＥＭ）、走査プローブ顕微鏡法（ＳＰＭ）、およびスキャタロメトリである。ＣＤ  ＳＥＭは、処理しているウエハの上面の画像を創出するために、走査電子顕微鏡を使用する必要がある。ＣＤ  ＳＥＭは、ホールまたはトレンチの先端幅、あるいは導体の幅など、臨界寸法を監視するのに特に有用である。ＣＤ  ＳＥＭは、上面図を表示するので、ＣＤ  ＳＥＭは、そのようなホールまたは導体の３次元プロファイルに関する情報は、通常提供せず、フィーチャの側壁が、垂直からそれている場合に、プロセス技術者に警告しない可能性がある。
【０００６】
絶縁体およびフォトレジストは、ＣＤ  ＳＥＭでは、電子によって帯電される傾向があり、この帯電により、フィーチャ画像の縁がぼやけ、２ｎｍと２５ｎｍの間だけ、測定を不確定にする。縁ブラーリングの影響は、既知の次元を有するフィーチャを測定することによって、特徴付けることができ、その後のＣＤ  ＳＥＭ測定を部分的に補償して、縁ブラーリング（ぼやけ）を補正することができる。しかし、帯電は、フィーチャの基本となるいくつかの層の組成と厚さに依存する。装置の設計が、変化する場合、または基本となる層に対するプロセスが、変動する場合でも、別々の組の較正が必要である。
【０００７】
電子顕微鏡法の他の欠点は、プロービング電子が、空気分子によって散乱されることを防止するために、高真空で測定を実施する必要があることである。ＳＥＭサンプル室から空気を除去するには、かなり時間がかかり、それにより、迅速なフィードバックが妨げられ、測定することのできるウエハの数が限定される。
【０００８】
インプロセス測定の第２の方法であるＳＰＭは、ウエハ表面を横切って走査される非常に小さなプローブ・チップを使用する。走査トンネリング顕微鏡法といくつかのタイプの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を含む、多くのタイプのＳＰＭが存在する。半導体処理に使用される１つのタイプのＡＦＭ（例えば、特許文献１参照）では、プローブ・チップは、表面と接触するように、またはほぼ接触するように、垂直および水平に移動される。接点およびその近傍の垂直位置は、作表され、表面のプロファイルを提供する。ＡＦＭは、１ｎｍ程度の分解能を達成することが実証されてきた。これは、最も進んだプロセスに適しており、大気圧で動作することができる。
【０００９】
しかし、ＡＦＭのスループットは低い。ＡＦＭは、水平走査だけでなく、あるタイプの垂直走査をも必要とする。垂直走査は、非接触モードで動作されたチップの周期性振動をフィードバック制御することによって、大幅に低減することができるが、鮮明にプロファイルされたフィーチャは、この利点を低減する。初めにプローブ・チップをナノメートルサイズのフィーチャと位置合わせすることは、困難である。その結果、格子の形状の試験パターンを測定するときを除いて、プローブが、フィーチャと確実に遭遇するように、多数の並行走査を実施しなければならない。１つのフィーチャを横切って測定するには、数分かかることがあり、５０μｍ平方の領域を測定するには、数時間かかることがある。これらの理由のために、ＡＦＭは、生産作業では、チップの限定された領域しかプロファイルできない。
【００１０】
第３のタイプのインプロセス検査方法は、一般にスキャタロメトリと呼ばれ、光を表面上の試験パターン上に向けて、反射光を測定することを必要とする。反射光は、対象の幾何学的形状と組成によって影響を受ける。例えば、結果は、繰り返されるフィーチャの幅と間隔、表面付近の任意の層の厚さを含む、表面とその下の物質の組成によって影響を受ける。スキャタロメータの測定結果は、通常、「シグニチャ」またはグラフであり、波長または入射角度が変化する際の、反射光の強度の変化を示す。
【００１１】
スキャタロメトリは、測定された回折効果を創出するために、規則的な格子を必要とするので、スキャタロメトリを使用して、寸法を決定するときは、通常、回路自体についてではなく、隔離した試験パターンについて使用される。試験パターンは、通常個々の集積回路間である、ウエハの未使用部分の上に創出され、同時に、試験パターンが、実際の生産製品、すなわち集積回路を創出しているプロセスを反映するように、実際の回路が創出される。試験パターンは、通常、約５０μｍ×５０μｍの格子パターンからなる。スキャタロメトリは、比較的広い光のビームを使用して、ビームの領域にわたる幾何学的形状に関する平均的な情報を提供する。したがって、スキャタロメトリは、特定の線またはフィーチャの幅を決定するのではなく、例えば、光学アセンブリまたは試験パターンのより小さいスポット・サイズにわたって、平均的な線幅を決定する。複数のフィーチャから情報を統合して、結果を作成するスキャタロメータなどの光学機器は、ＡＦＭ、ＳＥＭなどの個別フィーチャ測定機器、または単一のフィーチャの特性を測定した集束イオン・ビーム・システムとは対照的に、積算光学機器と呼ばれる。
【００１２】
通常、スキャタロメトリは、楕円偏光計または反射率計で実施され、約２５μｍから約２００μｍの直径を有する放射のプロービング・ビームが、表面の法線と格子構造の軸とに対して、固定角度で、試験格子パターンを照射する。偏光感受性光検出システムが、表面から反射された放射を検出するように構成される。スキャタロメトリに使用される楕円偏光データのタイプに対して、２つの一般的な手法がある。分光スキャタロメトリと呼ばれる第１の手法では、光検出器は、表面法線の周りに余角で反射されたビーム、すなわち１次反射を検出するように設定され、入射光の波長の範囲にわたって、データが獲得される。獲得したデータは、単に、スペクトル分解された強度である可能性があり、または、スペクトル分解されたパラメータ、および楕円偏光法ではよく知られたパラメータなど、楕円偏光法では可能性のある２重組のデータである可能性がある。角度分解スキャタロメトリと呼ばれる第２の手法では、単一の波長が使用されるが、検出器は、角度の範囲にわたって走査される。どちらの場合でも、楕円偏光計は、波長または角度に対して、少なくとも１つの明瞭な軌跡を作成する。
【００１３】
スキャタロメトリは、プロセスの制御に特に適している。スキャタロメトリは、ウエハを破壊せずに検査し、したがって、ウエハを生産ラインに戻すことができ、また、比較的狭い空間を占有する機器を使用して、大気圧で実施することができる。約２００ｍｓ以内で、試験部位から、スキャタロメトリのデータの完全な組を獲得することができる。ウエハ上の試験部位間の移動は、３秒未満で実施することができる。ＩＣ製作の通常のプロセス・シーケンスは、１分あたり１つのウエハ未満のスループットを有するので、スキャタロメトリは、プロセスの流れを中断せずに、各ウエハ上の多数の試験部位を検査することができる。
【００１４】
プロセスの制御にスキャタロメトリを使用するための一般的なプロセスは、Ａｌｌｇａｉｒ他によって、２０００年２月２８日から３月２日の、Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，Ｉｎｓｐｃｅｔｉｏｎ、ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ＸＩＶ  Ｐｒｏｃ．の「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｆｏｒ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」に記載されている。多層構造では、楕円偏光データを合理的および直接的に解釈して、格子構造、または単に格子のピッチ、線幅、または線の間隔比率でさえ、決定することができない。代わりに、パラメータのいくつかのみが変化し、他は既知であると想定される構造について、光散乱計算を実施することによって、データのライブラリが生成される。例えば、特定のピッチ、直線的な垂直壁、および特定の物質の組成と層の厚さを想定し、次いで、様々な線幅に基づいて、１組のパターンまたはグラフを計算することが可能である。次いで、実際の測定中に、スキャタロメトリのグラフを、ライブラリ・グラフと比較する。ライブラリの情報は、グラフまたはパターンと呼ばれるが、測定データを生成して、その測定データをライブラリのデータと比較するプロセスは、グラフまたはパターンの実際の画像を作成せずに、完全にソフトウエアにおいて実施することができることを理解されたい。実験データに最も近いライブラリ・グラフの線幅パラメータは、測定された構造の線幅であると想定される。近似は、各ライブラリ・グラフと、実験データとの間の２乗平均誤差の平方根を計算して、最小の２乗平均誤差の平方根を有するライブラリ・グラフを選択することによって、決定することが可能である。
【００１５】
しかし、この手法は、垂直壁の傾斜、物質の組成、および層の厚さなど、測定されていない試験構造の属性が、ライブラリ・パターンを生成する際に想定された属性と同じであることを想定している。ある属性が異なる場合、結果は不正確であり、新しいライブラリを計算しなければならない。最小２乗平均誤差の平方根で構造を探求する際に、すべての可能な構造を考慮することは実行不可能であると、一般に考えられている。したがって、スキャタロメトリは、測定される構造のある特性を想定するという必要性によって制限される。
【００１６】
一般に、スキャタロメトリは、処理の際の小さな変化および振動を検出することに適しているが、より大きな変化はライブラリ・パターンと整合させることができないので、より大きな変化には適していない。ＳＥＭと原子間力顕微鏡法は、著しい変化の検出には効果的であるが、生産環境にはより適していない。さらに、装置の信頼性にとって重要である組成の変化に対して、比較的感度が鈍い。
【００１７】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ／０６５１６号パンフレット
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、微視的測定の効率または精度を向上させることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スキャタロメータなどの積算光学測定と、個別フィーチャ測定機器とを、単一の測定システムに統合する。積算光学測定を使用して、サンプルを迅速にスクリーニングすることができ、個別フィーチャ測定機器は、積算光学測定機器が問題を確認したときに測定を行うことができる。両方の機器を単一測定システムに備えることによって、サンプル上の点を、両方の機器によって、好ましくはほとんどまたは全く再配置をせずに、容易に測定することができる。機器は、相補的なデータを提供して、対象のより完全な特性を提供することができ、機器を使用して、互いをクロス・チェックすることができる。
【００２０】
例えば、スキャタロメータとＡＦＭを使用する実施形態では、ＡＦＭを使用して、スキャタロメータを解釈、較正、および検証することができる。スキャタロメータは、ＡＦＭの検証を補助することができ、ＡＦＭが、精度の限界に達したときを識別することができる。スキャタロメータをスクリーニング・ツールとして使用することによりＡＦＭでの測定が少なくなり、したがって、高価なＡＦＭのプローブ・チップの磨耗が低減されるので、各機器を動作させるコストは減少する。スキャタロメータのＡＦＭ検証は、スキャタロメータの光源の時期尚早な取替えを排除することができる。また、スキャタロメータを使用して、層の厚さと組成の情報を提供することもできる。統合機器の他の利点を以下で記述する。
【００２１】
同様に、スキャタロメータとＳＥＭを使用する実施形態では、ＳＥＭを使用して、スキャタロメータの解釈、較正、および検証を補助することができる。スキャタロメータは、ＳＥＭの較正および検証を補助することができる。
同様に、スキャタロメータと、イオン・ビームおよび電子ビームを含んでいるシステムなど、２重ビーム・システムとを使用する実施形態では、２重ビームの一方のビームを使用して、スキャタロメータの解釈、較正、および検証を補助することができる。スキャタロメータは、２重ビームの較正および検証を補助することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、分析される基板は、可動支持体上で担持され、スキャタロメータとＡＦＭまたはＣＤ  ＳＥＭの両方とも、支持体上の基板を分析することができる。必要であれば、支持体は、スキャタロメータと原子間力顕微鏡のプローブ位置の間で、ウエハを所定の距離移動させて、それにより、ＡＦＭを使用して、対象のフィーチャを特定するという時間のかかる作業を低減または排除することができる。クラスタ・システムなど、他のシステムでは、各機器は、それ自体の支持体を有する。
【００２３】
上記では、以下に続く本発明の詳細な記述をよりよく理解することが可能であるように、本発明のフィーチャと技術的な利点をかなり大まかに概述した。本発明の他のフィーチャと利点を、以下で記述する。当業者なら、開示された概念と特有の実施形態は、本発明と同じ目的を実施する他の構造を修正または設計するための基盤として、容易に使用することができることを理解するであろう。また、当業者なら、そのような等価な構築は、本発明の精神および範囲から、逸脱しないことを理解するであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明とその利点をより完全に理解するために、ここで、添付の図面に関連して取り入れた以下の記述を参照する。
スキャタロメータという用語は、本明細書では、光をサンプルに向けて、サンプルから反射された光または散乱された光を測定することによって、サンプルの特性を決定するあらゆる機器を記述する一般的な用語として使用される。この用語には、楕円偏光計を基本とするスキャタロメトリ技術、反射光測定技術、および同様の技術が含まれる。
【００２５】
本発明は、積算光学機器と個別フィーチャ測定機器を組み合わせた。本発明の一実施形態は、ＡＦＭなどの走査プロファイル顕微鏡としての走査プローブ顕微鏡（個別フィーチャ測定機器）と、楕円偏光計を基本とするスキャタロメータ（積算光学機器）とを単一の測定機器に統合する。両方の機器によって共有された単一ステージ上で担持されたウエハまたは他の基板は、ステージを再配置せずに、または所定のオフセットだけステージを移動させて再配置することによって、ＡＦＭまたはスキャタロメータによって、検査することができる。したがって、好ましい実施形態では、加工物を拾い出して、それを、１つの機械から他の機械に移動させる必要がなく、それにより、第２の機械の上の測定される領域を特定するという時間のかかる活動が排除される。いくつかの実施形態は、個別フィーチャ測定機器として走査電子顕微鏡または集束イオン・ビームなど、帯電粒子ビーム機器としてのビーム撮像システムを使用する。いくつかの実施形態は、積算光学機器として、楕円偏光計、スキャタロメータ、または反射率計を使用する。
【００２６】
実施形態を図１の側面図に概略的に示す。ＡＦＭに関係する部分は、例えば、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ他によって、１９９９年７月１５日に出願された米国特許出願第０９／３５４，５２８号に開示されており、これは、参照によって、完全に本明細書に組み込まれている。この出願は、国際公開第ＷＯ０１／０６５１６−Ａｌ号パンフレットとして発表された（特許文献１）。ウエハ１２は、例えば機械的にまたは気圧式にウエハ１２をつかむことができる加工物ホルダ１４の上で担持される。ｘスライド１６とｙスライド１８は、ウエハ１２を水平移動させ、これにより、ウエハのあらゆる部分を、試験位置に配置することが可能になる。所望であれば、ウエハ１２が垂直移動するように、追加のｚ昇降機を含むことが可能である。これらの移動は、ウエハ１２上で検査されているフィーチャの寸法と比較して、比較的粗い精度で行われる。
【００２７】
オーバーヘッド・ガントリ２０は、加工物としてのウエハ１２と支持するスライドやこの支持体をも担持している重い静止テーブル２２の上で担持される。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ・ヘッド２４は、平面内で延びる主面を有するほぼ平坦なウエハ１２に覆い被さっているガントリ上で担持される。これには、ｘ方向とｙ方向のそれぞれにおける約７０ミクロンの移動と、ｚ方向の１５μｍの移動を提供することができる圧電性アクチュエータ２６が含まれる。プローブ・チップ３０が、ウエハ１２のフィーチャと係合またはほぼ係合することができるように、小さいプローブ・チップ３０を有するプローブ２８が、アクチュエータ２６から釣り下がっている。コンピュータ３４は、１または複数のプロセッサを有しており、ウエハ１２を移動させるように、スライド１６、１８を制御し、またプローブ・チップ３０を移動させるように、アクチュエータ２６を制御する。また、コンピュータ３４は、プローブ・チップ３０とウエハ１２の係合を感知するプローブ２８を監視する。
【００２８】
プローブ２８とそれに支持されるプローブ・チップ３０は、２つのタイプとすることが可能である。図２には、サンプルとしてのウエハからの距離、すなわちチップからサンプルの距離の関数として、プローブ・チップが受けた力を示す。図２では、正の力は、斥力であり、負の力は、引力である。プローブ・チップが、サンプルに接触せずに、サンプルに近づく際に、チップの原子の電子とサンプルの原子の電子との原子スケールの相互作用のために、チップとサンプルの間に、ファンデルワールス引力が存在する。ファンデルワールス力は、距離が短くなると、大きさが増大する。しかし、最終的には、プローブ・チップは、サンプルに接触し、係合の弾性力のために、ファンデルワールス力に勝る急速に増大する斥力が生成される。
【００２９】
一方のタイプのプローブは、接触領域４０において動作し、測定された斥力が、プローブ・チップがウエハの表面を弾性的に変形させる閾値を超えるプローブの垂直位置を記録する。このタイプのプローブは、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ他によって、上述した特許出願に記載され、またＧｒｉｆｆｉｔｈ他によって、米国特許第５，３０７，６９３号に記載されている。他のタイプのプローブは、物理表面から約１ｎｍに配置された非接触領域４２において動作する。プローブにより、カンチレバーの端部上に実装されたプローブ・チップは、通常約３００Ｈｚである、カンチレバーの自然な共振の近傍で振動する。レーザ干渉計は、振動の振幅を測定する。プローブ・チップが、非接触領域４２のサンプル表面に近づくに際に、ファンデルワールス力は、Ｈａｍｍｏｎｄ他によって米国特許第５，２６２，６４３号に記載され、Ｆｌｅｃｈａ他によって米国特許第５，８０１，３８１号に記載されたように、振動を減衰させ、または共振周波数を少なくともシフトさせる。さらに、所望の振幅が達成された後は、フィードバック機構を使用して、垂直にプローブ・チップを移動させて、同じ振幅で振動させ続けることが可能である。それにより、ゆるやかに変化している微細構造にわたって、チップを横方向に走査する際に、チップは、表面から一定の距離を維持し、それにより、表面をプロファイルする。非接触プローブは、実際にサンプルに接触せず、したがって格子試験部位の検査では、より問題ではないが、生産ウエハを損傷することを回避し、ならびに相互作用基板チップが、自然により滑らかになるときに、チップの磨耗を制限するというさらなる利点を有する。
【００３０】
図１に示した測定装置には、楕円偏光計の形態であるスキャタロメータも含まれる。楕円偏光法自体は、よく知られており、市販の楕円偏光計は、例えばカルフォルニア州サンホゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。Ａｓｐｎｅｓ他は、楕円偏光計の理論と構成を米国特許第５，０９１，３２０号に記載している。ＡｚｚａｍとＢａｓｈａｒａは、Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｌｉｇｈｔ（１９７７年アムステルダム、ノールトホラント）という本に、楕円偏光法の一般的な記述を提供している。
【００３１】
本発明のこの実施形態によれば、楕円偏光計の光学構成要素は、通常、ＡＦＭと共に、ガントリ２０の支持体構造上に実装され、互いに位置合わせされて保持される。例示していない光学機器は、キセノン灯などの放射源としての広帯域光源５２からの入射光ビーム５０を、振動偏光子５４を通して、ウエハ架台としての加工物ホルダ１４の上に保持されたウエハ１２の表面の焦点上に向ける。ビーム５０は、一般に、約４０ミクロンのビーム幅に集束させることができる。振動偏光子５４は、例えば、回転ロション・プリズム、または振動駆動信号によって駆動された光弾性変調器としての光弾性偏光子とすることが可能である。光弾性偏光子は、２つの電極の間にはさまれた圧電性水晶の本体を含むことが可能である。この光弾性偏光子を用いることにより、楕円偏光・光検出器５６等とともに光弾性偏光分析器が構成されている。
【００３２】
楕円偏光・光検出器５６は、ウエハ１２上の焦点から反射されたビーム５８を受けるように配置される。入射光５０と反射光５８は、例示した楕円偏光計では約７０度である、ウエハ表面の法線から余角で配置される。この角度では、４０μｍのビーム幅は、約１５０μｍの長さのスポットを照射する。２つの放射偏光間の反射の相違を最大にするために、大きな角度が選択される。楕円偏光検出器には、１組の偏光子、走査単色光、および光検出器が含まれる。コンピュータ３４は、モノクロメータを制御して、スペクトル分解した強度のデータを記録する。これは、２重楕円偏光データ用に、偏光に拠っても分解される。振動偏光分析器を反射ビーム上に配置する設計を含む、他の設計の楕円偏光計を使用することが可能である。次いで、楕円偏光計によって生成された強度のグラフは、ライブラリ情報としてのライブラリ・グラフと比較される。次いで、測定された線幅は、特定のライブラリ・グラフを生成するために使用された線幅と同じであると想定される。本明細書の例は、スキャタロメータを使用して、線幅を測定することを記述しているが、本発明は、そのようには限定されず、スキャタロメータを使用して、他の幾何学的パラメータまたは非幾何学的パラメータを測定することができる。
【００３３】
ウエハ１２上の楕円偏光焦点は、プローブ・チップ３０の下にある検査位置と一致する必要はない。ＡＦＭと楕円偏光計光学機器は、通常担持されているので、焦点と検査位置は、ｘスライド１６とｙスライド１８、および可能であればｚスライド（ｘスライド１６、ｙスライド１８（、ｚスライド）によって移送機構が構成される）の固定変位が、ＡＦＭの試験位置と楕円偏光計の試験位置の間で移動することを必要とする、設定された所定の決定可能な変位だけ、オフセットすることが可能である。ウエハ１２は、オフセット分の移動中および移動前後の２つのタイプの測定中、加工物ホルダ１４によって支持されたままである。それにより、スキャタロメトリによって特徴付けられた同じ領域を見つけることなく、原子間力顕微鏡法によって、プロファイルすることができる。
【００３４】
上述したように、スキャタロメータの結果を正確に解釈するために、精確なライブラリ・グラフを生成する必要がある。ＡＦＭは、測定パラメータとしての線幅を決定するために精確なライブラリ・グラフを作成し、かつ所与の表面物質、層の厚さ、およびピッチに対してのみ精確であるグラフが、測定されているサンプルに適切であることを検証することを補助することができる。
【００３５】
ライブラリ・グラフは、通常、シミュレーション・コンピュータ・プログラムによって生成される。シミュレーション・プログラムに、ピッチと物質の特性に関する精確な初期情報を提供する必要がある。しばしば、シミュレーション・プログラムで使用されるピッチの情報は、パターン設計者によって指定されたピッチである。しかし、試験測定領域としての試験パターンの実際のピッチは、パターンを創出するフォトリソグラフ・プロセスの不正確さのために、設計のピッチとは異なる可能性がある。不正確なピッチを使用して、ライブラリ・グラフを生成すると、測定したグラフとライブラリ・グラフの適合が不良になり、不正確な測定となる。
【００３６】
ＡＦＭは、試験パターンを走査して、ライブラリを構築するための入力として使用される精確なピッチ情報を提供することができる。ＡＦＭからの精確なピッチ測定を使用して、線幅の変化をシミュレーションすることによって、１組のライブラリ・グラフを生成することができる。精確な入力をライブラリ（情報）生成プログラムに提供することにより、シミュレーションの結果は、測定パターンを製作するために使用された実際の物理的なプロセスに固定される。ライブラリが創出された後、ライブラリの精度は、ＡＦＭで試験パターンの一部を走査して、ライブラリを使用して決定されたスキャタロメータの結果が、ＡＦＭによって見つけられた寸法と一致するかを検査することによって、検証することができる。
【００３７】
ライブラリ生成または測定検証の目的で、ＡＦＭでスキャタロメータの試験パターンを測定するために、ＡＦＭは、通常、パターン上の複数の位置のそれぞれにおいて、複数の走査を実施する。たとえば、ビーム対象サークルを指定することができ、５つのＡＦＭ走査を、対象サークルの中心と、中心から１０または１５ミクロンの周囲に沿って配置された４つの点とにおいて、実施することができる。各走査は、例えば、各線の長さが３μｍで、線間の距離が約１μｍである、約２０の走査線からなる。少なくとも５つのピッチを、走査線に沿って走査すべきである。当業者なら、様々な対象を適切に測定するように、ＡＦＭ測定を容易に変化させることができる。
【００３８】
試験パターンを迅速に測定するスキャタロメータを使用して、集積回路の製作プロセスを監視することができる。スキャタロメータの結果は、多数のパラメータに依存するので、スキャタロメータは、多数のパラメータのいずれかに影響を与えるプロセスの変化を迅速に監視および検出することができる。スキャタロメータは、特に、ライブラリの限界内において、線幅など、パラメータに対する小さな変化を識別することができ、またスキャタロメータは、ライブラリ・グラフを整合させることに失敗することによって、より大きな変化にフラグを立てることができるが、スキャタロメータは、通常、ライブラリの範囲外にある定量的または定性的変化の性質を識別することができない。
【００３９】
ＡＦＭは、問題がスキャタロメータによって示されたときに、実際の製品を測定することができる。ＡＦＭは、外部の基準に対して較正され、その幾何学的測定は、測定されている物質に本質的に無関係である。ＡＦＭから入手可能な詳細な幾何学的情報を使用して、製作プロセスに問題が存在することを検証し、問題の性質を識別することができる。したがって、スキャタロメータは、多数の変数についてスクリーニングすることができ、ＡＦＭは、スキャタロメータが、異常にフラグを立てるときに、使用することができる。１秒未満で１つの部位を測定し、数秒でウエハ上の複数の部位を測定するスキャタロメータをスクリーニング装置として使用することは、単一のフィーチャを測定するのに約２分必要とするＡＦＭで各部位を測定する必要性を不要にする。
【００４０】
図３は、統合機器のセット・アップと、統合機器を使用して、製作プロセスを監視するプロセスを示すフローチャートである。以下のステップは、単一の測定を記述するが、当業者なら、ステップは、統計的に有効である条件の範囲にわたって、複数の測定を必要とする可能性があることを理解するであろう。
【００４１】
ステップ３０２において、フォトリソグラフィ・プロセスは、回路のフィーチャを創出しながら、フォトリソグラフィ・プロセスは、スキャタロメータの試験部位としての試験パターンをも創出する。ステップ３０４において、試験パターンをＡＦＭで測定して、線の間隔またはピッチを決定する。ステップ３０６において、シミュレーション・プログラム（ライブラリ生成プログラム）は、ステップ３０４において測定された結果としてのピッチの情報を使用して、スキャタロメータの測定結果の解釈に使用する特徴付けグラフとしてのライブラリ・グラフを生成する。ステップ３０４と３０６は、併せて、ライブラリを創出し、かつ固定するためのプロセス３１０を構築する。
【００４２】
次いで、ライブラリを検証することができる。ステップ３１２において、スキャタロメータを使用して、試験測定領域としての試験パターンを測定し、ステップ３１４において、測定したグラフをライブラリ・グラフと比較して、試験パターンの線の線幅（測定パラメータ）を決定する。ステップ３２２において、試験パターンの部分を、ＡＦＭを使用して測定する。ステップ３２４において、スキャタロメータによって決定された線幅を、ＡＦＭによって測定された線幅と比較する。測定が一致する場合、ライブラリは、その測定について正確であると見なされる。測定が一致しない場合、スキャタロメータのライブラリは、再生成する必要がある可能性がある。スキャタロメトリの測定は、測定している物質の光学的特性、特に屈折率（ｎ）および比誘電率（ｋ）に依存し、これらの特性が、想定値とは異なる場合、スキャタロメータは、線幅を正確には測定しないことになる。表面のこれらの特性が、ライブラリ・グラフを創出したシミュレーションで使用した値とは異なる場合、ライブラリ・グラフは、精確でなく、正しい値ｎおよびｋを使用して、再生成する必要がある。ステップ３２２および３２４は、ライブラリを統計的に有効にするように、様々なパターンに対して、複数回繰り返すことができる。ステップ３１２から３２４は、ライブラリの妥当性検査のためのプロセス３２６を構築する。
【００４３】
スキャタロメータは、試験パターンを測定し、実際の製品を測定しないので、試験パターンの測定が、実際の製品の寸法と関連することを検証する必要がある。試験パターンと製品の測定差は、例えば、試験パターンの線幅が、実際の回路の線幅とは異なるために、生じる可能性がある。試験パターンと回路のフィーチャとは、同じフォトリソグラフィ・プロセスによって、同時に創出されるが、それらのプロセスの結果は、局所的な条件のために、異なることがある。例えば、回折効果のために、フォトリソグラフィ・プロセスによって作成された線幅は、一部には他の線の近さに依存することが知られており、試験格子の線は、通常、製品上の線よりはるかにより離れている。また、線が上に印刷される基板のために、線の印刷に影響を与える回折効果が生じ、線幅に差異が生じることがある。
【００４４】
ＡＦＭを使用して、製品を測定し、試験パターンの測定が、実際の製品の寸法に対応するかを確認する、または必要時にスキャタロメータの値と共に使用するオフセット値を提供することができる。オフセット値は、定数とすることが可能であり、または他の処理パラメータに応じて変化する可能性がある。ステップ３３０において、製品ウエハの部分をＡＦＭによって測定し、ステップ３２２において、製品の線幅をＡＦＭによって測定する。ステップ３３０と３３２からの測定を、ステップ３３４において比較し、測定結果が異なる場合、その相違に基づいて、オフセット・ファクタを決定する。オフセットは、その後のスキャタロメータの測定に適用される。このオフセットは、製品上の線幅と試験パターン上の線幅の相違に基づいており、スキャタロメータの測定誤差の結果ではない。ステップ３３０から３３４は、試験格子（試験パターン）と製品の相違を補償するプロセス３３６を構築する。
【００４５】
ライブラリを生成して、確認し、スキャタロメータを較正した後、スキャタロメータは、製作プロセスを監視するために使用する準備が整う。製作プロセスが、適切に動作している限り、スキャタロメトリの結果は、ライブラリが、厳密に対応するシグニチャ（固有の特徴）の基準セットを提供する小さなウィンドウ内において有効である。しかし、部位が、現在使用されているライブラリから著しく異なるシグニチャを示す場合、その同じ部位をＡＦＭによって即座にプローブして、幾何学的情報を提供することができる。
【００４６】
図４は、統合測定機器をプロセス・モニタとして使用するステップを示す。ステップ４０４において、スキャタロメータは、例えば、生産ラインを通過するウエハの５つの格子部位（試験領域）を測定して、それらの部位に対するスキャタロメータのグラフを創出する（オフセットがある場合には、オフセットが適用された結果に対応してグラフが創出される）。ステップ４０８において、各部位のスキャタロメータのグラフをライブラリ・グラフと比較する。部位のグラフが、プロセス制御限度内の線幅に対応するライブラリ・グラフと整合する場合、このグラフに対応するフィーチャの寸法が決定され、ウエハは、ステップ４１０において、次の処理ステップへと進められる。しかし、部位のスキャタロメータのグラフが、プロセス限度外（規格外）の線幅に対応するライブラリ・グラフと整合する場合、または部位のグラフが、ライブラリ・グラフと整合しない場合（測定範囲外にある場合）、ステップ４１４において、試験領域をＡＦＭを使用して測定し、格子サイズが実際に変化しているのか、またはスキャタロメータによるプロセス制御の問題の指摘が、ライブラリの基本となる想定を誤りとする基板の異なる変化によって生じたかを判定する。
【００４７】
ステップ４１６において、ＡＦＭの測定が、線幅がプロセス限度内にあることを示す場合、プロセス技術者は、ステップ４１８において、物質の光学特性またはフィーチャプロファイルなど、線幅以外の特性が変化しているかを判定するために、調査する。プロセスを調整することが必要である可能性があるか、あるいは、変化したが許容できる条件に対応するために、新しいライブラリ・グラフを生成することが必要である可能性がある。線幅が、ステップ４１６において、許容範囲内になかった場合、プロセス技術者は、ステップ４２０において、プロセスを変化させた原因を知るために調査する。
【００４８】
スキャタロメータが、問題を指摘しないときでも、ＡＦＭを使用して、試験格子上または回路要素上の部位を定期的に測定して、フィーチャの完全な３次元幾何学的特性を獲得し、スキャタロメータが、正確に測定していることを確認することが望ましい場合がある。
【００４９】
２つの相補的な機器から最大の利益を獲得するために、使用者は、各タイプの測定の原理を理解すべきである。スキャタロメータは、３０から４０μｍの比較的大きな測定スポット内のすべての差異を統合する。スキャタロメータの読みは、領域全体におけるすべての線の平均的な線幅／厚さ／プロファイルを表す単一の測定である。ＡＦＭは、１つまたは数個の走査線を走査して、一連の点における線幅／高さ／プロファイルを測定し、次いで、領域を網羅するために、隣接する線を走査することが可能である。ＡＦＭは、単一構造内の差異を特徴付けることができる。フィーチャの縁は、完全な直線ではなく、線幅に差異が生じる可能性がある。ＡＦＭを使用して、線の粗さと、線縁の差異を特徴付けることができ、一方、スキャタロメータは、すべての差異を平均する。ＡＦＭは、先端の線幅だけでなく、フィーチャの完全な３次元プロファイルを測定することができる。
【００５０】
ＡＦＭが、スキャタロメータに相補的な利益を提供するだけでなく、スキャタロメータも、ＡＦＭに利益を提供する。ＡＦＭは、広い領域を走査するのに、長時間を要する。例えば、５０μｍ×５０μｍの領域を走査するのに、６時間または８時間かかることがある。スキャタロメータは、広い領域を統合して、この領域を、１秒未満で測定することができる。ウエハをスクリーニングすることによって、スキャタロメータは、より多くのウエハを測定することを可能にし、ＡＦＭの作業負荷を低減して、それにより、高価なＡＦＭのプローブ・チップの耐用寿命を延長する。
【００５１】
ＡＦＭの測定能力は、チップのサイズと形状によって制限される。例えば、チップの側角が、トレンチ壁の角度より大きい場合、ＡＦＭのチップは、トレンチ壁に接することができず、トレンチ壁上のある高さの位置では、幅を正確に測定することができない。ＡＦＭは、測定を返すが、これは無効であり、測定されるフィーチャの形状によってよりも、チップの形状によって影響を受けている。しかし、返された測定は無効であるということは、ＡＦＭのオペレータには、示唆されない可能性がある。一方、スキャタロメータのライブラリ・グラフを生成するシミュレーション・プログラムは、ＡＦＭを使用して、ライブラリに入力を提供し、それを検証した場合でも、ＡＦＭのチップの能力を超えた測定に用いるグラフを正確に創出することができる。スキャタロメータを使用して、ＡＦＭが、精度の限界に達し、その測定が信頼できないことを指摘することができる。
【００５２】
比較的遅いＳＰＭで測定することができるウエハあたりの部位の数は、非常に限定される。例えば、ＡＦＭは、ウエハあたり５つの部位を測定するように、現実的に制限することが可能である。スキャタロメータは、非常により高速なので、同じ時間で、２００を超える測定を実施することができる。これにより、スキャタロメータは、より多くの測定を実施することが可能になる。このサンプル・サイズの増大により、測定統計の信頼性と精度を非常に向上させることができる。
【００５３】
２つの測定を組み合わせることから、最大の利益を獲得するために、両方の形態の強みと弱み、および２つのタイプの測定間の特別分解能の相違を理解する必要がある。例えば、スキャタロメータによる幅の測定は、広い領域にわたる平均的な幅を提供する。ＡＦＭによる幅測定は、フィーチャ上のいくつかの場所における幅を提供することができる。ＳＥＭを使用する断面ウエハ上の幅測定は、単一点の幅情報を提供する。ＣＤ  ＳＥＭは、線に沿ったいくつかの場所の幅を測定することができる。
【００５４】
スキャタロメータのグラフは、主に、Ｘ方向と垂直方向またはＺ方向との２つの方向に関する情報を含む。ＡＦＭは、複数の線を走査して、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の情報を提供することができる。したがって、ＡＦＭは、フィーチャ端部の表面の粗さ、側壁の角度と粗さ、直線からのずれに関する情報を提供することができる。スキャタロメータは、通常、約５０μｍ×５０μｍの領域を測定するが、ＡＦＭは、通常、はるかにより小さい領域を測定する。スキャタロメータはまだ、約７０ｎｍより下では精確であることが立証されていないが、ＡＦＭは数ナノメートルまで精確であることが知られている。スキャタロメータは、１ミクロンより大きいＺ方向の寸法を有するいくつかのフィーチャを測定することは、これらのフィーチャの潜在的な高アスペクト比のために困難であるが、ＡＦＭは、そのような寸法を容易に測定することができる。
【００５５】
スキャタロメータの測定は、利用可能なライブラリ・グラフによって制限され、したがって、予想した結果からの大きなずれを示す測定は、通常、解釈可能ではない。ＡＦＭの測定は、プローブのチップの形状によって制限される。各機器は、他方が測定の限界に達したとき、情報の提供を補助することができる。
【００５６】
組み合わせた機器は、両方の機器を所有して動作する総コストを低減することができる。スキャタロメータで、生産ウエハをスクリーニングすることによって、ＡＦＭ測定の必要な数が低減され、それにより、高価なプローブ・チップの耐用寿命が延長される。スキャタロメータの光源は、通常、精確な測定を保証するために、周期的に取り替えられる。スキャタロメータをＡＦＭで外部から精度検査するとき、光源は、測定が精確な限り使用することができ、時期尚早に取り替える必要はない。
【００５７】
組み合わせた機器の他の利点は、ＡＦＭチップの幅が、より精確に決定されることである。ＡＦＭでのピッチ、線の粗さ、およびプロファイルの測定（例として）は、チップ幅の知識を必要としないが、線幅の測定は、前記幅の精確な知識を必要とする。ＡＦＭは、ライブラリ・シミュレーションに精確なピッチ（例としてＮＩＳＴまたはＶＬＳＩから入手可能な規格を使用して、精確に較正されたピエゾから取り出された）を供給するが、スキャタロメトリは、精確に確定された波長相互作用を使用して、シミュレーションから、線幅を決定する。その後、線幅が、スキャタロメトリによって確定され、ピッチがＡＦＭによって確定された領域を走査することにより、先端幅を決定することが可能になり、したがって、ＡＦＭの繰返し性と精度が向上される。
【００５８】
統合機器を使用して、例えば、動的ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）の製作に使用された、図５の断面図に示した、トレンチ構造に関連するプロセスを監視するのが有利である。シリコン・ウエハ６０は、下にあるケイ素をエッチングして、トレンチ６６を形成するためのハード・マスクとして機能する、二酸化ケイ素のパターン層６２と窒化ケイ素のパターン層６４とで覆われている。記述しない一連のステップでは、大きなＤＲＡＭキャパシタが、トレンチ６６の壁と底部に形成される。ＳｉＯ2層６２とＳｉ3Ｎ4層６４とを堆積させて、シリコン・トレンチをエッチングするプロセスは、制御する必要がある。
【００５９】
ＡＦＭは、トレンチの間隔Ｓとトレンチの幅Ｌの差異を測定するのに効果的であり、これは、実際のトレンチについて測定したか、または所定方向に平行に構成され、かつＬとＳの固定値を有するような多数のトレンチ６６を有する、対応して構成された試験格子について測定したかに拠らない。しかし、ＡＦＭは、パターン層６２と６４の厚さを測定すること、またはトレンチ深度Ｄからこれらの厚さを分離することには効果的でない。一方、楕円偏光法は、少なくとも光学定数ｎおよびｋに明示したように、パターン層６２と６４の厚さおよびそれらの組成の小さな差異を測定するのに効果的である。その結果、ＡＦＭと楕円偏光計の組合わせは、図５のトレンチ構造の構造と組成の完全な特徴付けを可能にする。トレンチのパラメータが、楕円偏光法の分析に影響を与える限り、ＡＦＭが測定したパラメータを使用して、スキャタロメトリに使用されたライブラリの範囲を狭めることができる。
【００６０】
以前に記述した楕円偏光計は、ウエハの法線から７０度に配置されたビームに対して設計されている。この大きな角度は、２つの放射偏光の相違を最大にするように選択される。しかし、大きな角度は、サンプル表面上のプローブ・ビームの最大寸法も、例えば４０μｍから１５０μｍに延長する。そのような大きなサンプリング領域は、試験部位が、ダイ間のカーフ領域またはクリーブ領域に配置された集積回路の製造には不利である。生産性を高くするためには、カーフ領域またはクリーブ領域を最小限にすべきである。したがって、半導体プロセス制御のいくつかの応用分野では、ビームが、２０度など、ウエハの法線から１０度未満の小さい角度（入射角）に配置される楕円偏光計、または表面に垂直な反射率計を使用することが有利である。
【００６１】
楕円偏光計では、２つの光の偏光の相違は、小さい角度（例えば２度）で、大きく低減される。実際には、そのような低角楕円偏光法は、等方的な表面では、不可能であると考えられている。しかし、半導体プロセスの制御で使用された格子試験構造は、既知の方向では、著しい異方性を提供する。さらに、２度楕円偏光法の低下した感度を、回転偏光子の通常１００Ｈｚのサイクリング率とは対照的に、５０ｋＨｚ以上で繰り返すことができる前述した光弾性偏光子を使用することによって、補償することができる。非常に増大された偏光サイクリング率では、多数の偏光データ点をかなり短い時間で獲得し、平均化して、２つの偏光状態を分離する際に、より優れた分解能を提供することができる。
【００６２】
本発明の試験設備は、半導体処理の他の問題を監視することに適用することもできる。狭く、異方性のトレンチの反応イオン・エッチングと酸素のバイア・ホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅｓ）は、しばしば、過剰な異方性エッチングを防止するために、側壁上に形成された表面保護膜を使用する。エッチング後、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）または他の技術を適用して、膜が確実に除去されるようにする。有機汚染物質も、任意の装置物質のフォトリソグラフィック・エッチングで使用されたフォトレジストから発生することがある。５μｍから１６μｍの波長帯の赤外光で動作する楕円偏光計は、そのようなあらゆる有機ポリマーが残存しているかを検出することができる。赤外楕円偏光計は、原子間力顕微鏡と組み合わせて、例えば表面保護膜などに使用された有機ポリマーを検出することができる。
【００６３】
ＡＦＭは、フィーチャの完全なプロファイルを監視するのに非常に有用であるが、非常に遅いので、全ウエハ上のいくつかの試験部位で実施することができないと考えられている。限界寸法走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、線幅のかなり精確な決定に非常に適しているが、返された臨界寸法は、上端から見たフィーチャまたは試験パターンの幅である。
【００６４】
したがって、表面特徴付けツールの他の有利な組合わせは、共通の標本ステージを有する単一プラットフォーム上に統合されたスキャタロメータとＳＥＭである。図６の概略的な側面図に示したように、ウエハ１２は、架台としての加工物ホルダ１４とその可動ステージ１６、１８の上で担持され、これらは全て、真空ポンピング・システム７２によって約１０5から１０-8Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１．３３×１０2 Ｐａ）の真空にポンピングされる真空室７０に配置される。真空は、電子エネルギーが、わずかに数キロボルトであるＳＥＭの低エネルギー電子顕微鏡のために必要である。負にバイアスされたショットキー・エミッタ７４は、接地されたアノード７６に電子を放出する。アパーチャ７８は、加速した電子を、ウエハ１２の表面にほぼ垂直であるわずかに発散した電子ビーム８０に形成する。コイル駆動磁気レンズ８２と静電レンズ８４は、ビーム８０をウエハ１２の表面に集束させる。その結果ウエハ１２から放出された電子は、電子検出器８６によって検出され、コンピュータの制御下にあるｘ−ｙステージ１４が、集束ビームを通過してウエハ１２を走査する際の電子強度は、ウエハ表面の画像を提供する。低エネルギー二次電子と後方散乱（非弾性散乱）電子は、別々にまたは組み合わせて使用して、画像を作成することができる。そのようなＳＥＭは、市販されており、集積回路製作ラインのインライン計量に広く使用されている。
【００６５】
真空室７０には、ウィンドウ９０、９２を有する２つの光学真空ポートが含まれ、これにより、楕円偏光計の入力ビーム５０が、室７０に入り、ウエハ１２を照射し、同じ角度で、室７０を出る出力ビーム５８として反射されることが可能になり、それにより、楕円偏光計の部分５２、５４、５６を真空室７０の外部ではあるが、固定して取り付けて、配置することが可能になる。
【００６６】
図４の統合ツールと同様に、統合したスキャタロメータとＳＥＭにより、スキャタロメータは、処理されている全ウエハ上の複数の試験パターンを迅速に監視することが可能になる。定期的に、またはシグニチャが現在のライブラリと整合しないときはいつでも、ウエハをＳＥＭに対して再位置合わせすることを必要とせずに、ＳＥＭを使用して、試験パターンの完全な表面画像を即座に提供することができる。ＡＦＭと同様に、やはりＳＥＭを使用して、スキャタロメータ・ライブラリを生成するシミュレーション・プログラムに、精確なピッチ情報を提供することを決定することができる。
【００６７】
上述したように、ＣＤ  ＳＥＭの測定は、フィーチャ端部の帯電によって生じた縁のぼやけによって、悪影響を受ける。このブラーリングは、フィーチャの基本となるいくつかの層の組成と厚さに依存するので、精確に補償するのは困難である。本発明では、ＣＤ  ＳＥＭの縁ブラーリングは、スキャタロメータによる測定結果を用いて、補償することができるが、その理由は、散乱光が、帯電によって影響を受けないからである。スキャタロメータの繰返し性は、１ｎｍの範囲にあることが知られている。ＣＤ  ＳＥＭは、縁部の絶対的な位置を、各側面でわずかに約５ｎｍの範囲内まで決定することができるが、１ｎｍの範囲の縁位置の差異は、ＣＤ  ＳＥＭによって検出することができる。ＣＤ  ＡＦＭも、縁の位置を１ｎｍの範囲内で決定することができる。スキャタロメータは、ＣＤ  ＳＥＭと同じウエハを測定しているので、決定された補償は、特定のウエハに対して適切である。縁のぼやけの補償は、フィーチャの基本となるいくつかの層の組成と厚さが変化するとき、必要に応じて、再計算することができる。
【００６８】
スキャタロメータの全体的な分解能の限界は、大気中で使用されるとき、現在は通常１９３ｎｍから８５０ｎｍであり、使用された波長によって制限される。例えば最低で１４０ｎｍのより短い波長を、真空または窒素の中で使用することができる。スキャタロメトリと、真空環境を必要とする帯電粒子ビーム・システムとの組合わせは、例えば１４０ｎｍ程度に低い、１９３ｎｍより短い波長を使用する能力を提供し、これにより、スキャタロメトリは、実際の７０ｎｍの限界より下に、全体的な分解能を向上させることができる。
【００６９】
本発明とその利点を詳細に記述してきたが、添付の請求項によって確定された本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な変更、代用、および修正を本明細書において実施することができることを理解されたい。例えば、積算光学機器と個別フィーチャ測定機器は、クラスタで構成して（複数組を備えて）、物質ハンドラが、一方の機器から他方へ、加工物を移動させるようにすることができる。一例として、寸法を測定する機器の使用法を記述したが、機器は、表面の組成など、他の特性（測定パラメータ）を測定することもできる。さらに、本出願の範囲は、本明細書で記述したプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図していない。当業者なら、本発明の開示から、本明細書に記述した対応する実施形態とほぼ同じ機能を実施する、またはほぼ同じ結果を達成する、現在既存のまたは後に開発される、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップを、本発明に従って使用することが可能であることを、容易に理解するであろう。したがって、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップなどを範囲内に含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】スキャタロメータと原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の両方を組み込んでいる、本発明の一実施形態の表面分析器の概略的な立面図である。
【図２】検査されている表面からのプローブ・チップの距離の関数として、ＡＦＭのプローブに及ぼされた力の図である。
【図３】測定のために、本発明の実施形態を準備する好ましいステップを示すフローチャートである。
【図４】プロセスの監視に本発明の実施形態を使用するための好ましいステップを示すフローチャートである。
【図５】本発明を有利に適用することができる集積回路構造の断面図である。
【図６】スキャタロメータと限界寸法走査電子顕微鏡の両方を組み込んでいる、本発明の他の実施形態の表面分析器の概略的な立面図である。
【符号の説明】
１２  ウエハ
１４  加工物ホルダ
１６  ｘスライド
１８  ｙスライド
２０  オーバーヘッド・ガントリ
２２  静止テーブル
２４  原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ・ヘッド
２６  圧電性アクチュエータ
２８  プローブ
３０  プローブ・チップ
３４  コンピュータ
４０  接触領域
４２  非接触領域
５０  入射ビーム
５２  広帯域光源
５４  振動偏光子
５６  楕円偏光光検出器
５８  反射ビーム
６０  シリコン・ウエハ
６２、６４  パターン層
６６  シリコン・トレンチ
７０  真空室
７２  真空ポンピング・システム
７４  ショットキー・エミッタ
７６  接地されたアノード
７８  アパーチャ
８０  電子ビーム
８２  コイル駆動磁気レンズ
８４  静電レンズ
８６  電子検出器
９０、９２  ウィンドウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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