(57)【要約】格子をその表面に有する重ね合わせターゲット（２４）が照明され、ターゲットにより散乱された放射が検出器（３２）上に結像される。次に、位置ずれ誤差を見出すために、検出器の出力間で位相差が検出される。別の局面においては、格子またはボックス・イン・ボックス（４０）構造を有する重ね合わせターゲットが照明され、ターゲットにより散乱された放射が、暗視野検出方式における照明の鏡面反射方向からずらして配置された検出器上に結像される。
2005520353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像方法であって、
２つの周期的構造を照明する放射を提供するステップと、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を、２つの構造の少なくとも一部分の像を検出器配列上で形成するために送り出すステップと、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記決定ステップは、検出器の出力間の位相差を見出すことを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記提供ステップは、ビームが基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って構造を照明するように、放射ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記収集ステップは、基準面に対して斜めの角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記提供ステップは、ビームが基準面に対して斜めの角度になるように、放射ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記収集ステップは、基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの構造からの放射を収集する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記提供ステップは、両方の構造の全範囲を同時に照明する放射ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記方法は、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記決定ステップは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記提供ステップは、レーザビームまたは多重波長を有する広帯域ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記提供ステップは、レーザビームを提供し、前記収集ステップは、基準面に関してレーザビームの鏡面反射方向からずれた方向のみに沿って放射を収集する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記収集ステップは、ビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って構造から放射を収集する請求項１記載の方法。
【請求項１３】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための方法であって、
２つの構造の各々の一部を照明する放射ビームを提供するステップと、
２つの構造の各々の被照明部分からの放射を収集し、各構造から収集された放射を２つの開口の対応する一方を介して対応する検出器へ送り出すステップと、検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
一方では開口および検出器、他方では２つの構造の間で、あるいは一方ではビーム、他方では２つの構造の間で相対運動を引き起こすステップをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記収集および送り出しステップは、光学装置を用い、２つの構造の各々の像が光学装置により対応する開口に実質的に集束させるように前記開口を設置するステップをさらに含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像装置であって、
２つの周期的構造を照明する放射を提供する源と、
検出器配列と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を２つの構造の少なくとも一部分の像を出力を提供する検出器配列上で形成するために送り出す光学装置と、
検出器の出力間の位相差から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項１７】
前記配列は、検出器の２次元配列を含む請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記源は、ビームが基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って構造を照明するように、放射ビームを提供する請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
光学装置は、基準面に対して斜めの角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記源は、ビームが基準面に対して斜めの角度になるようにビームを提供する請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
光学装置は、基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの構造からの放射を収集する請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記源は、両方の構造の全範囲を同時に照明する放射ビームを提供する請求項１６記載の装置。
【請求項２３】
前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記プロセッサは、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計する請求項１６記載の装置。
【請求項２４】
前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記プロセッサは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関する請求項１６記載の装置。
【請求項２５】
前記源は、レーザビームまたは多重波長を有するビームを提供する請求項１６記載の装置。
【請求項２６】
前記源は、レーザビームを提供し、前記光学装置は、基準面に関してレーザビームの鏡面反射方向からずれた方向のみに沿って放射を収集する請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記光学装置は、源からの放射を２つの構造に送り出しかつ２つの構造からの放射を収集する屈折要素を含む請求項１６記載の装置。
【請求項２８】
前記屈折要素は、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記屈折要素は、約０．４〜０．８の範囲の開口数を有する請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記屈折要素は、約０．５〜０．７の範囲の開口数を有する請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項１６記載の装置。
【請求項３２】
前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って放射を収集する請求項１６記載の装置。
【請求項３３】
前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの１つ以上の鏡面反射方向に沿って放射を収集する請求項１６記載の装置。
【請求項３４】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための装置であって、
２つの構造の各々の一部を照明する放射ビームを提供する源と、
１つ以上の検出器と、
２つの開口と、
２つの構造の各々の被照明部分からの放射を収集し、各々の構造から収集された放射を２つの開口のうちの対応する一方を介して対応する検出器へ送り出し、対応する検出器に出力を提供させる光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項３５】
一方では開口および検出器、他方では２つの構造の間であるいは一方ではビーム、他方では２つの構造の間での相対運動を引き起こす機器をさらに含む請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
前記光学装置は、２つの構造の各々の像を対応する開口に実質的に集束させる請求項３４記載の装置。
【請求項３７】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置であって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
１つ以上の検出器と、
２つの構造からの放射を収集し、出力を提供する１つ以上の検出器へ収集された放射を送り出し、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項３８】
前記光学装置は、約０．４〜０．８の範囲の開口数を有する請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
前記光学装置は、約０．５〜０．７の範囲の開口数を有する請求項３８記載の装置。
【請求項４０】
前記１つ以上の検出器は、ＣＣＤ検出器を含む請求項３７記載の装置。
【請求項４１】
前記１つ以上の検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項３７記載の装置。
【請求項４２】
前記源は、２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つは約１０ミリ秒未満のパルス幅を有する請求項３７記載の装置。
【請求項４３】
前記源は、約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタを含む請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
構造と１つ以上の検出器との間の光路に約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタをさらに含む請求項３７記載の装置。
【請求項４５】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像方法であって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供するステップと、
１つ以上の検出器を提供するステップと、
２つの構造からの放射を収集し、出力を提供する１つ以上の検出器へ収集された放射を送り出し、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する光学装置を用いるステップと、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４６】
前記使用ステップで、約０．４〜０．８の範囲の開口数を有する光学装置を用いる請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
前記使用ステップで、約０．５〜０．７の範囲の開口数を有する光学装置を用いる請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置であって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
約１０ミリ秒未満の積分時間を有する１つ以上の検出器と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を出力を提供する１つ以上の検出器へ送り出す光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項４９】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置であって、
２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つは約１０ミリ秒未満のパルス幅を有するようにした源と、
１つ以上の検出器と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を出力を提供する１つ以上の検出器へ送り出す光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項５０】
前記源は、約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタを含む請求項４９記載の装置。
【請求項５１】
２つの構造を有する試料を処理するための統合型処理および結像装置であって、
（ａ）基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像システムであって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
２つの構造からの放射を収集し、出力を提供する検出器上に２つの構造の少なくとも一部分の像を形成するために収集された放射を１つ以上の検出器へ送り出す光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、を含むシステムと、
（ｂ）前記試料を処理する処理システムであって、処理パラメータを調整するための位置ずれに応答性の処理システムと、
を含む装置。
【請求項５２】
前記光学装置は、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する請求項５１記載の装置。
【請求項５３】
前記光学装置は、約０．４〜０．８の範囲の開口数を有する請求項５２記載の装置。
【請求項５４】
前記光学装置は、約０．５〜０．７の範囲の開口数を有する請求項５３記載の装置。
【請求項５５】
前記処理システムは、半導体試料を処理するためのステッパまたはエッチャーを含む請求項５１記載の装置。
【請求項５６】
前記１つ以上の検出器は、ＣＣＤ検出器を含む請求項５１記載の装置。
【請求項５７】
前記１つ以上の検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項５１記載の装置。
【請求項５８】
前記源は、２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つが約１０ミリ秒未満のパルス幅を有する請求項５１記載の装置。
【請求項５９】
前記源は、約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタを含む請求項５８記載の装置。
【請求項６０】
構造と１つ以上の検出器との間の光路に約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタをさらに含む請求項５１記載の装置。
【請求項６１】
前記処理システムは、半導体試料を処理するためのステッパまたはエッチャーを含む請求項５１記載の装置。
【請求項６２】
前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って放射を収集する請求項６１記載の装置。
【請求項６３】
前記光学装置は、基準面からのビームの１つ以上の鏡面反射方向に沿って放射を収集する請求項５１記載の装置。
【請求項６４】
２つの構造を有するターゲットから重ね合わせ誤差を決定するための方法であって、
ターゲットの２次元像を提供するステップと、
像から少なくとも１つの１次元信号を導き出すステップと、
少なくとも１つの信号から重ね合わせ誤差を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項６５】
前記決定ステップは、非線形回帰を用いる請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
パラメータ値を提供するモデルを提供するステップをさらに含み、前記回帰は、少なくとも１つの信号をモデルにより提供されたパラメータ値と一致させる請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
前記ターゲットは、実質的に同じ方向に沿って周期的に互いに隣接する２つの格子を含み、前記モデルは、格子のピッチについての値およびそれらの間の位相シフトを決定するためのパラメータ値を提供する請求項６６記載の方法。
【請求項６８】
前記モデルは、高速フーリエ変換アルゴリズムを用いる請求項６６記載の方法。
【請求項６９】
前記構造は、ボックスまたはバーを含み、前記導き出しステップは、２次元像の２つの軸に関して像から２つの１次元信号を導き出す請求項６４記載の方法。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの１次元信号は、解析関数である請求項６４記載の方法。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの１次元信号は、エッジ関数である請求項６４記載の方法。
【請求項７２】
２つの構造を有するターゲットから重ね合わせ誤差を決定するための方法であって、
ターゲットの２次元像を提供するステップと、
像中の位置の解析関数である少なくとも１つの信号により像を表示するステップと、
像からの構造についてのデータへの少なくとも１つの信号のカーブフィッティングプロセスを用いて２つの構造間の重ね合わせ誤差を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項７３】
前記構造の各々は、周期的でありかつピッチを有しており、表示ステップは、
構造の各々のピッチに対応する１次元信号を提供し、
前記１次元信号から構造の各々についての構造のピッチの平均値に対応する変更された１次元信号を導き出す請求項７２記載の方法。
【請求項７４】
前記構造の各々は、実質的に共通方向に沿って周期的でありかつピッチを有しており、表示ステップは、それに沿って構造が実質的に周期的である前記方向に沿った位置の解析関数のフーリエ級数を提供する請求項７２記載の方法。
【請求項７５】
前記カーブフィッティングプロセスは、２つの構造についてのデータ間の位相差を決定するためのデータへのフーリエ級数の最良適合を見出す請求項７４記載の方法。
【請求項７６】
前記構造は、ボックスおよび／またはバーの外側構造および内側構造を含み、前記表示ステップは、外側構造からの放射の第１の解析関数、および内側構造からの放射の第２の解析関数を提供する請求項７２記載の方法。
【請求項７７】
前記外側および内側構造の各々は、中心を有し、前記カーブフィッティングプロセスは、像からの構造についてのデータへの第１および第２の関数の最良適合をもたらす中心の位置を見出す請求項７６記載の方法。
【請求項７８】
前記決定ステップは、重ね合わせ誤差を見出すために２つの中心を比較することを含む請求項７７記載の方法。
【請求項７９】
前記表示ステップは、外側構造からの放射の解析関数の第１のペアと、内側構造からの放射の解析関数の第２のペアとを提供し、２つの関数ペアの各々は、２つの軸ｘおよびｙの一方に沿った位置の関数である請求項７６記載の方法。
【請求項８０】
第１および第２の関数の各々は、
2005520353.tif 000006
の形であり、ここで、Ａ1 、Ａ2 、Ｂ、ｘ0 、ｙ0 、ｄ1 、ｄ2 は、カーブフィッティングプロセスにおいて変更されるパラメータであり、ｘ0 、ｙ0 の各々はエッジの位置を示す請求項７９記載の方法。
【請求項８１】
第１および第２の関数の各々は、外側または内側構造のエッジ部分からの放射を示すエッジ関数である請求項７６記載の方法。
【請求項８２】
第１および第２の関数の少なくとも一方は、対称関数である請求項７６記載の方法。
【請求項８３】
前記プロセスは、非線形回帰を含む請求項７２記載の方法。
【請求項８４】
前記表示ステップは、像から１次元信号を導き出す請求項７２記載の方法。
【請求項８５】
２つの構造を有するターゲットから重ね合わせ誤差を決定するための方法を実行するためにコンピュータにより実行可能な命令のプログラムを具体化するコンピュータ可読記憶デバイスであって、前記方法は、
ターゲットの２次元像を提供するステップと、
像中の位置の解析関数である少なくとも１つの信号により像を表示するステップと、
像からの構造についてのデータへの少なくとも１つの信号のカーブフィッティングプロセスを用いて２つの構造間の重ね合わせ誤差を決定するステップと、
を含むデバイス。
【請求項８６】
前記構造の各々は、周期的でありかつピッチを有しており、表示ステップは、それに沿って構造が周期的である方向に沿った位置の解析関数のフーリエ級数を提供する請求項８５記載のデバイス。
【請求項８７】
前記カーブフィッティングプロセスは、２つの構造間の位相差を決定するためのフーリエ級数とデータとの間の最良適合を見出す請求項８６記載のデバイス。
【請求項８８】
前記構造は、ボックスおよび／またはバーの外側構造および内側構造を含み、前記表示ステップは、外側構造からの放射の第１の解析関数、および内側構造からの放射の第２の解析関数を提供する請求項８６記載のデバイス。
【請求項８９】
前記外側および内側構造の各々は、中心を有し、前記カーブフィッティングプロセスは、像からの構造についてのデータ間の第１および第２の関数への最良適合をもたらす中心の位置を見出す請求項８８記載のデバイス。
【請求項９０】
前記決定ステップは、重ね合わせ誤差を見出すために２つの中心を比較することを含む請求項８９記載のデバイス。
【請求項９１】
前記表示ステップは、外側構造からの放射の解析関数の第１のペアと、内側構造からの放射の解析関数の第２のペアとを提供し、２つの関数ペアの各々は、２つの軸ｘおよびｙの一方に沿った位置の関数である請求項８８記載のデバイス。
【請求項９２】
第１および第２の関数の各々は、
2005520353.tif 000007
の形であり、ここで、Ａ1 、Ａ2 、Ｂ、ｘ0 、ｙ0 、ｄ1 、ｄ2 は、カーブフィッティングプロセスにおいて変更されるパラメータであり、ｘ0 、ｙ0 の各々はエッジの位置を示す請求項９１記載のデバイス。
【請求項９３】
第１および第２の関数の各々は、外側または内側構造のエッジからの放射を示すエッジ関数である請求項８８記載の機器。
【請求項９４】
第１および第２の関数の少なくとも一方は、対称関数である請求項８８記載の方法。
【請求項９５】
前記表示ステップは、像から１次元信号を導き出す請求項８５記載の方法。
【請求項９６】
２つの構造を有するターゲットから重ね合わせ誤差を決定するためのプロセスを実行するためにコンピュータにより実行可能な命令のプログラムを伝達するための方法であって、
命令のプログラムがクライアントデバイスへ伝達されるようにし、それによって、クライアントデバイスが、そのようなプログラムにより、
ターゲットの２次元像を提供するプロセスと、
少なくとも１つの１次元信号を像から導き出すプロセスと、
少なくとも１つの信号から重ね合わせ誤差を決定するプロセスと、
を実行できるようにする方法。
【請求項９７】
前記決定プロセスは、非線形回帰を用いる請求項９６記載の方法。
【請求項９８】
前記プロセスは、パラメータ値を提供するモデルを提供するプロセスをさらに含み、前記回帰は、少なくとも１つの信号をモデルにより提供されたパラメータ値と一致させる請求項９７記載の方法。
【請求項９９】
前記ターゲットは、実質的に同じ方向に沿って周期的に互いに隣接する２つの格子を含み、前記モデルは、格子のピッチについての値およびそれらの間の位相シフトを決定するためのパラメータ値を提供する請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
前記モデルは、高速フーリエ変換アルゴリズムを用いる請求項９８記載の方法。
【請求項１０１】
前記構造は、ボックスまたはバーを含み、前記導き出しプロセスは、２次元像の２つの軸に関して像から２つの１次元信号を導き出す請求項９６記載の方法。
【請求項１０２】
前記少なくとも１つの１次元信号は、解析関数である請求項９６記載の方法。
【請求項１０３】
前記少なくとも１つの１次元信号は、エッジ関数である請求項９６記載の方法。
【請求項１０４】
２つの構造を有するターゲットから重ね合わせ誤差を決定するためのプロセスを実行するためにコンピュータにより実行可能な命令のプログラムを伝達するための方法であって、
命令のプログラムがクライアントデバイスへ伝達されるようにし、それによって、クライアントデバイスが、そのようなプログラムにより、
ターゲットの２次元像を提供するプロセスと、
像中の位置の解析関数である少なくとも１つの信号により像を表示するプロセスと、
像からの構造についてのデータへの少なくとも１つの信号のカーブフィッティングプロセスを用いて２つの構造間の重ね合わせ誤差を決定するプロセスと、
を実行できるようにする方法。
【請求項１０５】
前記構造の各々は、周期的でありかつピッチを有しており、表示プロセスは、
構造の各々のピッチに対応する１次元信号を提供し、
前記１次元信号から構造の各々についての構造のピッチの平均値に対応する変更された１次元信号を導き出す請求項１０４記載の方法。
【請求項１０６】
前記構造の各々は、周期的でありかつピッチを有しており、表示プロセスは、それに沿って構造が周期的である方向に沿った位置の解析関数のフーリエ級数を提供する請求項１０４記載の方法。
【請求項１０７】
前記カーブフィッティングプロセスは、２つの構造間の位相差を決定するためのフーリエ級数とデータとの間の最良適合を見出す請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
前記構造は、ボックスおよび／またはバーの外側構造および内側構造を含み、前記表示プロセスは、外側構造からの放射の第１の解析関数、および内側構造からの放射の第２の解析関数を提供する請求項１０４記載の方法
【請求項１０９】
前記外側および内側構造の各々は、中心を有し、前記カーブフィッティングプロセスは、像からの構造についてのデータと第１および第２の関数との間の最良適合をもたらす中心の位置を見出す請求項１０８記載の方法。
【請求項１１０】
前記決定プロセスは、重ね合わせ誤差を見出すために２つの中心を比較することを含む請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】
前記表示プロセスは、外側構造からの放射の解析関数の第１のペアと、内側構造からの放射の解析関数の第２のペアとを提供し、２つの関数ペアの各々は、２つの軸ｘおよびｙの一方に沿った位置の関数である請求項１０８記載の方法。
【請求項１１２】
第１および第２の関数の各々は、
2005520353.tif 000008
の形であり、ここで、Ａ1 、Ａ2 、Ｂ、ｘ0 、ｙ0 、ｄ1 、ｄ2 は、カーブフィッティングプロセスにおいて変更されるパラメータであり、ｘ0 、ｙ0 の各々はエッジの位置を示す請求項１１１記載の方法。
【請求項１１３】
第１および第２の関数の各々は、外側または内側構造のエッジ部分からの放射を示すエッジ関数である請求項１０８記載の方法。
【請求項１１４】
第１および第２の関数の少なくとも一方は、対称関数である請求項１０８記載の方法。
【請求項１１５】
前記プロセスは、非線形回帰を含む請求項１０４記載の方法。
【請求項１１６】
前記表示プロセスは、像から１次元信号を導き出す請求項１０４記載の方法。
【請求項１１７】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像方法であって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供するステップと、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を２つの構造の像を検出器配列上で形成するために送り出し、前記収集ステップは、ビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って構造から放射を収集するステップと、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１１８】
前記決定ステップは、検出器の出力間の位相差を見出すことを含む請求項１１７記載の方法。
【請求項１１９】
前記提供ステップは、ビームが基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って構造を照明するように、放射ビームを提供する請求項１１７記載の方法。
【請求項１２０】
前記収集ステップは、基準面に対して斜めの角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１１９記載の方法。
【請求項１２１】
前記提供ステップは、ビームが基準面に対して斜めの角度になるように、放射ビームを提供する請求項１１７記載の方法。
【請求項１２２】
前記収集ステップは、基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１２１記載の方法。
【請求項１２３】
前記提供ステップは、両方の構造の全範囲を同時に照明する放射ビームを提供する請求項１１７記載の方法。
【請求項１２４】
前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記方法は、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計するステップをさらに含む請求項１１７記載の方法。
【請求項１２５】
前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記決定ステップは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関することを含む請求項１１７記載の方法。
【請求項１２６】
前記提供ステップは、レーザビームまたは多重波長を有する広帯域ビームを提供する請求項１１７記載の方法。
【請求項１２７】
前記提供ステップは、レーザビームを提供し、前記収集ステップは、基準面に関してレーザビームの鏡面反射方向からずれた方向のみに沿って放射を収集する請求項１２６記載の方法。
【請求項１２８】
基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置であって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
検出器の配列と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を出力を提供する検出器配列上で２つの構造の像を形成するために送り出す光学装置であって、基準面に関してビームの鏡面反射方向からずれた方向のみに沿って放射を収集するように配置された光学装置と、
検出器の出力間の位相差から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項１２９】
前記配列は、検出器の２次元配列を含む請求項１２８記載の装置。
【請求項１３０】
前記源は、ビームが基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って構造を照明するように、放射ビームを提供する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３１】
前記光学装置は、基準面に対して斜めの角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１３０記載の装置。
【請求項１３２】
前記源は、ビームが基準面に対して斜めの角度になるようにビームを提供する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３３】
光学装置は、基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの構造からの放射を収集する請求項１３２記載の装置。
【請求項１３４】
前記源は、両方の構造の全範囲を同時に照明する放射ビームを提供する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３５】
前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記プロセッサは、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３６】
前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記プロセッサは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３７】
前記源は、レーザビームまたは多重波長を有する広帯域ビームを提供する請求項１２８記載の装置。
【請求項１３８】
前記源は、レーザビームを提供し、前記光学装置は、基準面に関してレーザビームの鏡面反射方向からずれた方向のみに沿って放射を収集する請求項１３７記載の装置。
【請求項１３９】
前記光学装置は、源からの放射を２つの構造に送り出しかつ２つの構造からの放射を収集する屈折要素を含む請求項１２８記載の装置。
【請求項１４０】
前記屈折要素は、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する請求項１３９記載の装置。
【請求項１４１】
前記屈折要素は、約０．４〜０．８の範囲の開口数を有する請求項１４０記載の装置。
【請求項１４２】
前記屈折要素は、約０．５〜０．７の範囲の開口数を有する請求項１４１記載の装置。
【請求項１４３】
前記検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項１２８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね合わせ誤差検出に関し、より詳細には、２つの構造の位置ずれを検出するための結像システムおよび重ね合わせ誤差の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重ね合わせ誤差測定では、特別に設計されたターゲットが様々な位置、通常は各プロセス用のウェーハ上のダイ間のストリート区域に戦略的に置かれる必要がある。２つの連続プロセスからの２つの重ね合わせターゲットの整合は、ウェーハ上の多くの位置について測定され、ウェーハ全体にわたる重ね合わせ誤差マップが解析されて位置ずれ情報が提供される。次に、この情報は、ウェーハ加工装置の整合制御に用い得る。
【０００３】
集積回路の製造における重要な工程管理パラメータは、半導体ウェーハ上の連続層間の重ね合わせターゲット整合の測定である。もし２つの重ね合わせターゲットが相互に位置がずれていれば、製作された電子デバイスは誤動作し、半導体ウェーハは再加工または廃棄される必要がある。
【０００４】
典型的には、従来の重ね合わせターゲットは、ボックス・イン・ボックスターゲットおよびバー・イン・バーターゲットである。ボックス・イン・ボックスターゲットは典型的には、１０μｍ内側ボックスおよび２０μｍ外側ボックスを有している。外側ボックスは、基板（または、前プロセス層）上に印刷され、内側ボックスは、現在の層上にレジスト印刷される。重ね合わせ誤差は、外側ボックスを基準とした内側ボックスの位置誤差として報告される。バー・イン・バーターゲットも、１０μｍ内側ターゲットを現在の層上に、２０μｍ外側ターゲットを前層上に有している。しかしながら、ボックスエッジは、約２μｍ幅の狭いバーと置き換えられる。ボックス・イン・ボックスターゲットはよりコンパクトである。しかしながら、バー・イン・バーターゲットはよりよい測定性能を提供する。重ね合わせターゲットは、ウェーハ上の格子構造またはウェーハ表面にエッチングされた格子構造を含み得る。例えば、１つの重ね合わせターゲットをエッチングによりウェーハ中へ形成し、それと同時に別の隣接した重ね合わせターゲットをウェーハ上のより高い高度のフォトレジスト層とし得る。
【０００５】
重ね合わせターゲット位置ずれを検出するための従来のシステムは、「ボックス・イン・ボックス」または「バー・イン・バー」ターゲットを結像する電子カメラを使用するのが典型的である。従来システムの精度は、ターゲットのラインプロファイルの精度、照明および結像光学装置における収差、ならびにカメラにおける像サンプリングによって限定される。そのような方法は複雑であり、完全結像光学装置を必要とする。防振も必要とされ、トラックのような加工装置にそのようなシステムを組み込むことは困難なことがある。重ね合わせ誤差検出のための従来の方法は、化学的および機械的研磨加工により得られるような低コントラストターゲットの場合に困難である。
【０００６】
従来方法の改良は、米国特許第６，０２３，３３８号に記載されている。この特許は、２つの重ね合わせターゲット構造が互いに隣接して置かれ、構造上のスポットを照明する２つの放射ビームが、両方の構造の部分を横切る２つの別個の経路に沿って走査されるという方法を開示している。両方の経路に沿って反射された放射の強度が検出および処理されて、２つの構造間の任意のオフセットが計算される。
【０００７】
上述のどの方法および技法も完全に満足のいくものではない。従って、よりよい性能および単純化された特徴を備える改良されたシステムを開発することが望ましい。
【０００８】
（発明の開示）
本発明の１つの局面は、ターゲットを横切る走査光ビームの代わりに、ターゲット中の２つの周期的構造の少なくとも一部分が検出器配列上に結像し得るという知見に基づく。次に、２つの構造間の位置ずれが、検出器からの出力から決定できる。本発明のこの局面は、ステッパおよびエッチャーのような半導体加工装置に組み込まれた場合に特に有用である。そのようにして組み込まれた場合、どのような重ね合わせ誤差検出システムも振動の影響を受ける。検出システムが、ターゲットを横切る走査光ビームを必要とするのであれば、振動によりビーム位置は時間経過につれて移動するであろう。検出器配列上に２つの構造の部分を結像することによって、構造間の位置ずれを決定するために使われる全データが同時に得られ、その結果、システムが振動により影響されることはより少なくなる。好ましくは、２つの構造間の位置ずれは、検出器出力間の位相差から決定される。
【０００９】
重ね合わせ誤差を測定するための従来の方法は、２つのターゲット構造からの光を収集するために、高開口数対物レンズを用い、その場合に、高開口数対物レンズは、解像度、従ってエッジ鮮明度を最大にするために用いられる。ターゲット構造は、外側ボックスと比較してより高い高度に内側ボックスを含み得る。従来方法で使用される収集対物レンズは、開口数が高いので、これは必然的に、このレンズの焦点深度が小さいことを意味する。従って、もし内側ボックスからの放射が検出器上に集束されるように対物レンズが設置されれば、より低い高度の外側ボックスから収集された光は、検出器に関して焦点がずれるであろう。それゆえ、内側および外側ボックスの両方を正確に測定するためには、内側および外側ボックスの両方からの放射が検出器上に集束されるように、ターゲットを２回測定する必要があり、この分野で種々の光学焦点を有する「ダブルグラブ」として知られている。「シングルグラブ」測定におけるような１回測定の代わりに２回測定が必要なので、これはスループットに悪影響を与え、不利である。さらに、ウェーハ加工環境におけるように、検出システムが振動の影響を受ける場合には、振動によって２回の測定間で光学的整合が移動することがあり、これが重ね合わせ誤差測定における誤差という結果になることがある。本発明の別の局面によれば、収集対物レンズは、中間開口数を持っており、従って焦点深度がより大きい。それゆえ、これによって、内側および外側ボックスの両方からまたは種々の高度の他の構造からの放射が、対応する検出器上に同時に適切に集束される可能性が高まり、その結果、ターゲットを２回測定する必要が全くない。従って、シングルグラブが可能なより多くのアプリケーションがあり、その結果そのようなアプリケーションについてスループットが悪影響を受けない。さらに、中間開口数により、１回の測定において重ね合わせ誤差測定について十分な情報が得られる確率が増大するので、システムは堅牢であり振動によって影響を受けることが少なくなる。
【００１０】
従来システムの上述の問題は、本発明の別の局面において、一方の構造から収集された放射を一方の開口へ集束させ、さらに他方の構造から収集された放射を別の開口へ集束させる２つの開口および光学装置を用いることにより克服できる。その場合、検出器は、開口を通過する放射を検出する。このように、両方の構造は、検出器およびそれらの対応する開口に同時に集束させ得る。
【００１１】
収集システムが振動により影響を受ける環境では、もしデータ収集がある期間にわたり、光学的整合がそのような期間にわたって変わるのであれば、測定精度は振動により悪影響を受けるであろう。このような理由で、検出器の積分時間が約１０ミリ秒未満の場合には、収集された放射を検出するために、好ましくは１つ以上の検出器が使用される。検出器の積分時間がそのような値の範囲にあるように設定される場合には、検出システムは、ウェーハ加工環境において遭遇するような振動により影響されることが少なくなる。
【００１２】
システムが遭遇する振動期間に比べて短くなるように検出器の積分時間を設定する代わりに、２つの構造を、１０ミリ秒未満のパルス幅のような、振動期間よりも少ないパルス幅を有する放射パルスで照明し得る。これに代えて、機械式シャッタを、システムの照明光学装置（図１において点線３１で示される）または収集光学装置（図１において点線３３で示される）に使用することができ、その場合には、シャッタの開口時間（シャッタが開いている期間）は１０ミリ秒未満である。
【００１３】
１つ以上の上述のシステムを、リソグラフィトラックまたはステッパ、あるいはエッチャーのような加工装置に組み込み、統合型ツールを形成し得る。上述のシステムは、明視野または暗視野システム（以下で定義される）とし得る。明視野システムにおいて、２つの構造から収集された放射は鏡面反射方向に沿ったものを含んでいる。しかしながら、使用される光学装置に応じて、鏡面反射方向に沿った放射の収集に加え、放射は、明視野システムにおいて鏡面反射方向からずれた方向に沿っても収集され得る。
【００１４】
本発明の別の局面によれば、検出器配列上に結像される放射は、鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向にのみ沿って収集され、その理由は、そのような検出が低い空間周波数成分を抑制し、高い空間周波数を高め、それによりエッジ検出能力、それゆえ重ね合わせ誤差測定における感度が増大するからである。そのような収集（鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向にのみ沿った収集）を使用する検出システムは、暗視野システムと呼ばれ、これはボックス・イン・ボックスおよびバー・イン・バータイプターゲットのようなボックスおよびバーを用いるターゲットだけでなく、格子のような周期的タイプターゲットの重ね合わせ誤差の測定にも有用である。暗視野システムは、内側および外側ボックス間の高度差が小さい場合のような低コントラストターゲットにおける重ね合わせ誤差測定に特に有用である。
【００１５】
本発明の他の局面は、ターゲットの２つの構造から収集された放射データの処理に関する。ターゲットの２次元像が得られた後、この像から少なくとも１つの１次元信号が導き出され、２つの構造間の重ね合わせ誤差の決定に用い得る。像中のデータを平均して１次元信号が導き出される場合、信号対雑音比が改善され得る。
【００１６】
重ね合わせ誤差検出におけるデータの従来の処理においては、ボックスまたはバーのような対象のエッジまたはその近くの像の部分中のデータだけが使われ、システムは像の品質およびコントラストに強く依存する。最新の化学的機械的研磨プロセスは、従来方法がもはや適さないほどにターゲットのコントラストを減少させる傾向がある。本発明の別の局面によれば、ターゲットの２次元像は、像中の位置の解析関数である少なくとも１つの信号により表される。その場合に好ましくは、２つの構造の像からのデータへの少なくとも１つの信号のカーブフィッティングプロセスが、重ね合わせ誤差を決定するために用いられる。２つの構造の像が、解析関数である少なくとも１つの信号により表される場合、重ね合わせ誤差を見出すために従来方法に比べて２次元像からのより多くの情報が用いられ、より正確な結果がもたらされる。カーブフィッティングプロセスにより、検出の正確度および精密度がさらに改善される。
【００１７】
上述の重ね合わせ位置ずれ検出における像処理のためのいずれの手法も、コンピュータあるいは任意の他の情報機器またはデジタルデバイスにロードしたソフトウェアコンポーネントによって実行し得る。それが可能な場合には、コンピュータ、機器またはデバイスは、上述の手法を実行して重ね合わせ位置ずれの発見を助けることができる。ソフトウェアコンポーネントは、固定媒体からロードされるか、あるいはインターネットまたは任意の他のタイプのコンピュータネットワークのような通信媒体を通してアクセスされ得る。
【００１８】
説明を簡単にするために、同一の構成要素は本出願において同じ番号が付与されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１つの実施形態を例示する多色（例えば、白色光）またはレーザ暗視野結像システムの断面図である。図１に示されているように、結像システム２０は、レーザビーム２２または白色光のような多色放射ビーム２２を供給する源（図示せず）を含んでおり、ビーム２２は、鏡２６によって重ね合わせターゲット２４に向けて反射される。ターゲット２４はその表面に２つの構造を有している。すなわち、前層上の他方の構造およびそれより高い現在層上の構造である。これら２つの構造は、２つの異なる面上に位置しかつそれらの面と実質的に平行な２つの格子（これらは、図１においてはそれ自体示されていないが、ボックスまたはバーを含むタイプとし得る）とすることができ、その場合、面３４（またはそれに平行な任意の面）のような２つの面の一方は基準面となり得る。ターゲット２４によって散乱されたビーム２２からの放射がレンズ２８によって収集され、レンズ３０によって検出器配列３２に向かって集束される。
【００２０】
図１において、ビーム２２からの放射は、基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って鏡２６により反射される。ターゲット２４の被照明部分２４ａによって散乱されたビーム２２からの放射は、レンズ２８によって収集され、レンズ３０によって、基準面３４に対して斜めの方向に沿って配列３２上の対応領域３２ａに集束される。図１では、ターゲット２４の小さい１つの部分２４ａのみがビーム２２によって照明されるのが示されているが、実際は、ターゲット２４のずっと広い領域がビーム２２によって照明される。言い換えれば、ターゲット２４の広い被照明領域の像が検出器配列３２上に形成される。例えば、図１に例示されるような部分２４ａに加え、図１には示してないけれども、別の部分２４ｂも、基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿ってビーム２２により同様に照明され、その結果、部分２４ｂによって散乱されたビーム２２からの放射も、面３４に対し斜めの方向に沿ってレンズ２８によって収集されて、検出器配列３２上の対応する領域３２ｂ上にレンズ３０によって集束される。これは、図１に点線で例示される。
【００２１】
ターゲット２４によって面３４に垂直ないしほぼ垂直な鏡面反射方向に散乱された放射は、ストッパとして働く鏡２６によって配列３２からブロックされる。従って、システム２０は暗視野システムである。ビーム２２からの放射およびターゲット２４の部分２４ａ、２４ｂと同様な他の部分により散乱された放射も同様な方法で収集および集束されて、配列３２の対応する部分を照明する。このように、ターゲット２４上の被照明領域の像が配列上に形成される。好ましくは、ビーム２２は、配列３２上に形成された２つの構造の像が重ね合わせ位置ずれ誤差検出のための十分な情報をもたらすように、ターゲット２４上の２つの構造の全範囲を照明する。しかしながら、ターゲット２４の２つの構造の全範囲ではなくて一部分のみが照明されれば十分なことがあり、その場合には、被照明部分により散乱された放射の検出によりもたらされる情報は重ね合わせ誤差検出に十分である。従って、ビーム２２およびターゲット２４の間の相対運動は、誤差検出のためには全く不要であり、先行技術システムとは異なり、逐次測定を実行する必要性がより少なくてもよいことがある。ビーム２２により照明される領域の典型的サイズは、約１００×１００ミクロンである。
【００２２】
図１に例示される一実施形態においては、重ね合わせターゲット２４上の２つの構造は、並んで置かれた２つの格子を含み、これらの２つの格子は同じ方向に沿って周期的である。２つの格子の各々の少なくとも一部分の像が、検出器配列３２上に形成される。そのように形成された像を処理することによって、２つの格子間の位置ずれが検出できる。
【００２３】
システム２０は、重ね合わせターゲットと任意の光学装置との間の相対運動が全く不要であるという点で、米国特許第６，０２３，３３８号に記載されるものよりも有利である。従って、システム２０には可動部が全くなく、２つの格子間の位置ずれを決定するために必要なすべての情報は同時に得られる。この理由により、システム２０は、リソグラフィトラック、ステッパまたはエッチャーのような加工装置と統合させた場合に特に有利である。そのように統合された場合には、システム２０は振動の影響を受ける。重ね合わせ誤差検出システムが走査を必要とする場合に、これは、取得データが時間経過につれて逐次取られることを意味する。半導体ウェーハ加工により引き起こされる振動は、重ね合わせターゲット２４に関して光学装置の整合を時間の経過につれて変えることがあり、その結果、測定に誤差を持ち込むことになる。システム２０には可動部が全くなく、さらに位置ずれの決定に必要なデータのすべてが同時に得られる可能性があるので、システム２０を使用した測定は、ウェーハ加工により引き起こされた振動に影響されることがより少ない。
【００２４】
照明ビーム２２は、白色光源によって供給されるような多色とすることができる。図１にはビーム２２が示されているが、任意の投光照明方式が可能であり、適正な照明を提供しかつ信号対雑音比を高めるために、システム２０において使用し得る。
【００２５】
上述したように、従来の重ね合わせ誤差検出システムは、高い開口数を有する光学装置を使用する。ターゲット２４上の２つの格子（図１には、その一方のみが示してある）は、典型的には異なる高度にある。一方の高度にある構造からの放射を検出器に集束するために高開口数の光学装置が配置される場合には、これは、他方の構造からの放射は検出器において焦点がずれることを意味する。この理由により、光学装置がより大きい焦点深度を持ち、従って、重ね合わせターゲットにおける２つの構造間の高度差に対する許容度がより大きくなるように、より低い開口数を有する光学装置を使用することが望ましいことがある。しかしながら、開口数が減少させられると、光学装置の解像度も同様に減少する。図２は、計算に基づく開口数と解像度との相関関係を例示するものである。従って、図２に示されているように、焦点深度は、開口数増加に伴って減少する。焦点深度に比べて減少がずっと緩やかであること以外は、解像度も同じである。従って、一実施形態において、選ばれる開口数は、０．１〜０．９の範囲にある。より好ましくは、開口数は、約０．４〜０．８の範囲内にある。さらに好ましくは、光学装置（例えば、レンズ２８および３０）の開口数は、約０．５〜０．７の範囲内にある。そのような範囲内では、システム２０は、２つの構造間の高度差に対する許容度がより高い焦点深度を有する一方で、許容可能な解像度を同時に達成する。このように、開口数がより低いそのような光学装置を用いることにより、高度が異なる両方の構造を１回だけ測定することよって許容可能な結果が得られる。従って、従来システムとは異なり、異なる焦点で２回の測定を実施する必要は全くない。これは、暗視野システムおよび（以下で説明する図７におけるもののような）明視野システムの両方のケースについて当てはまる。
【００２６】
上述したように、従来の重ね合わせ誤差検出は、像の品質およびコントラストに強く依存する。最新の化学的機械的研磨は、ターゲットのコントラストを減少させる傾向がある。低空間周波数成分を抑制し、検出器配列３２上で高空間周波数を増幅することにより像中のエッジのような細部を強調するために、暗視野検出を使用し得る。これは、重ね合わせ誤差推定アルゴリズムの感度を高める。これは、図３Ａ、図３Ｂに例示される。図３Ａは、ターゲット２４上の格子の一部の断面図である。図３Ｂは、図１に示されるような暗視野システムを用いて得られた、図３Ａにおいて位置の関数としてプロットされた格子によって散乱された放射の像のグラフプロットである。図３Ａ、図３Ｂは位置的に整列されており、その結果、図３Ｂに示されているように、ピーク強度は、格子のエッジに対応する散乱放射である。第１に、図３Ａ、図３Ｂにおいて明確に示されているように、図１の暗視野検出システムは、格子のエッジにおいて生じる高空間周波数を強調し、最も低い空間周波数成分を抑制し、従って、エッジ検出のための信号対雑音比を改善する。
【００２７】
暗視野検出は、上述の利点を得るために、格子をその表面に有するターゲットならびにボックス・イン・ボックス、バー・イン・バーまたはバー・イン・ボックスタイプターゲットの両方について使用し得る。従って、ボックスおよびバーを含む構造を有する後者のタイプのターゲットに暗視野検出が適用される場合、図３Ｂに類似したグラフプロットが得られ、その場合、再び低空間周波数成分が抑制され、エッジのような像の細部は、高空間周波数を増幅することによって強調される。暗視野システムは、内側および外側ボックス（または２つの格子）間の高度差が小さい場合のような、低コントラストターゲットにおける重ね合わせ誤差の測定に特に有用である。
【００２８】
図４は、ターゲット２４の２つの格子間のターゲットシフトまたは位置ずれの関数としての誤登録信号のグラフプロットである。図４に示されているように、検出器配列３２により検出される誤登録信号がターゲットシフトの関数として変わるのが観察され、その場合、信号はターゲットシフトの特定範囲内で直線的でありかつ最も敏感である。
【００２９】
図５は、本発明の別の実施形態を例示するための暗視野重ね合わせ誤差検出システムの断面図である。図１のシステム２０において、照明は、頭上位置からターゲットに向けて（すなわち、基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に）送り出され、ターゲット２４により散乱された放射は、ターゲットおよび基準面に対して斜めの角度の方向に沿って収集される。あるいは、ターゲット２４は、頭上位置からの代わりにターゲットに対し斜めの角度に向けられた放射により照明されてもよく、ターゲットにより散乱された照明ビームからの放射は、重ね合わせターゲットおよび基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に収集され得る。この構成は、図５においてシステム５０で例示されている。
【００３０】
図１および図５に関連して、配列３２は、好ましくは、電荷結合素子（ＣＣＤ）のような検出器の２次元配列である。図３Ａに示されるような格子は、現在層上に存在し、別の格子は前層上に存在する。２つの格子間の位置ずれは、一方の格子から検出された２次元像中の放射強度と他方の格子から検出された２次元像中の放射強度との相互相関により決定し得る。これは、２つの格子の２次元像を図１および図５のコンピュータ４０により相互相関することによりなし得る。あるいは、信号対雑音比を向上させるため、２つの格子の各々の２次元像から１次元信号をコンピュータ４０を用いてまず形成し得る。例えば、これは、Ｙ方向に沿って（すなわち、格子ラインの方向に沿って）像の強度の平均を得ることによって実行できる。従って、その場合に１次元信号はｘの関数であり、これは、図３Ｂに示される波形を持ち得る。格子ラインの方向、すなわちＹに沿って平均することにより、信号対雑音比は、平均が実行されるライン数の平方根倍向上する。次に、一方の格子から検出された２次元像中の放射のＹ軸に沿った平均強度と、他方の格子から検出された２次元像中の放射のＹ軸に沿った平均強度と間の相互相関が実行される。２つの平均化信号も、以下で説明される図１０に例示される。以下でより詳細に説明されるように、２つの格子間の位置ずれは、２つの平均化信号間の位相差を計算することによって見出し得る。好ましくは、格子の各々の少なくとも２つ以上のラインを横切って２つの格子の隣接ラインから検出された放射の強度について相互相関が実行される。従って、２つの平均化信号間の位相差を見出すのに適した情報を与える相互相関のために２つの格子の被照明部分が２つの格子の十分なラインをカバーするならば、被照明部分からの情報は、２つの格子の全範囲を照明する必要なく、重ね合わせ誤差決定に十分である。
【００３１】
同様に、信号平均化は、信号対雑音比を改善するためのそのような構造におけるエッジの方向に沿ったボックスまたはバーを含む構造の像について実行し得る。
【００３２】
ビーム２２がレーザビームである場合、鏡面反射方向に沿ってスペックルが作り出される。この理由から、ビーム２２がレーザビームである場合には、基準面に関してレーザビームの鏡面反射方向からずれた方向にのみ沿った放射を収集光学装置が収集するのが好ましい。これは、図１においてはストッパ２６により、図５においては図５の垂直反射方向からずれた鏡２６’の配置により達成される。
【００３３】
上述したように、従来システムは、高い開口数を有する収集光学装置を使用する。この理由から、高度が異なる２つの構造からの放射を同じ検出器に集束するのは困難であろう。本発明の別の局面によれば、基準面３４から異なる距離の位置において２つの開口が使用される。より低い高度の一方の格子によって散乱された放射が収集光学装置によって第１の開口に集束され、高い高度の他方の格子からの放射が、同じまたは異なる収集光学装置によって他方の開口に集束される。２つの開口の背後に１つ以上の検出器が置かれ得る。そのような配置により、高度が異なる両方の構造からの散乱放射を、それらのそれぞれの開口またはスリットに、同時に集束させることが可能である。この構成は、図６Ａに例示される。図６Ｂは、図６Ａのシステム７０の側面図である。
【００３４】
従って、格子２４（１）により散乱された放射は、レンズ２８、３０により収集されてスリット７２へ集束され、格子２４（２）により散乱された放射は、レンズ２８、３０により収集されてスリット７４へ集束される。図６Ａに示されているように、スリット７２は、スリット７４よりも基準面３４に近く、その場合に、基準面３４からの２つのスリットの距離の差は、２つの格子２４（１）、２４（２）の高度間の差を吸収する。このように、焦点深度についての要件を緩和するために、解像度を妥協する必要がない。
【００３５】
２つの格子による散乱放射は２つの異なるスリットに集束される必要があるので、格子全体が照明されるのではなく、ビーム２２’は、大きいスポットを照明するための小さいビーム直径を持っており、その場合、大きいスポットは、両方の格子の部分を含んでいる。従って、２つの格子の各々の被照明部分により散乱された放射は、２つのレンズによって収集され、そのそれぞれのスリットまたは開口に集束される。従って、２つの格子を走査するためには、２つの格子と収集光学装置（レンズ２８、３０およびスリット７２、７４）との間の相対運動が、光学装置または格子の直線的平行移動および／または回転を実行するためのモータを使用するなどの従来方法で提供される。モータは、図を単純化するために省略してある。鏡２６、レンズ２８、３０およびスリット７２、７４が同じ光学ヘッド中にある場合、相対運動は、光学ヘッド中のこれらの要素と２つの格子との間で引き起こされ得る。２つの構造の像が取得された後、２つの格子の２次元像、または上述したようにそこから導き出された１次元信号の相互相関をコンピュータ４０により実行し得る。図６Ａ、図６Ｂのシステムも、ボックスおよびバータイプ構造をその上に有するターゲットの重ね合わせ誤差を検出するために用い得る。
【００３６】
上述したように、上記システムは、リソグラフィトラック、ステッパおよび／またはエッチャーのような半導体ウェーハ加工装置に組み込み得る。そのような場合、重ね合わせ誤差検出が、処理装置により引き起こされた振動により受ける影響がより少なくなるように、データ収集期間を制御することが望ましいであろう。一実施形態では、用いた（２次元ＣＣＤ検出器のような）検出器の積分時間は、約１０ミリ秒未満である。言い換えれば、ビーム２２が、放射を連続的に供給するか、検出器の振動にとっての振動周期に比べて十分短い積分時間を選択することにより長いパルス幅を有するパルスを放射としてターゲットに供給する場合、誤差検出が加工装置の振動から受ける影響はより少なくなるであろう。あるいは、検出器の積分時間を制御する代わりに、ビーム２２’がパルスを含む場合には、そのように適用されたパルスのパルス幅は約１０ミリ秒未満になり、その結果、検出器の積分時間が約１０ミリ秒より長くなり得る。データ収集期間を制御する上述したような特徴は、半導体ウェーハ加工装置と統合された場合に正確な重ね合わせ誤差検出能力を提供するために、上述したような値の１つのような適切な開口数を有する収集光学装置と有利に組み合わせ得る。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施形態を例示する明視野システムの概略図である。図７に示されているように、多色ビーム８３は、源からの放射を伝達するためのファイババンドルを含むことがあるＣＷランプ源８２により供給される。ビームは、コンデンサ８４を通過し、ビームスプリッタ８６により反射され、顕微鏡対物レンズ８８によってターゲット２４の基準面３４へ集束される。ターゲット２４によって散乱されたビーム８３からの放射は、対物レンズ８８によって収集され、ビームスプリッタ８６を通り、チューブレンズ９０によってＣＣＤカメラ９２に集束される。図７に示されているように、ビーム８３は、基準面３４に対して実質的に垂直であり、対物レンズ８８によって収集され、レンズ９０によってカメラ９２に集束された放射は、基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿っている。収集されＣＣＤカメラ９２に集束された放射が、ターゲットについての基準面３４に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿った放射を含むので、システム８０は明視野システムである。ターゲット２４中の２つの格子の走査が全く必要とされないという点で、システム８０は米国特許第６，０２３，３３８号に記載されるものよりも有利である。ビーム８３は、２つの格子間のどのような重ね合わせ誤差の決定についても単一の測定で十分であるように、両方の格子の実質的な部分、または好ましくは２つの格子の全範囲を照明する。動作部を持たない８０のようなシステムの他の利点は、上記で説明されており、ここで繰り返す必要はない。好ましくは、対物レンズ８８、９０を含む収集光学装置は、暗視野システムについて上記で説明したように１回の測定で異なる高さの構造からの放射が正確に測定できる可能性がより高くなるように、中間開口数（上述した開口数についての値の範囲のいずれか１つとし得る）を有している。
【００３８】
対物レンズ８８は、その開口数に応じて、明視野または明暗視野対物レンズとし得る。ジー．ノマルスキー (G. Nomaruski) の「偏光波式微分干渉顕微鏡 “Microinterferometre differentiel a ondes polarises" 」 (J. Phys. Radium 16, 9S-13S(1955)) に記載されているようなノマルスキー型対物レンズも使用し得る。
【００３９】
本発明の別の局面は、より正確な重ね合わせ誤差測定を提供するために、図１、５、６Ａ、６Ｂおよび７に示されるようなシステムを使って得られた像を処理するための方法に関する。これは、図８において本発明の別の実施形態において例示される。図８に示されているように、重ね合わせターゲット１０２（格子、ボックスおよび／またはバーを含み得る２つ以上の構造をその表面に有する）は、２次元デジタル像１０６を得るための上述の光学ツール１０４のいずれか１つを用いて検出される。次に、デジタル像１０６は、プロセッサ４０のような像前処理ツール１０８に供給され、上述したような格子、ボックスまたはバー中のエッジの方向に沿って２次元像強度を平均することによって１次元信号１１０を得る。次に、パラメータ空間中のパラメータを用いてモデルが構築される。次に、これらのパラメータの値は、プロセッサを介して適用される非線形回帰ツール（ブロック１１２）を用いて、２次元デジタル像から導き出された１次元信号にモデルを適合させるために変えられる。１次元信号に最良適合する事前定義モデルのパラメータ値を見出すことにより（ブロック１１４）、これらのパラメータが解析され（ブロック１１６）、重ね合わせ誤差または他の誤差の値を見出す（ブロック１１８）。非線形回帰を実行する前に１次元信号を２次元像から導き出すことがより望ましいのに対して、最初に１次元信号を導き出さずに２次元像について非線形回帰を実行することが可能なことが理解されるであろう。すべてのそのようなおよびその他の変更は、本発明の範囲内にある。
【００４０】
上述したように、従来のアルゴリズムは、ボックス・イン・ボックスターゲットまたはボックスおよびバーを含む他のターゲットの２次元像のエッジ部分またはその近くのデータのみを利用する。像の他の部分におけるデータポイントは利用されない。本発明の別の局面は、従来方法よりも多くの２次元像からのデータポイントを利用する認識に向けられており、より正確な結果が得られる。一実施形態において、これは、２次元デジタル像を表すために、像中の位置の少なくとも１つの解析関数を見出すことによって達成される。
【００４１】
この実施形態においては、解析関数を利用するモデルが最初に構築され、そこでは関数は多くのパラメータについて表現される。次に、実験データに関数が最良適合する結果になるパラメータ値を見出すために非線形回帰が実行される。次に、これらのパラメータ値は、重ね合わせ誤差および他の誤差を導き出すために用いられる。
【００４２】
１次元信号を２次元像から導き出すことおよび非線形回帰のような上述したような特徴を実施するための好ましいプロセスを以下に説明する。
【００４３】
雑音低減手順
上述したように得られた２次元像は、さらなる解析のための像領域を選択するために、ターゲットの外側エッジを検出することによりなされるように最初に前処理し得る。好ましくは、不規則雑音を平均しかつ、下記の２つの式に従って２次元像のＸおよびＹ軸に沿って重ね合わせ誤差を計算するのに適当な１次元信号を得るために、２次元像も前処理される。
2005520353.tif 000003
ここで、Ｉ（ｘi ，ｙj ）は、座標（ｘi ，ｙj ）により特徴付けられる画素の像強度であり、Ｎx 、Ｎy は、選択された像領域中のＸ方向およびＹ方向それぞれにおける画素数を表す。
【００４４】
両方の式（１）および（２）は、ボックスおよび／またはバーをその中に持っているターゲットについて用いられるのに対して、平均化が格子ラインの方向にのみ沿ってなされる格子ターゲットについては、式（１）のみが用いられる。
【００４５】
上記２つの式は、ターゲットエッジが軸ＸおよびＹに沿って完全に整合するという仮定の下で用いられる。もしハードウェアにおける位置ずれが問題になれば、本来の軸ＸおよびＹについて角度θだけ回転させた軸Ｘ’およびＹ’に沿って同様な平均化が実行される。次に、角度θは、以下で説明される非線形回帰ツールの調整可能パラメータのセットに加えられる。
【００４６】
格子ターゲットのためのモデル
２次元格子像の前処理後、上記の式（１）におけるような１次元信号が得られる。次に、以下の形の２つの１次元周期的信号の位相シフトδφおよびピッチｐから、重ね合わせ誤差δｘを見出し得る。
δｘ＝（ｐ／２π）δφ                                      （３）
【００４７】
図９は、４つの格子、すなわちターゲットの第１の層上の２つの格子１３２、１３４および第１の層の高度とは異なる高度のターゲットの第２の層上の２つの格子１３６、１３８の２次元像のプロットである。言い換えれば、図９は上記の式（１）および（２）における４つの格子の像Ｉ（ｘi ，ｙj ）のグラフプロットの例である。格子ペア１３２、１３４が、格子ペア１３６、１３８の高度とは異なる高度にあるので、これら２つの格子ペアのピッチは、たとえそれらがピッチについて同じ設定で作製されたとしても、２次元像が異なり得る。この理由から、上で参照されたモデルに従って、２つの１次元周期的信号が２つの異なるピッチ値ｐ1およびｐ2において生成される。
【００４８】
各周期的信号については、これは有限数Ｎ項を有するそのフーリエ級数により解析され、級数は以下の形である。
2005520353.tif 000004
ピッチｐならびに係数ａn およびｂn を大まかに推定するため、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムが用いられる。次に、Ｉx （ｘ）の形の２つの信号の各々についての２次元像から得られた平均化放射データポイントに対する式（４）のモデルの最良適合を見出すために非線形回帰ツールが利用される。２次元像中で２つの格子ペアのピッチが異なる程度まで、上記プロセスは、２つの異なるピッチｐ1 およびｐ2 という結果になるであろう。これら２つのピッチ値は互いに比較され、もしそれらの間の差が、規定の百分率限界を越えれば、ターゲットは拒絶され、重ね合わせ誤差は全く返されない。そうでなければ、平均ピッチ値、
ｐ＝（ｐ1 ＋ｐ2 ）／２                                      （５）
が両方の信号について仮定され、それらの係数ａn 1 、ｂn 1 、ａn 2 、ｂn 2 は、上記と同じ非線形回帰ツールでさらに改良され、ここでは、位置ずれ角度θは、必要であれば、調整可能パラメータとして含まれる。もし基本高調波（すなわち、ａn およびｂn においてｎ＝１）の強度が、各信号中で十分に強ければ、位相シフトδφは、以下の式から得られる。
δφ＝ｔａｎ-1（ｂ1 1 ／ａ1 1 ）−ｔａｎ-1（ｂ1 2 ／ａ1 2 ）（６）
そうでなければ、最も強い高調波がδφを計算するために用いられ、それに対して、２番目に強い高調波は、位相アンラッピングを実行するために用いられる。異なる高度にある２つの格子ペアを表している２つの信号の各々についての放射データポイントへの式４のモデルの最良適合を見出すために非線形回帰ツールが使用された後、２つの信号は、次に、それらの間の位相差を見出すために、図１０に例示されるように比較される。図１０に示されているように、２つの信号の一方は実線で示され、他方の信号は破線で示される。これは、上記の式（３）に式（５）および（６）を代入して実行され、これは、測定結果として返される重ね合わせ誤差δｘの値を与える。
【００４９】
式（１）および（２）の雑音低減アルゴリズムが２次元像に適用されなかった場合、２次元像の放射中のデータポイントへのモデルの最良適合を見出すための上述したプロセスは依然として可能である。例えば、式（４）のモデルは、２次元像の格子ラインを横切る平面に沿った断面に沿って得られた放射データポイントへの最適適合を見出すために用い得る。
【００５０】
ボックスおよび／またはバーを含むターゲットのためのモデリング
図１１は、本発明を例示するのに有用な２次元ボックス・イン・ボックスタイプターゲットの像である。格子ターゲットの２次元像のケースにおけるように、２つの１次元信号が、図１１に示されるような２次元ボックス・イン・ボックス像から導き出し得る。例えば、上記の式（１）および（２）に記述される平均化プロセスは、図１１の像のセクションに適用できる。従って、平均化は、点線１５２、１５４の間の外側ボックス１４０の上下部分１４２、１４４で実行され、Ｘ方向に沿って内側ボックス１５０において実行し得る。同様に、像の平均化は、点線１５６、１５８の間の外側ボックス１４０の左右部分１４６、１４８ならびに内側ボックス１５０についてはＹ方向に沿って実行し得る。図１１の２次元像の外側ボックスおよび内側ボックスの部分１４２、１４４、１４６、１４８のみにおいて平均化が実行されることを除いて、上述したプロセスも、式（１）および（２）に従って２つの１次元信号を与える。
【００５１】
図１２は、そのようにして導き出された２つの１次元信号の各々の形の例を図示するものである。同様に、内側ボックス１５０のＹ方向および点線１５６、１５８の間の左右部分１４６、１４８のセクションを平均化することにより、図１２に示される形の１次元信号も得られる。以下で説明されるように、パラメータを利用するモデルが、ボックス・イン・ボックス像用に作られる。このモデルを、図１２に例示されるようなＸおよびＹ軸の両方に沿った１次元データに適合させることによって、外側および内側ボックスの中心を見出すことができる。
【００５２】
上述したように、本発明の１つの局面は、従来システムとは異なり、エッジ部分だけでなく２次元像の他の部分での放射データも用いることによる認識に基づき、より正確な結果が得られる。言い換えれば、ピーク１４２ａ、１４２ｂ、１５０ａ、１５０ｂ、１４４ａ、１４４ｂにおけるまたはその付近の放射データを利用することに加え、本発明のシステムは、図１２における部分１６２、１６４および１６６のデータポイントのような、放射像の他の部分における放射データも利用する。これは、本発明のシステムにおいて解析関数の形でのエッジ検出モデルによって達成される。一実施形態において、２次元像から導き出された１次元データに適合されるべきエッジ解析関数は以下の通りである。
2005520353.tif 000005
上記の式において、Ａ1 、Ａ2 、Ｂ、ｄ1 、ｄ2 およびｘ0 は、図１２に示されるような１次元信号中のデータポイントにエッジ関数を適合させるために変え得るパラメータである。エッジは、Ｘ軸に沿った位置ｘ0 で生じる。ｘの代わりにｙを用いることにより、上記の式（７）と形が同様なエッジ関数ｆ（ｘ）を、Ｙ軸に沿ったエッジの平均プロファイルとして用いることができ、その場合、ｘ0 は、Ｙ軸に沿ったエッジの位置を表すｙ0 で置き換えられる。上記の式（７）におけるｘの値の範囲は、部分１６２、１６４および１６６におけるデータポイントをカバーするので、これらの部分におけるデータポイントも、以下で説明されるカーブフィッティングプロセスにおいて利用される。
【００５３】
上記の実施形態において、平均１次元信号は、ＸおよびＹ軸の各々についての２次元像から導き出される。平均化により、雑音の影響が減少しかつ信号対雑音比が向上する。あるいは、上述したような関数ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）を得るために平均化プロセスを実行する代わりに、これらの関数は、図１１における点線１７２、１７４に沿った断面に沿うデータのような、外側および内側ボックスの断面に沿ってデータを単にとることによって得ることができる。式（７）のモデルのような２つ以上の解析的エッジモデルにより、同様な重ね合わせ誤差測定性能が達成できることが見出された。これらの代替モデルは、指数関数またはガウス関数を伴うモデル、および光学系の点広がり関数によってボックスを巻き込むことによって得られた正確なモデルを含む。そのような変更および他の変更は本発明の範囲内にある。
【００５４】
内側および外側ボックスのエッジが互いに近いターゲットにおいては、図１２におけるような外側ボックスのエッジを示す信号は、内側ボックスにより散乱された放射からの寄与を含んでおり、逆もまた同様である。従来システムにおいては、これは重ね合わせ計算における系統誤差の原因となり得る。この問題を克服するために、２つのボックスからの全信号は、内側および外側ボックス（または、バー・イン・バーターゲットの場合はバー）からの２つの寄与の合計として表される。
Ｉx （ｘ）＝Ｉx inn （ｘ）＋Ｉx out （ｘ）                  （８）
関数Ｉx inn （ｘ）およびＩx out （ｘ）は、上記の式（７）中のエッジ関数のような、ボックスエッジをモデリングする簡単な解析セグメントで作られる。全体の信号は、ボックス・イン・バーまたはバー・イン・ボックスターゲットについて同様に構成し得る。
【００５５】
ボックスエッジおよびボックスの他の部分についてのモデルとして式（７）および（８）を用いた結果は、光学系の点広がり関数によってボックスを巻き込むことによって得られた正確な関数を用いて得られたものと同じくらい良好な重ね合わせ正確度および精密度をもたらすことが見出された。ツール誘起シフト（「ＴＩＳ」）および不均一照明の効果を最小限にし、かつ調整可能パラメータの数を減らすため、外側ボックスについての信号Ｉx out （ｘ）は、座標ｘc out を持つ外側ボックスの中心に関して互いに反射された２つの関数ｆ（ｘ）を重ね合わせて得られる。
Ｉx out （ｘ）＝ｇ（ｘ−ｘc out ）＋ｇ（ｘc out −ｘ）      （９）
ここで、関数ｇ（ｘ）は、図１４に例示されるように、２つのエッジ関数ｆ（ｘ）の合計である。ＴＩＳプロセスは、ハリー・レビンソン (Harry Levinson) による「リソグラフィプロセス管理 “Lithography Process Control"」(SPIE press, vol. TT28, Bellingham, Washington 1999)中で、より完全に説明されている。この構成は、信号Ｉx out （ｘ）が同じ材料により形成されるという事実を反映しており、それゆえ、これは照明およびＴＩＳ効果を修正する。なぜなら、これは、照明特性または光学ツール特性に対してよりも、ターゲット特性に対してより敏感だからである。内側ボックスについての信号Ｉx inn （ｘ）は、ポイントｘc inn に中心を合わせたただ１つの関数ｆ（ｘ）を用いて構成される。
Ｉx inn （ｘ）＝ｆ（ｘ−ｘc inn ）＋ｆ（ｘc inn −ｘ）    （１０）
ここで、この式中の内側ボックスエッジ関数ｆ（ｘ）についての調整可能パラメータは、外側ボックスエッジ関数についての調整可能パラメータとは異なる。この式において用いられる対称化は、調整可能パラメータの数を減らし、かつ外側ボックスについての議論で説明されるように、測定性能を改善するために重要である。
【００５６】
次に、実験的信号へのモデル（８）の最良適合を見出しかつ以下から重ね合わせ誤差を計算するために非線形回帰ツールが用いられる。
δｘ＝ｘc out −ｘc inn                                   （１１）
【００５７】
本発明の別の実施形態において、２次元データを平均して得られた１次元信号を使う代わりに、２次元像全体が、図１１に例示されるように、ｘおよびｙの解析関数によりモデル化される。その場合、式（８）の代わりに以下のようになる。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝Ｉinn （ｘ，ｙ）＋Ｉout （ｘ，ｙ）          （１２）
ここで、Ｉinn （ｘ，ｙ）およびＩout （ｘ，ｙ）は、内側および外側ボックス像についての解析モデルである。上述した１次元のケースにおけるように、これらのモデルの種々の実施が可能であり、（式（７）におけるような）有理関数、指数関数、および対象の回旋と光学系の点広がり関数との組み合わせが含まれる。
【００５８】
図１３は、ボックス・イン・ボックスまたはバー・イン・バー、あるいはボックス・イン・バー像中のエッジを説明するための上記の式（７）における関数ｆ（ｘ）の図解である。式（７）中のパラメータｄ1 およびｄ2 は、座標ｘ0 のそれぞれ左右へのボックスまたはバーのエッジにおけるピーク強度の減衰率を示す。言い換えれば、ピーク２００は、ボックスまたはバーのエッジの存在を示す。部分２０２は、ボックスまたはバーの高い部分から検出された放射強度を示し、部分２０４は、ボックスまたはバーの外部のターゲットの高くない部分から検出された放射強度を示す。
【００５９】
次に、異なるパラメータセットを有する２つの関数ｆ（ｘ）の合計として、２エッジ関数ｇ（ｘ）が作られる。意味があり連続的な関数を得るために、パラメータに対していくつかの制約条件が導入される。例えば、第１のエッジ関数のパラメータＡ2 は、第２の関数のパラメータＡ1 と等しいものと想定される。図１４は、このモデルに従った式（９）における関数ｇ（ｘ）のグラフプロットである。
【００６０】
式（９）において、外側ボックス信号は、外側ボックスの中心ｘc out に関して反射された２つの関数ｇ（ｘ）を加えることによって形成され、この中心は、決定すべき別の調整可能パラメータになる。内側ボックスについては、２つの関数ｆ（ｘ）の同様な対称的重ね合わせがなされ、その結果、信号は対称的に見える（図１４におけるものとは異なる）。内側ボックスについての調整可能パラメータは、ｆ（ｘ）関数に入るパラメータと対称化中心ｘc inn であり、これは、式（９）において後に使用される非線形回帰によっても決定されるべき内側ボックスの中心である。
【００６１】
ボックス・イン・ボックス、バー・イン・バーおよびボックス・イン・バータイプターゲットの多くは、ボックスまたはバー構造のセグメントの中心まわりで対称な構造を含んでいる。例えば、図１１を参照すると、部分１４２を表すエッジ関数は、例えば、部分１４２を２つの等しい半分に分割する点線１９０のまわりで対称であるべきである。この理由のため、外側ボックスおよび内側ボックス信号が、加えることにより形成されるのが好ましい。
【００６２】
統合されたウェーハ加工および重ね合わせ誤差検出ツール
図１５は、本発明の別の局面を例示するための重ね合わせ誤差検出システム１０、フォトリソグラフィトラック、ステッパおよびエッチャーのブロック図である。フォトレジストのような材料の層が、ステッパ３５０によって半導体ウェーハの表面に形成され、そこでは、フォトレジストがウェーハ上に格子構造を形成する。次に、格子構造の重ね合わせ誤差が、図１、５、６Ａ、６Ｂ、７のシステム、および上述した技術の１つ以上を用いて測定される。次に、コンピュータ４０からのそのような測定値がステッパ３５０へフィードバックされ、そこでそのような情報は、どのような誤差をも修正するようにステッパ３５０におけるリソグラフィプロセスを変更するために用いられ得る。
【００６３】
半導体加工において、ウェーハ上にフォトレジスト層が形成された後、エッチャー３６０などを用いてエッチングプロセスが実行できる。次に、フォトレジスト層は、技術的に周知の方法で除去され、結果として得られるウェーハ上に半導体材料で作られた格子構造を、もし必要であれば、上述したシステムを用いて再度測定し得る。エッチングプロセスの前に、上述した技術のいずれか１つ以上を用いて測定した重ね合わせ誤差値は、システムを用いて見出されたどのような誤差をも修正するためにいずれかのエッチングパラメータを変更するためにエッチャーに供給し得る。当然ながら、上述した技術の１つ以上により得られた結果は、ステッパおよびエッチャーの両方において、またはステッパもしくはエッチャーのいずれかにおいて使用すること、あるいは双方において使用しないことができる。ステッパ３５０および／またはエッチャー３６０は、回折構造の１つ以上のパラメータを見出すための上述したシステムのいずれかと統合された単独のツールを形成するか、あるいはそれとは別個の計器とし得る。
【００６４】
ソフトウェアアップグレード
本発明を、図１、５、６Ａ、６Ｂまたは７に示されるようなシステムを用いて上記で説明してきた。試料から測定データを得るためにこれらの図のシステム中の様々な光学的構成要素が使用されるのに対して、他のプロセスの多くはコンピュータ４０により実行される。従って、半導体製造業者のような製造業者によって現在使用されている多くのシステムの場合、システム中で使用されるコンピュータは、上述した技術を実行するための能力を有していないことがある。従って、本発明の別の局面は、コンピュータ４０が上述した種々の機能の１つ以上を実行できるように、これらのコンピュータ中のソフトウェアがアップグレードできることを想定している。従って、本発明の別の局面は、上述した機能を実行するためにコンピュータ４０にロードされるソフトウェアコンポーネントを含む。これらの機能は、図１、５、６Ａ、６Ｂ中のシステムの光学的構成要素と共に、上記で概要を述べた種々の利点を結果にもたらす。ソフトウェアまたはプログラムコンポーネントは、各種の方法でコンピュータ４０にインストールし得る。
【００６５】
技術的に理解されるように、本発明のソフトウェアコンポーネントは、適切に構成された計算デバイスにロードされた場合にそのデバイスを本発明に従って作動させる論理命令および／またはデータを含む固定媒体プログラムコンポーネントとして具体化し得る。技術的に理解されるように、固定媒体プログラムは、ユーザのコンピュータにロードするために固定媒体上でユーザに引き渡すか、あるいは固定媒体プログラムは、リモートサーバ上にあり、プログラムコンポーネントをダウンロードするためにユーザは通信媒体を介してこのサーバにアクセスすることができる。従って、本発明の別の局面は、プログラムコンポーネントをユーザへ伝達するか、伝達されるようにすることを含み、その場合に、コンポーネントは、ユーザのデバイス中にダウンロードされると、上述した機能のいずれか１つ以上を実行できる。
【００６６】
図１６は、媒体４１７および／またはネットワークポート４１９から命令を読むことができる論理装置として解釈できる情報機器（またはデジタルデバイス）を示す。その後、装置４０は、技術的に理解されるように、本発明の局面を具体化するため、それらの命令を用いてサーバまたはクライアント論理を命令できる。本発明を具体化し得る論理装置の１つのタイプは４０で例示されるコンピュータシステムであり、ＣＰＵ４０４、任意の入力デバイス４０９および４１１、ディスクドライブ４１５および任意のモニタ４０５を含む。固定媒体４１７は、そのようなシステムをプログラムするために使用でき、さらにディスクタイプの光学式または磁性媒体、磁気テープ、固体メモリ等とすることができる。本発明の１つ以上の局面は、この固定媒体上に記録されたソフトウェアとして全体または部分的に具体化し得る。そのようなシステムが上述した機能のいずれか１つ以上を実行するようにプログラムするために使用される命令を最初に受け取るために通信ポート４１９も用いることができ、インターネットまたは任意の他のコンピュータネットワークへのような任意のタイプの通信接続とすることができる。命令またはプログラムは、ユーザのデバイスへ直接送るか、ユーザのデバイスを介してアクセス可能なインターネットのウェブサイトのようなネットワーク上に置くことができる。ユーザにとって利用可能なプログラムまたはソフトウェアコンポーネントを作るすべてのそのような方法は、当業者には既知であり、ここでは説明しない。
【００６７】
本発明は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）の回路構成内で全体的または部分的に具体化し得る。そのような場合には、本発明は、本明細書中に記載されるように作動するＡＳＩＣまたはＰＬＤを作るために用い得るコンピュータの理解可能な記述言語で具体化し得る。
【００６８】
上記で様々な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、添付の特許請求の範囲およびそれらの等効物のみにより規定されるべき本発明の範囲を逸脱することなく、変更および改造をなし得ることが理解されるであろう。言及されたすべての参照は、それらの全体が本明細書に組み入れられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施形態を例示するためのレーザまたは白色光暗視野システムの断面図である。
【図２】
本発明の実施形態を例示するための解像度および焦点深度対対物レンズ開口数のグラフプロットである。
【図３Ａ】
本発明の例示に有用な格子ターゲットの一部の断面図である。
【図３Ｂ】
本発明の実施形態を例示するために図１のシステムを用いた、図３Ａの格子ターゲットにより散乱された放射の強度のグラフプロットである。
【図４】
本発明の例示に有用なターゲットの２つの格子間の誤登録信号対２つの格子間のターゲットシフトのグラフプロットである。
【図５】
本発明の別の実施形態を例示するためのレーザまたは白色光暗視野システムの断面図である。
【図６Ａ】
本発明の別の実施形態を例示するデュアルスリットまたは開口走査を備えるレーザ暗視野システムの正面断面図である。
【図６Ｂ】
図６Ａのシステムの側面図である。
【図７】
本発明のさらに別の実施形態を例示するターゲット中の２つの周期的構造の位置ずれを検出するための中間開口数を有する収集光学装置を備える明視野結像システムである。
【図８】
本発明の実施形態を例示する重ね合わせターゲット中の構造に関する位置ずれ情報を得るための重ね合わせターゲットの２次元像を得るためのプロセスおよび像の処理を例示するフローチャートである。
【図９】
本発明の例示に有用な２次元格子像である。
【図１０】
本発明の局面を例示するための、図９の像のような、２次元像から導き出された２つの１次元信号のグラフプロットである。
【図１１】
本発明の例示に有用な２次元ボックス・イン・ボックス像である。
【図１２】
本発明の別の局面を例示するボックス・イン・ボックスターゲットの像から導き出された１次元データ信号のグラフプロットである。
【図１３】
本発明の例示に有用なボックス・イン・ボックスまたはバー・イン・バー、あるいはボックス・イン・バータイプ像のエッジ部分の近似としての解析関数のグラフプロットである。
【図１４】
本発明の例示に有用な外側ボックス像のエッジ部分から導き出された解析関数のグラフプロットである。
【図１５】
本発明の別の局面を例示するターゲット中の構造間の位置ずれを検出するためのシステムのブロック図であり、このシステムは、リソグラフィトラック、ステッパおよび／またはエッチャーに、独立型測定器としてあるいはステッパおよび／またはエッチャーとの一体型ツールとして接続される。
【図１６】
本発明の局面が具体化し得る代表的サンプル論理デバイスを示すブロック図である。
【図１】
2005520353.tif 000009
【図２】
2005520353.tif 000010
2005520353.tif 000011
【図４】
2005520353.tif 000012
【図５】
2005520353.tif 000013
【図６Ａ】
2005520353.tif 000014
【図６Ｂ】
2005520353.tif 000015
【図７】
2005520353.tif 000016
【図８】
2005520353.tif 000017
【図９】
2005520353.tif 000018
【図１０】
2005520353.tif 000019
【図１１】
2005520353.tif 000020
【図１２】
2005520353.tif 000021
【図１３】
2005520353.tif 000022
【図１４】
2005520353.tif 000023
【図１５】
2005520353.tif 000024
【図１６】
2005520353.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月26日(2004.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像方法において、
基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの周期的構造を照明する放射を提供するステップと、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を、２つの構造の少なくとも一部分の像を検出器配列上で形成するために送り出すステップであって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである収集および送り出しステップと、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】  前記決定ステップは、検出器の出力間の位相差を見出すことを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】  前記収集ステップは、基準面に対して斜め、垂直ないしほぼ垂直な角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１記載の方法。
【請求項４】  前記提供ステップは、ビームが基準面に対して斜めの角度になるように、放射ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項５】  前記提供ステップは、両方の構造の全範囲を同時に照明する放射ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項６】  前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記方法は、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項７】  前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記決定ステップは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関することを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】  前記提供ステップは、レーザビームまたは多重波長を有する広帯域ビームを提供する請求項１記載の方法。
【請求項９】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための方法において、
２つの構造の各々の一部を照明する放射ビームを提供するステップと、
２つの構造の各々の被照明部分からの放射を収集し、各構造から収集された放射を２つの開口の対応する一方を介して対応する検出器へ送り出すステップと、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
一方では開口および検出器、他方では２つの構造の間で、あるいは一方ではビーム、他方では２つの構造の間で相対運動を引き起こすステップと、
を含む方法。
【請求項１０】  前記収集および送り出しステップは、光学装置を用い、２つの構造が前記光学装置から異なる距離にあり、さらに、前記方法は、２つの構造の各々の像が光学装置により対応する開口に実質的に集束させるように前記開口を設置するステップを含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
基準面に対して実質的に垂直ないしほぼ垂直な方向に沿って２つの周期的構造を照明する放射ビームを提供する源と、
検出器配列と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を２つの構造の少なくとも一部分の像を出力を提供する検出器配列上で形成するために送り出す光学装置であって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである光学装置と、
検出器の出力間の位相差から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項１２】  前記配列は、検出器の２次元配列を含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】  光学装置は、基準面に対して斜めの角度の方向に沿って２つの構造から放射を収集する請求項１１記載の装置。
【請求項１４】  前記放射ビームは、両方の構造の全範囲を同時に照明する請求項１１記載の装置。
【請求項１５】  前記構造の各々は、ラインの配列を含み、前記プロセッサは、構造の一方のラインから検出器上に結像された放射を検出する検出器の出力を合計する請求項１１記載の装置。
【請求項１６】  前記２つの構造は、ある方向に沿って実質的に周期的であり、前記プロセッサは、構造の各々の少なくとも２本以上のラインを横切る２つの構造の隣接したラインから検出された放射の強度を相互相関する請求項１１記載の装置。
【請求項１７】  前記源は、レーザビームまたは多重波長を有するビームを提供する請求項１１記載の装置。
【請求項１８】  前記光学装置は、源からの放射を２つの構造に送り出しかつ２つの構造からの放射を収集する屈折要素を含む請求項１１記載の装置。
【請求項１９】  前記屈折要素は、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する請求項１８記載の装置。
【請求項２０】  前記検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項１１記載の装置。
【請求項２１】  前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って放射を収集する請求項１１記載の装置。
【請求項２２】  前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの１つ以上の鏡面反射方向に沿って放射を収集する請求項１１記載の装置。
【請求項２３】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための装置において、
２つの構造の各々の一部を照明する放射ビームを提供する源と、
１つ以上の検出器と、
２つの開口と、
２つの構造の各々の被照明部分からの放射を収集し、各々の構造から収集された放射を２つの開口のうちの対応する一方を介して対応する検出器へ送り出し、対応する検出器に出力を提供させる光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
一方では開口および検出器、他方では２つの構造の間であるいは一方ではビーム、他方では２つの構造の間での相対運動を引き起こす機器と、
を含む装置。
【請求項２４】  ２つの構造は、前記光学装置から異なる距離にあり、前記光学装置が２つの構造の各々の像を対応する開口に実質的に集束させるように、２つの開口を設置する請求項２３記載の装置。
【請求項２５】  基準面に関して２つの異なる面上でかつ互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
１つ以上の検出器を備える検出器配列と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を、２つの構造の少なくとも一部分の像を検出器配列上で形成するために送り出す光学装置であって、１つ以上の検出器が出力を提供し、２つの構造が前記光学装置から異なる距離にあり、前記光学装置が約０．１〜０．９の範囲の開口数を有し、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである光学装置と、
前記光学装置を用いる１回以上の測定を必要とすることなく検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項２６】  前記１つ以上の検出器は、ＣＣＤ検出器を含む請求項２５記載の装置。
【請求項２７】  前記１つ以上の検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項２５記載の装置。
【請求項２８】  前記源は、２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つは約１０ミリ秒未満のパルス幅を有する請求項２５記載の装置。
【請求項２９】  基準面に関して２つの異なる面上でかつ互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像方法において、
２つの構造を照明する放射ビームを提供するステップと、
１つ以上の検出器を備える検出器配列を提供するステップと、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を、２つの構造の少なくとも一部分の像を検出器配列上で形成するために送り出すために光学装置を用いるステップであって、１つ以上の検出器が出力を提供し、２つの構造が前記光学装置から異なる距離にあり、前記光学装置が約０．１〜０．９の範囲の開口数を有し、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである用いるステップと、
前記光学装置を用いる１回以上の測定を必要とすることなく検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項３０】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
約１０ミリ秒未満の積分時間を有する１つ以上の検出器と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を出力を提供する１つ以上の検出器へ送り出す光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項３１】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つは約１０ミリ秒未満のパルス幅を有するようにした源と、
１つ以上の検出器と、
２つの構造からの放射を収集し、収集された放射を出力を提供する１つ以上の検出器へ送り出す光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項３２】  前記源は、約１０ミリ秒未満の開口時間を有する機械式シャッタを含む請求項３１記載の装置。
【請求項３３】  ２つの異なる面上で２つの構造を有する試料を処理するための統合型処理および結像装置において、
（ａ）基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの構造の位置ずれを検出するための結像システムであって、
２つの構造を照明する放射ビームを提供する源と、
２つの構造からの放射を収集し、出力を提供する検出器上に２つの構造の少なくとも一部分の像を形成するために収集された放射を検出器配列の１つ以上の検出器へ送り出す光学装置であって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なり、光学装置が２つの構造から異なる距離にあるものである光学装置と、
検出器の出力から構造間の位置ずれを決定するプロセッサであって、前記光学装置を用いる１回以上の測定を実行することなく前記位置ずれを決定することができるように前記光学装置は開口数を有するものであるプロセッサと、を含むシステムと、
（ｂ）前記試料を処理する処理システムであって、処理パラメータを調整するための位置ずれに応答性の処理システムと、
を含む装置。
【請求項３４】  前記光学装置は、約０．１〜０．９の範囲の開口数を有する請求項３３記載の装置。
【請求項３５】  前記処理システムは、半導体試料を処理するためのステッパまたはエッチャーを含む請求項３３記載の装置。
【請求項３６】  前記１つ以上の検出器は、ＣＣＤ検出器を含む請求項３３記載の装置。
【請求項３７】  前記１つ以上の検出器は、約１０ミリ秒未満の積分時間を有する請求項３３記載の装置。
【請求項３８】  前記源は、２つの構造を照明する放射のパルスを提供し、パルスの少なくとも１つが約１０ミリ秒未満のパルス幅を有する請求項３３記載の装置。
【請求項３９】  前記源は、構造を照明する放射ビームを提供し、前記光学装置は、基準面からのビームの任意の鏡面反射方向からずれた１つ以上の方向のみに沿って放射を収集する請求項３３記載の装置。
【請求項４０】  前記光学装置は、基準面からのビームの１つ以上の鏡面反射方向に沿って放射を収集する請求項３３記載の装置。
【請求項４１】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像方法において、
２つの周期的構造を照明する放射を提供するステップと、
２つの構造の各々の少なくとも一部分の像を配列上で形成するために検出器配列上の２つの構造から放射を結像し、検出器によって前記一部分の像を信号出力に変換させるステップであって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである結像および変換ステップと、
検出器の信号出力で、２つの構造の一方の一部分の前記像ないし構造から導きだされた像と、２つの構造の他方の一部分の前記像ないし構造から導きだされた像とを比較することにより構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４２】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
２つの周期的構造を照明する放射を提供する源と、
検出器配列と、
２つの構造の少なくとも一部分の像を配列上で形成するために検出器配列上の２つの構造から放射を結像し、検出器によって前記一部分の像を信号出力に変換させる光学装置であって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである光学装置と、
検出器の信号出力で、２つの構造の一方の一部分の前記像ないし構造から導きだされた像と、２つの構造の他方の一部分の前記像ないし構造から導きだされた像とを比較することにより構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【請求項４３】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像方法において、
２つの周期的構造を照明する放射を提供するステップと、
２つの構造の少なくとも一部分の像を配列上で形成するために検出器配列上の２つの構造から放射を結像し、検出器によって前記一部分の像を信号出力に変換させるステップであって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである結像および変換ステップと、
干渉の影響を受けることなく検出器の信号出力で、２つの構造の一方の一部分の前記像の情報と、２つの構造の他方の一部分の前記像の情報とを比較することにより構造間の位置ずれを決定するステップと、
を含む方法。
【請求項４４】  基準面に関して互いに隣接して置かれた２つの周期的構造の位置ずれを検出するための結像装置において、
２つの周期的構造を照明する放射を提供する源と、
検出器配列と、
２つの構造の少なくとも一部分の像を配列上で形成するために検出器配列上の２つの構造から放射を結像し、検出器によって前記一部分の像を信号出力に変換させる光学装置であって、２つの構造の一方の一部分の像と、２つの構造の他方の一部分の像とは、実質的に異なるものである光学装置と、
干渉の影響を受けることなく検出器の信号出力で、２つの構造の一方の一部分の前記像の情報と、２つの構造の他方の一部分の前記像の情報とを比較することにより構造間の位置ずれを決定するプロセッサと、
を含む装置。
【国際調査報告】
2005520353.tif 000026
2005520353.tif 000027