JP3698266B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents
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Blayo, N., et al., "Ultraviolet-visible ellipsometry for process control during the etching of submicrometer features," J. Opt. Soc. Am. A, vol.12, no.3, 1995, pp.591-599
請求項1に記載したように、
基板上に形成された構造物の寸法を測定する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程と、
前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースから、前記構造物の幅に関する情報を求める評価工程と、
前記求められた幅に関する情報を半導体装置の製造パラメータの調整に利用させるために出力する出力工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、または
請求項2に記載したように、
基板上に形成された構造物の寸法に基づいて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定し、前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースから、前記構造物の幅に関する情報を取得し、
前記求められた幅に関する情報を半導体装置の製造パラメータの設定に利用させるために出力する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、または
請求項3に記載したように、
前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、
前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項4に記載したように、
前記入射は、前記偏光した入射光ビームの入射角を変化させながら実行され、
前記評価は、得られた偏光状態と、前記入射角の組み合わせにより、さらに前記構造物を画成する側壁面が、前記基板平面に対してなす角度を推定することを含むことを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項5に記載したように、
前記測定は、前記出射光ビームとして、前記入射光ビームの反射光、または前記構造物から回折される前記入射光ビームの回折光、または前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱光を使うことを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項6に記載したように、
前記評価は、前記偏光状態と膜厚とに基づいて前記構造物の断面形状に関する情報又は幅を求めることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項7に記載したように、
前記入射は、前記入射光ビームを断続し、前記測定は、前記断続する入射光ビームに対応して形成される断続する出射光ビームの偏光状態を、照射状態および遮断状態について測定することを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項8に記載したように、
入射光ビームを複数の光線に分解する分解工程と、前記構造物から出射され、前記複数の光線に対応する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算し積分する測定工程と、前記積分された偏光成分及び強度に基づいて、前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を求める工程とを含むことを特徴とする請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項9に記載したように、
基板上に形成された構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程と、
前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより評価することで半導体装置の製造パラメータを調整させるために、前記偏光状態を出力する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、または
請求項10に記載したように、
前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項11に記載したように、
前記構造物は、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項1乃至請求項10記載の半導体装置の製造方法により、または
請求項12に記載したように、
基板上の構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定し、前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を前記偏光状態から求める処理部を備え、
プロセス制御部が、前記処理部で求められた寸法に関する情報に基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする半導体装置の製造装置であって、
前記制御は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより実行されることを特徴とする半導体装置の製造装置により、または
請求項13に記載したように、
基板上に半導体装置を製造するウェハプロセスを制御するプロセス制御部を備え、
前記プロセス制御部は、前記基板上の構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定することで求められる前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を取得し、前記寸法に関する情報に基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする半導体装置の製造装置であって、
前記制御は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより実行されることを特徴とする半導体装置の製造装置により、または
請求項14に記載したように、
前記プロセス制御部は、前記寸法に関する情報と初期条件とに基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする請求項12または13記載の半導体装置の製造装置により、または
請求項15に記載したように、
前記プロセス制御部は、前記初期条件に基づく第1偏光状態と前記寸法に関する情報に対応する第2偏光状態とを比較して、その差が小さくなるように前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造装置により、または
請求項16に記載したように、
前記第1偏光状態又は前記第2偏光状態は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係を含むデータベースから得られることを特徴とする請求項15記載の半導体製造装置により、または
請求項17に記載したように、
基板上に形成された構造物の寸法を測定する工程を含む半導体装置の製造装置において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる入射手段と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定手段と、
前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより評価することで半導体装置の製造パラメータを調整させるために、前記偏光状態を出力する出力手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置により、または
請求項18に記載したように、
前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造装置により、解決する。
ただし、パラメータΨは図23に説明したように、tanΨ=ρp /ρs で与えられ、またパラメータΔは位相差を表し、エリプソメトリにより測定される量である。また、パラメータΨおよびΔは、先に説明した偏光角φおよび楕円の偏平率と対応関係により結ばれている。さらに、式(1)において、総和Σはパターン11を通過する全ての光線についてなされる。
図3は、本発明の第1実施例による、エリプソメトリを使った基板上に形成されたパターンの寸法測定装置の構成を示す。
図6を参照するに、ステージ21上には基板22を構成するウェハのオリエンテーションフラット22Aと衝合する位置決め部材21Aが形成され、さらに基板22の側面に衝合する位置決めピン21Bが形成される。その際、前記基板22上にはラインアンドスペースパターン22aが、基板22が位置決め部材21Aおよび21Bに衝合した状態で光源23からの光ビームの光路に直交するように形成される。ラインアンドスペースパターン22aをこのような方位に形成することにより、前記光ビームは、その位相中に前記ラインアンドスペースパターン22aの情報を効率的に取り込む。換言すると、図3のエリプソメータは、基板22をステージ21上に図6に示した方位に設置することにより、ラインアンドスペースパターン22aの幅Wに対する感度が最大になる。
[第2実施例]
図7は、本発明の第2実施例を示す。ただし、図7中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[第3実施例]
図9は、図3の加工物寸法測定装置を組み込んだ本発明の第3実施例による半導体装置の製造ラインを概略的に示す。
rp =tan(Θ1 −Θ2 )/tan(Θ1 +Θ2 )
rs =−sin(Θ1 −Θ2 )/sin(Θ1 +Θ2 )
tp =2sinΘ2 cosΘ1 /sin(Θ1 +Θ2 )cos(Θ1 −Θ2 )
ts =2sinΘ2 cosΘ1 /sin(Θ1 +Θ2 )
tk =exp(−2πkd/λ)
δ=exp(−i2πnd/λ)
で与えられる。ただし、λは入射光ビームの波長、dは試料中の光路長を表す。
Ip (1)’=tp1tp2rp3tp4tp5 × exp(−2πk2 d1 /λ)
exp(−i2πn2 d1 /λ)・I0
Is (1)’=ts1ts2rs3ts4ts5 × exp(−2πk2 d1 /λ)
exp(−i2πn2 d1 /λ)・I0
Ip (2)’=tp1rp2tp3 × exp(−2πk2 d2 /λ)
exp(−i2πn2 d2 /λ)・I0
Is (2)’=ts1rrs2 ts3 × exp(−2πk2 d2 /λ)
exp(−i2πn2 d2 /λ)・I0
Ip (3)’=rp1・Io
Is (3)’=rs1・Io
ただし、n2 ,k2 は、それぞれラインアンドパターン中における屈折率および吸収係数を表し、またd1,d2 は光線(1),(2)の、ラインアンドスペース中における光路長をそれぞれあらわす。また、添字1〜5は、それぞれの光線の反射点、屈折点の、入射側から数えた順番を示す。図11を参照。
ρ=Rp /Rs =ΣIp (n)’/ΣIs (n)’=tanΨexp(iΔ)
で与えられ、これからパラメータΨ,Δが、
Ψ=tan− 1 (|ρ|)
Δ=arg(ρ)
で求められる。
[第4実施例]
図15は、本発明の第4実施例の原理を示す。
[第5実施例]
ところで、図3,図7,図9あるいは図15の装置において、光源23から出射される光ビームの入射角は70°に限定されるものではなく、他の角度を使うこともできる。また、入射角を様々に変化させてΔ,Ψを測定し、これをもとに、Ψ,Δの他に入射角をパラメータとして含むデータベースを参照することにより、パターンの幅のみならず、パターン側壁の、基板表面に対する傾き角をも求めることが可能である。
[実施例6]
図20は、SiO2 膜上に形成された同じラインアンドスペースパターンにおいて、ポリシリコン膜の膜厚を変化させた場合の偏光パラメータΨ,Δの関係を示す。ただし、図20中、黒丸で示したカーブは、厚さが100nmのSiO2 膜上に厚さが178nmのポリシリコンラインアンドスペースパターンを形成した場合を、また白丸で示したカーブは、ポリシリコンラインアンドスペースパターンの厚さを163nmとした場合のものである。いずれの場合においても、ラインアンドスペースパターンのピッチは300nm、またパターン幅Wは110nm〜200nmの範囲で変化させている。
さらに、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
2,25 偏光子
3 試料
4 回転検光子
4a,24 1/4波長板
4b 回転1/4波長板
5,27,27A,27B 検出器
10,22 基板
11 パターン
11a,11b パターン要素
21 ステージ
21A 位置決め構造
21B 位置決めピン
22a パターン
22b パターン要素
22A オリエンテーションフラット
25A ビームチョッパ
26 回転検光子
28 増幅器
29 A/D変換器
30 処理装置
31 レンズ
32 ビームスプリッタ
101 ウェハプロセス部
102 プロセス制御部
103 エリプソメトリ部
104 初期条件設定部
104a データベース
104b 理論計算部
Claims (18)
- 基板上に形成された構造物の寸法を測定する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程と、
前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースから、前記構造物の幅に関する情報を求める評価工程と、
前記求められた幅に関する情報を半導体装置の製造パラメータの調整に利用させるために出力する出力工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板上に形成された構造物の寸法に基づいて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定し、前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースから、前記構造物の幅に関する情報を取得し、
前記求められた幅に関する情報を半導体装置の製造パラメータの設定に利用させるために出力する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、
前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。 - 前記入射は、前記偏光した入射光ビームの入射角を変化させながら実行され、
前記評価は、得られた偏光状態と、前記入射角の組み合わせにより、さらに前記構造物を画成する側壁面が、前記基板平面に対してなす角度を推定することを含むことを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。 - 前記測定は、前記出射光ビームとして、前記入射光ビームの反射光、または前記構造物から回折される前記入射光ビームの回折光、または前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱光を使うことを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記評価は、前記偏光状態と膜厚とに基づいて前記構造物の断面形状に関する情報又は幅を求めることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記入射は、前記入射光ビームを断続し、前記測定は、前記断続する入射光ビームに対応して形成される断続する出射光ビームの偏光状態を、照射状態および遮断状態について測定することを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 入射光ビームを複数の光線に分解する分解工程と、前記構造物から出射され、前記複数の光線に対応する複数の出射光ビームの偏光成分及び強度を計算し積分する測定工程と、前記積分された偏光成分及び強度に基づいて、前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を求める工程とを含むことを特徴とする請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
- 基板上に形成された構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる入射工程と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程と、
前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態と前記構造物の幅の情報との対応関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより評価することで半導体装置の製造パラメータを調整させるために、前記偏光状態を出力する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記構造物は、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項1乃至請求項10記載の半導体装置の製造方法。
- 基板上の構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定し、前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を前記偏光状態から求める処理部を備え、
プロセス制御部が、前記処理部で求められた寸法に関する情報に基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする半導体装置の製造装置であって、
前記制御は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより実行されることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 基板上に半導体装置を製造するウェハプロセスを制御するプロセス制御部を備え、
前記プロセス制御部は、前記基板上の構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で偏光した入射光ビームを入射させ、前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定することで求められる前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法に関する情報を取得し、前記寸法に関する情報に基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする半導体装置の製造装置であって、
前記制御は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより実行されることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 前記プロセス制御部は、前記寸法に関する情報と初期条件とに基づいて前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする請求項12または13記載の半導体装置の製造装置。
- 前記プロセス制御部は、前記初期条件に基づく第1偏光状態と前記寸法に関する情報に対応する第2偏光状態とを比較して、その差が小さくなるように前記ウェハプロセスを制御することを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造装置。
- 前記第1偏光状態又は前記第2偏光状態は、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係を含むデータベースから得られることを特徴とする請求項15記載の半導体製造装置。
- 基板上に形成された構造物の寸法を測定する工程を含む半導体装置の製造装置において、
前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる入射手段と、
前記入射光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定手段と、
前記構造物の前記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態と構造物の寸法に関する情報との間の関係が曲線の形で示されて格納されたデータベースを参照することにより評価することで半導体装置の製造パラメータを調整させるために、前記偏光状態を出力する出力手段と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 前記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビームの偏光面の回転と偏平率とにより表現され、前記測定は、エリプソメータにより実行されることを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造装置。
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