JP5014337B2 - 対称および反対称スキャトロメトリ信号を用いたオーバレイおよびプロファイル非対称性の測定 - Google Patents
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Description
オーバレイターゲットは、1または複数のセルを備える。各セルは、2つの大きく重複した回折格子を備えており、各回折格子は、ウエハの異なる層に位置する。回折格子を備える2つの層は、1または複数の中間膜によって隔てられてよく、中間膜は、パターン化されてもパターン化されていなくてもよい。2つの回折格子を、上部回折格子および下部回折格子と呼び、オーバレイ情報は、上部および下部回折格子の間のシフトを表す。本発明の一実施形態に従って、オーバレイターゲットの一例を図1に示した。上部回折格子120および下部回折格子121は、υで示したオーバレイ量だけ、互いにずれている。
図2Aは、本発明の一実施形態に従って、エリプソメトリシステムを示す図である。システムは、照明側に「偏光子」111と呼ぶ偏光子を備え、集光側に「検光子」115と呼ぶ偏光子を備える。偏光子111は、連続的に回転する。検光子115は、回転してもよいし、特定の角度に調節されてもよい。偏光子111および検光子115は、ステッピングモータまたはサーボモータなど、1または複数のモータによって回転されてよい。図のエリプソメトリシステムを、「回転偏光子・回転検光子(RPRA)型」エリプソメトリシステムと呼ぶ。光源110から放射された入射光118は、回転偏光子111および集束光学系112を通り、サンプル113によって散乱される。本明細書では、サンプル113は、一般に、1または複数のオーバレイターゲットを備えた半導体ウエハを含む。光とオーバレイターゲット113との相互作用が、光の偏光状態を変化させる。散乱光119は、集光光学系114および回転検光子115を通り、検出器116によって検出される。検光子111および偏光子115の代わりに、回転する4分の1波長板を用いることも可能であることに注意されたい。
本発明の全体的な概念は、2以上の検光子155角度で測定を実行することである。一般的な回折格子のケースでは、上述のように、対称信号を生成するために、異なる検光子115角度で得られた散乱強度を組み合わせる多くの方法がある。方位角0のケースにおいてオーバレイを算出するために用いられる方法は、米国特許出願No.10/729,838に記載されたように、一般的な回折格子のケースにおいてオーバレイを算出するためのこれらの組み合わせのいずれについても、効果的に利用することができる。
反対称の組み合わせであるα(A)、α(−A)、β(A)、β(−A)、I0(A)、および、I0(−A)、すなわち、上部および下部の回折格子の間のシフトの奇関数である組み合わせ、を構成することもできる。方位角90の回折格子に対する反対称信号の例は、以下の通りである。
上述のように、検光子を所与の角度に固定した回転偏光子エリプソメータを用いて、3つまでの独立量を測定することができる。あるいは、検光子115を回転させることにより、潜在的に違う数の独立量が得られる。抽出可能な独立量の実際の数は、偏光子111および検光子115の回転速度の比に依存し、9までの独立量が測定可能である。
反対称信号は、半導体ウエハにおける構造のプロファイルの非対称性を推定するのに有用である。例えば、単層の1D回折格子ターゲット(例えば、スキャトロメトリCDターゲット)では、回折格子の線に平行な入射光線(方位角0)を用いると、回折格子が、入射面に関して鏡映対称である場合には、すべての反対称信号が同じように消える。したがって、この場合には、反対称信号の有限値が、プロファイルの非対称性の指標になる。かかる測定は、定量的に較正されないが、所定のプロファイル非対称性を用いて、同様のターゲットからの光の散乱をシミュレーションすることにより、定性的に較正できる。反対称信号の測定値は、対応するシミュレーション値によって正規化されて、プロファイル非対称性の定量的な相対測定値を生成することができる。この較正処理のために実行される構造ごとのシミュレーションは、一般に、コンピュータリソース集約的ではなく(例えば、計算時間が約1秒未満であり)、実行する頻度が非常に少ない(すなわち、処理が変更される時)。したがって、プロファイル非対称性の定性的な推定値は、スキャトロメトリCD測定および解析よりも、大幅に短い時間で取得できる。
本発明の最適な実施形態では、偏光子111および検光子115は、1:1の回転速度比で逆方向に回転する。この実施形態は、異なるジョーンズ/ミュラー行列の要素の抽出と、ハードウェア設定の大幅な簡略化を可能にする。かかる構成では、図5および図6に示すように、同じ回転偏光子体131が、入射光線のための偏光子としても、反射光線のための検光子としても機能する。この構成は、もとより、回転する偏光子および検光子の間で完全な同調を有する。かかる実施形態では、屈折型または反射型の集束光学系を用いることができる。図5は、屈折型集束光学系132を用いた一実施形態を示し、図6は、反射型集束光学系133を用いた一実施形態を示す。
Claims (25)
- サンプルの第1の層における複数の第1の構造と、前記サンプルの第2の層における複数の第2の構造との間のオーバレイの誤差を推定するためのエリプソメトリの方法であって、
前記サンプルに前記第1および第2の構造の一部をそれぞれ含む複数のセルを準備し、各セルは、自身が含む第1の構造の一部と第2の構造の一部との間にオフセットを有するよう設計され、
回転する偏光子を用いて、電磁放射を前記各セルに照射し、
検光子を複数の偏光角度に設定して複数の測定値を取得し、前記複数の測定値は、前記検光子が前記複数の偏光角度に設定された状態で反射された放射強度を含み、
前記複数の測定値を前記セルの各々についての各合成信号に合成して、前記各合成信号を前記第1および第2の構造の間における前記オフセットと前記オーバレイの合計である全シフトの奇関数とし、
前記各合成信号に基づいて、前記第1の構造と前記第2の構造との間の任意のオーバレイの誤差を推定すること、
を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記測定値は、連続的に回転する検光子によって取得される、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記検光子は、前記偏光子と同じ方向に回転する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記検光子は、前記偏光子と逆の方向に回転する、方法。
- 請求項2から4のいずれかに記載の方法であって、ステッピングモータまたはサーボモータを用いて、前記偏光子および前記検光子を回転させる、方法。
- 請求項5に記載の方法であって、前記ステッピングモータまたはサーボモータを同調させることで、前記偏光子と前記検光子との間の回転位相制御を可能にし、前記検光子および前記偏光子は、同じ方向または逆の方向に回転される、方法。
- 請求項2から4のいずれかに記載の方法であって、前記偏光子および前記検光子の回転速度の比は、調節可能である、方法。
- 請求項2から4のいずれかに記載の方法であって、前記偏光子および前記検光子は、一体的に回転する同じ構成要素を形成する、方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載の方法であって、前記セルは、3以上のセルを含む、方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載の方法であって、任意のオーバレイの誤差の推定は、
第1のセルからの第1の合成信号と、第2のセルからの第2の合成信号との間の第1の差分信号Sig1−Sig2を決定し、
第3のセルからの第3の合成信号と、第4のセルからの第4の合成信号との間の第2の差分信号Sig3−Sig4を決定し、
前記第1および第2の差分信号に基づいて、線形近似を実行することにより、任意のオーバレイの誤差を決定することを含む、方法。 - 請求項1から10のいずれかに記載の方法であって、前記複数の測定値は、前記サンプルのジョーンズまたはミュラー行列の1または複数の要素を含む、方法。
- 請求項1から11のいずれかに記載の方法であって、前記サンプルは、半導体ウエハ内に存在し、前記複数の第1および第2の構造は、半導体素子を含む、方法。
- 請求項1から12のいずれかに記載の方法であって、前記複数の偏光角度は、第1の角度Aおよび第2の角度−Aからなり、前記複数の測定値は、前記検光子が前記角度Aおよび−Aに設定された状態で取得される、方法。
- 請求項1から12のいずれかに記載の方法であって、各測定値は、前記複数の偏光角度の内の特定の角度の範囲にわたって取得された測定値の合計を含む、方法。
- 請求項14に記載の方法であって、8つの異なる角度範囲にわたって8つの測定値合計が取得される、方法。
- 請求項14に記載の方法であって、16の異なる角度範囲にわたって16の測定値合計が取得される、方法。
- 請求項1から16のいずれかに記載の方法であって、前記複数の測定値は、偏光子からの常光線および異常光線を用いて取得されることで、2つの偏光角度からの信号が同時に取得される、方法。
- サンプルの第1の層における複数の第1の構造と、前記サンプルの第2の層における複数の第2の構造との間のオーバレイの誤差を推定するためのシステムであって、
回転する偏光子を用いて、電磁放射を前記サンプル上における複数のセルに照射し、
検光子を複数の偏光角度に設定して複数の測定値を取得し、前記測定値は、前記検光子が前記複数の偏光角度に設定された状態で反射された放射強度を含み、
前記複数の測定値を前記セルの各々についての各合成信号に合成して、前記各合成信号を前記第1および第2の構造の間におけるオーバレイの合計である全シフトの奇関数とするためのエリプソメトリ部と、
前記各合成信号に基づいて、前記第1の構造と前記第2の構造との間の任意のオーバレイの誤差を推定するために動作可能な演算部と、
を備える、システム。 - 請求項18に記載のシステムであって、前記複数の測定値は、連続的に回転する検光子によって取得される、システム。
- 請求項19に記載のシステムであって、前記偏光子および前記検光子は、一体的に回転する同じ構成要素を形成する、システム。
- 請求項18から20のいずれかに記載のシステムであって、前記複数のセルは、3以上のセルを含む、システム。
- 請求項18から21のいずれかに記載のシステムであって、任意のオーバレイの誤差の推定は、
第1のセルからの第1の合成信号と、第2のセルからの第2の合成信号との間の第1の差分信号Sig1−Sig2を決定し、
第3のセルからの第3の合成信号と、第4のセルからの第4の合成信号との間の第2の差分信号Sig3−Sig4を決定し、
前記第1および第2の差分信号に基づいて、線形近似を実行することにより、任意のオーバレイの誤差を決定することを含むシステム。 - サンプルの構造のプロファイル非対称性を測定するためのエリプソメトリの方法であって、
a)回転する偏光子を用いて、電磁放射を構造に照射し、
b)検光子を複数の偏光角度に設定して複数の測定値を取得し、前記複数の測定値は、前記検光子が前記複数の偏光角度に設定された状態で反射された放射強度を含み、
c)前記複数の測定値を、合成信号に合成して、前記合成信号を奇関数とし、
d)前記合成信号に基づいて、前記構造のプロファイル非対称性の程度を決定すること、
を備える、方法。 - 請求項23に記載の方法であって、第1の層の第1の構造および第2の層の第2の構造の一部をそれぞれ含む複数のセルに対して、前記(a)から(d)が実行され、各セルは、自身が含む第1の構造と第2の構造との間のオフセットを有するよう設計され、プロファイル非対称性の程度の決定は、前記複数の測定値へのプロファイル非対称性の寄与を、前記測定値へのオーバレイの寄与から分離することを含む、方法。
- 請求項24に記載の方法であって、さらに、
前記複数の信号と、前記決定されたプロファイル非対称性とに基づいて、前記第1の構造と前記第2の構造との間の任意のオーバレイの誤差を推定することを備える、方法。
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