(57)【要約】表面形状由来のオーバーレイ誤差の測定および予測精度を向上させるシステムおよび方法を開示する。オーバーレイ誤差の変動に関する情報を取得および分析して半導体プロセスおよびリソグラフィパターニングを向上させる。いくつかの実施形態において、カスケード化された分析処理を用いてウェーハ表面形状由来のオーバーレイを各種成分に分解する。分解分析はまた、各種分解された成分の効果係数の判定に利用できるため、ウェーハオーバーレイに対するウェーハ表面形状の影響の予測正確度を向上させることができる。更に、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ誤差の測定および／または予測を用いてオーバーレイ監視および補正方策を提供することができる。
2017535059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ誤差を分析する方法であって、
複数ロットからのウェーハを含む複数のウェーハにおける面内歪みまたは測定されたオーバーレイを取得するステップと、
前記複数のウェーハについて取得された前記面内歪みまたは測定されたオーバーレイを、プロセッサを用いて複数の分解された成分に分解するステップと、
を含み、前記複数の分解された成分が、共通のプロセスシグネチャ、ロット間変動、およびウェーハ間変動を含む方法。
【請求項２】
前記複数の分解された成分が更に、前記複数のウェーハに共通の残渣および高次のウェーハ間変動を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分解された成分の和が前記面内歪みに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の分解された成分の少なくとも１個の統計的表現をユーザーに対し提示するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記統計的表現が、標準偏差領域における表現および分散領域における表現の少なくとも一方を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
オーバーレイ補正処理の効果を判定する方法であって、
複数ロットからのウェーハを含む複数のウェーハにおける、前記オーバーレイ補正処理を適用する前の前記複数のウェーハの面内歪みを表す第１組の面内歪みを取得するステップと、
前記複数のウェーハにおける、前記オーバーレイ補正処理を適用した後の前記複数のウェーハの面内歪みを表す第２組の面内歪みを取得するステップと、
前記第１組の面内歪みを、プロセッサを用いて第１組の分解された成分に分解するステップと、
前記第２組の面内歪みを、前記プロセッサを用いて第２組の分解された成分に分解するステップと、
前記第１組の分解された成分と前記第２組の分解された成分との比較に基づいて、少なくとも１個の分解された成分に対する前記オーバーレイ補正処理の効果係数を判定するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
前記第１および第２組の分解された成分の各々が、
共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、露光毎補正（ＣＰＥ）モデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１組の分解された成分の和が前記第１組の面内歪みに等しく、前記第２組の分解された成分の和が前記第２組の面内歪みに等しい、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２組の面内歪みが、オーバーレイ計量ツールを用いたリソグラフィ処理の後で測定される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記オーバーレイ補正処理の前記効果係数をユーザーに対し提示するステップを更に含む、請求項６の方法。
【請求項１１】
ウェーハ製造を監視する方法であって、
複数ロットからのウェーハを含む第１組のウェーハを分析して、ウェーハ製造に用いたオーバーレイ補正処理の効果係数を判定するステップと、
複数ロットからのウェーハを含む第２組のウェーハにおける面内歪みを取得するステップと、
前記第２組のウェーハの前記面内歪みを複数の分解された成分、すなわち共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、露光毎補正（ＣＰＥ）モデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む複数の分解された成分に分解するステップと、
前記複数の分解された成分の少なくとも１個の分解された成分が前記オーバーレイ補正処理の効果係数に少なくとも部分的に基づいて重み付けされている前記複数の分解された成分の重み付き和に基づいて、前記第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動を計算するステップと、
前記第２組のウェーハが確立された仕様を満たすか否かを、前記第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動と前記確立された仕様との比較に基づいて判定するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記仕様が、特定のリソグラフィパターニング層用のオーバーレイ見込みのパーセンテージとして確立されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
分析ステップが更に、
前記第１組のウェーハにおける、前記オーバーレイ補正処理を適用する前の前記第１組のウェーハの面内歪みを表す第１組の面内歪みを取得するステップと、
前記第１組のウェーハにおける、前記オーバーレイ補正処理を適用した後の前記第１組のウェーハの面内歪みを表す第２組の面内歪みを取得するステップと、
前記第１組の面内歪みを、第１組の分解された成分に分解するステップと、
前記第２組の面内歪みを、第２組の分解された成分に分解するステップと、
前記第１組の分解された成分と前記第２組の分解された成分との比較に基づいて前記オーバーレイ補正処理の効果係数を判定するステップと、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１組のウェーハと前記第２組のウェーハが同一である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１組のウェーハと前記第２組のウェーハが異なっている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記分解された成分の和が前記面内歪みに等しい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
複数ロットからのウェーハを含む第１組のウェーハからウェーハ表面形状データを取得すべく構成された測定装置と、
前記測定装置と通信する分析器とを含み、前記分析器が、
前記第１組のウェーハにおける第１組の面内歪みを計算すると共に、
前記第１組の面内歪みを第１組の分解された成分、すなわち共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、ＣＰＥモデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む第１組の分解された成分に分解すべく構成されているシステム。
【請求項１８】
前記分解された成分の和が前記面内歪みに等しい、請求項１７に記載システム。
【請求項１９】
前記分析器が更に、
前記第１組のウェーハにおける、オーバーレイ補正処理を適用した後の前記第１組のウェーハの面内歪みを表す第２組の面内歪みを計算し、
前記第２組の面内歪みを、第２組の分解された成分に分解し、
前記第１組の分解された成分と前記第２組の分解された成分との比較に基づいて前記オーバーレイ補正処理の効果係数を判定すべく構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記分析器が更に、
複数ロットからのウェーハを含む第２組のウェーハにおける面内歪みを計算し、
前記第２組のウェーハの面内歪みの組を複数の分解された成分、すなわち共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、露光毎補正（ＣＰＥ）モデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む複数の分解された成分に分解し、
前記複数の分解された成分の少なくとも１個の分解された成分が前記オーバーレイ補正処理の効果係数に少なくとも部分的に基づいて重み付けされている前記複数の分解された成分の重み付き和に基づいて、前記第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動を計算し、
前記第２組のウェーハが確立された仕様を満たすか否かを、前記第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動と前記確立された仕様との比較に基づいて判定すべく構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記仕様が、特定のリソグラフィパターニング層用のオーバーレイ見込みのパーセンテージとして確立されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１組のウェーハと前記第２組のウェーハが同一である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１組のウェーハと前記第２組のウェーハが異なっている、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、ウェーハ表面計量の分野に関し、特に表面形状由来のオーバーレイ誤差およびオーバーレイ誤差の一般的な変動を測定および予測するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１４年９月３日出願の米国仮特許出願第６２／０４５，４１７号を優先権主張するものである。前記米国仮特許出願第６２／０４５，４１７号の全文を本明細書で引用している。
【０００３】
シリコンウェーハ等の研磨薄板は現代技術の極めて重要な一部をなす。ウェーハは、例えば、集積回路その他の装置の製造に用いる半導体材料の薄片を指す場合がある。研磨薄板の他の例として、磁気ディスク基板、ゲージブロック等が含まれていてもよい。本明細書に記載する技術は主にウェーハに関連するものであるが、当該技術が他の種類の研磨板にも適用可能である点を理解されたい。本開示において「ウェーハ」と「研磨薄板」の両用語を互いに代替可能に用いる場合がある。
【０００４】
半導体装置の製造は典型的には、複数の半導体製造プロセスを用いる半導体ウェーハ等の基板の加工を含んでいる。半導体製造プロセスにおける各種の段階で測定処理を用いて１個以上の半導体層処理を監視および制御する。監視および制御される特徴の一つがオーバーレイ誤差である。オーバーレイ測定は一般に、第１のパターン化層が、自身の上また下に配置された第２のパターン化層に対してどの程度正確に整合しているか、または、同一層に配置された第２のパターンに対して第１のパターンがどの程度正確に整合しているかを判定する。オーバーレイ誤差は典型的に、ワークピース（例えば、半導体ウエーハ）の１個以上の層の上に形成された構造を有するオーバーレイ目標に対して判定される。２個の層またはパターンが適切に形成されている場合、１個の層またはパターン上の構造は他の層またはパターン上の構造に対して整合している傾向がある。２個の層またはパターンが適切に形成されていない場合、一方の層またはパターン上の構造は、他方の層またはパターン上の構造に対してずれている、すなわち不整合の傾向がある。オーバーレイ誤差は、半導体製造プロセスの異なる段階で用いられる任意のパターン間の不整合である。
【０００５】
オーバーレイ誤差が観察された場合、オーバーレイ測定を用いて補正を施してオーバーレイ誤差を所望の限度内に保つことができる。例えば、オーバーレイ測定は、「補正可能量」と称され、処理で用いるリソグラフィツールをより良く整合させるべく操作者が用いることができる他の統計値と共に、スキャナ補正量を計算する分析ルーチンに渡すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０１０７９９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
オーバーレイの正確度に影響を及ぼす誤差発生源の一つがウェーハ表面形状である点に注意されたい。例えば、製造中に歪みが生じる場合があり、その際に基板のウェーハ形状とのチャッキングおよび厚さの変動によりウェーハが弾性変形して面内歪み（ＩＰＤ）が生じる。ＩＰＤはオーバーレイ誤差につながる恐れがある。従って、そのようなウェーハ表面形状由来のオーバーレイ誤差を測定および／または予測する能力を提供することが半導体製造プロセスの必須部分である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ誤差を分析する方法を目的としている。本方法は、複数ロットからのウェーハを含む複数のウェーハにおける面内歪みまたは測定されたオーバーレイを取得するステップと、当該複数のウェーハについて取得された面内歪みまたは測定されたオーバーレイを、プロセッサを用いて複数の分解された成分に分解するステップとを含んでいてよく、複数の分解された成分は、共通のプロセスシグネチャ、ロット間変動、およびウェーハ間変動を含んでいる。
【０００９】
本開示の更なる実施形態は、オーバーレイ補正処理の効果を判定する方法を目的としている。本方法は、複数ロットからのウェーハを含む複数のウェーハにおける、オーバーレイ補正処理を適用する前の当該複数のウェーハの面内歪みを表す第１組の面内歪みを取得するステップと、当該複数のウェーハにおける、オーバーレイ補正処理を適用した後の当該複数のウェーハの面内歪みを表す第２組の面内歪みを取得するステップと、第１組の面内歪みを、プロセッサを用いて第１組の分解された成分に分解するステップと、第２組の面内歪みを、プロセッサを用いて第２組の分解された成分に分解するステップと、第１組の分解された成分と第２組の分解された成分との比較に基づいて、少なくとも１個の分解された成分に対するオーバーレイ補正処理の効果係数を判定するステップとを含んでいてよい。
【００１０】
本開示の更なる実施形態はウェーハ製造を監視する方法を目的としている。本方法は、複数ロットからのウェーハを含む第１組のウェーハを分析して、ウェーハ製造に用いたオーバーレイ補正処理の効果係数を判定するステップと、複数ロットからのウェーハを含む第２組のウェーハにおける面内歪みを取得するステップと、第２組のウェーハの面内歪みを複数の分解された成分、すなわち共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、露光毎補正（ＣＰＥ）モデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む複数の分解された成分に分解するステップと、当該複数の分解された成分の少なくとも１個の分解された成分がオーバーレイ補正処理の効果係数に少なくとも部分的に基づいて重み付けされている当該複数の分解された成分の重み付き和に基づいて、第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動を計算するステップと、第２組のウェーハが確立された仕様を満たすか否かを、第２組のウェーハにおける表面形状由来のオーバーレイ全変動と当該確立された仕様との比較に基づいて判定するステップとを含んでいてよい。
【００１１】
本開示の更なる実施形態はシステムを目的としている。本システムは、複数ロットからのウェーハを含む第１組のウェーハからウェーハ表面形状データを取得すべく構成された測定装置を含んでいてよい。本システムはまた、測定装置と通信する分析器を含んでいてよい。分析器は、第１組のウェーハにおける第１組の面内歪みを計算すると共に、第１組の面内歪みを第１組の分解された成分、すなわち共通のプロセスシグネチャ、高次多項式モデルのロット間変動、高次多項式モデルのウェーハ間変動、ＣＰＥモデルの共通シグネチャ、およびＣＰＥモデルのウェーハ間変動を含む第１組の分解された成分に分解すべく構成されていてよい。
【００１２】
上述の一般的記述および以下の詳細記述は例示的かつ説明目的に過ぎず、必ずしも本開示を限定するものではない点を理解されたい。本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は本開示の主題を示している。説明と図面が相まって本開示の原理を説明する役割を果たしている。
【００１３】
当業者は、本開示のロットの利点について添付の図面を参照することにより理解が深まろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ウェーハ表面形状由来のオーバーレイデータの各種成分の分解を示す説明図である。
【図２】標準偏差領域における分解分析をグラフ表現で示す説明図である。
【図３】分散領域における分解分析をグラフ表現で示す説明図である。
【図４】各種成分に関連付けられた補正効果係数を判定する方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図５】補正効果係数を用いて表面形状由来の全体的なオーバーレイ変動を判定する方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図６】計算された表面形状由来のオーバーレイ変動に基づいて確立された仕様を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による分析器を用いるシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
開示する主題について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
典型的な製造プロセスにおいて、半導体製造プロセスはロットと呼ばれるバッチ単位で動作する。ロットまたはウェーハロットは、単一のグループとして共に処理されるウェーハの量として定義される。従来のオーバーレイ監視および制御技術は一般に、単一のスキャナ補正の組を選び、同一ロット内の全てのウェーハに対して同じ補正の組を適用する。しかし、所与のロットの全てのウェーハ対してこのような単一のスキャナ補正の組を選び、次いでオーバーレイ補正をすべく後続ロットに適用した場合、当該単一のスキャナ補正の組の効果係数が限定される点に注意されたい。また、異なる形状（表面形状シグネチャ）を有するウェーハがスキャナに挿入された際に、既存のアルゴリズムはウェーハ表面形状の変化を認識しないため、スキャナ補正、外挿および／または内挿は最適化されず、往々にして過度に調整される。
【００１７】
本開示の実施形態は、表面形状由来のオーバーレイ誤差の測定および予測精度を向上させるシステムおよび方法を目的とする。本開示の実施形態によれば、オーバーレイ誤差の変動に関する情報を取得および分析して測定および予測の正確度を向上させる。より具体的には、カスケード化された分析処理を用いてウェーハ表面形状由来のオーバーレイを各種成分に分解（解体）する。各種の分解された成分は、共通のプロセスシグネチャ、ロット間変動、ウェーハ間変動、および以下に詳述する他の追加的な成分を含んでいてよい。分解分析はまた、各種分解された成分の効果係数の判定に利用できるため、オーバーレイ補正方策を向上させることができる。更に、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ誤差の測定および／または予測を各種のフィードバックまたはフィードフォワード制御ループで用いてオーバーレイ監視および補正方策を提供することができる。
【００１８】
図１を参照するに、表面形状由来のオーバーレイの分解を表す説明図を示す。本開示の実施形態で用いるようなカスケード化された方式において、各種の分解された成分（列１０４〜１１４に示す）の分散の和が、分解前の表面形状由来のオーバーレイ（列１０２に示す）の分散に等しい点に注意されたい。より具体的には、表面形状由来のオーバーレイは、複数のウェーハの各ウェーハの面内歪み（ＩＰＤ）１０２を用いて表すことができる。ＩＰＤ１０２が、あるウェーハにおける測定された（例えば、特定の製造プロセスの完了時に測定された）実際のＩＰＤであってよい点が理解されよう。代替的に、ＩＰＤ１０２は、あるウェーハにおける推定され（例えば、特定の製造プロセスの前に推定された）予測ＩＤＰであってよい。本明細書に全文を引用している米国特許出願第１３／７３５，７３７号「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｅｍｕｌａｔｅ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓ  ｄｕｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ  Ｃｈｕｃｋｉｎｇ」等に記述されている各種の測定ツールおよび／または予測モデルを用いて複数のウェーハにおけるＩＰＤ１０２を取得できるものと考えられる。また、他の各種の測定ツールおよび／または予測モデルも同様に、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく利用できるものと考えられる。
【実施例】
【００１９】
図１に示すように、当該分析に含まれるウェーハは、複数ロット１、２．．．Ｎにまたがるウェーハを含んでいてよい。図１に示すロット１、２．．．Ｎは各々３個のウェーハを含んでいるが、これは単に例示的かつ説明目的に過ぎず、当該分析の対象に含まれ得るロットの個数、および各ロットに含まれ得るウェーハの個数は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく異なっていてよい点を理解されたい。
【００２０】
本開示のいくつかの実施形態によれば、ＩＰＤ１０２は図１に示す各種成分に分解することができる。分解された成分は、全てのロット内の全てのウェーハに共通のプロセスシグネチャ１０４、ロット間変動１０６、ウェーハ間変動１０８、全てのウェーハに共通の残渣１１０、高次のウェーハ間変動１１２、および分解された成分１０４〜１１２に属しない残渣１１４を含んでいてよい。当該ＩＰＤは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく更に分解され得るものと考えられる。例えば、あるモデルを用いて残渣１１４に存在する共通の特徴を記述することができる。しかし、残渣１１４が表面形状由来のオーバーレイ誤差の測定および予測にとってさほど重要でないと思える場合、残渣１１４をモデル化しないままでよい。
【００２１】
各種の統計モデルを用いて全てのロット内の全てのウェーハに共通のプロセスシグネチャ１０４を抽出できるものと考えられる。例えば、プロセスシグネチャ１０４は高次多項式モデル、例えばウェーハレベルを３次項、フィールドレベルを１次項とするモデルを当てはめて全てのウェーハのモデル化された成分の平均を求めることにより計算できる。プロセスシグネチャ１０４が抽出されたならば、一連の減算を実行して残りの成分１０６〜１１４を計算することができる。
【００２２】
より具体的には、ロット間変動１０６を計算するために、プロセスシグネチャ１０４を各ウェーハのＩＰＤ１０２から減算し、次いで結果的に得られたＩＰＤを統計モデル（例えば、高次多項式モデルおよび平均化）を用いて処理することにより各々の特定ロット内のウェーハに共通のシグネチャ１０６を抽出することができる。各ロットに共通のシグネチャが計算されたならば、分散および／または標準偏差（例えば、３σ）等の指標により各ロット間の変動を定量化することができる。同様に、高次のウェーハ間変動１０８を計算すべく、プロセスシグネチャ１０４およびロット間変動１０６を各ウェーハのＩＰＤ１０２から減算し、次いで結果的に得られたＩＰＤを統計モデル（例えば高次多項式モデルおよび平均化）を用いて処理することができる。
【００２３】
ウェーハ間変動１０８もまた、統計モデル（例えば、露光毎補正多項式モデルおよび平均化）を用いて、ウェーハに共通の体系的高次シグネチャ１１０（露光毎補正多項式モデルのシグネチャとも呼ばれる）を抽出すべく更に分解されてもよい。露光毎補正（ＣＰＥ）がリソグラフィツールに用いる一般的な技術であって、露光毎に位置補正の組が格納および適用されて特定の形式の歪みを補正する点に注意されたい。共通ＣＰＥモデルシグネチャ１１０が抽出されたならば次いで、プロセスシグネチャ１０４、ロット間変動１０６、高次多項式モデルのウェーハ間変動１０８、および共通ＣＰＥモデルシグネチャ１１０を各ウェーハのＩＰＤ１０２から減算することにより、ウェーハ間ＣＰＥシグネチャ変動１１２を計算することができる。
【００２４】
プロセスシグネチャ１０４、ロット間変動１０６、高次多項式モデルのウェーハ間変動１０８、共通ＣＰＥシグネチャ１１０、およびウェーハ間ＣＰＥ変動１１２が取得されたならば、それら全てを各ウェーハのＩＰＤ１０２から減算して残渣１１４を取得することができる。いくつかの実施形態において残渣１１４はモデル化しないままでよい。
【００２５】
分解分析の結果をユーザーに報告することが考えられる。当該報告は、特定のグラフ表現を含んでいてよい。例えば、分解分析結果は、各種の分解された成分の大きさおよび重要性をユーザーが視認し易くすべく、各々図２、３に示すように標準偏差（例えば、３σ）領域または分散領域において表現することができる。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、報告目的で他の各種の報告および／または統計的表現を利用できるものと考えられる。
【００２６】
図２、３に示す表形式のオーバーレイ分解情報を参照するに、このような情報をユーザーが用いて、オーバーレイのどの成分が他の成分と比較してより顕著に異なるかを識別することができる。例えば、図２に、高次多項式モデルのウェーハ変動が他の全ての成分と比較してより顕著に変動することを示す。ユーザーはこの情報を用いて、高次多項式モデルのウェーハ間変動を生じさせ得る特定の処理（群）を制御することができる。更に、ユーザーは、より高いスキャナ整合サンプリング方針を用いてスキャナ整合補正の効率を向上させることにより高次多項式モデルのウェーハ間変動を減らすことができる。
【００２７】
分解分析の結果はまた、製造プロセスの制御の向上にも利用できるものと考えられる。例えば、プロセス制御システムは、ウェーハ処理を自動的に調整および調節すべくウェーハ製造においてプロセス関連情報の管理に利用することができる。上述のようにＩＰＤ１０２から抽出されたロット間変動１０６、高次多項式モデルのウェーハ間変動１０８、共通ＣＰＥ多項式モデル１１０、およびウェーハ間ＣＰＥモデル変動１１２をこのような制御システムに提供し、次いでウェーハプロセスツール（群）を調整および調節してシグネチャを相応に補償することができる。同様に、ロット間変動１０６およびウェーハ間変動１０８をスキャナ整合制御システムに提供し、次いで当該変動を用いてスキャナ整合制御システムの効率を向上させることにより（例えば、スキャナ整合サンプリング最適化およびスキャナで利用可能な他の技術を介して）、これらの変動をより良好に補償することができる。
【００２８】
各種のスキャナ補正／補償技術の効果係数もまた、分解分析の結果を用いて評価できるものと考えられる。例えば、特定の補正技術を適用する前および後で１個以上の分解された成分１０４〜１１２を取得することができ、当該特定の補正技術の効果係数は、分解された成分の補正前後の値の比較に基づいて評価することができる。当該比較が分解された成分レベルで実行できるため、単に最上レベルのオーバーレイで比較を行う場合よりも高い粒度、精度、および正確度が得られる点に注意されたい。
【００２９】
図４は、特定の補正技術について、各種の分解された成分に関連付けられた補正効果係数を判定する方法の一実施形態を示すフロー図である。ステップ４０２において、補正技術を適用する前に取得（測定または推定）されたＩＰＤは、上述の分解分析を用いて各種成分に分解される。同様に、ステップ４０４において、補正技術を適用した後で取得（測定または推定）されたＩＰＤが同様の仕方で各種成分に分解される。分解分析の結果４０２、４０４は説明目的で図４に示すように、共に標準偏差領域において示されている。しかし、比較ステップ４０６で各種成分の統計情報が利用可能であれば、当該結果の表現が本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく異なり得る点を理解されたい。
【００３０】
ステップ４０６の例示的な比較結果を説明目的で図４に示す。本例において、プロセスシグネチャ変動１０６、１０８に対する補正技術の効果係数が約７５％であることを示す。換言すれば、補正技術を適用することにより、当該補正技術を適用しない場合に依然として存在するプロセスシグネチャ変動を７５％減らすことができた。同様に、他の分解された成分と共にウェーハ間変動１０８に対する補正効果もまた、この比較に基づいて判定することができる。
【００３１】
このように判定された補正効果係数を用いることにより製造プロセスの制御が更に向上するものと考えられる。補正効果係数もまた考慮に入れて表面形状由来のオーバーレイ全変動のより正確な予測値を計算することができる。次いでこの表面形状由来のオーバーレイ全変動値を用いて、より洗練された制御限度で実行時制御仕様を（ロット単位またはウェーハ単位で）確立することができる。
【００３２】
図５に、補正効果係数を用いて表面形状由来のオーバーレイ全変動の予測精度を向上させる方法を示す。ステップ５０２において、複数のウェーハについて表面形状由来のオーバーレイ（例えば、上述のようにＩＰＤを用いて表す）を取得することができる。取得されたオーバーレイデータに対して分解分析を実行して、取得されたオーバーレイデータを上述の各種成分に分解することができる。また上述のように、分解された成分のいくつかを特定の制御システムに提供して、当該制御システムにより実行可能な補正／補償処理を容易にすることができる。例えば、ステップ５０４でプロセスシグネチャ１０４を制御システムに提供して、プロセスシグネチャを補償すべくウェーハプロセスツールを調整および調節することができる。同様に、ステップ５０６でロット間変動１０６およびウェーハ間変動１０８をスキャナ整合制御システム（例えば、高次のウェーハ整合すなわちＨＯＷＡ）に提供してこれらの変動も補償することができる。また、露光毎補正（ＣＰＥ）技術を（例えば特定のリソグラフィツール等で）用いる場合、ステップ５０８、５１０で共通残渣１１０および高次のウェーハ間変動１１２をＣＰＥコントローラに提供してＣＰＥ処理を容易にすることができる。一実施形態において、スキャナが共通の残渣を補正するために使用し得る静的ＣＰＥファイルと共に共通の残渣１１０が提供され、またウェーハ単位でより特定の補正を容易にすべく高次のウェーハ間変動１１２がスキャナに提供される。
【００３３】
表面形状由来のオーバーレイ全変動のより正確な予測値を計算するために補正効果係数の使用を例示すべく、スキャナ整合制御および露光毎補正技術の補正効果係数が約５０％であると判定されたものと仮定する。換言すれば、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ変動の約５０％を、製造制御ループで用いられる１個以上の補正技術により補正することができる。これはしかし、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイ変動の約５０％が未補正のままになることを意味する。未補正の表面形状由来のオーバーレイ変動を無視すべきではない点に注意されたい。むしろ、各種成分に対し、当該成分の補正効果係数に基づいて適当な重みを与えるべきであり、これらの重みは、ステップ５１２で計算されるような表面形状由来のオーバーレイ全変動を表す和に反映させるべきである。
【００３４】
上述のように計算される表面形状由来のオーバーレイ全変動を用いて、既に用いられている可能性のある製造フィードバックオーバーレイ制御ループを補完するようにウェーハ表面形状由来のオーバーレイ監視を行うことができるものと考えられる。図６は、計算された表面形状由来のオーバーレイ全変動６０２に基づいて確立された仕様を示す説明図である。図６に示すように、複数ロットからの複数のウェーハ表面形状由来のオーバーレイ全変動６０２を、受容可能（特定のリソグラフィパターニング層に対して、全オーバーレイのあるパーセンテージ、例えば３０％程度を見込む）と考えられる仕様に対して、ステップ６０４で共に確認することができる。例えば、ウェーハ間変動が仕様を満たすロットは合格して次の製造プロセス６０６へ進むことができる。しかし、ウェーハ間変動が仕様を上回るロットが識別されて、ステップ６０８で更なる処置を行う場合がある。これらの処置には、問題ロットの再加工、補償目的での当該ロット内のウェーハのＩＰＤのフィードフォワード、変動が生じさせた可能性のある１個以上の製造プロセスの識別、最適化の適用、および変動の影響を減らす他の各種の技術を含んでいてよいが、これらに限定されないものと考えられる。
【００３５】
上で示した特定のパーセンテージデータが単に例示的である点を理解されたい。各種成分の補正効果係数は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく変動し得る。更に、上述の処理に基づいて確立された仕様が、監視および制御目的で他の各種のパラメータと合わせて利用できるか、または品質管理および／または他の目的の独立パラメータとして利用できるものと考えられる。
【００３６】
繰り返すならば、本開示の実施形態によれば、オーバーレイ誤差の変動に関する情報を取得および分析して測定および予測の正確度を向上させる。本開示の実施形態はカスケード化された分析を用いて、ウェーハ表面形状由来のオーバーレイを各種成分に分解する。また、分解分析の結果を用いて、利用可能な各種の補正技術の補正効果係数を判定することができる。更に、補正効果係数を用いて、補正方針を最適化すると共に未補正のウェーハ表面形状由来のオーバーレイを推定することができ、且つ推定された未補正のウェーハ表面形状由来のオーバーレイを用いてオーバーレイ制御を監視することができる。
【００３７】
上述の分析処理は各種のウェーハ表面形状ツールおよび計量ツールに実装可能であると考えられる。図７は、本開示の一実施形態によるシステム７００を示すブロック図である。システム７００は、未処理オーバーレイシグネチャを収集すべく構成されたオーバーレイ計量ツール７０２を含んでいてよい。システム７００はまた、ウェーハの組７０８からウェーハ表面形状データを収集すべく構成された表面形状計量ツール７０４を含んでいてよい。表面形状計量ツール７０４は、ウェーハ表面形状ツール、またはＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ計量システム等、ウェーハ表面形状データを収集可能な任意の撮像装置を含んでいてよい。オーバーレイ計量ツール７０２および表面形状計量ツール７０４が別個の装置として実装されていてよい点を理解されたい。代替的に、パターン化されたウェーハを測定可能な一体化された計量システムを、オーバーレイ計量およびウェーハ表面形状測定の両方に用いてもよい。
【００３８】
システム７００はまた、オーバーレイ計量ツール７０２および表面形状計量ツール７０４の両方と通信する分析器７０６を含んでいる。分析器７０６は、上述の各種分析処理を実行可能なコンピュータプロセッサ、回路等に実装されていてよい。分析器７０６はまた、分析結果に基づく各種の補正技術向けの補正効果係数を判定すべく構成されていてよい。更に、分析器７０６は補正効果係数を用いて未補正のウェーハ表面形状由来のオーバーレイを推定することができ、推定された未補正のウェーハ表面形状由来のオーバーレイを上述のようにオーバーレイ制御を行うべくウェーハ表面形状の監視に用いてもよい。
【００３９】
上述のいくつかの例は特定のプロセスツールに言及しているが、本開示によるシステムおよび方法は他の種類のプロセスツールに適用でき、同じく本開示の趣旨および範囲から逸脱することなくオーバーレイ制御を向上させる利点が得られるものと考えられる。また、上述の例はウェーハ検査に言及しているが、本開示によるシステムおよび方法は、同じく本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく他の種類の研磨板に適用できるものと考えられる。本開示で用いる用語「ウェーハ」は、集積回路その他の装置の製造に用いる半導体材料の薄片、および磁気ディスク基板、ゲージブロック等、他の研磨薄板を含んでいてよい。
【００４０】
開示した方法は、単一の製造装置および／または複数の製造装置を用いて、１個以上のプロセッサにより実行される命令の組としての各種のウェーハ表面形状測定ツールに実装されていてよい。更に、開示する方法におけるステップの特定の順序または階層は例示的な方式の例である点を理解されたい。設計上の優先順位に基づいて、本方法におけるステップの特定の順序または階層が本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく再配置可能である点を理解されたい。添付の方法クレームは、各種のステップの要素を例示的な順序で示しているが、必ずしも提示する特定の順序または階層に限定するものではない。
【００４１】
本開示のシステムおよび方法、およびこれらがもたらす利点の多くが上述の説明により理解されるものと思われ、開示する主題から逸脱することなく、またはその実体的な利点の全てを失うことなく、構成要素の形式、構造、および配置に対して各種の変更がなされ得ることは明らかであろう。本明細書に記述された形式は説明目的に過ぎない。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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