JP2019511001A - 製造プロセスを制御するための補正を計算する方法、メトロロジ装置、デバイス製造方法、及びモデリング方法 - Google Patents

Abstract

リソグラフィ装置（１００）の制御において使用するための補正（ＣＰＥ）を計算する。メトロロジ装置（１４０）を用いて、リソグラフィプロセスが事前に適用されている１以上の基板におけるサンプリングロケーションで性能パラメータを測定する（２００）。測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させ（２１０）、基板におけるプロセス誘起の効果に対してアップサンプリング推定を与える。作動モデルを用いて、かつ、適合させたプロセスモデルに少なくとも部分的に基づいて、リソグラフィ装置の制御に使用するための補正を計算する（２３０）。測定データ（３１２）が利用できるロケーションでは、このデータを推定に追加して（２４０）、プロセスモデル値を置き換える。従って、作動補正の計算は、プロセスモデルによって推定された値（３１８）の組み合わせである変更推定（３１６）に基づき、かつ、部分的に実際の測定データ（３１２）に基づいている。
【選択図】 図２

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１６年３月１１日に出願された欧州特許出願第１６１５９９５９．２号の優先権を主張する。これは参照により全体が本願に含まれる。

[0002] 本発明は、製造プロセスの制御に使用される補正を計算するための方法及び装置に関する。本発明は、例えば、リソグラフィ製造プロセスにおけるプロセスステップを制御する際に適用できる。本発明は、例えば、１以上の基板における複数のロケーションにパターンを適用する場合に、リソグラフィ装置を制御するため適用できる。本発明はメトロロジ装置に適用することができる。本発明は更に、デバイスを製造する方法に関し、また、そのような方法の部分を実装するためのデータ処理装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えばダイの一部、１つのダイ、又はいくつかのダイを含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板上に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。これらのターゲット部分は一般に「フィールド」と呼ばれる。

[0004] リソグラフィプロセスでは、しばしば、例えばプロセス制御及び検証のために、生成された構造の測定を行うことが望ましい。そのような測定を行うための様々なツールが知られており、それらには、クリティカルディメンション（ＣＤ）を測定するため使用されることが多い走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や、オーバーレイすなわちデバイス内の２つの層のアライメントの精度を測定するための専用ツールが含まれる。近年、リソグラフィ分野で使用するために様々な形態のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射ビームをターゲットへ誘導し、散乱した放射の１以上の特性、例えば波長の関数としての単一の反射角度における強度、反射角度の関数としての１以上の波長における強度、又は反射角度の関数としての偏光を測定して、ターゲットの対象とする特性を決定できる回折「スペクトル」を得る。

[0005] 既知のスキャトロメータの例には、ＵＳ２００６０３３９２１Ａ１号及びＵＳ２０１０２０１９６３Ａ１号に記載されているタイプの角度分解スキャトロメータが含まれる。そのようなスキャトロメータが使用するターゲットは、例えば４０μｍ×４０μｍのように比較的大きい格子であり、測定ビームは、この格子よりも小さいスポットを生成する（すなわち格子はアンダーフィルされる（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ））。そのような装置を用いて、再構築によるフィーチャ形状の測定に加え、公開特許出願ＵＳ２００６０６６８５５Ａ１号に記載されているように、回折ベースのオーバーレイを測定することができる。回折次数の暗視野結像を用いた回折ベースのオーバーレイメトロロジによって、より小さいターゲットにおけるオーバーレイ測定が可能となる。暗視野結像メトロロジの例は、国際特許出願ＵＳ２０１４１９２３３８号及びＵＳ２０１１０６９２９２Ａ１号で見ることができる。これらの文書は参照により全体が本願に含まれる。この技法の更に別の開発は、公開特許公報ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ号、ＵＳ２０１１００４３７９１Ａ号、ＵＳ２０１１１０２７５３Ａ１号、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ号、ＵＳ２０１２０１２３５８１Ａ号、ＵＳ２０１３０２５８３１０Ａ号、及びＵＳ２０１３０２７１７４０Ａ号に記載されている。これらのターゲットは照明スポットよりも小さくすることができ、ウェーハ上の製品構造によって取り囲まれる場合がある。複合格子ターゲットを用いて、複数の格子を１つの画像内で測定することができる。これらの出願の全ての内容も参照により本願に含まれる。

[0006] そのような技法により、基板全体にわたって高い空間密度でリソグラフィプロセスの性能を測定する能力が得られる。これは次いで、リソグラフィ装置によって実行されるパターニング動作の制御に、洗練したプロセス補正を組み込むことを可能とする。これらの補正は、例えば、連続した層に対するパターニング動作とパターニング動作との間に基板に行われる様々な化学及び物理プロセスによって生じる歪みを補正するためのプロセス補正を含むことができる。一部の最新のリソグラフィ装置は、「露光ごとの補正（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）」すなわちＣＰＥのための機構を提供する。以前に処理された基板群の測定に基づいて、基板上のフィールド位置によって変化する追加補正セットが規定される。このＣＰＥコンポーネントを、基板レベルで規定された他の補正に追加することで、全てのフィールドロケーションにおけるパターニング動作の性能を最適化する。

[0007] ＣＰＥ及び他のプロセス補正は、リソグラフィ装置及びその制御システムによって提供される機能（ｆａｃｉｌｉｔｙ）であるが、測定データ及び利用可能ツールに応じて生産設備のオペレータが補正を決定する。ＣＰＥ補正は、場合によっては手作業で規定されている。ごく最近では、補正を計算するための自動化較正方法が提案されている。どの方法を使用するにせよ、補正は最終的に、リソグラフィ装置の制御に利用できる自由度内に収まらなければならない。この自由度は、本開示の用語では１以上の作動モデルによって表現される。

[0008] メトロロジターゲットの空間密度は、機能製品構造から多くの空間を奪うのを回避するため、通常は限定されている。更に、高い空間密度の測定ロケーションが可能であっても、実際に全てのターゲットを測定することは、大量生産においてメトロロジ装置のリソグラフィプロセスのスループットに悪影響を及ぼす。測定データを取得するためのサンプリングスキームは、例えば特許公報ＷＯ２０１５１１０１９１Ａ１号に記載されているような自動化ツールによって最適化することができる。それでもやはり、一般にサンプルの密度は限定される。

[0009] 特許公報ＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号（Ｍｏｓ等）は、基板サンプルにおけるロケーションサンプルからの測定データからプロセスシグネチャモデル（ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ）を計算するシステムを記載している。この公報の内容は参照により本願に含まれる。プロセスシグネチャモデルは、測定データを効果的にアップサンプリングして（ｕｐ−ｓａｍｐｌｅ）、対象のプロセス効果を表現するサンプルポイントの高密度化を行う。次いで、この高密度化表現を１又は複数の作動モデルにより使用して、補正を計算する。この手法の利点は、プロセスシグネチャモデルが基板及びプロセス効果をいっそう正確に表現するよう設計されていることである。アップサンプリングによって、測定データが作動モデルに直接供給されていた以前のスキームに比べ、より効果的なプロセス補正を適用することが可能となる。

[0010] 単純なプロセスシグネチャモデルは一般に、測定データに表現されている全ての効果を表現することができない。例えば、基板エッジに極めて局所的な変動が存在する可能性があるが、こういった変動は、基板全体のプロセスシグネチャを捕捉するように設計されたプロセスシグネチャモデルでは捕捉されない。提案されている１つの選択肢は、エッジ効果モデル等、これらの効果のため特別に追加モデルを規定することである。しかしながら、そのようなモデルは全体的なシステムの複雑さを増大させ、更に、追加の効果を正確に表現するために測定データを利用できる場合を除いて利点は限られている。

[0011] 本発明は、測定する必要のある測定ロケーションの数を必ずしも増やすことなく、かつ、プロセスモデルの複雑さを増すことなく、プロセスモデルを用いて補正の性能を向上させる目的を有する。

[0012] 本発明の一態様によれば、製造プロセスにおいて使用するための補正を計算する補正を計算する方法が提供される。この方法は、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
適合させたプロセスモデルに少なくとも部分的に基づいて補正を計算することと、
を含み、補正の計算は、適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、測定された性能パラメータに部分的に基づく。

[0013] 製造プロセスは、例えば上述のタイプのリソグラフィ製造プロセスとすることができる。補正は、プロセスのパターニングステップ又は他のステップの制御において使用されるものであり得る。プロセスモデル及び実際の測定データの双方を用いることによって、計算された補正は、別のプロセスモデリング層を追加することなく、（例えば）あまりにも局所的であるためにプロセスモデルで表現できない効果を考慮することができる。また、プロセスシグネチャモデルの利点も得られる。一実施形態において、方法は、実際の測定値が利用可能な場所では、アップサンプリングされたプロセスモデルの値を実際の測定値によって単に置き換える。データを組み合わせる他の方法も検討することができる。

[0014] 本発明の一態様によれば、製造プロセスの監視において使用するための測定を取得するためのメトロロジシステムが提供される。このシステムは、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定するためのインスペクション装置と、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させ、製造プロセスにおける補正対象であるプロセス効果の推定を生成するための処理装置と、
を備え、処理装置は、適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、測定された性能パラメータに部分的に基づいて、プロセス効果の推定を生成するように構成されている。

[0015] 本発明の別の態様によれば、少なくとも１つの処理装置及びコントローラと組み合わせられ、コントローラは、生成されたプロセス効果の推定に基づいて補正を計算するように、更に、計算された作動補正を１以上の基板にパターンを適用する際に使用するよう処理装置を制御するように構成されている、上述の本発明に従ったメトロロジシステムを備える製造システムが提供される。

[0016] 生成された推定を用いて、例えば、リソグラフィ装置で適用されるパターンの位置決めにおける補正を計算できる。そのような位置決めは、基板の面内である（オーバーレイ制御）か、又はこの面に垂直（焦点制御）である場合がある。

[0017] 生成された推定を用いて、例えば、基板上のフィールド位置間で変化する補正を計算できる。そのような補正は、例えば既存のＣＰＥ機構を用いて適用することができる。

[0018] 本発明は更に、基板上の１以上の層にパターンを適用することと、基板を処理して機能デバイスフィーチャを生成することと、を含むデバイス製造方法であって、層のうち少なくとも１つの処理は、上述の本発明に従った方法によって計算された作動補正を用いて制御される、デバイス製造方法を提供する。

[0019] 本発明の装置及び方法は、いくつかの実施形態では、既存の装置の制御ソフトウェアを変更することによって実装できる。

[0020] 本発明は更に、上述の本発明に従ったリソグラフィ装置のコントローラを１つ以上のプロセッサに実装させるための機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。

[0021] 本発明は更に、上述の本発明に従った製造システムのコントローラを実装するようにプログラムされた１つ以上のプロセッサを含むデータ処理システムを提供する。

[0022] 本発明は更に、プログラマブルデータ処理装置を、上述の本発明に従ったメトロロジシステムの処理装置として機能させるための機械読み取り命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。

[0023] 本発明は更に、基板における性能パラメータをモデリングする方法を提供する。この方法は、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
基板上に存在するプロセス効果の推定を生成することと、
を含み、プロセス効果の推定は、適合させたプロセスモデル及び測定された性能パラメータの双方を用いて生成される。

[0024] 本発明は更に、プログラマブルデータ処理装置に、上述の本発明に従ったモデリング方法におけるプロセス効果の推定を生成させるための命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。

[0025] 以下で、添付した概略的な図面を参照して本発明の実施形態を一例としてのみ記載する。

本発明の一実施形態に従った製造システムの一例として、半導体デバイスのための生産設備を形成する他の装置と共にリソグラフィ装置を示す。 図１の生産設備において補正を生成する方法のフローチャートである。 半導体基板からの例示的な測定データと共に図２の方法を示す。

[0026] 本発明の実施形態について詳細に記載する前に、本発明の実施形態を実装することができる例示的な環境を提示することが有益である。製造プロセスの一例として半導体デバイス製造のためのリソグラフィプロセスが提示されるが、本開示の原理は、限定なしに他のプロセスにも適用することができる。

[0027] 図１の１００は、大量のリソグラフィ製造プロセスを実装する産業設備の一部としてリソグラフィ装置ＬＡを示す。本例において、製造プロセスは、半導体ウェーハのような基板上の半導体製品（集積回路）の製造に適応している。本プロセスの変形において異なるタイプの基板を処理することによって多種多様な製品を製造できることは、当業者には認められよう。半導体製品の生産は単に、現在商業的に重要である例として用いられる。

[0028] リソグラフィ装置（又は、略して「リソツール」１００）内で、測定ステーションＭＥＡが１０２に示され、露光ステーションＥＸＰが１０４に示されている。制御ユニットＬＡＣＵが１０６に示されている。この例において、各基板は、パターンを適用するために測定ステーション及び露光ステーションを訪れる。光学リソグラフィ装置では、例えば、調節された放射及び投影システムを用いて、パターニングデバイスＭＡから基板上に製品パターンを転写するために、投影システムが使用される。これは、放射感応性レジスト材料の層内にパターンの像を形成することによって実行される。

[0029] 本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用されている露光放射、又は液浸液の使用もしくは真空の使用のような他の要因に合わせて適宜、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型の光学系、又はそれらの任意の組み合わせを含む、任意のタイプの投影システムを包含するものとして、広義に解釈されるべきである。パターニングＭＡデバイスは、パターニングデバイスによって透過又は反射される放射ビームにパターンを付与するマスク又はレチクルとすることができる。周知の動作モードは、ステッピングモード及びスキャンモードを含む。周知のように、投影システムは、基板及びパターニングデバイスのためのサポート及び位置決めシステムと多種多様な様式で共働して、基板全体にわたる多くのターゲット部分に所望のパターンを適用することができる。固定パターンを有するレチクルの代わりに、プログラマブルパターニングデバイスを使用することも可能である。放射は例えば、深紫外線（ＤＵＶ）又は極端紫外線（ＥＵＶ）の波帯内の電磁放射を含むことができる。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えばインプリントリソグラフィや、例えば電子ビームによる直接描画リソグラフィにも適用可能である。

[0030] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、様々なアクチュエータ及びセンサの全ての移動及び測定を制御して、装置に基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け取らせると共にパターニング動作を実施させる。また、ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実装するための信号処理及びデータ処理機能も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、各々がリアルタイムでのデータ獲得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を取り扱う、多くのサブユニットのシステムとして実現される。

[0031] 露光ステーションＥＸＰで基板にパターンを適用する前に、様々な予備工程を実施できるように、基板は測定ステーションＭＥＡで処理される。予備工程は、レベルセンサを使用して基板の表面高さをマッピングすること、及び、アライメントセンサを使用して基板上のアライメントマークの位置を測定することを含み得る。アライメントマークは名目上、規則的な格子パターンで配置される。しかしながら、マークの作成時の不正確さに起因し、更に処理全体を通じて発生する基板の変形にも起因して、マークは理想的な格子から逸脱する。結果として、装置が非常に高い精度で正しいロケーションに製品フィーチャをプリントしなければならない場合、アライメントセンサは実際には、基板の位置及び向きの測定に加えて、基板エリア全体にわたる多くのマークの位置を詳細に測定しなければならない。

[0032] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルを有し、その各々が制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムを備える、いわゆるデュアルステージタイプとすることができる。一方の基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションＥＸＰで露光されている間、様々な予備工程を実施できるように測定ステーションＭＥＡで他方の基板テーブル上に別の基板をロードすることが可能である。従って、アライメントマークの測定は非常に時間がかかるが、２つの基板テーブルを提供することで装置のスループットの大幅な増大が可能となる。基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間に位置センサＩＦが基板テーブルの位置を測定できない場合、基板テーブルの位置を双方のステーションで追跡可能とするために、第２の位置センサを提供することができる。あるいは、測定ステーション及び露光ステーションを組み合わせることも可能である。例えば、露光前測定段階の間に一時的に測定ステージが結合される単一の基板テーブルを有することは既知である。本開示はいずれのタイプのシステムにも限定されない。

[0033] 生産設備内で、装置１００は、装置１００によるパターニングのために感光性レジスト及び他のコーティングを基板Ｗに適用するためのコーティング装置１０８も含む「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置１００の外側に、露光されたパターンを物理レジストパターンに現像するためのベーキング装置１１０及び現像装置１１２が提供されている。これら全ての装置の間で、基板ハンドリングシステムは、基板をサポートすることと、基板を１台の装置から次の装置へと移動させることを担当する。これらの装置は、多くの場合まとめて「トラック」と呼ばれ、トラック制御ユニットの制御下にある。トラック制御ユニット自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。従って、これらの様々な装置はスループット及び処理効率を最大限にするように動作可能である。監視制御システムＳＣＳは、各パターン付き基板を作成するために実行されるステップの規定を非常に詳細に提供するレシピ情報Ｒを受信する。

[0034] 一度リソセル内でパターンが適用されて現像されると、パターン付き基板１２０は、１２２、１２４、１２６に示されるような他の処理装置へ移送される。典型的な製造設備では、様々な装置によって広範な処理ステップが実装される。例示として、この実施形態における装置１２２はエッチングステーションであり、装置１２４はエッチ後アニーリングステップを実行する。別の装置１２６等において、更に別の物理及び／又は化学処理ステップが適用される。実際のデバイスを作成するためには、材料の堆積、表面材料特性の変更（酸化、ドーピング、イオン注入等）、化学機械研磨（ＣＭＰ）等、多くのタイプの動作が必要となる可能性がある。装置１２６は、実際は、１つ以上の装置で実行される一連の異なる処理ステップを表す場合がある。

[0035] 周知のように、半導体デバイスの製造では、このような処理を多数回繰り返すことで、基板上に１層ずつ、適切な材料及びパターンを用いたデバイス構造を構築する。従って、リソクラスタに到達した基板１３０は、新しく準備された基板であるか、又は、このクラスタ内もしくは別の装置内で全体的に事前に処理された基板であり得る。同様に、必要な処理に応じて、装置１２６から出た基板１３２は、同じリソクラスタ内の後続のパターニング動作のために戻されるか、異なるクラスタ内でパターニング動作を行う予定になっているか、又は、ダイシング及びパッケージングのため送出される完成品である可能性がある。

[0036] 製品構造の各層はそれぞれ異なるプロセスステップのセットを必要とし、各層で使用される装置１２６は全く異なるタイプであり得る。更に、たとえ装置１２６によって適用される処理ステップが名目上同じであっても、大型設備では、異なる基板にステップ１２６を実行するために並行して作業するいくつかの同一と推定される機械が存在する場合がある。これらの機械間のセットアップにおけるわずかな相違又は障害は、異なる基板に異なる様式で影響を与えることを意味する可能性がある。エッチング（装置１２２）のような各層に比較的共通したステップであっても、名目上同一であるがスループットを最大にするため並行して作業するいくつかのエッチング装置によって実装され得る。更に、実際には、異なる層は、エッチングされる材料の詳細、及び、例えば異方性エッチング等の特殊な要件に応じて、例えば化学エッチやプラズマエッチのような異なるエッチプロセスを必要とする。

[0037] これよりも前のプロセス及び／又は後続のプロセスは、前述のように他のリソグラフィ装置で実行される可能性があり、更には、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行される可能性もある。例えば、解像度及びオーバーレイ等のパラメータの要求が非常に厳しいデバイス製造プロセスにおけるいくつかの層は、それらに比べて要求が厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行することができる。従って、いくつかの層は液浸タイプのリソグラフィツールにおいて露光され得るが、他の層は「ドライ」ツールにおいて露光される。いくつかの層はＤＵＶ波長で動作するツールにおいて露光され得るが、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される。

[0038] リソグラフィ装置によって露光される基板を正確にかつ一貫して露光するため、露光された基板を検査して、後続の層の間のオーバーレイ、ラインの太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）のような特性を測定することが望ましい。従って、リソセルＬＣが配置されている製造設備は、リソセル内で処理された基板Ｗのいくつか又は全てを受け取るメトロロジシステムＭＥＴも含む。メトロロジ結果は、直接又は間接的に監視制御システム（ＳＣＳ）１３８に提供される。エラーが検出された場合、特に、メトロロジを迅速かつ高速に実行できるので同一バッチ内の別の基板がまだ処理されていない場合、後続基板の露光に対して調整を行うことができる。また、すでに露光済みの基板を、歩留まりを向上させるためにはぎ取って再加工するか、又は廃棄することによって、不良であるとわかっている基板上で更に処理を実行することを回避できる。１つの基板のいくつかのターゲット部分のみが不良である場合は、良好なターゲット部分にのみ更に露光を実行することができる。

[0039] 図１には、製造プロセス中の所望の段階で製品のパラメータを測定するために提供されるメトロロジ装置１４０も示されている。最新のリソグラフィ生産設備におけるメトロロジ装置の一般的な例は、例えば角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータのようなスキャトロメータであり、装置１２２におけるエッチングに先立って１２０において現像済み基板の特性を測定するために適用可能である。メトロロジ装置１４０を使用して、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンション（ＣＤ）等の重要な性能パラメータが現像済みレジストにおける指定された精度の要件を満たさないことが判定され得る。エッチングステップに先立って、現像済みレジストをはぎ取り、リソクラスタを介して基板１２０を再処理する機会が存在する。周知のように、装置１４０からのメトロロジ結果１４２を用いて、監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ１０６が経時的にわずかな調整を行うことにより、リソクラスタにおいてパターニング動作の高精度の性能を維持することができ、それによって、製品が規格外れになること及び再加工が必要になることといった製品のリスクを最小限に抑えることが可能となる。むろん、メトロロジ装置１４０及び／又は他のメトロロジ装置（図示せず）を適用して、処理済みの基板１３２、１３４及び入来する基板１３０の特性を測定することも可能である。

[0040] 本開示は、製造プロセスを施されている基板においてプロセス効果を補正するための補正の適用に関する。リソグラフィ製造プロセスの例において、基板は、パターニングステップでパターンが適用されると共に物理及び化学プロセスステップによって構造が形成される半導体ウェーハ又は他の基板である。記載例におけるプロセス補正は、パターニングステップで適用される補正であり、具体的には、基板上の既存のフィーチャに対する適用されたパターンの正確な位置決めを制御するための補正である。これらの補正は例えば、リソグラフィ装置によって適用される露光ごとの補正すなわちＣＰＥとすることができる。あるいは、補正は、全体的な製造プロセス内の別のプロセスステップの制御における補正であってもよい。

[0041] 上記の導入部で検討したように、ＣＰＥは、基板全体にわたる個々のフィールドロケーションにおいて補正を規定し適用することを可能とする機構である。これらの補正は、例えば図１の生産設備でパターニング動作が施される、事前に処理された基板の測定に基づいている。本開示の目的のため、上述のＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号に記載されているタイプのプロセスシグネチャモデルを用いて補正を計算すると仮定する。ＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号の全内容は参照により本願に含まれる。プロセスシグネチャモデルの原理については、ここでは詳細に繰り返さない。

[0042] 図２は、図１の半導体製造設備内で、本開示の原理に従って補正を生成する方法を示すフロー図である。この方法は、本例では、ＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号に記載された方法に基づいている。既知の方法に対応するステップ２００〜２３０について以下で記載する。次いでステップ２４０について記載する。ステップ２４０は、プロセスシグネチャモデルからのデータと実際の測定データとを組み合わせてプロセス効果の変更推定（ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｅ）を生成することにより、本明細書に開示される変更を実装する。これと同じ変更を、ＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号に開示されたもの以外の方法の状況に適用することも可能である。

[0043] 第１のステップ２００では、例えばメトロロジ装置１４０を用いて基板ウェーハの測定を実行する。測定は、適切なメトロロジターゲットが形成されている多数のロケーションにおいて、特定の性能パラメータ（例えばオーバーレイ）が理想（ゼロオーバーレイ）から逸脱している量を含む。測定される多数のターゲットは、単に利用可能ターゲットのサンプルである場合がある。サンプルは、ＷＯ２０１５１１０１９１Ａ１号に開示されているもののような最適化方法を用いて決定できる。プロセスシグネチャモデルによってアップサンプリングが実行されるので、サンプルの数は、以前のＣＰＥ技法を実行するために必要な数よりも少ない可能性がある。

[0044] 推定ステップ２１０では、プロセスシグネチャモデル又は「フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）」モデルを用いて、理想からのこの逸脱を記述するように測定データを適合させる。このステップは、逸脱を特徴付けるのに充分な最小数のパラメータを用いてロバストに実行される。これらの逸脱の根本的原因は、リソグラフィ装置１００の外部でのウェーハ処理、リソグラフィ装置自体、又はそれらの組み合わせであり得る。

[0045] プロセスシグネチャモデルは、パターニング動作で制御できる作動パラメータに限定されるのではなく、プロセスシグネチャを表現するように設計できる。一実施形態において、フィンガープリントモデルは、半径及び接線のオーバーレイ成分のゼルニケ関数を使用する。ウェーハプロセスツールの典型的なジオメトリは円対称であるので、ゼルニケモデルは、そのようなツールのフィンガープリント特性に良好に適合する。これと同じ理由で、半径及び接線の（すなわち半径方向に垂直な）成分のオーバーレイを記述すること（Ｘ成分及びＹ成分とは対照的に）により、良好な適合を提供できる。プロセスフィンガープリントを特徴付けるために使用できる他のモデルは、動径基底関数（Ｒａｄｉａｌ Ｂａｓｉｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、フーリエ級数、及び多項式級数（例えばルジャンドル（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ））がある。典型的なプロセス機器フィンガープリントでは、ｒ、シータ、又はＸ、Ｙに加えて、スキャン方向、スキャン速度、又は露光シーケンスのような追加パラメータをモデルに組み込むことができる。

[0046] 次のステップ５２０では、ウェーハ上の任意のロケーションについてノイズ低減測定を計算し、従って測定ロケーションからモデルを切り離すことができる。この結果、高密度の格子について計算されたフィンガープリントが得られる。言い換えると、モデルは、アップサンプリング関数及びノイズ低減を提供する。このステップでは、ダイレイアウトを考慮に入れることができる。例えば、ウェーハ上の完全な（従って潜在的に歩留まりの高い（ｙｉｅｌｄｉｎｇ））ダイについてのみ格子を計算することができる。

[0047] ステップ５３０では、プロセスシグネチャモデルを用いて、露光ごとの必要な補正を計算する。これは、プロセスモデルからの推定プロセスシグネチャをリソグラフィ装置の作動モデルに適合させることによって実行される。プロセスシグネチャモデルを用いてウェーハ上の任意のロケーションについて必要な補正値を推定できるので、このステップではリソグラフィプロセスの全ての自由度を使用することができる。例えば、パラメータの数は、１露光フィールド当たり６よりも多いか又は１０よりも多い可能性がある。１つの特定の実施形態では、１フィールド当たり１５のパラメータが用いられる。補正値の推定は、推定プロセスフィンガープリントモデルの内挿補間及び外挿補間を用いて実行できる。

[0048] ＵＳ２０１４０８９８７０Ａ１号で説明されているように、プロセスシグネチャモデルは、アップサンプリングだけでなく、ある程度のノイズ低減も提供する。しかしながら本発明者らは、このノイズ低減において、計算された補正の改善のため実際に使用できる一部の有用な情報が測定データから失われることを認識している。このことは例えば、ウェーハエッジの近くで発生するもののように極めて局所的な効果に当てはまる。これらの効果はあまりにも局所的であるためにモデルで表現できないので、事実上ノイズとして捨てられる。既知の手法内での唯一の解決策は、モデルパラメータの数を増やすこと、及び／又は異なるタイプのモデルを追加することである。前者の手法は概して多くの追加の測定を必要とし、後者の手法は著しい複雑さを生じる。

[0049] 再び図２を参照すると、本開示の方法におけるステップ２４０は、ステップ２００からの実際の測定データと、プロセスシグネチャモデルによって推定された値との組み合わせを行う。これにより、プロセスシグネチャモデルのみを用いる代わりに、作動モデルで使用できるプロセス効果の変更推定を提供する。基板の局所領域における実際の値は、ノイズとして無視されることなく、最終的な補正に影響を与えることができる。ここで、方法を説明すると共に１つの可能な実装を記載するため、例示としての一例を提供する。

[0050] 次に図３を参照すると、一例として実際の生産設備において多数のウェーハで測定されたオーバーレイの図を用いて、図２の方法のステップが示されている。実装に応じて、また、この方法がセットアップ段階又は現在進行中の生産段階のどちらに適用されているかに応じて、これらのウェーハは生産ウェーハ又は較正ウェーハであり得る。本技法は、特に生産段階での適用向けに開発されているので、測定されるウェーハは生産ウェーハであると仮定される。図の右上に、ウェーハ（基板Ｗ）の概略的なレイアウトが３０２で示されている。基板のエリアは規則的な格子パターンのフィールドに分割されている。１つのフィールド３０４が強調表示されている。これらのフィールドは、リソグラフィ装置１００によって実行されるパターニング動作でパターンが適用される部分を形成する。

[0051] 図１の生産設備において１以上の層を処理した後、メトロロジ装置１４０を用いて、ウェーハ又は代表的なサンプルのウェーハセットを測定する。これは図２の方法のステップ２００である。対象のウェーハは、例えば図１に１２０、１３２、又は１３４と標示されたもののいずれかであり、パターニング動作、１以上の物理及び化学処理ステップを施されたものであり得る。オーバーレイメトロロジの場合、（例えば）現像ステップ１１２の後に現像済みレジスト層に形成されているフィーチャを含むメトロロジターゲットの測定を行うことができ、その下の層に形成されたフィーチャは、物理及び化学ステップ並びに以前のパターニング動作によって形成されている。従ってオーバーレイ測定は、アライメントステップ及びレジスト層にパターンをプリントする際の他の補正によって補正されなかったプロセス誘起の歪みの成分を明らかにすることができる。露光ごとの補正（ＣＰＥ）は、こういった補正されていないエラーを低減しようとするものである。

[0052] 測定データ３１０は、図中でベクトルによって表現されたオーバーレイサンプルを含む。各ベクトルはＸ成分及びＹ成分を有し、これらは別個に測定されて別個の性能パラメータと見なされ得るが、例示のプロットのため組み合わせることができる。測定値は単一のウェーハからのものであり得るが、より一般的には、測定は、例えば４から６のウェーハのような数個のウェーハにおいて繰り返され、平均化される。サンプルの分布は、上述のような最適化方法によって決定されている。ウェーハのエッジの近くでは、わずかにサンプルの密度が高くなっていることがわかる。エッジ上のサンプルは、平均オーバーレイよりも有意に大きいサンプル３１２を含み、これはよく見られることである。従来、そのような効果は単にウェーハのエッジで機能製品ダイの歩留まりを低下させるだけであり得る。しかしながら、理想的には、これらの効果がリソツールの作動システムにおける自由度を用いて補正できるならば、良好なデバイスの歩留まりを上げることができる。

[0053] ３１４では、パラメータ化プロセスシグネチャモデルを用いてステップ２１０、２２０で生成されたプロセス誘起オーバーレイの推定が示されている。明らかにわかるように、このモデルは、ステップ２００で測定されたものだけでなく、基板上の任意の所望のロケーションで推定値を与える。このアップサンプリング効果は、上述のように有益である。同時に、測定データにおけるノイズが除去される。ノイズ低減機能の副産物として、言い換えると、モデルの形態とパラメータ数が限られているために、エッジサンプル３１２における大きいオーバーレイ等のいくつかの実際の効果は、実際の状況を表していない推定３１２’によって置き換えられる。

[0054] 変更された方法において、ステップ２４０を実行し、実際の測定を利用できるサンプル位置で、推定値の一部又は全てを置き換える。この結果、いくつかのロケーションではモデルからの推定値３１８が与えられていると共に他のロケーションでは実際の測定３１２が与えられている推定３１６が生成される。この方法を実行して、利用可能な測定が存在する場所で全ての値を置き換えるか、又はそれらの一部のみを置き換えることができる。例えば、問題がエッジ効果だけである場合、ステップ２４０を実行して基板の外側領域においてのみ、例えば半径の０．８又は０．９よりも大きい領域においてのみ、値を置き換えることができる。別の事例では、中央領域において実際の測定の方が大きい値である場合がある。他の事例では、各フィールドの特定の部分において測定データの方が大きい値である場合がある。

[0055] 測定データとモデルデータとを組み合わせて変更推定を生成する方法は、単純な値の置き換えに限定する必要はない。より一般化すると、測定データとモデルデータとを組み合わせて変更推定を生成する方法は、基板の全ての領域で同じである必要はない。状況によっては、例えばモデル推定値及び測定データを平均化することによってそれらを組み合わせることが好適であり得る。他の事例では、１つのサンプルポイントにおける測定データが近くのサンプルポイントにおける推定値に影響を及ぼす（すなわち、ある程度測定値から外挿補間される）ことが望ましいと考えられ得る。むろん、不注意な外挿補間は人為的なエラーを招く恐れがある。外挿補間は全ての方向で同一である必要はない。例えばエッジ領域では、半径方向よりも接線又は円周方向でより大きく外挿補間を適用することができる。これらの変形は全て添付の特許請求の範囲内である。

[0056] ３２０に、リソグラフィ装置１００の作動モデルを用いて推定３１６から生成した補正が示されている。これを見てわかるように、作動モデルにおいて達成できる制御度には制限があるが、測定値３１２のいくつかは、プロセスモデルのみを用いた場合には可能でない様式で明らかに補正に影響を与えている。

結論
[0057] 結論として、本開示は、元の測定データから有用な情報を失うことなくプロセスモデルを利用する、補正を規定する際に使用される推定を生成する方法を提供する。特に、極めて局所的なプロセス効果の場合、プロセスモデルの複雑さを過度に増すことなくこれらを考慮に入れることができる。

[0058] 開示される方法によって、追加の測定を必要とせずに、又は測定数を減らしても、オーバーレイ等の性能パラメータを改善することができる、リソグラフィ装置及びリソグラフィ装置を動作させる方法を提供することが可能となる。追加のコンテキスト情報を用いて又はこれを用いることなく、動的な選択を実行することができる。他の場合には生じる性能の損失なしに、スループットを維持及び／又は増大させることができる。

[0059] 測定データとモデルとを組み合わせるステップは、図１の設備内の任意の場所に位置するか又はこの設備から物理的に遠隔にあり得る任意の適切な処理装置において実行できる。本発明の実施形態は、上述のようなプロセスモデル値と測定値とを組み合わせる方法を記述する機械読み取り命令の１以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを用いて実装できる。このコンピュータプログラムは、例えば図１の制御ユニットＬＡＣＵ内、又は例えばメトロロジ装置１４０を含むメトロロジシステム内の他の何らかのコントローラ、又は高度プロセス制御システムもしくは別個の勧告ツール（ａｄｖｉｓｏｒｙ ｔｏｏｌ）において実行され得る。また、そのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータストレージ媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）も提供することができる。

[0060] ＣＰＥ補正は、図１の監視制御システムにおいて又はリソツール制御ユニットＬＡＣＵにおいて生成することができる。それらを遠隔システムで生成し、その後設備へ伝達してもよい。プロセスモデル及び測定データを別々に処理装置へ送出し、次いで処理装置が、補正を生成する一部としてそれらを組み合わせてもよい。あるいは、プロセスモデル及び測定データを組み合わせて変更推定を生成し、次いでこれを、補正の生成を担う処理装置又はソフトウェアモジュールへ送出してもよい。その場合、後者のモジュールを既存の形態から変更する必要はない。変更推定を生成する処理装置は、別個の装置であるか、又はメトロロジ装置１４０を含むメトロロジシステムの一部であり得る。

[0061] 実施形態は以下の条項を用いて更に記載することができる。
条項１．製造プロセスにおいて使用するための補正を計算する方法であって、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
適合させたプロセスモデルに少なくとも部分的に基づいて補正を計算することと、
を含み、補正の計算は、適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、測定された性能パラメータに部分的に基づく、方法。
条項２．補正の計算は、測定ステップにおいてサンプリングされた１以上のロケーションでは主として測定された性能パラメータに基づき、かつ、他のロケーションでは主として適合させたプロセスモデルの値に基づく、条項１に記載の方法。
条項３．適合させたプロセスモデルは、測定された性能パラメータにおいて表現されたサンプリングロケーションよりも高いサンプリング密度で値を提供する、条項１又は２に記載の方法。
条項４．製造プロセスは、基板にパターンが適用されるリソグラフィパターニングステップを含み、計算された補正はパターニングステップで使用するためのものである、条項１から条項３のいずれかに記載の方法。
条項５．計算された補正は、適用されたパターンの位置決めの制御に使用するためのものである、条項４に記載の方法。
条項６．パターニングステップにおいて、パターンは各基板における複数のフィールドロケーションで繰り返し適用され、計算された補正はフィールドロケーションによって変化する、条項４又は５に記載の方法。
条項７．性能パラメータは複数の基板にわたって測定され、それらの基板からの測定値は測定性能パラメータとして使用するために組み合わされる、条項１から６のいずれかに記載の方法。
条項８．性能パラメータはオーバーレイである、条項１から７のいずれかに記載の方法。
条項９．製造プロセスの監視において使用するための測定を取得するためのメトロロジシステムであって、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定するためのインスペクション装置と、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させ、製造プロセスにおける補正対象であるプロセス効果の推定を生成するための処理装置と、
を備え、処理装置は、適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、測定された性能パラメータに部分的に基づいて、プロセス効果の推定を生成するように構成されている、メトロロジシステム。
条項１０．処理装置は、インスペクション装置によって測定された１以上のロケーションでは主として測定された性能パラメータに基づき、かつ、他のロケーションでは主として適合させたプロセスモデルの値に基づいて、プロセス効果の推定を生成するように構成されている、条項９に記載のメトロロジシステム。
条項１１．適合させたプロセスモデルは、測定された性能パラメータにおいて表現されたサンプリングロケーションよりも高いサンプリング密度で値を提供する、条項９又は１０に記載のメトロロジシステム。
条項１２．インスペクション装置は、多数の基板にわたって性能パラメータを測定するように構成され、処理装置は、プロセスモデルの適合において多数の基板からの測定値を組み合わせるように構成されている、条項９、１０、又は１１に記載のメトロロジシステム。
条項１３．少なくとも１つの処理装置及びコントローラと組み合わせられ、コントローラは、生成されたプロセス効果の推定に基づいて補正を計算するように、更に、計算された補正を１以上の基板の処理において使用するよう処理装置を制御するように構成されている、条項９から１２のいずれかに記載のメトロロジシステムを備える製造システム。
条項１４．処理装置はリソグラフィ装置であり、コントローラは、基板にパターンが適用されるリソグラフィパターニングステップを制御するように構成されている、条項１３に記載の製造システム。
条項１５．計算された補正は適用されたパターンの位置決めの制御に使用するためのものである、条項１４に記載の製造システム。
条項１６．リソグラフィ装置は、各基板における複数のフィールドロケーションでパターンを繰り返し適用するように構成され、補正はフィールドロケーションによって変化する、条項１４又は１５に記載の製造システム。
条項１７．基板上の１以上の層にパターンを適用することと、基板を処理して機能デバイスフィーチャを生成することと、を含むデバイス製造方法であって、層のうち少なくとも１つの処理は、条項１から８のいずれかに記載の方法によって計算された補正を用いて制御される、デバイス製造方法。
条項１８．プログラマブルデータ処理装置を、条項９から１２のいずれかに記載のメトロロジシステムの処理装置として機能させるための命令を含む、コンピュータプログラム製品。
条項１９．基板における性能パラメータをモデリングする方法であって、
１以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
基板上に存在するプロセス効果の推定を生成することと、
を含み、プロセス効果の推定は、適合させたプロセスモデル及び測定された性能パラメータの双方を用いて生成される、方法。
条項２０．生成されたプロセス効果の推定は、測定ステップにおいて測定されたサンプリングロケーションのうち１つ以上では主として測定された性能パラメータに基づき、かつ、他のロケーションでは主として適合させたプロセスモデルの値に基づく、条項１９に記載の方法。
条項２１．適合させたプロセスモデルは、測定された性能パラメータにおいて表現されたサンプリングロケーションよりも高いサンプリング密度で値を提供する、条項１９又は２０に記載の方法。
条項２２．性能パラメータは多数の基板にわたって測定され、多数の基板からの測定値はプロセスモデルの適合に使用するために組み合わされる、条項１９、２０、又は２１に記載の方法。
条項２３．プログラマブルデータ処理装置に、条項９から１２のいずれかに記載の方法におけるプロセス効果の推定を生成させるための命令を含むコンピュータプログラム製品。

[0062] 上述のように、リソグラフィ製造プロセスのパターニングステップは、本開示の原理を適用できる単なる一例に過ぎない。リソグラフィプロセスの他の部分、及び他のタイプの製造プロセスも、本明細書に開示されるように変更推定及び補正の生成から利益を得ることができる。

[0063] これら及びその他の変更及び変形は、本開示を検討することから、当業者によって想定することができる。本発明の広さ及び範囲は上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されず、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）に従ってのみ規定されるものとする。

Claims (15)

1. 製造プロセスにおいて使用するための補正を計算する方法であって、
   １以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
   前記測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
   前記適合させたプロセスモデルに少なくとも部分的に基づいて前記補正を計算することと、
   を含み、前記補正の前記計算は、前記適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、前記測定された性能パラメータに部分的に基づく、方法。
2. 前記補正の前記計算は、前記測定ステップにおいてサンプリングされた１以上のロケーションでは主として前記測定された性能パラメータに基づき、かつ、他のロケーションでは主として前記適合させたプロセスモデルの値に基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記適合させたプロセスモデルは、前記測定された性能パラメータにおいて表現された前記サンプリングロケーションよりも高いサンプリング密度で値を提供する、請求項１に記載の方法。
4. 前記製造プロセスは、基板にパターンが適用されるリソグラフィパターニングステップを含み、前記計算された補正は前記パターニングステップで使用するためのものである、請求項１に記載の方法。
5. 前記計算された補正は前記適用されたパターンの位置決めの制御に使用するためのものである、請求項４に記載の方法。
6. 前記パターニングステップにおいて、前記パターンは各基板における複数のフィールドロケーションで繰り返し適用され、前記計算された補正は前記フィールドロケーションによって変化する、請求項４に記載の方法。
7. 前記性能パラメータは複数の基板にわたって測定され、それらの基板からの測定値は前記測定性能パラメータとして使用するために組み合わされる、請求項１に記載の方法。
8. 前記性能パラメータはオーバーレイである、請求項１に記載の方法。
9. 製造プロセスの監視において使用するための測定を取得するためのメトロロジシステムであって、
   １以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定するためのインスペクション装置と、
   前記測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させ、前記製造プロセスにおける補正対象であるプロセス効果の推定を生成するための処理装置と、
   を備え、前記処理装置は、前記適合させたプロセスモデルに部分的に基づき、かつ、前記測定された性能パラメータに部分的に基づいて、前記プロセス効果の推定を生成するように構成されている、メトロロジシステム。
10. 前記処理装置は、前記インスペクション装置によって測定された１以上のロケーションでは主として前記測定された性能パラメータに基づき、かつ、他のロケーションでは主として前記適合させたプロセスモデルの値に基づいて、前記プロセス効果の推定を生成するように構成されている、請求項９に記載のメトロロジシステム。
11. 前記インスペクション装置は、多数の基板にわたって性能パラメータを測定するように構成され、前記処理装置は、前記プロセスモデルの前記適合において前記多数の基板からの測定値を組み合わせるように構成されている、請求項９に記載のメトロロジシステム。
12. 少なくとも１つの処理装置及びコントローラと組み合わせられ、前記コントローラは、前記生成されたプロセス効果の推定に基づいて補正を計算するように、更に、前記計算された補正を１以上の基板の処理において使用するよう前記処理装置を制御するように構成されている、請求項９に記載のメトロロジシステムを備える製造システム。
13. 基板上の１以上の層にパターンを適用することと、前記基板を処理して機能デバイスフィーチャを生成することと、を含むデバイス製造方法であって、前記層のうち少なくとも１つの処理は、請求項１に記載の方法によって計算された補正を用いて制御される、デバイス製造方法。
14. 基板における性能パラメータをモデリングする方法であって、
    １以上の基板においてサンプリングロケーションで性能パラメータを測定することと、
    前記測定された性能パラメータにプロセスモデルを適合させることと、
    前記基板上に存在するプロセス効果の推定を生成することと、
    を含み、前記プロセス効果の推定は、前記適合させたプロセスモデル及び前記測定された性能パラメータの双方を用いて生成される、方法。
15. プログラマブルデータ処理装置に、請求項１又は１４のいずれかに記載の方法における前記プロセス効果の推定を生成させるための命令を含むコンピュータプログラム製品。