JP2003017393A - 測定システムおよび測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定ポイント数を増やすことなく測定データ
の信頼性を上げて、システム等の状態変動を検出する。 【解決手段】 ＣＤ−ＳＥＭ１は、何枚かのウェハーを
単位としたロット毎にレジストパターンの線幅を測定
し、測定データをデータベース４に記憶して行く。ホス
トコンピュータ２は、測定対象のロットの測定データを
取得すると、このロットの直近で同一条件で処理された
複数ロットの測定データをデータベース４から呼び出
し、これら測定データから移動平均値を求める。そし
て、この移動平均値を予め定められた規格値と比較する
ことで、状態の変動を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定データにばら
つきが生じる測定工程に至る工程での状態変動を検出す
る測定システムおよび測定方法に関する。詳しくは、測
定対象物を測定して得た測定データと過去の測定で記憶
しておいた測定データから判定対象値を算出し、これを
予め定められた規格値と比較して、状態変動の判定を行
うことで、測定ポイント数を増やすことなく測定データ
の信頼性を上げて、状態の変動を検出することとしたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】０．２５μｍルール以下の半導体デバイ
スにおいては、リソグラフィ工程に要求されるレジスト
パターンの線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏ
ｎ：以下、ＣＤ）制御精度は非常に厳しく、数ｎｍレベ
ルの線幅変動でも半導体デバイスの品質／デバイス特性
へ与える影響は著しい。例えば、０．２５μｍルールの
半導体デバイスで、ゲート電極の線幅が数ｎｍ変動して
いるだけで、Ｉｓｂ（スタンバイモード時に流れる電
流）不良や、トランジスタ（Ｔｒ）スピード特性の変動
が発生する。

【０００３】図４は線幅変化とＩｓｂ不良率の関係を示
すグラフである。ターゲット線幅を０．２３μｍとした
場合で、実際に形成されたパターンの線幅が０．２２５
μｍであったとする。この場合、線幅が５ｎｍ減少した
だけで、Ｉｓｂ不良率が１０％上がることが分かる。

【０００４】一方、現在、半導体デバイスの製造現場で
レジストパターンの線幅等を測定する測定手段として、
ＣＤ−ＳＥＭ（ＳＥＭ＝Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）が
使用されている。このＣＤ−ＳＥＭの測長再現精度は、
比較的測定しやすいパターンにおいても５ｎｍ程度であ
り、コンタクトホール等のパターンエッジ検出が難しい
ものではそれ以下の測長精度しか有していない。

【０００５】０．２５μｍルールで形成されたレジスト
パターンは、±１〜２ｎｍ程度の変動が許容されるが、
ＣＤ−ＳＥＭの測長精度が５ｎｍ程度であるため、レジ
ストパターンを測定した際に得られる測定データは、実
際の寸法に対してばらつきが生じることが避けられな
い。

【０００６】さて、半導体デバイスの製造現場では、上
述したＣＤ−ＳＥＭの測定データのばらつきのようなラ
ンダムな変動（正規分布、制御不可）の他に、何らかの
状態変動に伴う「プロセスシフト」（正規分布によらな
いシステマティックな変動）が発生することがある。例
えば、リソグラフィ工程で使用される露光装置の光源を
交換した際、露光量が変化してしまう場合等はプロセス
シフトになる。露光装置では、露光量の変化により形成
されるレジストパターンの線幅が変動してしまうので、
このようなプロセスシフトを早期に検出し、是正するこ
とは非常に重要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの製造
現場では、通常、製作工程の次に検査のための測定工程
があり、例えばリソグラフィ工程では、ウェハー上にレ
ジストパターンを形成した後、これが規格通りであるか
等を検査を行っている。このため、製作工程で何らかの
プロセスシフトが発生した場合に、これを測定工程で検
出することが考えられる。この場合、プロセスシフトに
比べてランダム変動が無視できる程小さければ、プロセ
スシフトの検出は容易である。

【０００８】しかしながら、半導体デバイスの製造現場
では、例えば、露光装置の露光量変化によるプロセスシ
フト、ここでは形成されるレジストパターンの線幅の変
動に比べて、ＣＤ−ＳＥＭの測長精度に起因するランダ
ムな変動、ここでは、レジストパターンの測定により得
られる測定データのばらつき等が同等あるいは同等以上
となっているという問題がある。

【０００９】このように、測定データのばらつきが大き
いと、ランダム変動の中にプロセスシフトが埋もれてし
まうことが多々あり、このことによりプロセスシフトの
検出／是正が遅れてしまうという問題がある。

【００１０】測定データのばらつきを改善する１つの方
法として、サンプリングポイント数を増やす、あるいは
同一ポイントの繰り返し測定数を増やす方法がある。例
えば、測定ポイント数Ｎを増やすことで、バラツキは１
／√Ｎ倍になる。しかしながら、これは処理時間が長く
なることから、いたずらに測定ポイントを増やすことは
好ましくない。

【００１１】本発明は、こうした問題点を解決するため
になされたもので、測定ポイントを増やすことなく測定
データの信頼性を上げて、状態の変動を検出することが
可能な測定システムおよび測定方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る測定システ
ムは、測定データにばらつきが生じる測定工程に至る工
程での状態変動を検出する測定システムにおいて、測定
対象物を測定する測定手段と、前記測定手段での測定で
得られた測定データを記憶して行く記憶手段と、前記測
定手段で測定対象物を測定することで得られた測定デー
タと前記記憶手段に記憶してある過去の測定データから
判定対象値を算出し、これを予め定められた規格値と比
較して、状態変動の判定を行う制御手段とを備えたもの
である。

【００１３】また、本発明に係る測定方法は、測定デー
タにばらつきが生じる測定工程に至る工程での状態変動
を検出する測定方法において、測定対象物を測定して測
定データを得るステップと、前記取得した測定データを
記憶して行くステップと、前記取得した測定データと過
去の測定で記憶しておいた測定データから判定対象値を
算出するステップと、前記算出した判定対象値と予め定
められた規格値を比較し、状態変動の判定を行うステッ
プとを含むものである。

【００１４】上述した本発明に係る測定システムおよび
測定方法は、測定工程に至る工程で作成された測定対象
物の例えば寸法を測定するとともに、この測定データを
記憶して行く。そして、測定対象物を測定することで得
られた測定データと過去の測定で記憶しておいた測定デ
ータから判定対象値を算出し、これを予め定められた規
格値と比較して、測定工程に至る工程での状態変動の有
無の判定を行う。これにより、測定ポイント数を増やす
ことなく、測定データの信頼性を上げることができ、し
たがって、測定データにばらつきが生じる測定工程で
も、状態変動の検出が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の測定システムの実
施の形態の一例を示すブロック図である。本実施の形態
の測定システムは、リソグラフィ工程において、図示し
ない露光装置等によりウェハー上に形成されたレジスト
パターンを測定対象物として、その線幅を測定する測定
手段としてのＣＤ−ＳＥＭ１と、ＣＤ−ＳＥＭ１で取得
した測定データからプロセスシフトの検出等を行う制御
手段としてのホストコンピュータ２とで構成される。こ
こで、ウェハー上に形成されたレジストパターンの線幅
を測定する工程では、何枚かのウェハーを単位としたロ
ット毎に測定が行われる。

【００１６】ＣＤ−ＳＥＭ１とホストコンピュータ２と
はネットワーク３で接続され、このネットワーク３を介
して、ＣＤ−ＳＥＭ１とホストコンピュータ２は各種デ
ータの授受を行う。ホストコンピュータ２には、データ
ベース４が設けられる。このデータベース４には、ＣＤ
−ＳＥＭ１で取得した測定データ、ＣＤ−ＳＥＭ１で使
用される測定レシピ等を記憶する記憶手段を構成する。
ＣＤ−ＳＥＭ１は、このデータベース４に記憶されてい
る測定レシピをホストコンピュータ２から取得し、測定
対象のロットの各ウェハーの線幅測定を行う。

【００１７】このＣＤ−ＳＥＭ１で取得した測定データ
は、ホストコンピュータ２に通知され、データベース４
に記憶される。そして、ホストコンピュータ２は、測定
対象のロットの測定データと、過去の測定で記憶してお
いた測定データの内、測定対象のロットの直近で、この
ロットと同一条件下でリソグラフィ工程での処理を行っ
た複数ロットの測定データの移動平均値を算出する。

【００１８】この移動平均値が、測定対象のロットの各
ウェハーに形成されたレジストパターンの線幅が予め定
められた規格に収まっているか判断するための判定対象
値となる。そして、この算出した移動平均値が予め定め
られた規格値に収まっているかを判定することで、露光
装置等におけるプロセスシフトの発生の有無を検出す
る。

【００１９】図２は本発明の測定方法の実施の形態の一
例を示すフローチャートである。ここで、本実施の形態
の測定方法は、例えば図１に示す測定システムにより実
現できるものであり、以下、本実施の形態の測定方法
を、本実施の形態の測定システムの動作として説明す
る。

【００２０】ＣＤ−ＳＥＭ１は、測定対象となるロット
を特定するロットＩＤ（ＬｏｔＩＤ）をホストコンピュ
ータ２（Ｈｏｓｔ）へ通知し、この測定対象のロットを
構成するウェハーに対応する測定レシピをホストコンピ
ュータ２へ問い合わせる（ステップ）。

【００２１】ホストコンピュータ２は、ＣＤ−ＳＥＭ１
からロットＩＤの通知を受けると、対応する測定レシピ
をＣＤ−ＳＥＭ１へダウンロードする（ステップ）。
ＣＤ−ＳＥＭ１では、測定対象のロットを受け入れ、リ
ソグラフィ工程でウェハー上に形成されたレジストパタ
ーンの線幅を、ホストコンピュータ２から受けた測定レ
シピに基づいて測定する（ステップ）。

【００２２】ＣＤ−ＳＥＭ１は、測定対象のロットを測
定することで取得した測定データをホストコンピュータ
２に通知する。ホストコンピュータ２は、測定データを
受けて、これをロットＩＤに対応付けてデータベース４
に記憶する。ここで、ネットワーク３には、リソグラフ
ィ工程で使用される図示しない露光装置等が接続されて
いる。そして、リソグラフィ工程では、処理を行った日
時、使用した露光装置名、露光装置で使用したレチクル
名、露光装置で使用したプログラム名等が、ロットＩＤ
に対応付けられてデータベース４に記憶される。これに
より、データベース４を参照することで、ロット毎の測
定データに加え、そのロットが何時、どの露光装置でど
のような処理工程を経てレジストパターンが形成された
か認識可能となる。

【００２３】さて、ホストコンピュータ２は、データベ
ース４を検索して、上述したステップで測定を行った
ロットの直近で、このロットと同一条件でリソグラフィ
工程での処理を行ったロットの有無を判断する。そし
て、直近に同一条件で処理を行った所定数のロットがあ
る場合は、これらロットの測定データをデータベース４
から呼び出す（ステップ）。

【００２４】ここで、リソグラフィ工程において、ロッ
ト間で同一品種であるとは、例えばロット間で使用され
るレチクルが同一であることとする。また、ロット間で
同一工程であるとは、例えば、ロット間でレチクルの使
用順番、下地構造等が同一であることとする。さらに、
ロット間で同一装置であるとは、例えば、ロット間で使
用される露光装置が同一であることとする。

【００２５】そして、リソグラフィ工程において、同一
品種であるという条件、同一工程であるという条件、お
よび同一装置であるという条件の全てを満たす場合、あ
るいは所定のいくつかの条件を満たす場合、ロット間で
同一条件で処理を行ったとみなすものとする。

【００２６】なお、上述したいくつかの条件を満たす場
合とは、ロット間で同一品種かつ同一工程のリソグラフ
ィ工程、すなわち、同一の製品を製作するためのリソグ
ラフィ工程を、異なる露光装置で行う場合が考えられる
ので、同一品種でかつ同一工程であるという条件を満た
す場合を、ロット間で同一条件で処理を行ったとみなす
ものである。

【００２７】ホストコンピュータ２は、上述したステッ
プでの測定によりＣＤ−ＳＥＭ１から取得した測定デ
ータと、上述したステップの判断で、直近に同一条件
で処理を行った所定数のロットがあると判断した場合
に、データベース４から取得したこの複数ロットの測定
データから、移動平均値を計算する（ステップ）。そ
して、ホストコンピュータ２は、この移動平均値が予め
定められた規格値内に収まっているか判断する（ステッ
プ）。

【００２８】上述したステップの判断で、移動平均値
が規格値に収まっている場合は、このロットを次作業に
送る指示を出す。これに対して移動平均値が規格値内に
収まっていない場合は、露光装置等でプロセスシフトが
発生したと判断する、そして、例えば露光装置の点検を
促すとともに、測定を行ったロットに対して、レジスト
パターンを除去し、再度レジストパターンを作成し直す
リワークの指示を出す（ステップ）。

【００２９】なお、上述したステップの判断で、直近
に同一条件で処理を行ったロットが無いと判断した場合
は、ステップで取得した測定データを用いて、この測
定結果が規格値内に収まっているか判断する。

【００３０】ここで、本実施の形態の測定システムの構
成自体は、現行のシステムと同じで良く、上述したステ
ップとの処理を行うプログラムを追加インストール
するだけで実現可能である。

【００３１】図３は本実施の形態の適用例と従来例を比
較したグラフである。この図３は、０．２５μｍルール
でのリソグラフィ工程での線幅測定結果を示す。ここで
のターゲット線幅は２７５ｎｍであり、規格値を±２ｎ
ｍとする。まず、従来例での結果を実線で示す。この従
来例は、ロット毎の測定データをそのまま用いるもので
あり、この従来例では、ＣＤ−ＳＥＭ１の測長精度に起
因するランダム変動である測定データのばらつきが大き
いため、上述した規格値ではスペック外れを頻発してし
まう。図３では、多数の規格値外れが発生している。こ
れでは、厳しい規格値の適用は現実的に困難であり、プ
ロセスシフトの検出も困難である。

【００３２】これに対して、本実施の形態での結果を破
線で示す。ここでは、移動平均値を計算するロット数
を、測定対象のロットを含め直近１０ロットとした。こ
の例では、３５番目のロット辺りから徐々にシフトし始
めて、４０番目のロットで移動平均値が規格管理値を外
れ、プロセスシフトを検出できていることが分かる。因
みに、３９番目のロットまでの規格値外れ発生はゼロ件
である。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態では、
複数のロットの測定データの平均値、ここでは測定対象
のロットの移行に応じた移動平均値を求めることで、測
定データのロット間でのばらつきを改善することができ
る。また、データベース４に記憶してある過去のロット
の測定データを使用することで、測定対象のロットで測
定ポイントを増やす必要がなく、処理時間の増加を防ぐ
ことができる。

【００３４】なお、本実施の形態では、判定対象値を単
純な移動平均値としたが、例えば、より直近の測定デー
タに重みを加えるといった加重移動平均値を求める処理
を施しても良いし、計算に用いる測定データに有効期限
を設けることで、著しく古い（長い時間が経過した）測
定データを計算に用いない等の応用が可能である。

【００３５】すなわち、データベース４に記憶される測
定データには、リソグラフィ工程での処理を行った日時
が対応付けて記憶されるので、ホストコンピュータ２
は、測定対象のロットに対し、過去のロットの測定デー
タがどの程度直近のものか認識できる。よって、ホスト
コンピュータ２は、測定対象のロットに対してより直近
の測定データを認識し、これらに重みを加えて加重移動
平均値を求める処理を行うことができる。また、予め定
めた期間より前の測定データを除外することができる。
さらに、ステップの中で、一定の精度を確保するため
に、移動平均値算出に用いるデータ数の下限を設け、不
足する場合には、自動的に該ロットでのサンプリング数
を増やす（同一ポイントを繰り返し測定する）等の応用
も可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の測定シス
テムは、測定データにばらつきが生じる測定工程に至る
工程での状態変動を検出する測定システムにおいて、測
定対象物を測定する測定手段と、前記測定手段での測定
で得られた測定データを記憶して行く記憶手段と、前記
測定手段で測定対象物を測定することで得られた測定デ
ータと前記記憶手段に記憶してある過去の測定データか
ら判定対象値を算出し、これを予め定められた規格値と
比較して、状態変動の判定を行う制御手段とを備えたも
のである。

【００３７】また、本発明の測定方法は、測定データに
ばらつきが生じる測定工程に至る工程での状態変動を検
出する測定方法において、測定対象物を測定して測定デ
ータを得るステップと、前記取得した測定データを記憶
して行くステップと、前記取得した測定データと過去の
測定で記憶しておいた測定データから判定対象値を算出
するステップと、前記算出した判定対象値と予め定めら
れた規格値を比較し、状態変動の判定を行うステップと
を含むものである。

【００３８】従って、測定ポイント数を増やすことな
く、測定データの信頼性を上げることができ、これによ
り状態の変動を測定の工程で早期に検出、そして是正す
ることを可能にし、結果として、品質向上に寄与するこ
とができる。また、測定データの信頼性を上げること
で、誤って状態変動を検出することがなく、これによ
り、無駄なリワークを防止することができ、生産性向上
に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定システムの実施の形態の一例を示
すブロック図である。

【図２】本発明の測定方法の実施の形態の一例を示すフ
ローチャートである。

【図３】本実施の形態の適用例と従来例を比較したグラ
フである。

【図４】線幅変化とＩｓｂ不良率の関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１・・・ＣＤ−ＳＥＭ、２・・・ホストコンピュータ、
３・・・ネットワーク、４・・・データベース

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定データにばらつきが生じる測定工程
   に至る工程での状態変動を検出する測定システムにおい
   て、 測定対象物を測定する測定手段と、 前記測定手段での測定で得られた測定データを記憶して
   行く記憶手段と、 前記測定手段で測定対象物を測定することで得られた測
   定データと前記記憶手段に記憶してある過去の測定デー
   タから判定対象値を算出し、これを予め定められた規格
   値と比較して、状態変動の判定を行う制御手段とを備え
   たことを特徴とする測定システム。
2. 【請求項２】 前記測定対象物は、リソグラフィ工程で
   ウェハーに形成されたレジストパターンの線幅であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の測定システム。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記判定対象値とし
   て、前記測定手段で測定対象のレジストパターンを測定
   することで得られた測定データと、前記記憶手段に記憶
   してある過去の測定データから、移動平均値を算出する
   ことを特徴とする請求項２記載の測定システム。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記過去の測定データ
   として、前記測定手段で測定した測定対象のレジストパ
   ターンと同一の条件で直近に作成されたレジストパター
   ンの測定データを前記記憶手段から呼び出すことを特徴
   とする請求項２記載の測定システム。
5. 【請求項５】 測定データにばらつきが生じる測定工程
   に至る工程での状態変動を検出する測定方法において、 測定対象物を測定して測定データを得るステップと、 前記取得した測定データを記憶して行くステップと、 前記取得した測定データと過去の測定で記憶しておいた
   測定データから判定対象値を算出するステップと、 前記算出した判定対象値と予め定められた規格値を比較
   し、状態変動の判定を行うステップとを含むことを特徴
   とする測定方法。