(57)【要約】超小型電子デバイスの超小型電子機能アレーへと光を方向づけることと、アレーから後方へ散乱される、１つまたは複数の反射角及び１つまたは複数の波長の双方または何れかを含む光を検出することと、反射余角からのデータを調査する、またはモデル比較を実行して後方散乱光の１つまたは複数の特性を比較することを含む、超小型電子デバイスにおけるライン・プロファイルの非対称性を測定する方法及び装置。
2004529330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子デバイスにおけるライン・プロファイルの非対称性の測定方法であって、
超小型電子デバイスの超小型電子機能アレーへと光を方向づけるステップと、
１つまたは複数の機能を含むアレーから後方へ散乱される、１つまたは複数の反射角及び１つまたは複数の波長より成るグループから選択された光を検出するステップと、
反射の余角からのデータを調査すること及びモデル比較を実行することより成るグループから選択されたオペレーションを実行して後方散乱光の１つまたは複数の特性を比較するステップとを含む方法。
【請求項２】
上記方向づけるステップは、光を実質的に単一の波長に方向づけることを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記方向づけるステップは、光を複数の波長に方向づけることを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記比較するステップは、光の強度を比較することを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
上記比較するステップはさらに、位相を比較することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
上記比較するステップはさらに、光の規模と光の位相との割合を比較することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
上記方向づけるステップは、光を超小型電子機能アレーに向けて総体的円錐形状で方向づけることを含む請求項１、２または３記載の方法。
【請求項８】
上記方向づけるステップと検出するステップとは角度スキャタロメータによって実行される請求項１、２または３記載の方法。
【請求項９】
上記方向づけるステップと検出するステップとはスペクトル・スキャタロメータによって実行される請求項１、２または３記載の方法。
【請求項１０】
上記比較するステップは、後方散乱光を入射面に対してＳ成分とＰ成分とに分解することを含む請求項１、２または３記載の方法。
【請求項１１】
上記検出するステップは、スペキュラ次数の回折光を検出することを含む請求項１、２または３記載の方法。
【請求項１２】
上記比較するステップの結果を使用して、単層の超小型電子デバイス内の非対称性及び複数層の超小型電子デバイス内の非対称性より成るグループから選択される非対称性を検出するステップをさらに含む請求項１、２または３記載の方法。
【請求項１３】
上記比較するステップがアレーにおける非対称性を指示すれば、製造プロセスを制御するステップをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
超小型電子デバイスにおけるライン・プロファイルの非対称性を測定するための装置であって、
超小型電子デバイスの超小型電子機能アレーへと光を方向づけるための手段と、
１つまたは複数の機能を含むアレーから後方へ散乱される、１つまたは複数の反射角及び１つまたは複数の波長より成るグループから選択された光を検出するための手段と、
反射の余角からのデータを調査すること及びモデル比較を実行することより成るグループから選択されたオペレーションを実行して後方散乱光の１つまたは複数の特性を比較するための手段とを備える装置。
【請求項１５】
上記方向づける手段は、光を実質的に単一の波長に方向づけるための手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
上記方向づける手段は、光を複数の波長に方向づけるための手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
上記比較する手段はさらに、光の強度を比較するための手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
上記比較する手段はさらに、位相を比較するための手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項１９】
上記比較する手段はさらに、光の規模と光の位相との割合を比較するための手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項２０】
上記方向づける手段は、光を超小型電子機能アレーに向けて総体的円錐形状で方向づけるための手段を備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２１】
上記方向づける手段と検出する手段とは角度スキャタロメータを備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２２】
上記方向づける手段と検出する手段とはスペクトル・スキャタロメータを備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２３】
上記比較する手段は、後方散乱光を入射面に対してＳ成分とＰ成分とに分解するための手段を備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２４】
上記検出する手段は、スペキュラ次数の回折光を検出するための手段を備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２５】
上記比較するステップの結果を使用して、単層の超小型電子デバイス内の非対称性及び複数層の超小型電子デバイス内の非対称性より成るグループから選択される非対称性を検出するための手段をさらに備える請求項１４、１５または１６記載の装置。
【請求項２６】
上記比較する手段がアレーにおける非対称性を指示すれば、製造プロセスを制御するための手段をさらに備える請求項２５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、この参照によりその明細が本開示に含まれる２００１年３月２日提出の「スキャタロメトリを使用するライン・プロファイル非対称測定によるプロセスの適格性確認」と題する米国暫定特許出願第６０／２７３，０３９号の出願の利益を主張する。
【０００２】
本発明は超小型電子デバイスの光学検査に関し、特にスキャタロメトリを使用するライン・プロファイル非対称の測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
以下、数々の刊行物を著者及び公開年別に論考していくが、公開日が最近のものは、本発明に対する先行技術として考慮されないものもある。本明細書におけるこのような刊行物の検討は、発明の背景をより完全に記述するためのものであり、このような刊行物が特許性の判定を目的とした先行技術であることを認めるものとして解釈されるべきではない。
【０００４】
超小型電子デバイスの製造は、関連する異なるプロセス・ステップに様々な機器を使用する複雑な手順である。まず、リソグラフィ・プロセスが、生成される画像をフォトレジストとして周知の感光材料に変換する。フォトレジスト内のこの画像は、次に、エッチングとして周知の次のパターニング・プロセスのマスクとして作用する。エッチングは、レジスト画像をポリシリコンのような適正材料に変換するプロセスである。次いで、エッチングされた材料は何らかの絶縁材で充填され、必要に応じて平坦化され、全プロセスが再び開始される。
【０００５】
プロセス全体を通じて、製造されるデバイスは本来どのステップにおいても対称であるはずのものであり、即ち、トランジスタ・ゲートは、正しく製造されると左右に等しい側壁、及びその他、左右に等しい丸みの角のような特徴を有する。但し、これに限定されない。処理の間にエラーが発生すれば、この望ましい対称性は損なわれる可能性があり、結果的に、デバイスの完全性または機能性もまた損なわれる可能性がある。非対称性がかなり大きい場合、当該デバイスは全く機能しない場合がある。
【０００６】
本発明は、スキャタロメトリによる対称性／非対称性の測定方法に関連している。スキャタロメトリは、超小型電子デバイス上の対称性または非対称性の測定に適した光学検査技術である。ライン・プロファイルの測定は、超小型電子機能アレーから散乱される光を分析することによって実行することができる。特に、余角、即ち表面に垂直な位置から＋４５度と−４５度とで測定するスキャタロメータは、ライン・プロファイルの反射率特性がこれらの角度では変化することから、対称性／非対称性の測定には理想的である。但し、非対称の検出に余角は必ずしも必要ではない。この効果の感度を強化するため、機能アレーは、本明細書及び請求の範囲を通じて総体的円錐形状として記述されている特定の配向、即ち照明ビームの波動ベクトルがアレーの対称面との平行性を維持しないような配向で配置されなければならない。
【０００７】
先行技術は、典型的には「古典的な」散乱方法を使用している。これらは、表面の粗さ、疵、ピッチング他を測定するように調整された測定法である。しかしながら、本発明は回折物理学を基礎とし、本発明における測定は必ず周期性の機能（線／空間格子等）に関連して発生する。
【０００８】
スキャタロメトリにおける先行研究は、レジスト及びエッチングされた材料におけるライン・プロファイルの測定技術を使用している。Ｃ．Ｊ．Ｒａｙｍｏｎｄ他著「スキャタロメトリを使用するレジスト及びエッチングされたライン・プロファイルの評価」集積回路の計測学、検査及び工程管理ＸＩ、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ３０５０（１９９７年）参照。本発明は、非対称性ライン・プロファイル（不等側壁角度、等）の測定技術を提供する。
【０００９】
米国特許第５，９６３，３２９号は、スキャタロメトリによる測定値を得るために使用される分析方法を開示している。回折モデルと測定されたサイン・データとの比較は、典型的には、一連のモデル化されたサインを事前に計算し、それをライブラリに記憶して行われる。次に、測定されたサインはモデル化されたサインのライブラリと比較され、関心パラメータが決定される。この発明は本質的には、サインの反復がリアルタイムで実行されかつ満足のいく整合が達成されるまでモデルが繰り返し変更される、リアルタイムのモデル回帰を開示している。但し、こうした技術を使用して非対称性を決定することは、一切開示されていない。図２及び図４におけるプロファイルは対称であり、第７欄４０行目「．．．対称性の左右のエッジ・プロファイル間の分離を画定する．．．」の下りに注目されたい。
【００１０】
米国特許第６，２９２，２６５号は、ディッシング、エロージョン及び残渣の、これらの影響を受けやすい材料の厚さを監視することによる測定に関連している。第３欄１５行目、「．．．残渣、ディッシング及びエロージョンの効果を防止する方法を提供することが本発明の主たる特徴である」の下りに注目されたい。また、第３欄の第２５段落、「本発明の主たる考案は、．．．パターン化された構造体における厚さを測定する能力のある光監視システムを基礎とする」の下りにも注目されたい。この開示内容は、ライン・プロファイル全体及び存在する可能性のある任意の非対称性の測定ではなく厚さ／リリーフの測定法であるＣＭＰに関連している。
【００１１】
米国特許第５，９１２，７４１号は、表面の微小構造／粗さの測定に関連し、古典的散乱を基礎としている。本発明は特定の回折次数の測定を基礎とするが、この特許は回折ではなく拡散反射率またはスペクトル反射率の測定を基礎としている。本測定法はライン・プロファイル測定には適用されないことから、この特許にもやはり非対称測定に関する言及はない。
【００１２】
米国特許第４，９７８，８６２号及び第４，９３３，５６７号もまた、物質内の微小構造または微小な疵を測定するためのものであり、物理的なライン・プロファイルの測定を目的とするものではない。論じられているのは、測定が可能な結晶性の疵及び不純物である。回折強度の測定及びそれが非対称性のライン・プロファイルの測定に如何に使用され得るかについては、全く論議されていない。
【００１３】
米国特許第６，２９２，２５９号も同じく、物質表面のピット及び粒子に誘発されるような、古典的な散乱測定に関連している。この特許の新規性は、これがピットと粒子とを区別できる点にあるが、回折または回折強度の測定には関連していない。
【００１４】
米国特許第５，８８９，５９３号は、角度依存測定を行う能力のある光学設計を開示している。この特許は、光画像アレー（図面における参照番号６０）を開示したものであり、ライン・プロファイル非対称を測定する際の余角の使用の重要性については検討していない。事実、図６が示す反復された線構造は対称性である。
【００１５】
米国特許第５，９０５，５７３号は、導波管／共振器内に形成される消失性フィールドの摂動に関連している。調査対象である物質上のトポグラフィの局部的存在は放射プローブの摂動を引き起こし、よって放射プローブ強度における「ブリップ」を発生させる。この測定は、回折物理学を基礎とするものではない。これもまた、角度依存の強度測定ではなく、共振器における放射電力が上昇する、または低下するとすれば、フィールドを摂動する何らかのトポグラフィが必ず存在する。さらに、非対称測定に関する論議は全く存在しない。
【００１６】
米国特許第５，９８２，４８９号は、深さの測定のみに関連し、ライン・プロファイルには関連していない（よって、ライン・プロファイルの非対称性を決定することは不可能である）。これもまた、回折／散乱測定ではなく干渉技術を基礎としている。
【００１７】
米国特許第５，８６４，３９４号もまた、疵の測定に関連する。第１欄３５行目の下りは、「表面の異常（汚染粒子及びパターンの疵）を検査するための．．．」となっている。回折測定への言及はなく、よってライン・プロファイルの測定についての論議は存在せず、まして存在する可能性もある非対称性の測定に関する論議などは全く存在しない。
【００１８】
米国特許第５，６３７，８７３号は、表面及びコーティングの放射率／反射率へのアプリケーションを有する光学設計に関連している。これは、パターン化された機能またはこれらパターン化された機能のプロファイルの測定へのアプリケーションを有する特許ではない。
【００１９】
米国特許第５，３１３，５４２号、第５，４７５，６１７号及び第５，６４０，２４６号は、主として部分的または全体が半球状に散乱する光の測定を見込んだ光学設計に関連している。この設計のアプリケーションは、すり疵、汚れ、バブル、表面下の疵及び表面の粗さを測定することであり、古典的な光散乱アプリケーションである。ライン・プロファイルの測定を目的とする回折測定に関する言及はなく、非対称性に関する論議も存在しない。
【００２０】
１９９９年のフォトニクス・リサーチに関するＮＭＲＣサイエンティフィック・リポートもまた、完全に古典的な散乱アプリケーション（即ち、表面の疵の測定）に関係している。これは、角度散乱測定に関連しているものの、回折は測定せず、よってライン・プロファイルの測定には適用されない。
【００２１】
Ｐ．Ｄｉｎｇ他著「ＣＭＰ後のウェーハ上の粗さ及びディッシングに関する光散乱研究」（刊行日不明）もまた、古典的な散乱に属するものである。測定自体は角度散乱の測定であり、回折の測定を含んでいる（サンプルは周期性の線及び空間である）。しかしながら、測定データは粗さ及びディッシング・アプリケーションに沿って調整され、理論上の回折モデルとの比較は行われていない。従って、これはライン・プロファイルを測定するものではなく、よって非対称性の測定については全く言及されていない。
【００２２】
「ピットの２パイ・ステラジアンの検出」（刊行日不明）は表面下の疵に関係し、よって本文献は古典的な散乱アプリケーションに関連している。使用されたハードウェアは角度分解スキャタロメータであるが、回折モデル及び分析方法にこうしたハードウェアが組み合わされない限り、ライン・プロファイルの非対称性測定を実行することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、超小型電子デバイスにおけるライン・プロファイルの非対称性を測定するための方法及び装置であって、超小型電子デバイスの超小型電子機能アレーへと光を方向づけることと、１つまたは複数の機能を含むアレーから後方へ散乱される、１つまたは複数の反射角及び１つまたは複数の波長より成るグループから選択された光を検出することと、反射余角からのデータを調査すること及びモデル比較を実行することより成るグループから選択されたオペレーションを実行して後方散乱光の１つまたは複数の特性を比較することを含む。好適な実施形態では、上記方向づけられる光は単一の波長で、もしくは複数の波長でのいずれかで方向づけられることが可能である。光の強度は、位相比較の任意選択追加と比較されることが可能である。光の等級と光の位相との割合は、比較可能である。好適には、光は超小型電子機能のアレーへと総体的円錐形状で方向づけられ、配向及び検出することは角度スキャタロメータを使用して実行され、比較することは後方散乱光を入射面に対してＳ及びＰ成分に分解することを含み、かつ検出することはスペキュラ次数の回折光の検出である。好適には、比較の結果は、超小型電子デバイスの単層内の非対称性、または超小型電子デバイスの複数層内の非対称性の検出に使用される。比較結果がアレー内の非対称性を示せば、製造プロセスは適正に制御されることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
以下、添付の図面に関連して行う詳細な説明において、本発明の目的、優位点及び新規特徴、及びさらなる適用可能範囲の一部を述べる。また一部は、以下の説明を精査すれば当業者に明らかとなり、もしくは本発明の実践を通して学習されることが可能である。本発明の目的及び優位点は、添付の請求の範囲において特に指摘された手段及び組合せによって実現され達成されることが可能である。
【００２５】
本明細書に組み込まれかつその一部を形成する添付の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を示し、その説明と共に本発明の原則を説明すべく機能するものである。図面は、単に本発明の１つまたは複数の実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものとして考慮されるべきではない。
【００２６】
本発明は、超小型電子機能アレーの対称性／非対称性を測定する方法に関連している。ライン・プロファイルの測定は、超小型電子機能アレーから散乱される光を分析することによって実行することができる。特に、余角、即ち表面に垂直な位置から＋４５度と−４５度とで測定するスキャタロメータは、ライン・プロファイルの反射率特性がこれらの角度において変化することから、対称性／非対称性の測定には理想的である。但し、非対称の測定に余角は必要ではない。この効果の感度を強化するため、機能アレーは、好適には総体的円錐形状として知られる特定の配向で配置される。
【００２７】
本発明のスキャタロメトリ測定は、任意の余角（＋／−４５度は一例）で実行されることが可能であり、かつ幾つかの角度または一連の角度を含むことができる。さらに、各角度での測定は、単波長の光（レーザ等）を含むことが可能であり、または幾つかの波長または広い波長の光（白色光源等）で構成される光を含むことが可能である。光の強度は、単独で測定されることが可能であり、または、偏光解析法による測定と同様に強度及び位相が共に測定されることも可能である。
【００２８】
使用される光源またはそれが測定される方法に関わらず、アレーが総体的円錐形状で配向されるとすれば、非対称性が存在するかどうかを即座に示すのは余角からのデータの比較である。何ら分析を追加する必要なく、光の測定値が同一であれば、プロファイルは対称性である。逆に、光の測定値が異なれば、プロファイルは非対称性である。概して、使用される余角が多いほど、測定感度は良くなる。このため、これらのプロファイル非対称性測定には、スペクトル・スキャタロメータ（波長を介して走査するもの）よりも角度スキャタロメータ（角度を介して走査するもの）の方が適合したものとなる。
【００２９】
本発明による余角スキャタロメトリ法のアプリケーションは、
−ウェーハのステージと、リソグラフィ・ツール（ステッパまたはスキャナ）またはリソグラフィ・プロセス上のものであるような光学システムとのアラインメントと、
−ウェーハと、リソグラフィ・ツール（ステッパまたはスキャナ）またはリソグラフィ・プロセス上のものであるような光学システムとのアラインメントと、
−リソグラフィ・ツールまたはプロセス内に存在するレンズ収差の決定と、
−リソグラフィ・ツールまたはプロセスの画像化性能の総合的診断と、
−ベーク・プロセス／ステーションの温度の一定性の測定と、
−レジスト・スピン・コータまたはスピン処理の厚さの一様性の測定と、
−現像プロセス／ステーションの一様性の測定と、
−エッチング・ツールまたはプロセスの評価と、
−平坦化ツールまたはプロセスの評価と、
−金属被覆ツールまたはプロセスの評価と、
−任意の前記プロセスの制御とを含む。但し、これらに限定されない。
【００３０】
最も一般的な意味において、半導体処理の目的の１つは、本質的に対称性であるデバイス（即ちトランジスタ・ゲート）を製造することにある。事実、意図的に対称でない、または非対称性であるデバイスが製造されることはまれである。この目的のために、リソグラフィのパターニング・プロセスは、特にラインの底のフーティングと等価側壁に関して対称となるように調整される。同様に、エッチング処理も、この場合はほとんどがライン側壁に関して対称機能を製造するように努める。これらの処理ステップの何れをも制御するためには、測定技術は非対称性を検出可能でなければならず、また好適には存在するあらゆる非対称性（不等価な左右側壁等）を測定可能でなければならない。
【００３１】
スキャタロメトリは、周期性の機能アレーから散乱される光の分析を基礎とする光学計測学である。厳密な物理学的意味においては、周期性サンプルから「散乱される」この光は実際には回折に起因するものであるが、一般的な意味においては散乱と称される。（回折格子として知られる）一連の周期性機能が何らかの光源によって照明されると、散乱／回折される光の反射率特性は、機能自体の構造及び組成に依存する。従って、散乱の「サイン」を分析すれば、回折格子の形状及び大きさを決定することができる。
【００３２】
回折は事実上、機能から散乱される多くの異なる「次数」または光ビームを発生させることができる。但し、最新の半導体製造ジオメトリの場合、機能の周期は小さく、よって典型的には１つの解析次数しか存在しない。この次数は「スペキュラ」または「ゼロ」次として周知であり、スキャタロメトリ技術において最も高頻度で使用される光ビームである。スペキュラ次数を使用して光散乱を分析するより一般的な方法の１つは、照明光源（通常はレーザ）の入射角を変えることである。図１が示すように、入射角Θｊが変更され、スペキュラ次数の回折された指数を測定するために検出器がそれと共に角度Θｎで移動すると、散乱の「サイン」が測定される。格子の厚さ及び格子ラインの幅のような回折構造に関する情報を含んでいるのは、角度サインとして知られるこの散乱のサインである。この角度サインはまた、正しく測定されると、格子ラインに存在する任意の非対称性に関する情報も含む場合がある。余角（直角線に対して正負の両方）を介する測定により、ラインが非対称であれば非対称性であるサインを得ることができる。逆に、ライン・プロファイルが事実上対称であれば、測定されるサインもやはり対称になる。但し、比較目的で適正な理論上の回折モデルが入手可能であり、かつ「逆」問題（下記参照）を実行可能であれば、余角は必要ない。
【００３３】
スキャタロメトリ法は、しばしば、典型的には「順」問題及び「逆」問題として知られる２つの部分に分けて記述される。最も単純な意味では、順問題は散乱サインの測定であり、逆問題はサインを分析して意味のあるデータを供給することである。例えば、Ｃ．Ｊ．Ｒａｙｍｏｎｄ他著「光スキャタロメトリを使用する波長以下のフォトレジストの格子の計測学」真空科学技術ジャーナルＢ１３（４）、１４８４−１４９５ページ（１９９５年）、Ｓ．Ｃｏｕｌｏｍｂｅ他著「０．１μｍ未満測定用偏光解析法エリプソメトリ的スキャタロメトリ」集積回路の計測学、検査及び工程管理ＸＩＩ、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ３３３２（１９９９年）、Ｚ．Ｒ．Ｈａｔａｂ他著「二次元回折分析を使用する１６メガビット・ダイナミックＲＡＭのトレンチ深さの評価」真空科学技術ジャーナルＢ１３（２）、１７４−１８２ページ（１９９５年）、Ｘ．Ｎｉ他著「ＤＵＶリソグラフィにおけるスペキュラ分光スキャタロメトリ」Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ３６７７、１５９−１６８ページ（１９９９年）等、長年に渡って多くのタイプのスキャタロメータが研究されてきたが、最も広範に研究されているのは、先にも言及したように入射角が変更されて散乱サインが得られる角度または「２−Θ」（図１が示す２つの変数シータに起因する）の多様性である。ライン・プロファイルの非対称性の測定の場合、好適なものはこのタイプのスキャタロメータであるが、必然性はない。図１における走査用光学システムは、この角度スキャタロメータによる垂直入射（０度）から約＋／−４７度までの正負両角度の測定を可能にする点に留意しなければならない。
【００３４】
逆問題の解法に関しては、幾つかの異なるアプローチも探究されてきた。Ｃ．Ｊ．Ｒａｙｍｏｎｄ他著（１９９５年）上記記載、Ｒ．Ｈ．Ｋｒｕｋａｒ著博士学位論文、ニューメキシコ大学（１９９３年）、Ｊ．Ｂｉｓｃｈｏｆｆ他著Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ３３３２、５２６−５３７ページ（１９９８年）及びＩ．Ｊ．Ｋａｌｌｉｏｎｉｅｍｉ他著Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ３７４３、３３−４０ページ（１９９９年）参照。回折格子の光応答はマクスウェルの方程式によって厳密にシミュレートされ得ることから、最も一般的な方法は、モデル・ベースの分析である。これらの技術は、測定された散乱サインと理論上のモデルから生み出されるサインとの比較に依存する。探究は、微分モデル及び積分モデルの双方について行われている。これらの回折モデルは計算集約的であるため、現在のところ一般的な回帰技術は、概して回帰パフォーマンスに起因するエラーを導入することなく使用することはできない。但し、このエラーが些少である、または許容されるものであれば、回帰アプローチも使用可能である。しかしながら、概してこのモデルは、その厚さ及び格子ラインの幅等の様々な格子パラメータの離散的反復に対応する一連のサインを発生させるために先験的に使用される。幾つかの値レンジに渡って全てのパラメータが反復されると結果的に生じるサイン・セットは、サイン・ライブラリとして周知である。散乱サインが測定されるとライブラリに照らして比較され、最も近い整合が発見される。最も近い整合の同定は、平均二乗誤差（ＭＳＥ）または平均二乗平方根誤差（ＲＭＳＥ）の最小化等の標準ユークリッド距離測定が使用される。測定されたサインに最も近く一致するモデル化されたサインのパラメータが、この測定されたサインのパラメータとして取り込まれる。本発明を実施すべく好適に使用されるスキャタロメータは、エラー最小化を基礎とする分析ソフトウェアを備える。
【００３５】
先行研究においては、スキャタロメトリはフォトレジスト・サンプル並びにポリシリコン及び金属等のエッチングされた材料の限界寸法（ＣＤ）の測定及びプロファイル評価に使用されている。フォトレジスト・サンプルに関しては、Ｃ．Ｊ．Ｒａｙｍｏｎｄ他著（１９９５年）上記記載及びＣ．Ｂａｕｍ他著「スキャタロメトリを使用するレジストのライン幅及びプロファイルの測定」ＳＥＭＡＴＥＣＨ  ＡＥＣＡＰＣ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、コロラド州ベイル（１９９９年９月）参照、エッチングされた材料に関しては、Ｓ．Ｂｕｓｈｍａｎ他著「ポリシリコン・ゲート・エッチのプロセス監視のためのスキャタロメトリ測定法」集積回路製造における工程、機器及び材料管理ＩＩＩ、Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ３２１３（１９９７年）、Ｃ．Ｂａｕｍ他著「エッチング後のポリシリコン・ゲート計測のためのスキャタロメトリ」集積回路の計測法、検査及び工程管理ＸＩＩＩ、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ３６７７、１４８−１５８ページ（１９９９年）及びＣ．Ｒａｙｍｏｎｄ他著「金属機能測定用スキャタロメトリ」集積回路の計測法、検査及び工程管理ＸＩＶ、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ３９９８、１３５−１４６ページ（２０００年）参照。本技術は高速、非破壊的でありかつ優れた精度を実証しているため、主流の半導体製造に使用される他の計測法の魅力ある代替法である。特にスキャタロメトリは、後に実証されるように、格子ライン上に少しでも非対称性が存在すれば角度散乱の「サイン」が（逆問題を実行することなく）迅速に現出し得ることから、非対称性の測定に極めて敏感に反応する。
【００３６】
スペキュラ（ゼロ次数）散乱サインの測定された回折効率に対称性を期待すべきかどうかを考慮するに当たっては、入出力フィールドを格子問題の入力境界（この場合はｘｙ平面）に対してＳ及びＰ成分に分解すると便利である。図２は、角度走査方向に対するこれらの成分のジオメトリを示す（正負両角度領域からの走査が示されている）。本図が示す入射面はページそのものであり、この入射面に対する格子の配向に関しては、まだ何も言及されていないことに留意されたい。本図から、ビームが角度領域の半分から他方の半分へ移動するとき、Ｓ偏光成分に位相差が存在することが分かる。この位相差は、非対称性のライン・プロファイルから非対称性の角度サインが生成され得る理由の１つである。
【００３７】
入射面に対する格子配向は、サンプル非対称性の測定におけるもう１つの重要な検討事項である。図３は、円錐形状及び従来形状として知られる２つの配向を描いたものである。第１の原則から、格子ベクトルに平行な（所謂「一般」または「従来」形状）走査は、合計電磁場のＳ及びＰモードを絶対に結合させない唯一のケースであることが分かる（例えば、Ｍ．Ｍｏｈａｒａｍ他の方程式（４８）「バイナリ格子の厳密に結合された波動分析の安定的かつ効率的実装の定式化」Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍｅｒ．Ａ、第１２巻、１０６８−１０７６ページ（１９９５年５月）参照）。総体的円錐散乱問題に関しては、入力照明が純粋にＰ偏光状態にあれば、結合された問題の性質が、出力（合計）フィールドにおいてＳ及びＰの両成分を観察できることを表す。同様に、入力照明が純粋にＳ偏光状態にあれば、出力（合計）フィールドにおいてＳ及びＰの両成分を観察できる。
【００３８】
散乱問題は線形であり、よって重ね合わせの原理が成り立つ。混合された偏光状態が入力波動に使用されれば、入力フィールドをＳ及びＰ成分に分解し、個々に問題を解き、結果として得られた出力フィールドを複素振幅において重ね合わせる。合計出力フィールドのＳ成分は、完全に結合された問題の性質に起因して入力フィールドのＳ及びＰ部分の双方からの寄与で構成される。合計出力フィールドのＰ成分についても、同じことが言える。重ね合わせは複素振幅において発生し、よって入力フィールドのＳ及びＰ部分から到来するＳ偏光状態にあるフィールド成分は干渉効果を示す。これは、合計入力フィールドのＳ及びＰ成分間の相対位相差が合計出力フィールドのＳ及びＰ成分の振幅差に移行し得ることを意味する。この点を念頭におけば、カップリングが存在するあらゆるケースに関して出力回折効率における非対称性が予想される。厳密な円錐形走査（照明ビームの波動ベクトルは構造体の対称面に対して平行のまま）では、対称性の構造体はカップリングを生成しないこともまた、留意されなければならない。従ってこの場合は、測定された回折効率における対称性が予想される。Ｓ及びＰ成分が入力ビーム内に存在する非対称性の構造体または総体的円錐走査（照明ビームの波動ベクトルは構造体の対称面に対して平行のままではない）の場合にのみ、測定されたＳ及びＰ回折効率における非対称性が予想される。
【００３９】
非対称性の測定された散乱サインを発生させる非対称性格子のこの概念を導入するため、図４（ａ）・（ｃ）が示す単純なフォトレジストのライン・プロファイルについて考察する。図４（ａ）は、両方の側壁角が９０度である完全な対称プロファイルを描いている。図４（ｂ）では、右側の側壁角が８０度に変更され、図４（ｃ）では反対のケースが示されている（左側壁が８０度、右側壁が９０度）。図５は、これらの各プロファイルに関連づけられた、余角を介して測定された角度散乱サインを示している。本図から分かるように、対称性のプロファイルは両偏光に関して対称性の散乱サインを生み出す。しかしながら、非対称性プロファイルは、両偏光においてかなりの度合いの非対称性を示す。実際、サインは、プロファイルの非対称性の結果として斜めに、もしくは「傾いて」見える。さらに、８０／９０及び９０／８０度のケースのサイン・データの比較は、側壁の角度が逆になるとサインも逆になって現れるという興味深い結果を示している。物理的には、この逆転はウェーハを１８０度回転させ、それにより走査の正負領域を転置させることと同じであり、この結果はつじつまが合っている。これらの図面はまた、サインを視覚調査しただけでプロファイルが対称でないことを明らかにできることから、非対称性の存在を決定する上での角度スキャタロメトリの優位点を示している。但し、「半側壁」（正または負）角度しか存在しない場合、またはシステムが固定角度で作動するスペクトル・スキャタロメータであった場合でも、逆問題の解法を実行する（即ち、回帰またはライブラリ比較の使用の何れかによってモデル比較を実行する）ことにより非対称性を決定することは可能である。
【００４０】
下記の例は、本発明のスキャタロメトリ技術がライン非対称性の測定に優れた感度を有し、よってリソグラフィ及びエッチング処理のように対称性結果が望まれる可能性のあるプロセスの適格性付与に使用可能であることを示す。ＡＦＭ及び断面ＳＥＭ等の他の測定技術との比較は、優れた一貫性を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、非限定的な例によって本発明をさらに説明する。
【００４２】
スキャタロメトリを使用する非対称性プロファイル測定の実施可能性を査定するため、異なる３つのサンプル・タイプについて調査した（例１乃至３）。第１のサンプル・セットは、金属基板上の３つのウェーハのフォトレジスト・ラインで構成された。第２のサンプルは、ポリシリコン製のエッチングされた単ウェーハであった。第３のセットは、１９３ｎｍのフォトレジストにプリントされた同じく単ウェーハの格子ラインであった。各サンプル・セットについて、円錐形の走査配向で、かつ正及び負の角度を介した測定を実行して生の散乱サインを取得した。各サンプル・セットについて、適正なスキャタロメトリ・ライブラリを生成し、側壁の独立した左右の異形及びＣＤ及び厚さ等の他のパラメータを包含した。
【００４３】
例４は、半導体ウェーハ上の連続する２層のアラインメントを測定するための本発明の使用を示す。
例１−金属基板上のフォトレジスト・ライン
このサンプル・セットのライン幅は、公称２５０ｎｍであった。スタックの組成は、上から下へＴｉＮ層上のＡＲＣ上のパターニングされたフォトレジスト及びこれに続く厚いＡｌＣｕ層（これは、基板として有効に動作した）で構成された。
【００４４】
このサンプル・セットからの生サインは、かなりの非対称性を示した。図６は、角度走査の正及び負の半分が互いの上に重なった（「鏡面」）、このデータ・セットからの１つのサインを描いたものである。本図が示すように、明らかに、これらの２つの半分は同一ではない。事実これらは、反射率がいくつかの角度で５％を超えて相違し、かつサインの構造も幾つかの角度で相違している。測定は円錐形の格子配向で行われたため、これはプロファイル非対称性の徴候である。
【００４５】
このデータ・セットからの生サインは、モデルによく一致した。これらのウェーハ測定からの側壁角度の結果は、図７に示されている。ライブラリは、左右側壁角度の独立した異形を見込んでいたことを想起されたい。スキャタロメトリ測定に加えて、同じサイトからのＡＦＭデータをこのプロットに見ることができる。ＡＦＭ及びスキャタロメータの結果は双方とも、実際に側壁角度の差が存在し、かつそれが１乃至２度の範囲内であることを示している。両データはまた、左の側壁角度が右の側壁角度より鋭角であることでも一致している。スキャタロメトリのデータは、左右の角度が連係して移動すること、即ちラインの全体幅は変わらず、ウェーハを通じてサイトからサイトへ１乃至２度で「揺動」することを示す。この効果は左右の側壁角度パラメータ間の相関性に起因する可能性もあるが、モデリングされたサイン・データのチェックにより、一方の側壁角度が固定されたままでもう一方の側壁角度が変化し得る場合に両者が極めて区別可能なものになることが明らかとなった。
例２−エッチングされたポリシリコン・ライン
このサンプル・セットのライン幅は、１５０乃至３００ｎｍの範囲であった。スタックは、Ｓｉ基板上のパターニング（エッチング）されたポリシリコン・オン・オキサイドで構成された。このサンプル・セットからの生サインは、円錐形状で測定されると僅かに非対称性を示した。図８は、サインの正及び負の両半分が鏡面反射してこの非対称性を示す、このようなサインの１つを描いている。
【００４６】
比較を描写するため、これらのスキャタロメトリ測定に使用したウェーハを横に切ってＳＥＭで測定し、ラインの側壁角度を決定した。図９は、２つの技術の左右側壁角度の測定値を比較した結果を示す。図が示すように、両ツールは共に、左の側壁角度の方が概して小さい、側壁の幾分かの非対称性を伝えている。さらに、２つの技術間の側壁角度の相関性は良好であり、サイト毎に類似したトレンド分析を示す。
例３−１９３ｎｍのフォトレジスト・ライン
調査した最後のサンプルは、ＢＡＲＣ層上、ポリ層上、酸化物層上及びシリコン基板上にプリントした単ウェーハの１９３ｎｍフォトレジスト・ラインであった。このウェーハ上の公称機能のサイズは、１８０ｎｍラインであった。
【００４７】
このウェーハの場合、サイン・データは、円錐形モードで測定すると僅かに非対称性を示しただけであった。図１０は、自らに「鏡面反射」したこれらのサインの１つのＳ及びＰ偏光を描いたものである。先行サンプルから観察されたサイン非対称性とは対照的に、この場合の非対称性は比較的弱い。
【００４８】
図１１には、このウェーハからの一行の左右の側壁角度データが示されている。この図のプロットには、ＡＦＭを使用して同じサイトに対して行った測定が含まれている。測定技術は双方とも、側壁角度の全体的規模については十分に一致している。ＡＦＭによるデータの方がより多い非対称性測定値を示しているが、全体的に見ればスキャタロメータからのデータと一致している。図１２は、この同じ行からスキャタロメータ及びＡＦＭによって取得されたＣＤ測定値を比較したものである。本図が示すように、ＡＦＭ及びスキャタロメータの測定値は、素晴らしく一致している。これらの２つの技術による平均差は、２．４３ｎｍである。
例４−連続層のアラインメント測定
半導体ウェーハ上の連続する２層のアラインメントは、製造されるデバイスの最終性能にとって極めて重要である。このアラインメント（オーバーレイとも呼ばれる）は、重要であるが故にこの１つのタスクを実行するための専用ツールが存在する。これらのツールは、各層にプリントされた特別のアラインメント・マーク画像を測定することを基礎とする。しかしながら、半導体産業がますます小さい次元へと移行するにつれて、必要な測定分解能を供給するこれらのツールの能力が多大な疑念に包まれている。
【００４９】
スキャタロメトリは、オーバーレイの測定に十分に適合した技術である。グレーティング・オン・グレーティング構造体の使用により、０次、またはスペキュラ次、の回折次数のスキャタロメトリ測定は、連続する格子層におけるアラインメント・シフトを感知する。格子層のシフト（オフセットとも称される）は非対称性のライン・プロファイルをもたらすが、これは、正しい測定配向に置かれかつ好適には余角（正負角の双方）を測定する能力を有するスキャタロメータを使用することによって測定され得る。
【００５０】
図１３は、オーバーレイの測定に使用されることが可能なグレーティング・オン・グレーティング・プロファイルの画像を表示している。連続する２層のアラインメントのエラーは、格子ライン間のシフト及び非対称性のライン・プロファイルをもたらす。図１４は、従来の配向（図３（ａ）参照）で実行される測定の場合のオフセットまたはオーバーレイ・エラーに対する感度を実証する結果を表している。サインはオフセットが導入されると変化するが、このサインは一般的な測定感度に関しては正の符号である。しかしながら、図１５が示すように、従来の走査では、同じ大きさの＋／−オフセットが導入された場合に生じるサインは一意ではない。従って、従来型の走査よりも円錐形走査の方が望ましい。
【００５１】
円錐形走査による実行を反復すると、図１６及び１７が示すサインがもたらされる。従来型の走査を行う場合のように、図１６はオフセットに伴うサインの変化を示すが、図１７は、変化がここでは＋／−（左／右）のオフセット間として一意であることを示す。この場合も、対称性は約ゼロ度であることに留意されたい。
【００５２】
従って、調査は、スペキュラ（０）次数の従来型及び円錐形走査は共にオフセットに敏感であるが、左／右のシフトに関して一意のサインを供給するのは円錐形走査のみであることを示している。オーバーレイを査定するための既存のスキャタロメトリ法は１次数及び高次数の使用を含み、よって高次数を測定するためには特別な測定用ハードウェアを必要とする。Ｓｏｈａｉｌ  Ｎａｑｖｉ他著「リソグラフィ工程の監視及び管理のための回折技術」ＪＶＳＴＢ  １２（６）（１９９４年１１月）（高次数を使用するモアレ干渉技術）、Ｊ．Ｂｉｓｃｈｏｆｆ他著「光回折を基礎とするオーバーレイの測定」Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ、第４３４４巻、２２２−２３３ページ（２００１年）（グレーティング・イン・グレーティングの１次数測定）等を参照されたい。
【００５３】
先述の例は、総称的または具体的に記述した、先述の例において使用された本発明の反応物質及び／または作動条件を置換して反復しても、同様の成功裡に終わることが可能である。
【００５４】
特にこれらの好適な実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、他の実施形態も同じ結果を達成することができる。本発明の変形及び修正は、当業者には明白となり、このような修正及び等価物は全て添付の請求の範囲に含まれることが意図されている。先に引用した全ての参考文書、出願、特許及び公報の開示内容は全て、この参照により開示に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明において使用される角度スキャタロメータのブロック図である。
【図２】本発明に使用される角度スキャタロメトリによる測定法の幾何学的配置を示す。
【図３（ａ）】各々、所謂従来的かつ円錐形のスキャタロメトリによる測定配向を示す。
【図３（ｂ）】各々、所謂従来的かつ円錐形のスキャタロメトリによる測定配向を示す。
【図４（ａ）】各々、１つの対称性及び２つの非対称性レジスト・プロファイルを示す。
【図４（ｂ）】各々、１つの対称性及び２つの非対称性レジスト・プロファイルを示す。
【図４（ｃ）】各々、１つの対称性及び２つの非対称性レジスト・プロファイルを示す。
【図５】図４（ａ）乃至（ｃ）のプロファイルに対応する角度サイン・データのグラフである。
【図６】メタルレジスト・ウェーハからの角度スキャタロメトリによるサイン（鏡面）のグラフである。
【図７】レジスト・オン・メタルのサンプル・セットのウェーハ５からの側壁角度結果を示すグラフである。
【図８】エッチングされたポリシリコン・ウェーハからの角度スキャタロメトリによるサイン（鏡面）のグラフである。
【図９（ａ）】各々、エッチングされたポリシリコン・ウェーハの左右側壁角度のスキャタロメトリと断面ＳＥＭとの比較である。
【図９（ｂ）】各々、エッチングされたポリシリコン・ウェーハの左右側壁角度のスキャタロメトリと断面ＳＥＭとの比較である。
【図１０】１９３ｎｍレジスト・ウェーハからの角度スキャタロメトリによるサイン（鏡面）のグラフである。
【図１１（ａ）】各々、１９３ｎｍレジスト・ウェーハの左右側壁角度のスキャタロメトリと断面ＳＥＭとの比較である。
【図１１（ｂ）】各々、１９３ｎｍレジスト・ウェーハの左右側壁角度のスキャタロメトリと断面ＳＥＭとの比較である。
【図１２】１９３ｎｍレジスト・ウェーハのＡＦＭとスキャタロメトリによるＣＤ測定の比較である。
【図１３】オーバーレイのミスアラインメントの測定に使用されることが可能なグレーティング・オン・グレーティング・プロファイルの画像を示す。
【図１４】従来型の（非円錐）スキャンを使用する図１４のプロファイルの角度スキャタロメトリによるサインのグラフである。
【図１５】従来型のスキャンを使用する左右オフセットの（非一意）角度スキャタロメトリによるサインのグラフである。
【図１６】円錐スキャンを使用する図１４のプロファイルの角度スキャタロメトリによるサインのグラフである。
【図１７】円錐スキャンを使用する左右オフセットの（一意）角度スキャタロメトリによるサインのグラフである。
【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１０】
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【図１１】
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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１６】
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【図１７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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