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2006年10月号
Inspection, Measurement and Test
AFM、SEM、OCDツールをキャリブレートする線幅基準
Alexander E. Braun
＊　＊　＊　＊
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　測定に携わっている半導体製造エンジニアは、長年にわたって原子間顕微鏡(AFM)やSEMなどのツールが正しく較正されているかを判断するのに苦心している。これには信頼性と追跡可能性の高いライン幅基準が必要であるが、容易に可能なことではない。
　米NIST(National Institute of Standards and Technology)の半導体電子部門に所属するMichael Cresswellが率いるグループは、電子電気技術、情報技術、製造技術などの研究室のスタッフと共に、米Sematechとのパートナーシップにて単結晶のCD基準材料の次世代プロトタイプを開発した。これらの基準材料は、200mmキャリアウェーハに搭載された10×11mmのSiチップと設定されている。米Sandia国立研究所の提案とサポートにより、グループはMEMS技術を使って、キャリアウェーハそのものだけでなく孤立した線幅内での基準材料を選択するチップ製造の技術として共通であるエッチングの格子面選択型を適用している。
　現在の研究は、最低で70±14nmラインのサンプルを生み出した2004年に得た結果を基にしている。化学が進歩し、制御が精密になったが、二度目の分配では40±2nmほどの線幅をキャリブレートした。2005年にSPIE Microlithographyで概要が報告され、グループはNISTに資金援助を得て更なる研究を行った。このとき、不確実性を1nmに抑えて40nm以下の線幅を生み出すことが目標であった。これは基準特性エッチング化学のさらなる研究を通して達成すると期待されている。最先端技術のアプリケーションに適するほど微細な線幅を生み出すには線幅が明確な特性を製造することが必要となるため、この研究は極めて困難である。基準を実用的にするためには、過剰なラインエッジラフネスがあると「線幅」という概念が意味を失うため、あってはならない。指定線幅が基準特性のどの断面寸法に対して適用されるのか、また基準特性の全体長さに沿ったどこに指定寸法が位置するのかを明らかにできるように、側面は十分に平坦でなければならない。
図　これは微細Si特性の高解像TEM画像である。Si格子平面を合計することによって線幅は0.59nmの不確定を伴う45.6nmと定められている。統制の上面は(110)面で、側面は平行な(111)面によって分かれている。(111)面のスペーシングは±0.000000009nmの標準不確定性をともなう0.313560137である。格子計算を簡単にするため、 (111)面は個々の原子の代わりの線として画像化されている。これは(111)面の軸に沿ってサンプルをわずかに回転させることによって達成された。この回転が適切な軸に沿って正確に行われると、原子の画像は線幅に重なる
(提供：NIST)
　研究者にいまだ残されている大きな課題とは、以前の搬送で使用されていたチップ・キャリアウェーハフォーマットを使用しないという使用希望者の好みである。エンジニアは基準特性をウェーハ全体に一体となって露光するという選択を取った。基準特性の垂直側面を形成するのに必要となる特別な配置にて適切な200mm材料の取得は困難であるにもかかわらず、Sematechは研究者にステップアンドリピート方式のArF露光装置を備えた200mmテストウェーハに露光する最新マスクを提供した。結果的に以前達成可能であった線幅よりもさらに細くなることが期待されている。
　SematechのArF向けのマスクにも光学CD格子が存在すると思われる。これらはユニークなキャリブレーションの目的のために光学CDメーカーやユーザーによって使用可能である。格子のピッチはさらに狭く、以前グループが他の露光装置で達成したものよりも5倍優れた50nmほどになるだろう。
　12ヶ月以内に計画された新しい基準材料の最初の配布には光学CD格子だけでなくチップ・キャリアウェーハのフォーマットも備わっているが、線幅照会のためにキャリブレーションされるのは孤立したライン構造のみである。最終キャリブレーションが終了すると、これらの基準はNIST Standard Reference Material Officeを通し業界に提供される。