(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に堆積された側壁を有するスタックとを含むグレーティング構造、およびこのグレーティング構造上に形成されたプロセス層を有するウェハを提供するステップと、
光源で、前記グレーティング構造を覆うプロセス層の少なくとも一部分を照らすステップと、
反射プロファイルを生成するために、前記グレーティング構造および前記プロセス層の照らされた部分から反射された光を測定するステップと、
前記生成された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリと比較し、前記側壁上に堆積された前記プロセス層の厚さと前記基板上に堆積された前記プロセス層の厚さとの比率を決定することによって、プロセス層の共形性を決定するステップと、を含む、
プロセス層の共形性を決定する方法。
【請求項２】
前記生成された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリと比較するステップであって、各基準反射プロファイルが、関連する共形性の判定基準を有しているステップと、
前記生成された反射プロファイルに最も近い基準反射プロファイルを選択するステップと、
前記選択された基準反射プロファイルに関連する前記共形性の判定基準に基づいて、前記プロセス層の共形性を決定するステップと、をさらに含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反射プロファイルを生成するステップは、前記反射光の強度と位相の少なくとも一方に基づいて、前記反射プロファイルを生成するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記プロセス層の共形性を決定するステップは、
前記生成された反射プロファイルを、ターゲット反射プロファイルと比較するステップと、
前記生成された反射プロファイルと、前記ターゲット反射プロファイルとの比較に基づいて、前記プロセス層の共形性を決定するステップと、をさらに含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記決定された共形性に基づいて、処理ツールの操作レシピの少なくとも一つのパラメータを決定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】
基板と、この基板上に堆積された側壁を有するスタックとを含むグレーティング構造およびグレーティング構造上に形成されるプロセス層を有するウェハを受け取るように構成された、測定ツールであって、
前記グレーティング構造を覆う前記プロセス層の少なくとも一部分を照らすように構成された光源と、
反射プロファイルを生成するために、前記グレーティング構造および前記プロセス層の照らされた部分から反射された光を測定するように構成された検出器と、
前記生成された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリと比較し、前記側壁上に堆積された前記プロセス層の厚さと前記基板上に堆積された前記プロセス層の厚さとの比率を決定することによって、前記プロセス層の共形性を決定するように構成されたデータ処理ユニットとを有する、
測定ツール。
【請求項７】
前記データ処理ユニットは、さらに、前記生成された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリと比較するように構成されており、
関連する共形性の判定基準を有する各基準反射プロファイルは、前記生成された反射プロファイルに最も近い基準反射プロファイルを選択し、前記選択された基準反射プロファイルに関連する前記共形性の判定基準に基づいて、前記プロセス層の共形性を決定する、
請求項６記載の測定ツール。
【請求項８】
前記検出器は、前記反射光の強度と位相の少なくとも一方に基づいて、前記反射プロファイルを生成するように構成されている、
請求項６記載の測定ツール。
【請求項９】
前記データ処理ユニットは、さらに、前記生成された反射プロファイルをターゲット反射プロファイルと比較し、前記生成された反射プロファイルと前記ターゲット反射プロファイルとの比較に基づいて、前記プロセス層の共形性を決定するように構成されている、
請求項６記載の測定ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造分野、特に、プロセス層の共形性を決定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
US-A-5 867 276は、波長幅の広い、非破壊光波測定のための方法と装置を開示する。これに記載された技術は、フォトレジストのライン、金属、絶縁体または半導体材料を含んだ、下に薄膜を有するサンプルを照らすことと、そのサンプルから回折ビームを分析するために分光計を使用することを含む。回折波の特徴は、そのラインの幅、高さ、そして側壁の角度のようなパラメータを決定するのに使用することができる。
US-A-4 600 597は、半導体基板上の、スピンコートされた薄膜の輪郭を決定する方法と装置を開示する。この方法は、多数の、絶縁した平行なラインを、基板の表面の平らな部分上に形成し、このようなラインを測定することを含む。その後は、スピンコートされた、粘着性がある物質の薄膜が、ラインと基板の上に形成され、それから、ステップの高さが寸法測定装置（profilometer）で測定される。このステップの高さは、スピンコートされた薄膜の平坦化の輪郭を決定するために、それぞれのラインで測定される。
US-A-5 393 624は、超マイクロパターンの電極で半導体デバイスを製造する方法について開示する。光がレジスト膜上に投影され、平らな領域から反射された光が、レジスト膜の厚みを測定するために検出される。後続の処理ステップは、測定された厚みに基づいて制御されるので、その電極は、所望の幅を有する。
半導体集積回路デバイスはマイクロプロセッサを含む多数のアプリケーションで使用される。
一般に半導体デバイスの性能は、その密度および形成されたデバイスの速度の両方による。その性能に大きな影響を及ぼす半導体デバイスの共通の要素は、トランジスタである。
ゲート長さおよびチャネル長さのような設計の特徴は、堅実に、より高い実装密度を達成し、かつデバイスの性能を改良するために減少している。
電界効果トランジスタの設計の迅速な進歩は、トランジスタが二進法のスイッチングモードで操作されるエレクトロニクスの分野での種々様々な働きに影響を与えている。
マイクロプロセッサその他同種のもののような複雑なデジタル回路は、特に速くスイッチングするトランジスタを必要とする。
従って、チャネル長さまたはゲート長さ寸法と一般に呼ばれる電界効果トランジスタのドレイン領域とソース領域の間の距離を縮小して、スイッチング・ゲート電圧が印加された後すぐに、ソースとドレイン電極間に導通チャネルが形成されるように、さらに、チャネルの電気抵抗を低下させるようにする。
【０００３】
トランジスタ構造は、一般的に幅寸法と呼ばれるトランジスタの縦の寸法が２０μｍまで拡張する一方、ドレインとソースの領域間の距離、すなわち、チャネル長さが０．２μｍまたはそれより少ない値まで縮小し得るように作られている。
チャネル長さが、ソース−ドレインラインの所望のスイッチング特性を得るべく縮小されるとともに、ゲート電極の長さも縮小される。
【０００４】
トランジスタは、一連のステップを通じて形成される。
一般的なトランジスタ構造１００を、図１Ａと図１Ｂを参照して説明する。
最初に、浅いトレンチ分離領域１０５が、基板１１０にトレンチをエッチングし、その後、適切な絶縁材料（例えば、二酸化ケイ素）でトレンチを埋めることによって、基板１１０に形成される。
次に、ゲート絶縁層１１５が、トレンチ分離領域１０５間の基板１１０の上に形成される。
このゲート絶縁層１１５は種々の材料で構成することができるが、一般的には、熱処理により成長した二酸化ケイ素の層で構成される。
その後、トランジスタ１００のゲート電極１２０は、ゲート電極材料、一般的にポリシリコンの層をゲート絶縁層１１５の上に形成するステップ、ゲート電極１２０を定義するために既知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、ゲート電極材料の層をパターン化するステップによって、一般的に形成される。
もちろん、このような何百万ものゲート電極１２０が、このパターン化するプロセスの間に基板１１０の全表面で形成されている。
【０００５】
トランジスタ１００の能動領域を形成するために、一連のインプラントが行われる。それによって、様々なドーパント原子を基板に注入することができる。
一般的には、トランジスタの小さな寸法から発生するショートチャネル効果を減少させるためにハロ（halo）インプラントが行われる。また、トランジスタ１００の結合キャパシタンスを小さくするためにＬＤＤ（lightly doped drain）または追加のインプラントが行なわれる。
その後、比較的高濃度のドーパント原子が、ソース／ドレイン領域の形成を完了するために、基板の中に注入されてもよい。
この「後の」インプラントは、ソース／ドレイン・インプラントと呼ばれることもある。
スペーサ１２５は、いくつかのインプラント領域の位置を制御するために、ゲート電極１２０について形成される。
スペーサ１２５を形成するために、絶縁材料（例えば、二酸化ケイ素）の層１３０が、基板１１０およびゲート電極１２０の上に形成される。
絶縁層１３０は、基板１１０が露出するまで、スペーサ１２５を形成するためにゲート電極１２０に隣接する絶縁層１３０の一部を完全に残すように、非等方性エッチングされる。
続いて、図示しない第二スペーサが、ソース／ドレイン・インプラントの境界を定義するために、スペーサ１２５上に形成され得る。
一般的には、図示しない第二スペーサは、同じ方法で、窒化ケイ素の層を使用して形成される。
【０００６】
スペーサ１２５の最終的な幅は、少なくとも部分的には、ゲート電極１２０の側壁（サイドウォール）１３５上に堆積された絶縁層１３０の一部の厚みによって決定される。
スペーサ１２５を形成するエッチング・プロセスを終えるのに必要な時間は、基板１１０およびゲート電極の上表面１４０上に堆積された絶縁層１３０の部分の厚みによる。
【０００７】
絶縁層１３０のような、層の共形性は、水平な領域の堆積物（deposition）の厚み「Ｙ」（つまり、基板１１０と平行である堆積物の厚み）に対する側壁の堆積物の厚み「Ｘ」（つまり、基板１１０に垂直である堆積物の厚み）の間の比率として定義される。
堆積層の共形性は、堆積されている材料、および下部構造の密度によって異なる。
一般的に低密度の構造物上に堆積したプロセス層は、より高い共形性を示す。この層の共形性は、最終的にスペーサ１２５の幅に影響を与える。
一般的に共形性は、実際のデバイス製造時ではなく、そのプロセスの特徴付けの段階に調査される。
堆積した薄膜の共形性を決定するために一般に用いられている検査技術は、破壊的な断面技術である。
【０００８】
生産工程中の堆積プロセスにおける通常のばらつきは、堆積した層の共形性に影響し得る。
生産ラインの中では、共形性を監視することはできないので、そのばらつきは他の処理ステップにまで伝播する。
例えば、絶縁層１３０の共形性におけるばらつきは、スペーサ１２５の幅のばらつき、およびインプラント領域のサイズおよび間隔に対応するばらつきを引き起こすことがある。インプラント領域におけるばらつきは、完成したデバイスの性能のばらつきを引き起こす可能性がある。
一般に、ばらつきが大きくなると、スループット、収量（イールド）および収益性を減少させる。
【０００９】
本発明は、上述に記載した一またはそれ以上の問題点を、克服または少なくともその影響を減少させるためのものである。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の一つの態様は、プロセス層の共形性を決定する方法である。
この方法は、グレーティング（grating）構造およびグレーティング構造上に形成されたプロセス層を有するウェハを提供するステップ、光源で、グレーティング構造を覆うプロセス層の少なくとも一部分を照らすステップ、反射プロファイルを生成するために、グレーティング構造およびプロセス層の照らされた部分から反射された光を測定するステップ、そして反射プロファイルに基づいてプロセス層の共形性を決定するステップ、を含む。
【００１１】
本発明の別の態様は、グレーティング構造およびグレーティング構造の上に形成されるプロセス層を有するウェハを受け入れるように構成されている測定ツールである。
測定ツールは、光源、検出器およびデータ処理ユニットを含む。
光源は、グレーティング構造を覆うプロセス層の少なくとも一部分を照らすように構成されている。
検出器は、反射プロファイルを生成するために、グレーティング構造およびプロセス層の照らされた部分から反射された光を測定するように構成されている。
データ処理ユニットは、生成された反射プロファイルに基づいてプロセス層の共形性を決定するように構成されている。
【００１２】
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。
【本発明の実施形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図２は、本発明の一例となる実施形態に従って、ウェハ２０５を処理するための一例となる処理ライン２００の簡略図である。
処理ライン２００は、ウェハ２０５にプロセス層を堆積するための堆積ツール２１０を有する。
図示された実施例では、プロセス層は、例えば、二酸化ケイ素または窒化ケイ素からなり、グレーティング構造（例えば、ゲート電極）の上に形成される絶縁層とすることができる。
様々な組成のプロセス層を堆積するための個々の技術は、当業者に周知である。堆積ツール２１０として使用するにふさわしい一般的なツールは、カリフォルニア州のサンノゼの株式会社である、Novellusシステムズ社によって提示された「コンセプト２」のような、プラズマＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）ツールである。
堆積ツール２１０の堆積操作におけるばらつき、およびプロセス層の基礎となるウェハ２０５上で形成された構造のジオメトリにおけるばらつきは、前述したようなプロセス層の共形性におけるばらつきを引き起こし得る。
【００１５】
処理ライン２００は、ウェハ２０５の上に形成されたプロセス層の共形性を測定するようにされた非破壊光波測定（scatterometry）ツール２２０を含む。
一般に、非破壊光波測定ツール２２０は、楕円偏光計または反射率計のようなオプティカル・ハードウェア、および、オプティカル・ハードウェアによって収集されたデータを処理する非破壊光波測定ソフトウェア・アプリケーションが搭載されたデータ処理ユニットを含む。
例えば、オプティカル・ハードウェアは、カリフォルニア州のフリーモントのThermawave社によって提供される「スペクトル偏光解析器」を備えたモデルＯＰ５２３０またはＯＰ５２４０を含んでいてもよい。
データ処理ユニットは、東京エレクトロンアメリカ社の全額出資の子会社である、テキサス州のオースティンの会社であるTimbreテクノロジーズによって製造され、Thermawave社によって販売されるプロファイル・アプリケーションサーバを含んでいてもよい。
【００１６】
非破壊光波測定ツール２２０は、堆積ツール２１０の外部にあってもよいし、またはその代わりに、非破壊光波測定ツール２２０は、堆積ツール２１０内にインストールされていてもよい。
プロセス・コントローラ２３０は、堆積されたプロセス層の測定された共形性に基づいて、処理ライン中の他のツールの動作を制御するために提供される。
処理ラインは、さらに、スペーサ・エッチング・プロセスのようなプロセス層上で追加の処理ステップを行なうためのエッチング・ツール２４０を含んでいる。  エッチング・ツール２４０として使用するにふさわしい一般的なツールは、カリフォルニア州のフリーモントのLamリサーチ株式会社によって提供される、Rainbowエッチングシステムである。
【００１７】
プロセス・コントローラ２３０は、堆積ツール２１０にフィードバック情報を供給し、続いて処理されるウェハ２０５の堆積プロセスの共形性を改良するために、その操作レシピ（operating recipe）を調節することができる。
プロセス・コントローラは、さらに、非破壊光波測定ツール２２０によって測定されている、現在のウェハ２０５に対するエッチング操作を制御するためにエッチング・ツール２４０にフィードフォワード情報を供給することができる。
これらのフィードバック制御およびフィードフォワード制御の技術について、以下に詳述する。
【００１８】
図示された実施例では、プロセス・コントローラ２３０は、上述し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。
しかしながら、当業者に認識されるように、特定の機能を実行するように設計されたハードウェア制御装置が使用されてもよい。
さらに、プロセス・コントローラ２３０によって実行される機能は、ここに記述されるように、システムの全体にわたって設置された複数のコントローラ・デバイスによって実行されてもよい。
また、プロセス・コントローラ２３０は、スタンド・アロンのコントローラでもよいし、堆積ツール２１０のようなツールまたは非破壊光波測定ツール２２０に統合されていてもよいし、または、集積回路製造設備中の操作を制御するシステムの一部であってもよい。
【００１９】
発明の一部および対応する詳細な説明はソフトウェア、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。
【００２０】
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。
【００２１】
上述したように、プロセス・コントローラ２３０の機能を実行することができるようになっている一般的なソフトウェア・システムは、KLA-Tencor社によって提供されるCatalystシステムである。
Catalystシステムは、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International ）・ＣＩＭ（Computer Integrated Manufacturing ）フレームワークのシステム技術を使用し、ＡＰＣ（Advanced Process Control）フレームワークに基づく。
ＣＩＭ（SEMI E81-0699：ＣＩＭフレームワークのドメインアーキテクチャの暫定仕様）およびＡＰＣ（SEMI  E93-0999：ＣＩＭフレームワークのプロセス制御コンポーネントの暫定仕様）の仕様は、ＳＥＭＩから公に利用可能である。
【００２２】
一実施例では、非破壊光波測定ツール２２０は、生産中のデバイスに形成された構造上で観察されるプロセス層の共形性を測定する。
例えば、非破壊光波測定ツール２２０は、ゲート電極のまわりに絶縁のスペーサを形成するためのゲート電極上に堆積された絶縁材料（例えば二酸化ケイ素または窒化ケイ素）の層の共形性を測定する。
構造のジオメトリまたは下部構造物の存在によって、非破壊光波の測定が妨害される場合がある。
従って、ウェハ２０５上に形成された構造（例えば、ゲート電極）と同じ一般的な構成を有するテスト構造物を使用してもよい。
テスト構造物は、通常はデバイスを形成するために使用されないウェハ２０５の領域、例えば、一般的に識別コードが罫書きされる周囲領域、または生産ダイ間のスクライブ・ライン中に形成されてもよい。
【００２３】
図３には、ウェハ２０５上のテスト構造として使用され得る一般的なグレーティング構造３００が示される。
グレーティング構造３００は、ウェハ２０５上に形成された生産デバイスに含まれる構造と同じ一般的な構造（例えば、ジオメトリ、材料、高さなど)を有する。
プロセス層３１０は、グレーティング構造３００の上に形成される。
図示された実施例では、グレーティング構造３００は、基板３３０上に形成されたスタック３２０を含む。
スタック３２０は、ゲート絶縁層３４０と、ウェハ２０５上のデバイスの実際のトランジスタのゲート電極を形成するために使用される同じプロセス層のパターン化により形成されるポリシリコン・ゲート電極３５０を含む。
【００２４】
図４は、グレーティング構造４００、およびグレーティング構造を覆うプロセス層４１０を有するウェハ２０５を装着した、非破壊光波測定ツール２２０の簡略図である。
グレーティング構造４００は、そのウェハ２０５（ＳＴＩ構造物は、図４には図示しない）の上の生産デバイスに形成された構造であってもよいし、またはその代わりに、グレーティング構造４００は、図３に関する上記のグレーティング構造３００と類似するテスト構造物であってもよい。
非破壊光波測定ツール２２０は、光源２２２と、グレーティング構造４００およびプロセス層４１０に近い位置に置かれた検出器２２４を含む。
非破壊光波測定ツール２２０の光源２２２は、グレーティング構造４００を覆うプロセス層４１０の少なくとも一部分を照らす。また、検出器２２４は、強度や位相のような、反射光の光学的な測定をする。
データ処理ユニット２２５は、検出器２２４から光学的な測定値を受け取り、プロセス層３００の共形性を決定するためにデータを処理する。
【００２５】
非破壊光波測定ツール２２０は、実施形態に応じて、単色光、白色光、他の波長または波長の組合せを使用することができる。
光の入射角は、さらに実施形態に応じて変化し得る。
非破壊光波測定ツール２２０によって分析された光は、一般的に反射された（すなわち、入射角が反射された角度と等しい）構成要素および屈折した（すなわち、入射角が反射された角度と等しくない）構成要素を含む。
本願では、「反射された」光という用語は、両方の構成要素を包含するものとして説明する。
【００２６】
プロセス層４１０の共形性におけるばらつきは、完全に共形なプロセス層４１０または、少なくとも許容できる共形性を有するプロセス層４１０に存在する光散乱プロファイルと比較して、非破壊光波測定ツール２２０によって測定された反射プロファイル（例えば、強さ対波長：tan(δ)、位相対波長：sin(Ψ)である。(δ)と(Ψ)は、一般的な非破壊光波測定出力として当業者に知られている。）のばらつきを引き起こす。
【００２７】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、測定された反射プロファイルに基づいてプロセス層４１０の共形性の特性を表すためにデータ処理ユニット２２５によって使用される、基準反射プロファイルのライブラリ（reference reflection profile library）２３２（図２を参照）に含まれることがある一般的な反射プロファイル５００、５１０および５２０を示す。
全ての構造に対して予期される特定の反射プロファイルは、グレーティング構造４００の特定のジオメトリ、プロセス層４１０の共形性、および非破壊光波測定ツール２２０によって使用される測定技術のパラメータ（例えば、光の帯域幅、入射角など）に依存する。
基準反射プロファイルのライブラリ２３２のプロファイルは、一般的に、プロセス層４１０の特性およびグレーティング構造４００のトポロジーおよびジオメトリに基づいてマクスウェルの方程式によって理論的に計算される。
非破壊光波測定ライブラリは、Timbreテクノロジーズ社から市販されている。
基準反射プロファイルのライブラリ２３２のプロファイルは、サンプル・ウェハの反射プロファイルを測定し、続いて測定されたウェハの共形性を破壊的または非破壊的な検査技術によって特徴づけることによって、経験的に生成することもできる。
【００２８】
図５Ａの反射プロファイル５００は、本質的に完全な共形性（例えば、側壁と平坦面の厚みが等しい）を備えたプロセス層４１０の予期されるプロファイルを表わす。
図５Ｂの反射プロファイル５１０は、わずかに縮小された側壁の厚み（すなわち、より低い共形性）を有するプロセス層４１０の予期されるプロファイルを表わす。また、図５Ｃの反射プロファイル５２０は、かなり共形性が低くなったプロセス層４１０の予期されるプロファイルを表わす。
様々な共形性の値を有するプロセス層４１０の反射プロファイルを、基準反射プロファイルのライブラリ２３２に含めることができる。
【００２９】
データ処理ユニット２２５は、測定された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリ２３２と比較する。
各レファレンス・プロファイルは、例えば、関連する共形性の判定基準を有する。この判定基準は、個々の側壁の厚みと平らな表面の実際の厚みによって、または、側壁の厚みと平らな表面の厚みとの比率によって、表わされることがある。
データ処理ユニット２２５は、測定された反射プロファイルと最も近い基準反射プロファイルを決定する。
測定された反射プロファイルを最も近い基準反射プロファイルに一致させる技術は当業者に周知であるので、ここでは詳細に説明しない。
【００３０】
別の実施例では、プロセス・コントローラ２３０または図示しない他の外部コントローラが、測定された反射プロファイルを基準反射プロファイルのライブラリ２３２と比較するように構成されていてもよい。
この場合、非破壊光波測定ツール２２０は、一致する基準反射プロファイルを出力する。また、プロセス・コントローラ２３０は、その基準反射プロファイルを関連する共形性の判定基準にリンクしてもよい。
【００３１】
別の実施例では、測定された反射プロファイルを、既知の、所望の共形性の特性（例えば、１の共形性）を有するプロセス層４１０のために基準反射プロファイルのライブラリ２３２から選んだターゲット反射プロファイル（target reflection profile）と比較することができる。
例えば、ターゲット反射プロファイルは、マクスウェルの方程式を使用して、理想的または許容できる共形性プロファイルを有するプロセス層４１０のために計算してもよいし、また、そのターゲット反射プロファイルを、基準反射プロファイルのライブラリ２３２に格納することができる。
その後、未知の程度の共形性を有するプロセス層４１０の測定された反射プロファイルは、ターゲット反射プロファイルと比較される。この比較に基づいて、おおよその共形性の近似値を決定することができる。
すなわち、測定された反射プロファイルをターゲット反射プロファイルと比較することによって、プロセス層４１０の共形性を近づけることができるので、測定された反射プロファイルを、基準反射プロファイルのライブラリ２３２からの追加の基準反射プロファイルとさらに一致させるようなことは保証されない。
この技術を使用して、プロセス層４１０の共形性に関して、最初の決定がされ得る。
もちろんこのステップは、上述のように、基準反射プロファイルのライブラリ２３２からの基準反射プロファイルに、測定された反射プロファイルを一致させること、相関させることに加えて行なわれてもよい。
【００３２】
非破壊光波測定ツール２２０から共形性の判定基準を受け取った後、プロセス・コントローラ２３０は、様々な自律した行動を起こすことができる。
本発明の一実施例では、プロセス・コントローラ２３０は、堆積ツール２１０によって処理される後続のウェハに対する堆積操作を制御するために、共形性の判定基準に基づいて、堆積ツール２１０の操作レシピを修正するように構成されている。
本発明の他の実施例では、プロセス・コントローラ２３０は、共形性の判定基準に基づいてプロセス層４１０のエッチングを制御するために、エッチング・ツール２４０の操作レシピを修正するように構成されている。
もちろん、両方の実施例は組み合わせることができる。また、プロセス・コントローラ２３０は、堆積ツール２１０の操作レシピとエッチング・ツール２４０の両方を同時に制御することができる。
【００３３】
堆積ツール２１０の操作レシピの様々なパラメータは、堆積されたプロセス層４１０の共形性に影響するように制御することができる。
例えば、共形性に影響する周知のレシピ・パラメータは、プラズマ発生器のＲＦバイアス、堆積プロセスが行われる圧力および堆積を行う前のウェハ２０５を標準化（normalize）するために使用される時間と温度である（すなわち、一般的に、浸透時間、浸透温度と呼ばれる）。
【００３４】
プロセス・コントローラ２３０は、その操作レシピを変更するために、堆積ツール２１０の制御モデルを使用することができる。
例えば、プロセス・コントローラ２３０は、共形性の偏差を修正するために、ＲＦバイアス、圧力または浸透パラメータを制御する堆積ツール２１０中の特定の操作レシピのパラメータに、測定された共形性を関連する制御モデルを使用してもよい。
制御モデルは、周知の線形または非線形の技術を使用して経験則的に開発することができる。
制御モデルは、例えば、直線形、指数関数、加重平均などの比較的単純な方程式に基づいたモデルでもよいし、ニューラル・ネット・モデル、ＰＣＡモデル（principal component analysis model）またはＰＬＳモデル（projection to latent structures model）のような、より複雑なモデルとしてもよい。
そのモデルの特有の実施形態は、選択されたモデリング技術次第で変化し得る。
【００３５】
共形性モデルは、プロセス・コントローラ２３０によって生成されてもよいし、またはその代わりに、図示しない異なる処理資源によって生成され、開発した後にプロセス・コントローラ２３０上に格納されるようにしてもよい。
堆積ツール２１０を使用し、または、図示しない同様の操作特性を有する異なるツールを使用して、共形性モデルを開発するようにしてもよい。
この説明では、共形性モデルは、非破壊光波測定ツール２２０によって測定される堆積ツール２１０の実際の性能に基づき、プロセス・コントローラ２３０または他の処理資源によって生成され、更新されると仮定する。
共形性モデルは、堆積ツール２１０の多数の実行処理から集められた経験データに基づいて調整することができる。
【００３６】
プロセス層４１０の測定された共形性に基づいて、プロセス・コントローラ２３０は、エッチング・ツール２４０の操作レシピを修正して、後続のエッチング・プロセスを制御することができる。
ゲート電極の周縁に形成されたスペーサの幅は、大部分はプロセス層４１０の側壁の厚みによって決定される。
しかしながら、エッチング後のスペーサの幅は、エッチング・ツール２４０のエッチング時間を制御することによって制御できる。
例えば、プロセス層４１０の側壁の厚みが所望のターゲット・スペーサの幅より厚い場合、ターゲット・スペーサの幅により近づくように、シリコン基板が露出された後も、スペーサ幅を縮小するためにエッチング・プロセスを所定の期間、継続することができる。
堆積ツール２１０を制御する点で、上記の共形性モデルと同様に、共形性の測定値に基づいてエッチング・ツール２４０のエッチング時間を制御するためにスペーサの幅モデルを生成することができる。
上述のように、スペーサ・エッチング・モデルは、単純な、方程式に基づいた制御モデル、またはより高度な予測モデルであってもよい。
【００３７】
本発明の別の実施例では、プロセス・コントローラ２３０は、プロセス層４１０の共形性を決定する際に必要なプロセス層４１０の形成に先立つ下地としてのグレーティング構造４００のプロファイルに関する、あらかじめ格納された判定基準にアクセスしてもよい。
例えば、グレーティング構造４００のプロファイルは、明白な共形性に効果を及ぼすことがある。
グレーティング構造４００のプロファイルがリエントラント（re-entrant）な場合、側壁の厚みが実際の厚みよりも少なくみえることがある。
同様に、グレーティング構造４００のプロファイルが肯定的（positive）な場合、側壁の厚みは実際の厚みよりも大きくみえることがある。
グレーティング構造４００のプロファイルを計算に入れることによって、プロセス・コントローラ２３０は、共形性の測定値を修正することができる。
【００３８】
図６は、本発明の他の実施例による、プロセス層の共形性を決定する方法を簡略化したフローチャートを示す。
ブロック６００では、グレーティング構造４００およびグレーティング構造４００上に形成されたプロセス層を有するウェハが提供される。
ブロック６１０では、グレーティング構造４００を覆うプロセス層４１０の少なくとも一部分が、光源で照らされる。
ブロック６２０では、グレーティング構造４００およびプロセス層４１０の照らされた部分から反射された光が、反射プロファイルを生成するために測定される。
ブロック６３０では、プロセス層４１０の共形性が、反射プロファイルに基づいて決定される。
【００３９】
非破壊光波測定ツール２２０からのフィード・バックに基づいて、共形性を監視することは、上述のように、多数の長所を有する。
堆積ツール２１０は、プロセス層４１０の共形性を増加させるように制御できる。
エッチング・ツール２４０は、エッチング後のスペーサの幅のばらつきを減らすように制御できる。
ばらつきを減らすことは、処理ライン２００上で生産されたデバイスの品質、および処理ライン２００の効率の両方を高める。
【００４０】
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。
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、上述の特定の具体例は、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】
【００４１】
【図１Ａ】プロセス層がグレーティング構造上に堆積された典型的な半導体デバイスの断面図。
【図１Ｂ】プロセス層がグレーティング構造上に堆積された典型的な半導体デバイスの断面図。
【図２】本発明の一実施例によってウェハを処理する処理ラインの簡略図。
【図３】プロセス層の共形性の測定のためのテスト・グレーティング構造を含む典型的な半導体デバイスの断面図。
【図４】グレーティング構造を含むウェハを装着した、図２の非破壊光波測定ツールの簡略図。
【図５Ａ】図４の非破壊光波測定ツールで測定されたウェハを特徴づける典型的な非破壊光波測定の曲線のライブラリを示した図。
【図５Ｂ】図４の非破壊光波測定ツールで測定されたウェハを特徴づける典型的な非破壊光波測定の曲線のライブラリを示した図。
【図５Ｃ】図４の非破壊光波測定ツールで測定されたウェハを特徴づける典型的な非破壊光波測定の曲線のライブラリを示した図。
【図６】本発明の他の実施例によってプロセス層の共形性を決定する方法を示す簡略化されたフローチャート。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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