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2006年8月号
Yield Management
AIMでAl配線のオーバーレイ制御に狙いを定める
Laura Peters
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　AIM(Advanced Image Metrology)ターゲットは、STI(Shallow Trench Isolation)やその他のオーバーレイ測定において従来のボックスインボックス(BiB)方式よりもより優れたプロセス安定性を提供することを証明した。
　独Infineon Technologies社Detlef Hofmann氏は米KLA-Tencor社の研究者らと共に、AIMターゲットが110nm DRAMプロセスのコンタクト第2層とメタル第2層(M2)間で必要なオーバーレイ制御を提供できることを示した。また、リソグラフィ後とエッチング後の測定間のばらつきが改善されたという。さらに、AIMターゲットにより測定器間のばらつきを低減させたとしている。
　高密度DRAMデバイスでは、微細化によって測定ノイズがほとんどマージンを持たないような厳しいプロセス制御が要求される。Al配線プロセスでは、モデル化されたデータと測定データ間の不一致は、他のいかなるプロセスレイヤーより大きい。なぜなら、プロセスが引き起こす回転やスパッタリングプロセスが原因の拡大効果(WIS ：Wafer-induced Shift)に加え、Alの粒状性に関係する空間ノイズがその理由だ。スパッタリングターゲットが消費されるにつれ、これらばらつきが増大する。
図1　従来のBiBオーバーレイ計測ターゲットでは、外側のバー(柵)が大きな粒子の影響を受け、結果としてデータにノイズが含まれる(左図)。外側のバーはAlが充填されたトレンチから作られている。断面図(右)では非対称の様子が示され、それはスパッタリングターゲット寿命に関係する
　WIS効果を補正するため、オーバーレイはリソ後とエッチ後に測定される。そのオーバーレイ測定値の違いをリソ後のWIS効果補正に使用する。信頼できるWIS修正を維持するため、リソ後とエッチ後のオーバーレイの違いは安定していなければならない。
　図1はM2レイヤーでの従来のBiB方式によるオーバーレイ計測ターゲットの限界を示している。Al粒子が原因で外側のバー(柵)がギザギザになっており、ターゲット世代によって非対称な結果を生む。AIMターゲット(図2)では、各方向の複数のバーにより平均化され、高精度、低ノイズの結果がもたらされる。
BiB方式でのバー幅よりトレンチサイズが小さいと、Alスパッタリングが原因のWIS効果が減少する。研究者はAl粒子サイズに関連するノイズを減少させるため、AIMターゲットサイズと負荷サイクル(ライン/スペース)を最適化した。最初の設計ではAl粒子の中には外側バーのトレンチ幅より大きくなるものもあり、隣り合ったバーを部分的に接続してしまうためノイズが多すぎる結果となった。しかし、再設計されたAIMターゲットは負荷サイクルが高く全体的なターゲットサイズが小さくなった。
図2　最初のAIM設計におけるM2レイヤーのグレーチングターゲットは、複数のバー(柵)と平均化の向上が特徴だったが、測定ノイズの問題は残されていた(左図)。再設計されたAIMでは負荷サイクル(ライン/スペース)が向上し、フットプリントが小さくなった(右図)
　InfineonとKLA-Tencorの研究者らは、実際の製造条件下での性能を実証するため、AIMとBiBのターゲットを制御実験と長期パイロットランでテストした。AIM方式はBiB方式に比べ2倍の動的測定再現性を示した。シングルロットの実験から得られたモデル化された回転とウェーハ拡大のWIS効果(エッチ後とリソ後のデータ)は、AIMのバーが複数でトレンチサイズが小さいことから、AIMターゲットの方がBiBより小さかった。
　長期ランでは複数のスパッタリング装置、露光装置、スパッタリング装置内のばらつきなどプロセス制御に注目した。BiBからAIMターゲットへの変換によって、より安定したRun-to-Run制御が可能となる。AIMターゲットにより、プロセスの課題の特定が早くなり、安定したプロセス制御を達成するための時間が短縮された。

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