JP5332007B2

JP5332007B2 - 光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度判断

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Publication number: JP5332007B2
Application number: JP2007181396A
Authority: JP
Inventors: リシファン; ウエンユーシャン
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Priority date: 2006-07-11
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Description

本願は全般的に、半導体ウエハ上に形成される構造体の光計測に関し、より詳細には、光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度決定に関する。

半導体素子／回路は、材料の層を成膜して、それをパターニングすることにより、半導体ウエハ上に形成される。一般的には、素子／回路の特徴部位は、パターニングプロセスを用いて、その成膜された材料の上に形成される。

典型的なパターニングプロセスでは、素子／回路の特徴部位は、一連のフォトマスク（マスク）上に、１回につき１層で、設計される。マスク上の素子／回路の特徴部位に係るレイアウトは、その成膜された材料の上に、１回につき１層で、転写される。
米国特許第０９／９０７４８８号明細書米国特許第０９／９２３５７８号明細書米国特許第０９／７７０９９７号明細書米国特許第１０／６０８３００号明細書米国特許第１１／０６１３０３号明細書オースシュニット、ＳＰＩＥ会議録、第５３７５巻、ｐｐ．１−１５、２００４年リーフェン、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ、第Ａ１３巻、ｐｐ．１０２４−１０３５、１９９６年）サイモン（ＳｉｍｏｎＨａｙｋｉｎ）、「ニューラルネットワーク（ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ）」、プレンティスホール（ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ）、１９９９年

素子のサイズが小さくなることで、二重露光リソグラフィが利用されるようになった。二重露光リソグラフィでは、マスクが露光されることで１組の特徴部位が形成され、第２露光が実行されることで、シフトした特徴部位の組がプリントされる。そのシフトした特徴部位の組は第１組の特徴部位と交互に配置している。しかし第２露光の位置合わせのずれは、特徴部位の組から形成される素子／回路の性能に悪影響を及ぼす恐れがある。よって二重露光リソグラフィでのマスクの位置精度を判断することが望ましい。

一の典型的実施例では、光計測を用いて二重露光リソグラフィの位置精度を判断するときに、マスクが露光され、第１ピッチを有する第１組の繰り返しパターンがウエハ上に形成される。続いてマスクは再度露光されることで、第２組の繰り返しパターンがウエハ上に形成される。第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと、第１組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンとは、交互に配置する。続いてウエハが現像されることで、第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造が形成され、及び第２組の繰り返しパターンから第２組の繰り返し構造が形成される。第１繰り返し構造の第１回折信号が第１繰り返し構造から計測され、第１繰り返し構造に隣接する第２繰り返し構造の第１回折信号が第２繰り返し構造から計測される。第１繰り返し構造と第２繰り返し構造との間に存在する第２ピッチが、第１計測回折信号を用いて決定される。第２組の繰り返しパターンを形成するのに用いられるマスクの位置精度は、その決定された第２ピッチ及び第１ピッチに基づいて判断される。

本願は添付の図と共に以降の説明を参照することで最もよく理解される。同一部分については同一の参照番号が付されている。

以降の説明では、特定の構成、パラメータ等について説明する。しかし係る説明は本発明の技術的範囲を限定することをいとしておらず、典型的実施例の説明として供されていることに留意して欲しい。
１．光計測ツール
図１を参照すると、光計測システム１００は、半導体ウエハ１０４上に形成された構造の検査及び分析に用いられて良い。たとえば光計測システム１００は、ウエハ１０４上に形成された周期回折格子１０２が有する１以上の特徴を決定するのに用いられて良い。上述したように、周期回折格子１０２は、たとえばウエハ１０４上に形成されるダイに隣接する、ウエハ１０４上のテストパッド中に形成されて良い。周期回折格子１０２は、ダイの動作を干渉しないそのダイのスクライブ線及び／又は領域内に形成されて良い。

図１に図示されているように、光計測システム１００は、光源１０６及び検出器１１２を有する光計測装置を有して良い。周期回折格子１０２は、光源１０６からの入射ビーム１０８によって照射される。入射ビーム１０８は、周期回折格子１０２へ、その周期回折格子１０２の法線ｎに対して入射角θ_ｉ及び方位角φ（つまり入射ビーム１０８の面と周期回折格子１０２の周期方向とのなす角）となるように導光される。回折ビーム１１０は、法線に対して角度θ_ｄで飛び出し、検出器１１２によって受光される。検出器１１２は、回折ビーム１１０を計測される回折信号に変換する。その信号は、反射率、ｔａｎ（Ψ）、ｃｏｓ（Δ）、フーリエ係数等を有して良い。たとえ図１で０次回折信号が図示されているとしても、０次以外の次数が用いられても良いことに留意して欲しい。そのことについてはたとえば非特許文献１を参照のこと。

光計測システム１００はまた、計測される回折信号を受光し、かつその計測される回折信号を解析するように備えられている処理モジュール１１４をも有する。処理モジュールは、回折信号と計測される回折信号との最も良い一致を与える方法を用いることによって、周期回折格子が有する１以上の特徴を決定するように備えられている。これらの方法は、別な箇所で説明される。これらの方法は、厳密結合波解析及び機械学習システムによって得られるシミュレーションによる回折信号を用いたライブラリベースの処理、又は回帰分析ベースの処理を有する。
２．構造の特徴を決定するライブラリベースの処理
構造が有する１以上の特徴を決定するライブラリベースの処理では、計測される回折信号とシミュレーションによる回折信号とが比較される。より詳細には、ライブラリ中の各シミュレーションによる回折信号は、構造の仮定のプロファイルに関連する。計測された回折信号とライブラリ中の各シミュレーションによる回折信号のうちの１つとが一致するとき、又は計測された回折信号とライブラリ中の各シミュレーションによる回折信号のうちの１つとの差異がプリセットすなわち一致基準範囲内であるときには、その一致したシミュレーションによる回折信号に関連する仮定のプロファイルは、構造の実際のプロファイルを表すものと推定される。その一致したシミュレーションによる回折信号及び／又は仮定のプロファイルは、その構造が仕様に従って作製されたか否かを決定するのに用いることができる。

よって再度図１を参照すると、一の典型的実施例では、計測された回折信号を得た後、続いて処理モジュール１１４が計測された回折信号と、ライブラリ１１６内に保存されているシミュレーションによる回折信号とを比較する。ライブラリ１１６内の各シミュレーションによる回折信号は、仮定のプロファイルと関連して良い。よって計測された回折信号と、ライブラリ１１６内に保存されているシミュレーションによる回折信号のうちの１つとが一致するときには、その一致したシミュレーションによる回折信号に関連する仮定のプロファイルは、周期回折格子１０２の実際のプロファイルを表すものと推定して良い。

ライブラリ１１６内に保存される仮定プロファイルの組は、プロファイルモデルを用いて周期回折格子１０２のプロファイルを特徴づけることによって生成されて良い。そのプロファイルモデルは、１組のプロファイルパラメータを用いて特徴づけられる。その組に含まれるプロファイルパラメータは、様々な形状及び大きさの仮定プロファイルを生成するために変化して良い。プロファイルモデル及び１組のプロファイルパラメータを用いて周期回折格子１０２の実際のプロファイルを特徴づける方法は、パラメータ化と呼ぶことができる。

たとえば図２Ａに図示されているように、プロファイルモデル２００が、その高さ及び幅をそれぞれ画定するプロファイルパラメータｈ１及びｗ１によって特徴づけることができると仮定する。図２Ｂから図２Ｅに図示されているように、プロファイルパラメータの数を増加させることによって、プロファイルモデル２００の別な形状及び特徴が特徴づけられて良い。たとえば図２Ｂに図示されているように、プロファイルモデル２００は、その高さ、下底及び上底をそれぞれ画定するプロファイルパラメータｈ１、ｗ１及びｗ２によって特徴づけられて良い。プロファイルモデル２００の幅は限界寸法（ＣＤ）と呼ばれるものであって良い。たとえば図２Ｂでは、プロファイルパラメータｗ１及びｗ２はそれぞれ、プロファイルモデル２００の底部ＣＤ（ＢＣＤ）及び上部ＣＤ（ＴＣＤ）を画定するものとして表されて良い。

上述したように、ライブラリ１１６（図１）内に保存される１組の仮定プロファイルは、プロファイルモデルを特徴づけるプロファイルパラメータを変化させることによって特徴づけられて良い。たとえば図２Ｂを参照すると、プロファイルパラメータｈ１、ｗ１及びｗ２を変化させることによって、様々な形状及び大きさの仮定プロファイルの生成が可能である。１、２、又は３のプロファイルパラメータが互いに変化して良いことに留意して欲しい。

再度図１を参照すると、ライブラリ１１６内に保存されている仮定プロファイル及びシミュレーションによる回折信号の組の中の仮定プロファイル及び対応するシミュレーションによる回折信号の数は、プロファイルパラメータの組の範囲及びそのパラメータの組が変化するところでの増分に部分的に依存する。ライブラリ１１６内に保存される仮定プロファイル及びシミュレーションによる回折信号は、実際の構造から計測された回折信号を得る前に生成される。よってライブラリを生成するのに用いられる範囲及び増分（つまり範囲及び分解能）は、構造の製造プロセス及び変数が変化すると予想される範囲に対する相性の良さに基づいて選択されて良い。ライブラリ１１６の範囲及び／又は分解能はまた、たとえばＡＦＭ、Ｘ−ＳＥＭ等を用いた測定のような経験的測定に基づいて選択されて良い。

ライブラリベースの処理についてのさらなる詳細については、特許文献１を参照のこと。
３．構造の特徴を決定する回帰分析ベースの処理
構造が有する１以上の特徴を決定する回帰分析ベースの処理において、計測された回折信号は、シミュレーションによる回折信号（つまり試行回折信号）と比較される。シミュレーションによって得られる回折信号は、仮定プロファイルについての１組のプロファイルパラメータ（つまり試行プロファイルパラメータ）を用いた比較の前に生成される。計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号とが一致しない場合、又は計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号との差異がプリセットすなわち一致基準範囲内にない場合には、別なシミュレーションによる回折信号が、別な仮定プロファイルについての別な１組のプロファイルパラメータを用いて生成される。よってその計測された回折信号と新たに生成されたシミュレーションによる回折信号とが比較される。計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号とが一致する場合、又は計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号との差異がプリセットすなわち一致基準範囲内にある場合には、一致したシミュレーションによる回折信号に関連する仮定プロファイルは、構造の実際のプロファイルを表すものと推定される。その一致したシミュレーションによる回折信号及び／又は仮定プロファイルは、その構造が仕様通りに作製されたか否かを判断するのに利用することができる。

よって再度図１を参照すると、処理モジュール１１４は、仮定プロファイルについてのシミュレーションによる回折信号を生成して良く、続いて計測された回折信号とそのシミュレーションによる回折信号とを比較する。上述したように、計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号とが一致しない場合、又は計測された回折信号とシミュレーションによる回折信号との差異がプリセットすなわち一致基準範囲内にない場合には、処理モジュール１１４は、別な仮定プロファイルについての別なシミュレーションによる回折信号を繰り返し生成して良い。そのようなシミュレーションによる回折信号は、たとえばシミュレーティッドアニーリングを含む大域最適化法及び最急降下法を含む局所最適化法のような最適化アルゴリズムを用いて生成されて良い。

シミュレーションによる回折信号及び仮定プロファイルは、ライブラリ１１６（つまり動的ライブラリ）内に保存されて良い。よってライブラリ１１６内に保存されるシミュレーションによる回折信号及び仮定プロファイルは、計測された回折信号と一致させるのに用いられて良い。

回帰分析ベースの処理についてのより詳細な説明については特許文献２を参照のこと。
４．厳密結合波解析
上述したように、シミュレーションによる回折信号が生成されて、計測された回折信号と比較される。以降で説明するように、シミュレーションによる回折信号は、マクスウエル方程式を適用し、かつ数値解析手法を用いてマクスウエル方程式を解くことによって生成されて良い。しかし数値解析手法には、ＲＣＷＡの変化型を含む様々な手法が用いられて良いということに留意して欲しい。

一般的には、ＲＣＷＡは、仮定プロファイルを多数のセクション、スライス又はスラブ（以降では簡単にセクションと呼ぶ）に分割する手順を有する。

仮定プロファイルの各セクションについては、結合した微分方程式系が、マクスウエル方程式のフーリエ級数展開を用いて生成される（つまり電磁場及び誘電率（ε）の成分）。その微分方程式系は、対角化手法を用いて解かれる。対角化手法は、関連する微分方程式系の固有行列を固有値及び固有ベクトルに分解する（つまり固有分解）手順を含む。最終的に、仮定プロファイルの各セクションについての解は、たとえば散乱行列法のような再帰結合法を用いて結合される。散乱行列法についての説明については、非特許文献２を参照のこと。ＲＣＷＡについてのより詳細な説明については特許文献３を参照のこと。
５．機械学習システム
シミュレーションによる回折信号は、たとえば逆誤差伝播法、動径基底関数法、サポートベクタ、カーネル回帰分析等の機械学習アルゴリズムを用いる機械学習システム（ＭＬＳ）を用いて生成されて良い。機械学習システム及びアルゴリズムのより詳細な説明については、非特許文献３及び特許文献４を参照のこと。

一の典型的実施例では、ライブラリベースの処理に用いられる、たとえばライブラリ１１６（図１）のような、回折信号のライブラリ内にあるシミュレーションによる回折信号は、ＭＬＳを用いて生成される。たとえば１組の仮定プロファイルは、ＭＬＳへの入力として供されることで、ＭＬＳからの出力としての１組のシミュレーションによる回折信号を生成する。仮定プロファイルの組及びシミュレーションによる回折信号の組はライブラリ内に保存される。

別な典型的実施例では、回帰分析ベースの処理に用いられるシミュレーションによる回折信号は、たとえばＭＬＳ１１８（図１）のようなＭＬＳを用いて生成される。たとえば初期仮定プロファイルが、ＭＬＳへの入力として供されることで、ＭＬＳからの出力としての初期のシミュレーションによる回折信号を生成して良い。その初期のシミュレーションによる回折信号が計測された回折信号と一致しない場合、別な仮定プロファイルが、ＭＬＳへの別な入力として供されることで、別なシミュレーションによる回折信号を生成する。

図１はライブラリ１１６とＭＬＳ１１８の両方を有する処理モジュール１１４を図示している。しかしその処理モジュール１１４は両方ではなくライブラリ１１６又はＭＬＳ１１８のいずれかを有していても良いことに留意して欲しい。たとえば処理モジュール１１４がライブラリベースの処理のみを用いる場合には、ＭＬＳ１１８は省略されて良い。あるいはその代わりに、処理モジュール１１４が回帰分析ベースの処理のみを用いる場合には、ライブラリ１１６が省略されて良い。しかし回帰分析ベースの処理は、たとえばライブラリ１１６のようなライブラリ内での回帰処理中に生成される仮定プロファイル及びシミュレーションによる回折信号を有して良いことに留意して欲しい。
６．１次元プロファイル及び２次元プロファイル
本明細書では“１次元構造”という語は、１次元にのみ変化するプロファイルを有する構造を指す。たとえば図３は、１次元（つまりｘ方向）に変化するプロファイルを有する周期回折格子を図示している。図３に図示されている周期回折格子のｚ方向でのプロファイルはｘ方向の関数として変化する。しかし図３に図示された周期回折格子のプロファイルはｙ方向では実質的に均一又は連続的であると推定される。

本明細書では“２次元構造”という語は、少なくとも２次元的に変化するプロファイルを有する構造を指す。たとえば図４は、２次元（つまりｘ方向及びｙ方向）に変化するプロファイルを有する周期回折格子を図示している。図４に図示されている周期回折格子のプロファイルはｙ方向で変化する。

以降での図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃについての議論は、光計測モデル化を行うための２次元繰り返し構造の特徴づける処理について説明する。図５Ａは、２次元繰り返し構造のユニットセルの典型的な直交グリッドの上面を図示している。仮定グリッド線は、繰り返し構造の上面で重なる。ここでグリッド線は周期方向に沿って引かれている。仮定グリッド線はユニットセルと呼ばれる領域を形成する。ユニットセルは、直交するように配置されて良いし、又は直交しないように配置されても良い。２次元繰り返し構造は、ユニットセル内部に特徴部位を有して良い。特徴部位とはたとえば、繰り返し柱、コンタクトホール、ビア、又はそれら２以上の形状を組み合わせたものである。さらにその特徴部位は、様々な形状を有して良く、かつ凹面若しくは凸面部位、又は凹面と凸面部位との結合であって良い。図２Ａを参照すると、繰り返し構造５００は、直交するように配置されている穴を有するユニットセルを有する。ユニットセル５０２は、全ての特徴部位及び部品をその内部に有し、基本的にはユニットセル５０２のほぼ中心に穴５０４を有する。

図５Ｂは２次元繰り返し構造の上面を図示している。ユニットセル５１０は凹面の楕円穴を有する。図５Ｂは、楕円穴を有する部位５１６を有するユニットセル５１０を示す。その楕円穴の大きさは、その底部へ進むに従って徐々に小さくなる。その構造を特徴づけるのに用いられるプロファイルパラメータは、Ｘ方向のピッチ５０６及びＹ方向のピッチ５０８を有する。それに加えて、特徴部位５１６の上部を表す楕円の主軸５１２、及び特徴部位５１６の底部を表す楕円の主軸５１４は、特徴部位５１６特徴づけるのに用いられて良い。さらに特徴部位上部と特徴部位底部との間にある中間部の主軸及び上部楕円、中間部楕円又は底部楕円の短軸（図示されていない）が用いられても良い。

図５Ｃは、２次元繰り返し構造の上面を特徴づける典型的方法である。ユニットセル５１８内の繰り返し構造の特徴部位５２０であって、上から見てピーナッツ形状を有する島である。一のモデル化方法は、特徴部位５２０を、変数又は楕円及び多角形の組み合わせを有すると近似する手順を有する。さらに特徴部位５２０の上面から見た形状の変化を解析した後に、２つの楕円である楕円１、楕円２、及び２つの多角形である多角形１、多角形２が十分に部位５２０の特徴を表すということが分かったと仮定する。よって、２つの楕円及び２つの多角形を特徴づけるのに必要なパラメータは：楕円１についてＴ１及びＴ２；多角形１についてＴ３、Ｔ４及びθ_１；多角形２についてＴ４、Ｔ５及びθ_２；楕円２についてＴ６及びＴ７；の９個である。他多くの形状の組み合わせが、ユニットセル５１８内の特徴部位５２０の上面を特徴づけるのに用いられて良い。２次元繰り返し構造のモデル化についての詳細な説明については、特許文献５を参照のこと。
７．二重露光リソグラフィ
上述のように、半導体素子／回路の製造プロセスは、基板上に材料の層を成膜する工程及びその材料層をパターニングする工程を有する。より詳細には、半導体素子／回路の特徴部位は、１回につき１層で、材料を成膜し、続いてその成膜した材料層の一部を除去することによって形成される。

材料の層を成膜するプロセスは、一般的に成膜プロセスと呼ばれる。典型的な成膜プロセスには、化学気相成長法（ＣＶＤ）、酸化、スピンコーティング、スパッタリング等が含まれる。成膜される典型的な材料には、酸化物、金属等が含まれる。

成膜された材料層上に特徴部位を形成するプロセスは一般的に、パターニングプロセスと呼ばれる。パターニングプロセスは一般的に、フォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスを含む。より詳細には、典型的なリソグラフィプロセスでは、半導体素子／回路の特徴部位は、１回につき１層で、一連のフォトマスク（マスク）上に設計される。単一マスクは一般的に、ウエハ全体にわたる１以上のチップからなる１層のレイアウトを有する。

上述したように、二重露光リソグラフィは、マスクを露光して１組の特徴部位を形成する工程、及びそれに続いて第２露光を実行することで、先に形成された特徴部位の組と交互に配置する、シフトした１組の特徴部位を形成する工程を有する。第２露光は、マスク及び／又はウエハをシフトさせることによって実現されて良いことに留意して欲しい。図６を参照すると、光計測を用いて二重露光リソグラフィの位置精度を判断する典型的処理６００が図示されている。

工程６０２では、マスクが露光されることで、第１組の繰り返し構造がウエハ上に形成される。第１組の繰り返し構造は第１ピッチを有する。たとえば図７Ａを参照すると、層７００がウエハ１０４上に成膜される。この例のため、層７００はフォトレジスト層であると仮定する。しかし層７００は、たとえば酸化物、金属等の様々な材料を有して良い。図７Ｂを参照すると、マスク７０２が層７００の上に設置されている。図７Ｃを参照すると、マスク７０２は、層７００上に形成される特徴部位が、適切に意図した位置に設けられるように、ウエハ１０４に対して位置合わせされている。マスク７０２が適切に位置合わせされるとき、マスク７０２及び層７００の一部が露光される。

図７Ｂに図示されているように、マスク７０２は、光を遮断する部分７０４、及び光を透過する部分７０６を有する。光を遮断するマスク７０２の部分７０４は、層７００上に形成される特徴部位と同一形状を有するようにパターニングされて良い。これらの型のマスクは一般に、“光照射野（ｌｉｇｈｔｆｉｅｌｄ）”マスクと呼ばれる。あるいはその代わりに、光を透過するマスク７０２の部分７０６は、層７００上に形成される特徴部位と同一形状を有するようにパターニングされても良い。これらの型のマスクは一般に、“暗視野（ｄａｒｋｆｉｅｌｄ）”マスクと呼ばれる。簡便を期すため、マスク７０２については、“光照射野”マスクとして図示及び説明することにする。

図７Ｃに図示されているように、マスク７０２及び層７００の一部が露光されるとき、層７００の特定部位、つまり光を透過するマスク７０２の部分７０６の下の部分、のみが露光される。上述のように、この例では、層７００はフォトレジスト層である。層７００は、その溶解度が露光に敏感であるという材料特性を有する。より詳細には、フォトレジストの中には、露光されたときに、可溶性の状態から不溶性の状態へ変化するものがある。これらの型のフォトレジストは一般に、“ネガ”のレジストと呼ばれる。対照的に、フォトレジストの中には、露光されたときに、不溶性の状態から可溶性の状態へ変化するものもある。これらの型のフォトレジストは一般に、“ポジ”のレジストと呼ばれる。簡便を期すため、層７００は“ポジ”のレジストであると仮定する。

マスク７０２は、ウエハ１０４（図１）、より詳細には層７００上に形成される、素子／回路の１層の特徴部位に係る形状を有するように、パターニングされて良い。また繰り返し構造を形成するプロセスの間、素子／回路の特徴部位も、ウエハ１０４全体にわたる１以上のチップからなる層７００上に形成される。

再度図６を参照すると、工程６０４では、マスクを露光することで第１組の繰り返しパターンを形成した後、マスク及び／又はウエハがシフトする。図７Ｄを参照すると、マスク７０２が層７００の上に設置された状態で図示されている。しかしウエハ１０４がシフトして良いし、又はマスク７０２とウエハ１０４の両方がシフトしても良いことに留意して欲しい。

再度図６を参照すると、工程６０６では、マスク及び／又はウエハがシフト及び位置設定された後、２回目のマスク露光が行われることで、ウエハ上に第２組の繰り返しパターンが形成される。第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンは、第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと交互に配置する。図７Ｅを参照すると、マスク７０２及び／又はウエハ１０４がシフトして、適切に位置合わせされたとき、マスク７０２及び層７００の一部は露光される。図７Ｅに図示されているように、層７００の特定部位、つまり光を透過するマスク７０２の部分７０６の下の部分、のみが露光される。

再度図６を参照すると、２回目のマスク露光が行われることで、第１組及び第２組の繰り返しパターンが形成された後、工程６０６では、ウエハが現像されることで、第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造が形成され、及び第２組の繰り返しパターンから第２組の繰り返し構造が形成される。図７Ｅを参照すると、層７００が適切な化学溶媒（つまり現像液）に曝露されるとき、２回露光された層７００の一部が溶解する。よって図７Ｆに図示されているように、第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造、及び第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造が、層７００（図７Ｅ）上に形成される。図７Ｆに図示されているように、繰り返し構造７０８には、ピッチＰ１の規則的な間隔が設けられている。繰り返し構造７１０は、繰り返し構造７０８と交互に配置されている。一の繰り返し構造７１０には、他の繰り返し構造７０８からピッチＰ２の間隔が設けられている。

図６を参照すると、工程６１０では、第１組の繰り返し構造の回折信号が第１組の繰り返し構造から計測され、かつ第２組の繰り返し構造の回折信号が第２組の繰り返し構造から計測される。この典型的実施例では、回折信号は、光計測ツールを用いて計測される。図７Ｇは、繰り返し構造７０８へ入射する入射ビーム１０８、及び繰り返し構造７０８から回折される回折ビーム１１０を図示している。しかし入射ビーム１１０は一般的に、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０に係る複数の周期に及ぶスポットサイズを有することに留意すべきである。本願のため、スポットサイズは、少なくとも１の繰り返し構造７０８及び隣接する繰り返し構造７１０の回折信号を得るのに十分な程度であれば良い。上述したように、計測された回折信号は、回折ビーム１１０から変換される。

図６を参照すると、工程６１２では、計測された回折信号は、第１組の繰り返し構造に係る第１の繰り返し構造と第２組の繰り返し構造に係る第２の繰り返し構造との間のピッチを決定するのに用いられる。図７Ｇに図示されているように、ピッチＰ２は、繰り返し構造７０８と、それに隣接する繰り返し構造７１０との間のピッチに対応する。上述したように、ピッチＰ２は、回帰分析に基づいた光計測、又はライブラリに基づいた光計測を用いることで、計測された回折信号から決定されて良い。

図６を参照すると、工程６１４では、第１組の繰り返し構造に係る繰り返し構造間のピッチ、及び、第１の繰り返し構造と第２の繰り返し構造との間のピッチが、第２組の繰り返し構造を形成するのに用いられるマスクの位置精度を判断するのに用いられる。図７Ｇを参照すると、ピッチＰ２がピッチＰ１の半分であると判断された場合、マスク位置は適切に位置合わせされたものと判断される。図７Ｈを参照すると、ピッチＰ２がピッチＰ１の半分でないと判断された場合、マスク位置は適切に位置合わせされなかったものと判断される。図７Ｈでは、繰り返し構造７１０の破線で示された概形はピッチＰ２がピッチＰ１の半分である位置を示していると仮定していることに留意して欲しい。よって補正値Δは、マスクがずれている程度を示している。上述したように、マスク及び／又はウエハをシフトさせることで、第２繰り返し構造が形成されて良い。よって第２組の繰り返し構造を形成するのに用いられるマスクは、マスクのみ、ウエハのみ、又はマスクとウエハの両方のシフトの結果、位置の整合又は位置のずれが生じて良い。たとえ繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０が、ウエハ１０４上に直接形成されるものとして図示及び説明されているとしても、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０はウエハ１０４上に形成される中間層上に形成されて良いことに留意して欲しい。

上述したように、ピッチＰ２は、回帰分析に基づいた光計測、又はライブラリに基づいた光計測を用いることで、計測された回折信号から決定されて良い。また上述したように、光計測では、検査される構造を評価するのにプロファイルモデルが用いられる。一の典型的実施例では、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０が、図７Ｆに図示されているようなラインアンドスペース構造であるとき、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０はスペーサとしてモデル化され、かつ繰り返し構造７０８と繰り返し構造７１０との間の空気ギャップの幅はピッチＰ２に対応する。

続いて図８を参照すると、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０が、ラインアンドスペース構造であるとき、一の典型的実施例では、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０は１方向に配向する。図８に図示されているように、別な組の繰り返し構造８０２及び繰り返し構造８０４が形成される。繰り返し構造８０２及び繰り返し構造８０４は、繰り返し構造７０８及び繰り返し構造７１０と直交する方向に配向している。繰り返し構造７０８、繰り返し構造７１０、繰り返し構造８０２及び繰り返し構造８０４は、２の直交する方向でマスクの位置精度を判断するのに用いられて良い。

具体的には、図６を参照すると、工程６０８の前に、マスクが露光されることで、第３組の繰り返し構造が形成される。第３組の繰り返し構造は第３ピッチを有する。マスクを露光して第３組の繰り返しパターンを形成した後で、かつ工程６０８の前に、マスク及び／又はウエハがシフトされる。よってマスクは再度露光されて、第４組の繰り返し構造が形成される。第４組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンは第３組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと交互に配置している。工程６０８でウエハが現像されるとき、第３組の繰り返し構造が、第３組の繰り返しパターンから形成され、かつ第４組の繰り返し構造が、第４組の繰り返しパターンから形成される。回折信号が、第３組の繰り返し構造に係る繰り返し構造、及び第４組の繰り返し構造に係る繰り返し構造から計測される。第３組に係る繰り返し構造と第４組に係る繰り返し構造との間の第４ピッチが決定される。マスクの位置精度が、その決定された第４ピッチと第３ピッチに基づいて決定される。

ここまでは、繰り返し構造は、１次元にのみ変化するプロファイルを有するものとして図示されてきた。しかし、繰り返し構造は、２次元に変化するプロファイルを有して良いし、及び上述のプロセスは他の構造にも適用されて良いことに留意して欲しい。

より詳細には、図９Ａを参照すると、２次元に変化するプロファイルを有する１組の繰り返し構造の上面が図示されている。繰り返し構造９０２はピッチＰ１を有する。図９Ｂに図示されているように、繰り返し構造９０２の組を形成するのに用いられるマスク、及び／又はウエハはシフトされて良い。それにより、繰り返し構造９０２の組と交互に配置する別な組の繰り返し構造９０４が形成されて良い。回折信号が、繰り返し構造９０２の組に係る少なくとも１組の繰り返し構造、及び繰り返し構造９０４の組に係る少なくとも１組の繰り返し構造から計測される。ピッチＰ２は、回帰分析に基づいた光計測、又はライブラリに基づいた光計測を用いることで、計測された回折信号から決定されて良い。上述したように、繰り返し構造９０２及び繰り返し構造９０４は、ユニットセル９０６を用いて、光計測用にモデル化されて良い。マスクの位置精度は、ピッチＰ１及びピッチＰ２に基づいて判断されて良い。

図１０を参照すると、統合されたウエハ処理及び計測システム１０００は、コーター／現像装置１００２、ステッパ１００４、及び光計測ツール１００を有する。コーター／現像装置１００２は、ウエハ上に層を成膜して、そのウエハを現像するように備えられている。ステッパ１００４は、マスクを露光して、ウエハ上の成膜した層上に繰り返しパターンを形成するように備えられている。ステッパ１００４はまた、マスク及び／又はウエハをシフトさせるように備えられている。光計測ツール１００は、ウエハからの回折信号を計測するように備えられている。

具体的には、ステッパ１００４は、マスクを露光することで、ウエハ上の繰り返し構造に係る第１組の繰り返しパターン及び第２組の繰り返しパターンを形成するように備えられている。第１組の繰り返しパターンは第１ピッチを有し、第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと、第１組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンとは、交互に配置する。ステッパ１００４はまた、マスク及び／又はウエハをシフトさせ、マスクが露光されることで第１組の繰り返しパターンが形成された後に、マスクを露光することで第２組の繰り返しパターンを形成するように備えられている。コーター／現像装置１００２は、ウエハ上に１層以上の層を成膜するように備えられている。第１組及び第２組の繰り返しパターンが、１層以上の層上に形成される。コーター／現像装置１００２は、ウエハを現像して、第１組の繰り返しパターン及び第２組の繰り返しパターンが１層以上の層上に形成された後に、第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造を形成し、及び第２組の繰り返しパターンから第２組の繰り返し構造を形成するように備えられている。光計測ツール１００は、第１組の繰り返し構造に係る第１の繰り返し構造の回折信号、及び、第２組の繰り返し構造に係る、第１の繰り返し構造に隣接する第２の繰り返し構造の回折信号を計測するように備えられている。光計測ツール１００は、計測された回折信号を用いて、第１の繰り返し構造と第２の繰り返し構造との間の第２ピッチを決定するように備えられている。光計測ツール１００は、決定された第２ピッチ及び第１ピッチに基づいて、第２組の繰り返しパターンを形成するのに用いられるマスクの位置精度を判断するように備えられている。

本発明の特定実施例に係る上の記述は、例示及び説明目的で供されたものである。その記述は完全なものではない、すなわち、本発明を厳密な実施形態に限定するものではない。上の教示の点では、多くの修正型及び変化型が可能であることに留意すべきである。

典型的な光計測システムを図示している。典型的なプロファイルモデルを図示している。典型的なプロファイルモデルを図示している。典型的なプロファイルモデルを図示している。典型的なプロファイルモデルを図示している。典型的なプロファイルモデルを図示している。１次元にのみ変化するプロファイルを有する繰り返し構造を図示している。２次元に変化するプロファイルを有する繰り返し構造を図示している。ユニットセルを用いた、２次元に変化するプロファイルを有するモデリング構造を図示している。ユニットセルを用いた、２次元に変化するプロファイルを有するモデリング構造を図示している。ユニットセルを用いた、２次元に変化するプロファイルを有するモデリング構造を図示している。二重露光リソグラフィの位置精度を判断する典型的処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。一の典型的な二重露光リソグラフィ処理を図示している。直交する方向に続く繰り返し構造の組を図示している。２次元に変化するプロファイルを有する繰り返し構造を図示している。２次元に変化するプロファイルを有する繰り返し構造を図示している。ウエハ処理システムを図示している。

符号の説明

１００光計測システム
１０４半導体ウエハ
１０６ビーム源
１０８入射ビーム
１１０回折ビーム
１１２検出器
１１４処理モジュール
１１６ライブラリ
１１８ＭＬＳ
２００プロファイルモデル
５００繰り返し構造
５０２ユニットセル
５０４穴
５０６Ｘ方向のピッチ
５０８Ｙ方向のピッチ
５１０ユニットセル
５１２Ｘ方向のピッチ
５１４Ｙ方向のピッチ
５１６楕円
５２０特徴部位
６００典型的処理
６０２工程
６０４工程
６０６工程
６０８工程
６１０工程
６１２工程
６１４工程
７００層
７０２マスク
７０４マスクの一部
７０６マスクの一部
７０８第１組のパターニング構造
７１０第２組のパターニング構造
８０２繰り返し構造
８０４繰り返し構造
９０２繰り返し構造
９０４繰り返し構造
９０６ユニットセル
１０００統合されたウエハ処理及び計測システム
１００２コーター／現像装置
１００４ステッパ

Claims

光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度を判断する方法であって：
マスクを露光することで、第１ピッチを有する第１組の繰り返しパターンをウエハ上に形成する第１露光工程；
前記第１露光工程後、前記マスク及び/又は前記ウエハをシフトさせるシフト工程；
前記シフト工程後、前記マスクを露光することで、シフトした第２組の繰り返しパターンを前記ウエハ上に形成する工程であって、前記第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンが前記第１組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと交互に配置している、第２露光工程；
前記第２露光工程後、前記ウエハを現像して、前記第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造を形成し、及び前記第２組の繰り返しパターンから第２組の繰り返し構造を形成する現像工程；
前記第１組の繰り返し構造からの第１繰り返し構造、及び、前記第２組の繰り返し構造からの第２繰り返し構造に係る第１回折信号を計測する工程であって、前記第１繰り返し構造は前記第２組の繰り返し構造に隣接する、第１計測工程；
前記の計測された第１回折信号を用いて、前記第１繰り返し構造と前記第２繰り返し構造との間の第２ピッチを決定する第２ピッチ決定工程；及び
前記第２組の繰り返しパターンの形成に用いられる前記マスクの位置精度を、前記決定された第２ピッチ及び前記第１ピッチに基づいて判断する第１位置精度判断工程；
を有し、
前記位置精度は、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分の場合に適切に位置合わせされていると判断され、かつ、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分でない場合に位置合わせがずれていると判断され、
前記第２ピッチからの前記第１ピッチの半分のオフセットは、前記マスクの位置合わせがどの程度ずれているのかを示し、
前記第１ピッチと前記第２ピッチは、前記第１回折信号から判断される、
方法。
前記第１組の繰り返し構造及び前記第２組の繰り返し構造に係る繰り返しパターンが、ラインアンドスペース構造である、請求項１に記載の方法。
ある幅を有する空気ギャップが前記第１繰り返し構造と前記第２繰り返し構造との間に存在し、
前記第１繰り返し構造及び前記第２繰り返し構造がスペーサとしてモデル化され、かつ
前記空気ギャップの幅が、前記第２ピッチとして決定される、
請求項２に記載の方法。
前記現像工程前に、前記マスクを露光して、第３ピッチを有する第３組の繰り返しパターンを形成する第３露光工程；
前記第３露光工程後であって、前記現像工程前に、前記マスクを露光して、第４組の繰り返しパターンを形成する工程であって、前記第４組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンが前記第３組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと交互に配置し、前記ウエハが前記現像工程で現像されるとき、第３組の繰り返し構造が前記第３組の繰り返しパターンから形成され、かつ第４組の繰り返し構造が前記第４組の繰り返しパターンから形成される、第４露光工程；
前記現像工程後に、前記第３組の繰り返し構造からの第３繰り返し構造、及び、第４組の繰り返し構造からの第４繰り返し構造に係る第２回折信号を計測する工程であって、前記第３繰り返し構造は前記第４繰り返し構造に隣接する、第２計測工程；
前記の計測された第２回折信号を用いて、前記第３繰り返し構造と前記第４繰り返し構造との間の第４ピッチを決定する第４ピッチ決定工程；及び
前記第４組の繰り返しパターンの形成に用いられる前記マスクの位置精度を、前記の決定された第４ピッチ及び前記第３ピッチに基づいて判断する第２位置精度判断工程；
を有する、請求項１に記載の方法。
前記第１組の繰り返し構造、前記第２組の繰り返し構造、前記第３組の繰り返し構造、及び前記第４組の繰り返し構造が、ラインアンドスペース構造である、請求項４に記載の方法。
前記第１組の繰り返し構造、及び前記第２組の繰り返し構造に係る前記ラインアンドスペース構造が、第１方向に配向し、
前記第３組の繰り返し構造、及び前記第４組の繰り返し構造に係る前記ラインアンドスペース構造が、第２方向に配向し、かつ
前記第１方向と前記第２方向とは直交する、
請求項５に記載の方法。
前記第１組の繰り返し構造、及び前記第２組の繰り返し構造に係る繰り返し構造が、２次元以上の次元に変化するプロファイルを有する構造である、請求項１に記載の方法。
ユニットセルが、２次元以上の次元に変化するプロファイルを有する前記構造をモデル化するのに用いられる、請求項７に記載の方法。
前記第１回折信号が、光計測ツールを用いて計測される、請求項１に記載の方法。
前記第１露光工程後であって、前記第２露光工程前に、前記マスク及び／又は前記ウエハをシフトさせる工程をさらに有する、請求項１に記載の方法。
光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度を判断するためのコンピュータによる実行が可能な命令を有するコンピュータによる読み取りが可能な媒体であって：
第１組の繰り返し構造からの第１繰り返し構造、及び、第２組の繰り返し構造からの第２繰り返し構造に係る第１の計測された回折信号を得る命令であって、前記第１繰り返し構造は前記第２繰り返し構造に隣接し、前記第１組の繰り返し構造は第１組の繰り返しパターンから形成され、前記マスク及び/又は前記ウエハはシフトされ、かつ前記第２組の繰り返し構造は第２組の繰り返しパターンから形成され、前記第１組の繰り返しパターンに係る前記第１繰り返しパターンは第１ピッチを有し、前記第１組の繰り返しパターンはマスクを露光することによって形成され、前記第２組の繰り返しパターンは、前記マスクが露光されて前記第１組の繰り返しパターンが形成された後に、前記マスクを再度露光することによって形成される、命令；
前記計測された第１回折信号を用いて、前記第１繰り返し構造と前記第２繰り返し構造との間の第２ピッチを決定する命令；及び
前記第２組の繰り返しパターンの形成に用いられる前記マスクの位置精度を、前記の決定された前記第２ピッチ及び前記第１ピッチに基づいて判断する命令；
を有し、
前記位置精度は、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分の場合に適切に位置合わせされていると判断され、かつ、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分でない場合に位置合わせがずれていると判断され、
前記第２ピッチからの前記第１ピッチの半分のオフセットは、前記マスクの位置合わせがどの程度ずれているのかを示し、
前記第１ピッチと前記第２ピッチは、前記第１回折信号から判断される、
コンピュータによる読み取りが可能な媒体。
前記第１組の繰り返し構造及び前記第２組の繰り返し構造に係る繰り返しパターンが、ラインアンドスペース構造で、
空気ギャップが前記第１繰り返し構造と前記第２繰り返し構造との間に存在し、
前記第１繰り返し構造及び前記第２繰り返し構造がスペーサとしてモデル化され、かつ
前記空気ギャップの幅が、前記第２ピッチとして決定される、
請求項１１に記載のコンピュータによる読み取りが可能な媒体。
光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度を判断するためのコンピュータによる実行が可能な命令を有するコンピュータによる読み取りが可能な媒体であって：
第３組の繰り返し構造からの第３繰り返し構造、及び、第４組の繰り返し構造からの第４繰り返し構造に係る第２の計測された回折信号を得る命令であって、前記第３繰り返し構造は前記第４繰り返し構造に隣接し、前記第３組の繰り返し構造は第３組の繰り返しパターンから形成され、かつ前記第４組の繰り返し構造は第４組の繰り返しパターンから形成され、前記第３組の繰り返しパターンに係る前記第３繰り返しパターンは第３ピッチを有し、前記第３組の繰り返しパターンはマスクを露光することによって形成され、前記第４組の繰り返しパターンは、前記マスクが露光されて前記第３組の繰り返しパターンが形成された後に、前記マスクを再度露光することによって形成される、命令；
前記計測された第２回折信号を用いて、前記第３繰り返し構造と前記第４繰り返し構造との間の第４ピッチを決定する命令；及び
前記第４組の繰り返しパターンの形成に用いられる前記マスクの位置精度を、前記の決定された第４ピッチ及び前記第３ピッチに基づいて判断する命令；
を有する、請求項１１に記載のコンピュータによる読み取りが可能な媒体。
前記第１組の繰り返し構造、前記第２組の繰り返し構造、前記第３組の繰り返し構造、及び前記第４組の繰り返し構造が、ラインアンドスペース構造で、
前記第１組の繰り返し構造、及び前記第２組の繰り返し構造に係る前記ラインアンドスペース構造が、第１方向に配向し、
前記第３組の繰り返し構造、及び前記第４組の繰り返し構造に係る前記ラインアンドスペース構造が、第２方向に配向し、かつ
前記第１方向と前記第２方向とは直交する、
請求項１３に記載のコンピュータによる読み取りが可能な媒体。
前記第１組の繰り返し構造、及び前記第２組の繰り返し構造に係る繰り返し構造が、２次元以上の次元に変化するプロファイルを有する構造で、
ユニットセルが、２次元以上の次元に変化するプロファイルを有する前記構造をモデル化するのに用いられる、
請求項１１に記載のコンピュータによる読み取りが可能な媒体。
光計測を用いた二重露光リソグラフィの位置精度を判断するための統合されたウエハ処理及び計測システムであって：
マスクを露光することで、第１ピッチを有する第１組の繰り返しパターンをウエハ上に形成し、前記マスク及び/又は前記ウエハをシフトさせ、前記マスクを再度露光することで、第２組の繰り返しパターンを前記ウエハ上に形成するステッパであって、前記第２組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンが前記第１組の繰り返しパターンに係る繰り返しパターンと交互に配置している、ステッパ；
前記ステッパと接続するコーター／現像装置であって、当該コーター／現像装置は前記ウエハ上の１層以上の層を成膜するように備えられ、前記第１組の繰り返しパターン及び前記第２組の繰り返しパターンが前記１層以上の層上に形成され、当該コーター／現像装置は前記ウエハを現像し、前記第１組の繰り返しパターン及び前記第２組の繰り返しパターンが前記１層以上の層上に形成された後に、前記第１組の繰り返しパターンから第１組の繰り返し構造を形成し、及び前記第２組の繰り返しパターンから第２組の繰り返し構造を形成するように備えられているコーター／現像装置；及び
前記コーター／現像装置と接続する光計測ツールであって、当該光計測ツールは前記第１組の繰り返し構造からの第１繰り返し構造、及び、前記第２組の繰り返し構造からの第２繰り返し構造に係る第１回折信号を計測するように備えられ、前記第１繰り返し構造は前記第２繰り返し構造に隣接し、当該光計測ツールは前記計測された回折信号を用いて、前記第１繰り返し構造と前記第２繰り返し構造との間の第２ピッチを決定するように備えられ、かつ当該光計測ツールは前記第２組の繰り返しパターンの形成に用いられる前記マスクの位置精度を、前記決定された第２ピッチ及び前記第１ピッチに基づいて判断するように備えられている、光計測ツール；
を有し、
前記位置精度は、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分の場合に適切に位置合わせされていると判断され、かつ、前記第２ピッチが前記第１ピッチの半分でない場合に位置合わせがずれていると判断され、
前記第２ピッチからの前記第１ピッチの半分のオフセットは、前記マスクの位置合わせがどの程度ずれているのかを示し、
前記第１ピッチと前記第２ピッチは、前記第１回折信号から判断される、
システム。