(57)【要約】  本発明は、半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定することであって、第１のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイを有するように作製される、第１の位相分布を測定することと、第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第２の位相分布を測定することであって、第２のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイと逆方向でかつ第１の意図的オーバレイと同じ大きさを有する第２の意図的オーバレイを有するように作製される、第２の位相分布を測定することと、第１の位相分布と第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定することと、第１の位相分布と第２の位相分布との差に関連する第２の位相傾斜を決定することと、位相傾斜データのセットを較正することと、第１のオーバレイターゲットおよび第２のオーバレイターゲットに関連する試験オーバレイ値を決定することを含むことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するための方法であって、
半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定することであって、前記第１のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイを有するように作製される、第１の位相分布を測定すること、
前記半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の前記瞳面にわたる第２の位相分布を測定することであって、前記第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、前記第２の意図的オーバレイは、前記第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、前記第１の意図的オーバレイおよび前記第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、第２の位相分布を測定すること、
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定すること、
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布との差に関連する第２の位相傾斜を決定すること、
前記決定された第２の位相傾斜ならびに前記第１の意図的オーバレイの大きさおよび前記第２の意図的オーバレイの大きさを利用して位相傾斜データのセットを較正すること、
前記第１の位相傾斜を、前記較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、前記第１のオーバレイターゲットおよび前記第２のオーバレイターゲットに関連する試験オーバレイ値を決定することを含む方法。
【請求項２】
前記第１の位相分布または前記第２の位相分布の少なくとも一方は、２次元位相イメージを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の前記和または前記第１の位相分布と前記第２の位相分布との前記差の少なくとも一方は、位相解析アルゴリズムによって実施される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の前記和または前記第１の位相分布と前記第２の位相分布との前記差の少なくとも一方は、光学的に実施される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のオーバレイターゲットからの前記第１の分布の測定および前記第２のオーバレイターゲットからの前記第２の分布の測定は、実質的に同時に実施される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のオーバレイターゲットから反射される照明および前記第２のオーバレイターゲットから反射される照明は、狭帯域照明または広帯域照明の少なくとも一方を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するための方法であって、
半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定することであって、前記第１のオーバレイターゲットは、選択された方向に沿う選択された大きさを有する第１の意図的オーバレイを有するように作製される、第１の位相分布を測定すること、
前記半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の前記瞳面にわたる第２の位相分布を測定することであって、前記第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、前記第２の意図的オーバレイは、前記第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、前記第１の意図的オーバレイおよび前記第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、第２の位相分布を測定すること、
半導体ウェハの第３のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の前記瞳面にわたる第３の位相分布を測定することであって、前記第３のオーバレイターゲットは、ゼロの意図的オーバレイを有するように作製される、第３の位相分布を測定すること、
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定すること、
第２の位相傾斜または第３の位相傾斜の少なくとも一方を決定することであって、前記第２の位相傾斜は、前記第１の位相分布と前記第２の位相分布との差に関連し、前記第３の位相傾斜は、前記第３の位相分布と前記第２の位相分布との差に関連する、少なくとも一方を決定すること、
前記第２の位相傾斜または前記第３の位相傾斜の少なくとも一方ならびに前記第１の意図的オーバレイの大きさおよび前記第２の意図的オーバレイの大きさを利用して位相傾斜データのセットを較正すること、
前記第１の位相傾斜を、前記較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、前記第１のオーバレイターゲット、前記第２のオーバレイターゲット、および前記第３のオーバレイターゲットに関連する１つ以上の試験オーバレイ値を決定することを含む方法。
【請求項８】
前記第１の位相分布、前記第２の位相分布、または前記第３の位相分布の少なくとも１つは、２次元位相イメージを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の前記和、前記第１の位相分布と前記第３の位相分布との前記差、または前記第３の位相分布と前記第２の位相分布との前記差の少なくとも１つは、位相解析アルゴリズムによって実施される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の前記和、前記第１の位相分布と前記第３の位相分布との前記差、または前記第３の位相分布と前記第２の位相分布との前記差の少なくとも１つは、光学的に実施される請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の位相傾斜または前記第３の位相傾斜の少なくとも一方を利用して位相傾斜データのセットを較正することは、前記第２の位相傾斜または前記第３の位相傾斜の統計的統合を利用して位相傾斜データのセットを較正することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のオーバレイターゲットからの前記第１の分布の測定、前記第２のオーバレイターゲットからの前記第２の分布の測定、および前記第３のオーバレイターゲットからの前記第３の分布の測定は、実質的に同時に実施される請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のオーバレイターゲットから反射される照明、前記第２のオーバレイターゲットから反射される照明、および前記第３のオーバレイターゲットから反射される照明は、狭帯域照明または広帯域照明の少なくとも一方を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムであって、
位相ベース計測システムであって、
半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定するように構成され、前記第１のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイを有するように作製され、
前記半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の前記瞳面にわたる第２の位相分布を測定するように構成され、前記第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、前記第２の意図的オーバレイは、前記第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、前記第１の意図的オーバレイおよび前記第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、位相ベース計測システムと、
１つ以上のコンピュータシステムであって、
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定し、
前記第１の位相分布と前記第２の位相分布との差に関連する第２の位相傾斜を決定し、
前記決定された第２の位相傾斜を利用して位相傾斜データのセットを較正し、
前記第１の位相傾斜を、前記較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、前記第１のオーバレイターゲットおよび前記第２のオーバレイターゲットに関連する試験オーバレイ値を決定するように構成される、１つ以上のコンピュータシステムとを備えるシステム。
【請求項１５】
前記位相ベース計測システムは、前記第１のオーバレイターゲットおよび前記第２のオーバレイターゲットから第１の分布を実質的に同時に測定するように構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記位相ベース計測システムは、前記第１の位相分布と前記第２の位相分布を光学的に加算し、前記第１の位相分布から前記第２の位相分布を光学的に減算するように構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のオーバレイターゲットから反射される照明および前記第２のオーバレイターゲットから反射される照明は、狭帯域照明または広帯域照明の少なくとも一方を含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記位相ベース計測システムは、１つ以上の波面センサを含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記位相ベース計測システムは、球面ミラーまたはホログラフィックミラーの少なくとも一方を含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記位相ベース計測システムは、２ビーム干渉光学システムとして構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記位相ベース計測システムは、前記半導体ウェハの少なくとも１つのさらなるオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる少なくとも１つのさらなる位相分布を測定するように構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記瞳面は、前記第１のオーバレイターゲットまたは前記第２のオーバレイターゲットから反射される照明の空間的に可変の特性を利用して、複数の対称セクションに分割される請求項１４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記空間的に可変の特性は、偏光または波長の少なくとも一方を含む請求項２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体ウェハの２つ以上のオーバレイターゲットの位相ベース計測を提供するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロジックデバイスおよびメモリデバイスなどの半導体デバイスを作製することは、通常、半導体デバイスの種々のフィーチャおよび複数のレベルを形成する多数の半導体作製プロセスを使用して、半導体ウェハなどの基板を処理することを含む。たとえば、リソグラフィは、レチクルから半導体ウェハ上に配列されたレジストにパターンを転写することを含む半導体作製プロセスである。半導体作製プロセスのさらなる例は、化学機械研磨(chemical-mechanical polishing：ＣＭＰ）、エッチング、堆積、およびイオン注入を含むが、これらに限定されない。複数の半導体デバイスが、単一半導体ウェハ上の配列で作製され、その後、個々の半導体デバイスに分離される。
【０００３】
計測プロセスは、半導体製造プロセス中の種々の工程で使用され、１つ以上の半導体層プロセスを監視し制御する。たとえば、計測プロセスは、プロセス工程中にウェハ上に形成されるフィーチャの寸法（たとえば、ライン幅、厚さなど）などのウェハの１つ以上の特性を測定するために使用され、プロセス工程の品質は、１つ以上の特性を測定することによって決定されうる。１つのこうした特性は、オーバレイ誤差を含む。オーバレイ測定は、一般に、第１のパターン化層が、その層の上または下に配設される第２のパターン化層に関してどの程度正確に位置合わせされているか、または、第１のパターンが、同じ層上に配設される第２のパターンに関してどの程度正確に位置合わせされているかを示す。オーバレイ誤差は、従来、ワーク（たとえば、半導体ウェハ）の１つ以上の層上に形成された構造を有するオーバレイターゲットによって決定される。その構造は、格子の形態をとることができ、これらの格子は、周期的とすることができる。２つの層またはパターンが適切に形成されている場合、一方の層またはパターン上の構造が、他方の層またはパターン上の構造に対して位置合わせされている傾向がある。２つの層またはパターンが適切に形成されていない場合、一方の層またはパターン上の構造が、他方の層またはパターン上の構造に対してオフセットされている、または位置合わせされていない傾向がある。オーバレイ誤差は、半導体集積回路製造の異なるステージにおいて使用される任意のパターンの間のミスアライメントである。
【０００４】
従来、オーバレイ計測は、強度ベース光学システムを利用して実施される。この状況では、ＣＣＤベース検出器などの強度検出器は、２つ以上のパターン間のミスアライメントを測定するために、ターゲットの２つ以上のパターンを結像するために使用される。
【０００５】
半導体ウェハのオーバレイターゲットの所与のセットの表面から反射される照明は、強度情報に加えて、位相情報も含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００６４２３２号
【特許文献２】米国特許第７３６８２０６号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１１／００８０５８５号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／０００７３１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、半導体ウェハの２つ以上のターゲットからの位相情報を利用してオーバレイ誤差を測定するのに適した方法およびシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するための方法が開示される。一態様では、方法は、半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定することであって、第１のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイを有するように作製される、第１の位相分布を測定すること、半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第２の位相分布を測定することであって、第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、第２の意図的オーバレイは、第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、第１の意図的オーバレイおよび第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、第２の位相分布を測定すること、第１の位相分布と第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定すること、第１の位相分布と第２の位相分布との差に関連する第２の位相傾斜を決定すること、決定された第２の位相傾斜ならびに第１の意図的オーバレイの大きさおよび第２の意図的オーバレイの大きさを利用して位相傾斜データのセットを較正すること、第１の位相傾斜を、較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、第１のオーバレイターゲットおよび第２のオーバレイターゲットに関連する試験オーバレイ値を決定することを含むが、これらに限定されない。
【０００９】
別の態様では、方法は、半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定することであって、第１のオーバレイターゲットは、選択された方向に沿う選択された大きさを有する第１の意図的オーバレイを有するように作製される、第１の位相分布を測定すること、半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第２の位相分布を測定することであって、第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、第２の意図的オーバレイは、第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、第１の意図的オーバレイおよび第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、第２の位相分布を測定すること、半導体ウェハの第３のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第３の位相分布を測定することであって、第３のオーバレイターゲットは、ゼロの意図的オーバレイを有するように作製される、第３の位相分布を測定すること、第１の位相分布と第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定すること、第２の位相傾斜または第３の位相傾斜の少なくとも一方を決定することであって、第２の位相傾斜は、第１の位相分布と第２の位相分布との差に関連し、第３の位相傾斜は、第３の位相分布と第２の位相分布との差に関連する、少なくとも一方を決定すること、第２の位相傾斜または第３の位相傾斜の少なくとも一方ならびに第１の意図的オーバレイの大きさおよび第２の意図的オーバレイの大きさを利用して位相傾斜データのセットを較正すること、第１の位相傾斜を、較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、第１のオーバレイターゲット、第２のオーバレイターゲット、および第３のオーバレイターゲットに関連する１つ以上の試験オーバレイ値を決定することを含むが、これらに限定されない。
【００１０】
瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムが開示される。一態様では、システムは、位相ベース計測システムであって、半導体ウェハの第１のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第１の位相分布を測定するように構成され、第１のオーバレイターゲットは、第１の意図的オーバレイを有するように作製され、半導体ウェハの第２のオーバレイターゲットから反射される照明の一部分の瞳面にわたる第２の位相分布を測定するように構成され、第２のオーバレイターゲットは、第２の意図的オーバレイを有するように作製され、第２の意図的オーバレイは、第１の意図的オーバレイと逆方向に沿っており、第１の意図的オーバレイおよび第２の意図的オーバレイは、実質的に同じ大きさを有する、位相ベース計測システムと、１つ以上のコンピュータシステムであって、第１の位相分布と第２の位相分布の和に関連する第１の位相傾斜を決定し、第１の位相分布と第２の位相分布との差に関連する第２の位相傾斜を決定し、決定された第２の位相傾斜を利用して位相傾斜データのセットを較正し、第１の位相傾斜を、較正された位相傾斜データのセットと比較することによって、第１のオーバレイターゲットおよび第２のオーバレイターゲットに関連する試験オーバレイ値を決定するように構成される、１つ以上のコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない。
【００１１】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は共に、例示かつ説明のためのものに過ぎず、本発明を必ずしも制限しないことが理解される。本明細書に組込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、一般的な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
本開示の一部の利点は、添付図を参照して当業者によってよりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明による、ゼロオーバレイに起因する瞳位相分布の概念図である。
【図１Ｂ】本発明による、非ゼロオーバレイに起因する瞳位相分布の概念図である。
【図２Ａ】本発明による、ゼロオーバレイを有するオーバレイターゲットのセットについての２次元瞳位相イメージを示す図である。
【図２Ｂ】本発明による、２ｎｍオーバレイを有するオーバレイターゲットのセットについての２次元瞳位相イメージを示す図である。
【図２Ｃ】本発明による、２次元瞳位相差イメージを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するための方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の代替の実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するための方法を示すフロー図である。
【図６】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムの位相ベース計測システムの実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムの位相ベース計測システムの実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムの位相ベース計測システムの実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態による、瞳位相情報を利用してオーバレイを測定するためのシステムの位相ベース計測システムの実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、添付図面に示される開示の主題に対して参照が詳細に行われる。
【００１５】
全体的に図１Ａ〜９を参照して、瞳位相情報を利用して２つ以上のプロセス層間のオーバレイを測定するためのシステムおよび方法が、本開示に従って記載される。本発明は、選択された量の意図的オーバレイを有するように設計された２つ以上のオーバレイターゲットを利用して位相ベースオーバレイ計測を実施するのに適した方法およびシステムを対象とする。この点に関して、本発明の種々の実施形態は、オーバレイ計測システムの瞳面の１つ以上の方向に沿って位相分布を定量化し、次に、２つ以上の意図的にオフセットされたオーバレイターゲットから反射される照明の関連する「位相傾斜」を決定するように働くことができる。測定される位相傾斜情報を利用して、本発明の実施形態は、その後、半導体ウェハの測定されるオーバレイターゲットについて、「試験」オーバレイ（すなわち、意図しないオーバレイ誤差）を決定することができる。
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、光学システムの瞳面の１つ以上の方向に沿うオーバレイによって誘起された位相傾斜の概念図を示す。図１Ａに示すように、測定可能なオーバレイ誤差を全く持たない半導体ウェハ１０５のオーバレイターゲット１０４は、光学計測システムの結像経路の瞳１０３の選択された方向に沿う位置の関数としてほぼ「平坦な」瞳位相分布１０２（たとえば、瞳位相イメージ）を表示する。対照的に、非ゼロオーバレイを持つオーバレイターゲット１１０は、光学計測システムの結像経路の瞳１０３の選択された方向に沿う位置の関数である「位相傾斜」を有する瞳位相分布１０８を生成する。この点に関して、瞳位相分布１０８の位相値は、選択された方向（たとえば、Ｘ方向またはＹ方向）に沿う位置の関数としてほぼ線形に増加または減少する。さらに、所与の位相分布（たとえば、１０２または１０８）の複雑さのために、オーバレイターゲットを使用して測定される瞳位相傾斜は、本明細書でより詳細にさらに論じるように、導入される「意図的(intentional)」オーバレイを有するオーバレイターゲットを利用して較正することができる。瞳位相傾斜の角度が、
【数１】
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によって、オーバレイターゲットの所与のセットのオーバレイにほぼ関連付けられることができることがさらに留意される。
【００１７】
上記式において、θは、瞳の選択された方向に沿う位置に関する瞳位相変化の傾斜を特徴付け、ＯＶＬは、測定されるオーバレイターゲットに関連するオーバレイを示し、Ｈｅｆｆは、オーバレイターゲットの有効高さを示す。したがって、オーバレイターゲットの厚さの減少は、減少したターゲット厚さが位相傾斜角度を増加させるため、測定感度を改善することが認識される。さらに、上述した位相傾斜効果が、瞳面方向に依存しないことが予想される。この意味で、Ｘ方向に沿う測定される位相傾斜は、Ｙ方向に沿う測定される位相傾斜に依存しない。
【００１８】
図２Ａ〜図２Ｂは、種々のオーバレイ値についてＸ方向およびＹ方向に沿う開口数の関数としてマッピングされたシミュレートされたＸ位相２次元位相イメージデータセット群２００を示す。図２Ａは、ゼロオーバレイ値で採取された位相イメージデータのセット２０２を示す。図２Ｂは、５ｎｍのオーバレイ値で採取された位相イメージデータのセット２０４を示す。図２Ｃは、位相イメージ２０２から位相イメージ２０４を減算することによって計算された差関数２０６を示す。図２Ｂに示すように、ＮＡ（Ｘ）の関数としての位相イメージの顕著な変化を識別することは難しい。しかし、イメージを減算すると、差イメージ２０６の場合と同様に、ＮＡ（Ｘ）＝０から正または負のＸ方向の位相変化の大きさにおける顕著な増加が存在することが明確である。位相差イメージ２０６の位相変化を空間的に平均することによって、収集瞳にわたる位相変化を計算することができる。
【００１９】
オーバレイターゲットのセットからの照明において観測される位相変化の大きさが、測定されるオーバレイターゲットに存在するオーバレイの線形関数であることがさらに見出された。瞳位相傾斜とオーバレイとの間の線形関係は、本明細書でより詳細にさらに論じるように、オーバレイデータに対する位相傾斜の簡単な較正を可能にする。
【００２０】
本開示全体を通して使用されるように、用語「ウェハ」は、一般に、半導体材料または非半導体材料で形成される基板を指す。たとえば、半導体材料または非半導体材料は、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、およびリン化インジウムを含むことができるが、これらに限定されない。ウェハは、１つ以上の層を含むことができる。たとえば、こうした層は、レジスト、誘電材料、導電性材料、および半導体材料を含むことができるが、これらに限定されない。多くの異なるタイプのこうした層は、当業界で知られており、本明細書で使用される用語、ウェハは、全てのタイプのこうした層がその上に形成することができるウェハを包含することを意図される。
【００２１】
典型的な半導体プロセスは、ロットによるウェハ処理を含む。本明細書で使用されるように、「ロット」は、共に処理されるウェハの群（たとえば、２５枚のウェハの群）である。ロット内の各ウェハは、リソグラフィ処理ツール（たとえば、ステッパ、スキャナなど）からの多くの露光フィールドからなる。ダイは、最終的に単一チップになる機能ユニットである。製品ウェハ上で、オーバレイ計測ターゲットは、通常、スクライブラインエリアに（たとえば、フィールドの４隅に）設置される。これは、露光フィールドの周縁の周り（およびダイの外側）に回路要素がない領域である。いくつかの事例では、オーバレイターゲットは、フィールドの周縁ではないが、ダイ間の領域であるストリートに設置される。オーバレイターゲットが、主要なダイエリア内の製品ウェハ上に設置されることはかなりまれである。その理由は、このエリアが回路要素のために非常に必要とされるからである。
【００２２】
ウェハ上に形成される１つ以上の層を、パターン化または非パターン化することができる。たとえば、ウェハは、それぞれが反復可能なパターン化フィーチャを有する複数のダイを含むことができる。こうした材料層の形成および処理は、最終的に、完成したデバイスをもたらすことができる。多くの異なるタイプのデバイスをウェハ上に形成することができ、本明細書で使用される用語、ウェハは、当業界で公知の任意のタイプのデバイスがその上で作製されるウェハを包含することを意図される。
【００２３】
図３は、本発明による、瞳位相解析を利用してオーバレイを測定するためのシステム３００を示す。システム３００は、２つ以上の計測ターゲット（たとえば、３０３および３０５）の瞳位相解析によって、半導体ウェハ１０５の識別された場所においてオーバレイ計測を実施するように構成される位相ベース計測システム３０２を含むことができる。さらなる実施形態では、計測システム３０２は、指定された位相ベース計測プランを実施するために、システム３００の別のサブシステムからの命令を受け付けるように構成することができる。たとえば、計測システム３０２は、システム３００の１つ以上のコンピュータシステム３０８からの命令を受け付けることができる。コンピュータシステム３０８からの命令を受信すると、計測システム３０２は、提供される命令において識別された半導体ウェハ１０５の種々の場所において位相ベースオーバレイ計測を実施することができる。本発明の位相解析および位相傾斜解析の種々の実施形態の特定の態様が、本明細書でより詳細にさらに論じられる。
【００２４】
一実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム３０８は、あるロットの１つ以上のウェハのサンプリングプロセスにおいて位相ベース計測システム３０２によって実施される測定値のセットを受信するように構成することができる。位相ベース計測システム３０２から１つ以上のサンプリングプロセスの結果を受信すると、１つ以上のコンピュータシステム３０８は、その後、プレプログラム式オーバレイ決定アルゴリズムによって、サンプリングされたオーバレイターゲットに関連する１つ以上のオーバレイ値を計算し、プレプログラム式オーバレイ決定アルゴリズムは、２つ以上のオーバレイターゲットに関連する位相傾斜の決定および比較を通して、測定されるオーバレイ値を決定するように構成される。
【００２５】
本開示全体を通して記載される種々のステップを、単一コンピュータシステム３０８、または代替的に、複数のコンピュータシステム３０８によって実施することができることが認識されるべきである。さらに、計測システム３０２などの、システム３００の異なるサブシステムは、上述したステップの少なくとも一部分を実施するのに適したコンピュータシステムを含むことができる。したがって、上記説明は、本発明に関する制限としてではなく、単に例証として解釈されるべきである。さらに、１つ以上のコンピュータシステム３０８は、本明細書で述べる方法の実施形態の任意の実施形態の任意の他のステップを実施するように構成することができる。
【００２６】
別の実施形態では、コンピュータシステム３０８は、当業界で公知の任意の方法で位相ベース計測システム３０２またはプロセスツールに通信可能に結合することができる。たとえば、１つ以上のコンピュータシステム３０８は、位相ベース計測システム３０２のコンピュータシステムまたはプロセスツールのコンピュータシステムに結合することができる。別の例では、位相ベース計測システム３０２およびプロセスツールは、単一コンピュータシステムによって制御することができる。こうして、システム３００のコンピュータシステム３０８は、単一の計測−プロセスツールコンピュータシステムに結合することができる。さらに、システム３００のコンピュータシステム３０８は、ワイヤライン部および／またはワイヤレス部を含むことができる伝送媒体によって、他のシステムからデータまたは情報（たとえば、検査システムからの検査結果、さらなる計測システムからの計測結果、または、ＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒのＫＴ解析器などのシステムから計算されたプロセスツール補正値(correctable)）を受信および／または取得するように構成することができる。こうして、伝送媒体は、コンピュータシステム３０８とシステム３００の他のサブシステムとの間のデータリンクとして役立つことができる。さらに、コンピュータシステム３０８は、伝送媒体を介して外部システムにデータを送出することができる。たとえば、コンピュータシステム３０８は、述べたシステム３００と独立に存在する別個の計測システムに、計算されたプロセスツール補正値を送出することができる。
【００２７】
コンピュータシステム３０８は、パーソナルコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または当業界で公知の任意の他のデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。一般に、用語「コンピュータシステム」は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するように幅広く規定することができる。
【００２８】
本明細書で述べるような方法を実装するプログラム命令３１２は、キャリア媒体３１０を通じて送信することができるかまたはキャリア媒体３１０上に記憶することができる。キャリア媒体３１０は、ワイヤ、ケーブル、またはワイヤレス伝送リンクなどの伝送媒体とすることができる。キャリア媒体３１０はまた、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクまたは光ディスク、あるいは磁気テープなどの記憶媒体を含むことができる。
【００２９】
図３に示すシステム３００の実施形態は、本明細書で述べるようにさらに構成することができる。さらに、システム３００は、本明細書で述べる方法の実施形態の任意の実施形態の任意の他のステップを実施するように構成することができる。
【００３０】
図４は、本発明のシステム３００による実装に適したプロセスフロー４００を示す。一態様では、プロセスフロー４００のデータ処理ステップを、コンピュータシステム３０８の１つ以上のプロセッサによって実行されるプレプログラム式アルゴリズムによって実施することができることが認識される。ステップ４０２にて、システム３００の位相ベース計測システム３０２は、半導体ウェハ１０５の第１のターゲット３０３から反射される照明の位相分布（たとえば、２次元位相イメージ）を測定することができ、第１のターゲット３０３は、既知のまたは意図的なオーバレイを有するように作製される。この意味で、第１のターゲット３０３に関連する測定可能なオーバレイ値が、２つのコンポーネント、すなわち、「意図的」オーバレイおよび「試験」オーバレイを含むことが認識されるべきである。測定されるオーバレイは、
【数２】
2014527633.tif 000004
で表される。
【００３１】
上記式において、ＯＶＬＭは、位相ベース計測システム３０２によって測定されるオーバレイを表し、ＯＶＬＩは、試験されるオーバレイターゲット３０３および３０５に意図的に導入されるオーバレイ変位を表し、ＯＶＬＴは、ターゲット３０３の測定されるパターンとターゲット３０５の測定されるパターンとの間の意図しないミスレジストレーションを示す試験オーバレイを表す。ステップ４０４にて、位相ベース計測システム３０２は、第２のターゲット３０５から反射される照明の位相分布を測定することができる。第１のターゲット３０３と対照的に、第２のターゲットは、同じ大きさであるが、ステップ４０２の意図的オーバレイの反対の変位方向を有するオーバレイを有するように作製される。したがって、第２のターゲット３０５の測定されるオーバレイは、
【数３】
2014527633.tif 000005
として表現することができる。
【００３２】
上記式において、式２の負の符号は、式２の意図的オーバレイが、式１の意図的オーバレイの同じ大きさであるが、反対方向にあることを示す。さらに、本明細書でより詳細にさらに論じるように、位相ベース計測システム３０２は、計測システム３０２の結像経路の瞳面に位置決めされた、修正型２ビーム干渉配置構成あるいは１つ以上の波面センサを装備した光学システムからなることができる。
【００３３】
ステップ４０６にて、システム３００は、第１の位相分布と第２の位相分布の和を計算することができる。ステップ４０８にて、システム３００は、第１の位相分布と第２の位相分布との差を計算することができる。本開示全体を通して、第１の位相分布と第２の位相分布との間の和および差を、Ｓｕｍ１，２およびＤｉｆｆ１，２とそれぞれ呼ぶことができる。この意味で、Ｓｕｍ１，２関数およびＤｉｆｆ１，２関数は、
【数４】
2014527633.tif 000006
【数５】
2014527633.tif 000007
と書くことができる。
【００３４】
上記式において、φ１およびφ２は、第１の位相分布および第２の位相分布をそれぞれ表す。一実施形態では、システム３００は、１つ以上のコンピュータシステム３０８の１つ以上のプロセッサによって実行されるプレプログラム式アルゴリズムを利用して、ステップ４０６，４０８の和演算および差演算を実行することができる。別の実施形態では、本明細書でより詳細にさらに論じるように、システム３００は、和演算および差演算を光学的に実行することができ、システム３００の選択された波面センサは、第１の位相分布と第２の位相分布の和を示す１つの信号、および、第１の位相分布と第２の位相分布との差を示す第２の信号を受信することができる。
【００３５】
ステップ４１０にて、システム３００は、ステップ４０６にて生成されたＳｕｍ１，２について計測システム３０２の瞳面１０３の１つの方向に沿う第１の位相傾斜を決定することができる。たとえば、システム３００は、計測システム３０２の１次光学軸の結像経路の瞳面１０３にわたる位置の関数として第１の位相分布と第２の位相分布の和に関連する光の位相の正味の変化を決定することができる。ステップ４１２にて、システム３００は、ステップ４０８にて生成されたＤｉｆｆ１，２について計測システム３０２の結像経路の瞳面１０３の方向に沿って第２の位相傾斜を決定することができる。本開示全体を通して、プロセス４００の第１および第２の位相傾斜を、Ｔｉｌｔ１＋２およびＴｉｌｔ１−２とそれぞれ呼ぶことができる。
【００３６】
ステップ４１４にて、システム３００は、ステップ３１２の第２の位相傾斜および第１および第２のターゲットの意図的な第１および第２のオーバレイの大きさを利用して、オーバレイデータに対して位相傾斜を較正することができる。第２の位相傾斜が、意図的オーバレイＯＶＬＩの大きさの２倍に関連する位相傾斜値に対応することが認識されるべきである。したがって、測定される位相傾斜を、既知のレベルのオーバレイ、すなわちＯＶＬＩ（すなわち、「意図的オーバレイ(intentional overlay)」）に関連付けることは簡単である。
【００３７】
ステップ４１６にて、システム３００は、ステップ４１０の第１の位相傾斜を、ステップ４１４にて決定された、オーバレイデータに対する較正済み位相傾斜のセットと比較することによって、第１のオーバレイターゲット３０３および第２のオーバレイターゲット３０５に関連する試験オーバレイ値を決定することができる。第１の位相傾斜が、ターゲット３０３および／または３０５に関連する試験オーバレイの大きさの２倍に関連する位相傾斜値に対応することが認識されるべきである。一般的な意味で、位相傾斜が、１つ以上のターゲットの実際のオーバレイに線形にほぼ関連付けられることが認識されるため、ステップ４１４の較正結果を、ステップ４１０で決定された第１の位相傾斜と共に、試験オーバレイ値を決定するために利用することができる。近似試験オーバレイは、
【数６】
2014527633.tif 000008
によって与えられる。
【００３８】
図５は、本発明のシステム３００による実装に適した代替のプロセスフロー５００を示す。プロセスフロー３００と対照的に、プロセスフロー５００は、３つのオーバレイターゲットからの瞳位相情報の測定および解析を実装する測定および解析ルーチンを提供する。ステップ５０２にて、プロセス４００のステップ４０２と同様の方法で、システム３００の位相ベース計測システム３０２は、半導体ウェハ１０５の第１のターゲット３０３から反射される照明の位相分布を測定することができ、第１のターゲット３０３は、（未知の「試験」オーバレイに加えて）既知のまたは意図的なオーバレイを含むように作製される。ステップ５０４にて、位相ベース計測システム３０２は、第２のターゲット３０５から反射される照明の位相分布を測定することができ、第２のターゲットは、同じ大きさであるが、ステップ５０２の意図的オーバレイの反対の変位方向を有するオーバレイを有するように作製される。ステップ５０６にて、位相ベース計測システム３０２は、第３のオーバレイターゲット３０７から反射される照明の位相分布を測定することができ、第３のオーバレイターゲット３０７は、ゼロの意図的オーバレイを有するように構築され、それにより、ターゲット３０７の測定されるオーバレイは、試験オーバレイだけからなる。こうして、３つのオーバレイターゲット３０３，３０５，３０７のそれぞれの測定されるオーバレイは、
【数７】
2014527633.tif 000009
【数８】
2014527633.tif 000010
【数９】
2014527633.tif 000011
によって表すことができる。
【００３９】
ステップ５０８にて、システム３００は、第１の位相分布と第２の位相分布の和を決定することができる。ステップ５１０にて、システム３００は、第１の位相分布と第３の位相分布との差を計算することができる。ステップ５１２にて、システム３００は、第３の位相分布と第２の位相分布との差を決定することができる。この意味で、Ｓｕｍ１，２関数、Ｄｉｆｆ１，３関数、およびＤｉｆｆ３，２関数は、
【数１０】
2014527633.tif 000012
【数１１】
2014527633.tif 000013
【数１２】
2014527633.tif 000014
と表現される。
【００４０】
上記式において、φ１、φ２、およびφ３は、第１の位相分布、第２の位相分布、および第３の位相分布をそれぞれ表す。一実施形態では、システム３００は、１つ以上のコンピュータシステム３０８の１つ以上のプロセッサによって実行されるプレプログラム式アルゴリズムを利用して、ステップ５０８〜５１２の和演算および差演算を実行することができる。別の実施形態では、システム３００は、和演算および差演算を光学的に実行することができる。
【００４１】
ステップ５１４にて、システム３００は、ステップ５０８にて生成されたＳｕｍ１，２について計測システム３０２の瞳面１０３の１つの方向に沿う第１の位相傾斜を決定することができる。ステップ５１６にて、システム３００は、ステップ５１０にて生成されたＤｉｆｆ１，３関数について計測システム３０２の結像経路の瞳面１０３の方向に沿って第２の位相傾斜を決定することができる。ステップ５１８にて、システム３００は、ステップ５１２にて生成されたＤｉｆｆ３，２関数について計測システム３０２の結像経路の瞳面１０３の方向に沿って第３の位相傾斜を決定することができる。本開示全体を通して、プロセス５００の第１、第２、および第３の位相傾斜を、Ｔｉｌｔ１＋２、Ｔｉｌｔ１−３、およびＴｉｌｔ３−２とそれぞれ呼ぶことができる。
【００４２】
ステップ５１８にて、システム３００は、ステップ５１６の第２の位相傾斜または第３の位相傾斜および第１および第２のターゲットの意図的な第１および第２のオーバレイの大きさを利用して、オーバレイデータに対して位相傾斜を較正することができる。第２および第３の位相傾斜が、意図的オーバレイＯＶＬＩの大きさの２倍に関連する位相傾斜値に対応することが認識されるべきである。したがって、プロセス４００の場合と同様に、測定される位相傾斜を、既知のレベルのオーバレイ、すなわちＯＶＬＩ（すなわち、「意図的オーバレイ」）に関連付けることは簡単である。第２の位相傾斜および第３の位相傾斜を共に、オーバレイデータに対して位相傾斜を較正するために利用することができることがさらに認識される。たとえば、ステップ５１６の第２の位相傾斜値および第３の位相傾斜値が、平均され、次に、オーバレイデータに対して位相傾斜を較正するために使用されることができる。別の例では、ステップ５１６の第２の位相傾斜および第３の位相傾斜を共に、オーバレイデータに対して位相傾斜を較正するために個々に使用することができる。次に、オーバレイデータに対する、較正済みの位相傾斜のセットが、平均されるかまたはその他の方法で統計的に組合されて、オーバレイデータに対する位相傾斜の複合セットを形成することができる。
【００４３】
ステップ５２０にて、システム３００は、ステップ５１４の第１の位相傾斜を、ステップ５１８にて決定された、オーバレイデータに対する較正済み位相傾斜のセットと比較することによって、第１のオーバレイターゲット３０３、第２のオーバレイターゲット３０５、および第３のオーバレイターゲット３０７に関連する試験オーバレイ値を決定することができる。第１の位相傾斜が、ターゲット３０３，３０５，３０７に関連する試験オーバレイの大きさの２倍に関連する位相傾斜値に対応することが認識されるべきである。一般的な意味で、位相傾斜が、１つ以上のターゲットの実際のオーバレイに線形にほぼ関連付けられることが認識されるため、ステップ５１８の較正結果を、ステップ５１４で決定された第１の位相傾斜と共に、試験オーバレイ値を決定するために利用することができる。近似試験オーバレイは、以下の式：
【数１３】
2014527633.tif 000015
【数１４】
2014527633.tif 000016
によって、Ｔｉｌｔ１−３およびＴｉｌｔ３−２によって表現されうる。
【００４４】
プロセス４００，５００の数値計算が、コンピュータシステム３０８の１つ以上のプロセッサによって実行される１つ以上のプレプログラム式アルゴリズムのセットによって実施されることができることが留意される。プレプログラム式アルゴリズムのセットが、２つ以上の測定済み位相分布の和および差を計算するように構成される位相解析アルゴリズム３１３、瞳面にわたる位置の関数として和および差のデータセットの位相傾斜を決定するように構成される位相傾斜アルゴリズム３１４、およびオーバレイデータに対する位相傾斜を較正し、試験オーバレイ値を決定するように構成される較正アルゴリズム３１５を含むことができるが、これらに限定されないことが認識される。上記アルゴリズムが、制限的ではなく、単に例証として解釈されるべきであることがさらに認識される。
【００４５】
本発明のさらなる態様は、収差誤差および焦点誤差の影響の制限である。差演算の結果として、低コスト光学システムにおいて高くつくことが多い収差は、本明細書で先に論じたプロセス４００，５００において本質的に相殺される。したがって、低コスト光学コンポーネントを本発明で利用することができる。さらに、（すべてではないが）一部の焦点用収差が、上述したプロセス４００，５００の差演算において相殺される。
【００４６】
全体的に図６〜図９を参照して、システム６００，７００，８００，９００は、図３の計測システム３０２の実施形態を示す。システム６００，７００，８００，９００が、本明細書で先に述べたプロセスフロー４００，５００を実施するために利用されることができることが企図される。一般的な意味で、システム６００，７００，８００，９００のそれぞれは、２つ以上の計測ターゲットを利用して位相ベースオーバレイ計測を実施するのに適した光学構成を対象とする。
【００４７】
図６は、図３の計測システム３０２の一実施形態による、位相ベース計測システム６００を示す。位相ベース計測システム６００は、照明源６０２、ビームスプリッタ６０６、対物レンズ６１２、および、瞳面１０３に配置された波面センサ６１０であって、瞳面１０３にわたる位置の関数として試料１０５（たとえば、半導体ウェハ）の２つ以上のターゲット（たとえば、３０３，３０５，３０７）から反射される照明の位相分布を解析するように構成される、波面センサ６１０を含むことができるが、これらに限定されない。
【００４８】
システム６００の照明源６０２は、当業界で公知の任意の照明源を含むことができる。一実施形態では、照明源６０２は、狭帯域光源を含むことができる。任意の知られている狭帯域光源が、本発明における実装に適することが認識されるべきである。たとえば、照明源６０２は、１つ以上のレーザ光源を含むことができるが、これらに限定されない。別の実施形態では、照明源６０２は、広帯域光源（たとえば、白色光源）を含むことができる。たとえば、照明源６０２は、ハロゲン光源(halogen light source)（ＨＬＳ）を含むことができる。たとえば、ハロゲン光源は、タングステンベースハロゲンランプを含むことができるが、これらに限定されない。別の例では、照明源６０２は、キセノンアークランプを含むことができる。
【００４９】
本発明の別の態様では、システム６００のビームスプリッタ６０６は、照明源６０２から出る光ビームを２つの経路、すなわち、オブジェクト経路６１４と参照経路６１６に分割することができる。この意味で、システム６００のオブジェクト経路６１４および参照経路６１６は、２ビーム干渉光学システムの一部分を形成することができる。たとえば、ビームスプリッタ６０６は、照明経路６０４からの光ビームの第２の部分が参照経路６１６に沿って透過されることを可能にしながら、照明経路６０４からの光ビームの第１の部分をオブジェクト経路６１４に沿って送ることができる。より具体的には、ビームスプリッタ６０６は、照明源６０２から出る光の一部分を、（たとえば、オブジェクト経路６１４を介して）試料ステージ６１３上に配設された試料１０５の表面に送ることができる。さらに、ビームスプリッタ６０６は、照明源６０２から出る光の第２の部分を、システムの干渉ベース合焦試行中に利用することができる参照経路６１６のコンポーネントに透過させることができる。たとえば、ビームスプリッタ６０６は、照明経路６０４からの光の一部分を、参照経路６１６に沿って参照ミラー（図示せず）に透過させることができる。当業界で公知のどのビームスプリッタも、本発明のビームスプリッタ６０６としての実装に適することが当業者によって認識されるべきである。
【００５０】
別の実施形態では、システム６００は、主対物レンズ６１２を含むことができる。主対物レンズ６１２は、オブジェクト経路６１４に沿って、試料ステージ６１３上に配設された試料１０５の表面に光を送るのを支援することができる。たとえば、ビームスプリッタ６０６は、照明源６０２から出る光の一部分を、オブジェクト経路６１４に沿って送ることができる。ビームスプリッタ６０６による分割プロセスに続いて、主対物レンズ６１２は、１次光軸（ラベル付けされず）と共線状であるとすることができる、オブジェクト経路６１４からの光を、試料１０５の表面上に合焦させることができる。一般的な意味で、当業界で公知の任意の対物レンズも、本発明の主対物レンズ６１２としての実装に適するとすることができる。
【００５１】
さらに、試料１０５の表面に衝当する光の一部分は、１つ以上のオーバレイターゲット（たとえば、３０３、３０５、または３０７）によって反射され、１次光軸に沿って、対物レンズ６１２およびビームスプリッタ６０６を介して波面センサ６１０に向かって送られることができる。中間レンズ、さらなるビームスプリッタ（たとえば、光の一部分を合焦システムに分離するように構成されるビームスプリッタ）、および結像レンズなどの中間オプティクスデバイスを、対物レンズ６１２と波面センサ６１０との間に設置することができることがさらに認識されるべきである。
【００５２】
本発明の別の態様では、システム６００の波面センサ６１０を、図６に示すように、システム６００の１次光軸に沿って瞳面１０３に配設することができる。この点に関して、波面センサ６１０は、瞳にわたる位置の関数として、試料１０５の１つ以上の層上に配設された２つ以上のオーバレイターゲット（たとえば、３０３、３０５、または３０７）から位相分布情報を収集するように配列することができる。たとえば、一般的な意味で、試料１０５の２つ以上のオーバレイターゲットから反射した後、光は、１次光軸に沿って主対物レンズ６１２およびビームスプリッタ６０６を介して波面センサ６１０まで進むことができる。当業界で公知の任意の波面センサも、本発明における実装に適することが認識される。たとえば、波面センサ６１０は、ハルトマン−シャック波面センサを含むことができる。
【００５３】
さらなる態様では、センサ６１０は、図３に示すようにコンピュータシステム３０８と通信可能に結合することができる。この点に関して、デジタル化された位相分布データ（たとえば、位相イメージデータ）は、ワイヤライン（たとえば、銅ライン、光ファイバケーブル、および同様なものの）信号またはワイヤレス信号（たとえば、ワイヤレスＲＦ信号）などの信号を介して、位相ベース計測システム６００からコンピュータシステム３０８に送信されることができる。こうして、波面センサ６１０によって瞳位置の関数として位相分布データを測定すると、システム３００は、１つ以上のコンピュータシステム３０８を利用して、位相傾斜、次に、オーバレイターゲット３０３、３０５、または３０７の「試験」オーバレイを決定することができる。この点に関して、波面センサ６１０を、プロセスフロー４００または５００を部分的に実施するために利用することができる。しかし、位相ベース計測システム６００（ならびにシステム３００）が、本明細書で先に述べたプロセス４００または５００と異なる方法で位相ベース計測を実施するために使用されることができることが認識されるべきである。
【００５４】
上記説明は、波面センサ６１０を、システム６００の１次光軸に沿って配置されているとして述べるが、この特性は、要件として解釈されるべきでない。センサ６１０が、システム６００のさらなる光軸に沿って存在することができることが本明細書で企図される。たとえば、一般的な意味で、１つ以上のビームスプリッタが利用されて、試料１０５の表面から反射される光の一部分をそらし、その光の一部分をオブジェクト経路６１４に沿って、オブジェクト経路６１４に非平行であるさらなる光軸上を進ませることができる。センサ６１０は、さらなる光軸に沿って進む光が波面センサ６１０に衝当するように配列されることができる。
【００５５】
図７は、図３の計測システム３０２の一実施形態による、位相ベース計測システム７００を示す。位相ベース計測システム７００は、照明源６０２、ビームスプリッタ６０６、対物レンズ６１２、システム７００の瞳にわたって干渉参照信号を提供するように構成される参照オプティクス７０２のセット、および瞳面１０３に配置された強度検出器７０８であって、瞳面１０３にわたる位置の関数として試料１０５（たとえば、半導体ウェハ）の２つ以上のターゲット（たとえば、３０３，３０５，３０７）から反射される照明の位相分布を解析するように構成される、強度検出器７０８を含むことができるが、これらに限定されない。
【００５６】
図７の照明源６０２、ビームスプリッタ６０６、および試料ステージ６１３が、本明細書で先に述べた図６の同じコンポーネントと類似することが本明細書で認識される。したがって、システム６００の説明が、別途提供される場合を除いて、システム７００に拡張されると解釈されるべきである。
【００５７】
本発明の一態様では、位相ベース計測システム７００を、２ビーム干渉光学システムとして構成することができる。システム７００の参照経路６１６は、光学システム７００の瞳面１０３にわたって参照信号を提供するように構成される参照オプティクス７０２のセットを含むことができる。こうして、参照経路６１６の参照オプティクス７０２から反射される照明は、半導体ウェハ１０５の２つ以上のオーバレイターゲット（たとえば、３０３，３０５，３０７）から反射される照明と干渉することができる。参照ビーム照明とサンプル照明（すなわち、オーバレイターゲットからの照明）の結合体の強度を、参照ビーム照明と反射したサンプル照明との間の相対位相に直接関連付けることができることが当業者によって認識されるべきである。したがって、瞳位置の関数として照明情報を測定することによって、瞳にわたる位相分布を推測することができる。
【００５８】
参照経路６１６が、参照オプティクス７０２（たとえば、参照ミラー）および参照対物レンズ（図示せず）を含むことができるが、これらに限定されないことが当業者にとって明らかであるべきである。一般的な意味で、２ビーム干渉光学システムは、リニーク(Linnik)干渉計として構成することができる。リニーク干渉法は、１９８９年４月４日に発行された米国特許第４，８１８，１１０号および２００１年１月９日に発行された米国特許第６，１７２，３４９号に全体が記載される。これらの特許は、参照により本明細書に組込まれる。
【００５９】
本発明のさらなる提要では、システム７００の瞳にわたって干渉参照信号を提供するように構成される参照オプティクス７０２は、球面ミラー７０４または回折オプティクス７０６（たとえば、ホログラフィックミラー）のセットを含むことができるが、これらに限定されない。たとえば、球面ミラー７０４は、システム７００の参照経路６１６内の参照ミラーとして利用することができる。こうして、球面ミラー７０４は、全体の（またはほぼ全体の）瞳にわたって参照信号を送信するように働くことができる。したがって、上述したように、参照経路６１６の球面ミラー７０４から反射される光は、その後、２つ以上のターゲット３０３，３０５，３０７からの光と干渉して、全体の瞳面１０３にわたる、結合された干渉信号を生成することができ、システム７００が、位相分布を推測することを可能にする。さらなる例として、回折オプティクス７０６の利用は、瞳面にわたる参照光の連続分布と対照的に、参照ビーム照明の、複数の瞳点に対する反射をもたらすことができる。球面ミラー７０４および回折オプティクス７０６の利用は、平面参照ミラーと比較すると、平面参照ミラーが、瞳面の中心に主に集中する（結像経路６０８の周りに中心を持つ）参照照明を提供することになるため、特に有利であることが本明細書で認識される。
【００６０】
本発明の別の態様では、照明源６０２からの照明は、低い開口数（ＮＡ）の照明とすることができる。低ＮＡ照明の利用が、瞳面１０３における２つ以上のターゲット３０３，３０５，３０７の明瞭なオブジェクトイメージを生成することが当業者によって認識されるべきである。
【００６１】
中間レンズ、さらなるビームスプリッタ（たとえば、光の一部分を合焦システムに分離するように構成されるビームスプリッタ）、および結像レンズなどの中間光学デバイスを、対物レンズ６１２と検出器７０８の結像平面との間に設置することができることがさらに認識されるべきである。
【００６２】
本発明の別の態様では。システム７００の検出器７０８を、システム７００の１次光軸に沿って配設することができる。この点に関して、検出器７０８を、試料１０５の表面からイメージデータを収集するように配列することができる。たとえば、一般的な意味で、試料１０５の表面から反射した後、光は、１次光軸に沿って主対物レンズ６１２およびビームスプリッタ６０６を介して検出器７０８の結像平面まで進むことができる。当業界で公知の任意の検出器システムも、本発明における実装に適することが認識される。たとえば、検出器７０８は、電荷結合素子(charge coupled device)（ＣＣＤ）ベースカメラシステムを含むことができる。別の例として、検出器７０８は、時間遅延積分(time delay integration)（ＴＤＩ）−ＣＣＤベースカメラシステムを含むことができる。
【００６３】
さらなる態様では、センサ７０８は、図３に示すようにコンピュータシステム３０８と通信可能に結合することができる。この点に関して、デジタル化されたイメージデータ（たとえば、強度ベースイメージデータ）は、ワイヤライン（たとえば、銅ライン、光ファイバケーブル、および同様なものの）信号またはワイヤレス信号（たとえば、ワイヤレスＲＦ信号）などの信号を介して、位相ベース計測システム７００の強度検出器７０８からコンピュータシステム３０８に送信されることができる。こうして、検出器７０８によって瞳位置の関数として強度分布データを測定すると、システム３００は、位相分布、次に、照明の位相傾斜およびオーバレイターゲット３０３、３０５、または３０７の「試験」オーバレイを決定することができる。この点に関して、強度検出器７０８を、プロセスフロー４００または５００を部分的に実施するために利用することができる。しかし、位相ベース計測システム７００（ならびにシステム３００）が、本明細書で先に述べたプロセス４００または５００と異なる方法で位相ベース計測を実施するために使用されることができることが認識されるべきである。
【００６４】
上記説明は、検出器７０８を、システム７００の１次光軸に沿って配置されているとして述べるが、この特性は、要件として解釈されるべきでない。検出器７０８が、システム７００のさらなる光軸に沿って存在することができることが本明細書で企図される。たとえば、一般的な意味で、１つ以上のビームスプリッタが利用されて、試料１０５の表面から反射される光の一部分をそらし、その光の一部分をオブジェクト経路６１４に沿って、さらなる光軸上を進ませることができる。検出器７０８は、さらなる光軸に沿って進む光が検出器７０８に衝当するように配列されることができる。
【００６５】
図８は、図３の計測システム３０２の一実施形態による、２つ以上のオーバレイターゲットを同時に測定するように構成される位相ベース計測システム８００を示す。一態様では、位相ベース計測システム８００は、第１のオーバレイターゲット３０３および第２のオーバレイターゲット３０５から反射される照明に関連する位相分布の同時位相解析を提供するように構成される。位相ベース計測システム８００は、第１のフィールドストップ８０４および第２のフィールドストップ８０６を含むフィールドストップのセット８０２、第１のミラー８１１、第２のミラー８１３、第１の波面センサ８１６、および第２の波面センサ８１８を含むことができるが、これらに限定されない。別途提供される場合を除いて、図６および図７に関連した上記説明が、図８に拡張されると解釈されるべきであることが留意される。
【００６６】
一態様では、２つ以上のオーバレイターゲット３０３、３０５、または３０７を含む試料１０５の表面から反射される照明は、第１のフィールドストップ８０４および第２のフィールドストップ８０６によって、第１のチャネル８０８および第２のチャネル８１０にそれぞれ分割されることができる。この点に関して、フィールドストップ８０４，８０６は、オーバレイターゲットの場所に応じて位置決めされることができ、各フィールドストップは、選択されたオーバレイターゲットに位置合わせされている。
【００６７】
別の態様では、第１のチャネル８０８からの照明は、第１のミラー８１１を介して第１の波面センサ８１６の表面８１２に向かって送られることができる。同様に、第２のチャネル８１０からの照明は、第２の波面センサ８１８の表面８１４に向かって送られることができる。
【００６８】
さらなる態様では、波面センサ８１６，８１８は、瞳位相イメージデータを同時に取得する。したがって、システム８００は、２つ以上のオーバレイターゲット（たとえば、３０３または３０５）からの照明の同時位相分布解析を可能にする。
【００６９】
さらなる実施形態では、第１のフィールドストップ８０４，８０６のそれぞれは、アポダイゼーションフィルタを含むことができる。フィールドストップ８０４およびフィールドストップ８０６の両方の上でのアポダイゼーションフィルタの利用が、回折の可能性をなくすのを支援することが認識されるべきである。
【００７０】
位相ベース計測システム８００が、同時のターゲット情報取得によってプロセスフロー４００，５００の実行を可能にできることがさらに企図される。
【００７１】
図９は、図３の計測システム３０２の一実施形態による、差イメージおよび加算イメージの光学計算を提供するように構成される位相ベース計測システム９００を示す。一態様では、位相ベース計測システム９００は、第１のオーバレイターゲット３０３および第２のオーバレイターゲット３０５から反射される照明に関連する位相分布（たとえば、位相イメージ）の（プロセス４００，５００に関して上述した）差演算および加算演算を実行するように構成される。位相ベース計測システム９００は、第１のフィールドストップ９０４および第２のフィールドストップ９０５を含むフィールドストップのセット９０２、９０°ミラー９１０、ビームスプリッタ９１２、第２のミラー８１３、半波リターダ９１４、および波面センサ９１６を含むことができるが、これらに限定されない。別途提供される場合を除いて、図６、図７、および図８に関連した上記説明が、図９に拡張されると解釈されるべきであることが留意される。
【００７２】
一態様では、２つ以上のオーバレイターゲット３０３，３０５、または３０７を含む試料１０５の表面から反射される照明は、第１のフィールドストップ９０４および第２のフィールドストップ９０５によって、第１のチャネル９０６および第２のチャネル９０８にそれぞれ分割されることができる。この点に関して、フィールドストップ９０４，９０５は、オーバレイターゲットの場所に応じて位置決めされることができ、各フィールドストップは、選択されたオーバレイターゲットに位置合わせされている。
【００７３】
さらなる態様では、第１のチャネル９０６および第２のチャネル９０８からの照明は、９０°ミラー９１０の第１のアームに向かって送られる。さらに、９０°ミラーは、第１のチャネル９０６の照明を、ビームスプリッタ９１２に向かいかつ波面センサ９１６上に至るよう反射するように配列される。また、９０°ミラーは、第２のチャネル９０８の照明を、９０°ミラーの第１のアームから９０°ミラーの第２のアームに、次に、ビームスプリッタ９１２に向かうよう反射するように配列され、ビームスプリッタ９１２は、その照明を波面センサ９１６上に至るようにそらす。
【００７４】
さらに、半波リターダ９１４は、第２のチャネル９０８の照明の少なくとも一部分が位相遅延するように、第２のチャネル９０８に沿って位置決めされる。この点に関して、波面センサ９１６に入射する照明の一部分は、「加算(summing)」波形からなり、一方、波面センサ９１６の残りの部分は、「減算(subtracted)」波形を受取る。たとえば、図９に示すように、リターダ９１４によって処理された第２のチャネル９０８の部分は、第１のチャネル９０６からの照明の一部分と破壊的に干渉するように働くことができる。したがって、波面センサ９１６の第１の部分９１５に衝当する結合照明は、「減算」セット波形を表すことができる。対照的に、リターダ９１４によって処理されないままになる第２のチャネル９０８の部分は、第１のチャネル９０６の残りの部分と建設的に干渉するように働くことができる。したがって、波面センサ９１６の第２部分９２０に衝当する結合分布は、「加算」セット波形を表すことができる。
【００７５】
本発明の種々のシステムが、現在のところ存在する光学計測システムに適応することまたはそれを再構成することからなる（そうなる必要はないが）とすることができることが本明細書で企図される。たとえば、本発明は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ａｒｃｈｅｒ１００オーバレイ制御システムに適応することからなるとすることができる。たとえば、図６で先に示した位相ベース計測システム６００を、従来のオーバレイ計測システム（たとえば、Ａｒｃｈｅｒ１００システム）の結像経路に沿って波面センサを統合することによって、一部には構築することができる。別の例では、図７で先に示した位相ベース計測システム７００を、従来のオーバレイ計測システムの参照オプティクスを球面ミラーまたはホログラフィックミラーと置換することによって、一部には構築することができる。本発明が、Ａｒｃｈｅｒ１００についての適応に限定されるのではなく、むしろ、上記説明が、単に例証として解釈されるべきであることが認識されるべきである。本発明が、いろいろの顕微鏡およびオーバレイ計測システムに拡張されると共に、既存のシステムと無関係に存在することができることが予想される。
【００７６】
本発明のさらなる態様では、測定される位相傾斜が、瞳の所与の方向に沿って全体的に均一（すなわち、リニア）であることの結果として、オーバレイ情報を、任意の２つの対称位置から導出することができる。したがって、瞳を、波長および／または偏光によってコード化された対称セクションに分割することによって、さらなる情報を、所与の照明から抽出することができる。
【００７７】
実施形態では、瞳１０３を、選択された空間可変フィルタを利用して複数の対称セクションに分割することができる。たとえば、各セクションが、規定された偏光を検知するように、瞳を、偏光に基づいて分割することができる。別の例では、瞳の各セクションが、照明の規定された波長を検知するように、瞳を、スペクトル情報に基づいて分割することができる。
【００７８】
波長または偏光などの、選択された測定可能な量に基づく対称セクションへの瞳の分割を、本発明の種々の実施形態の全てに拡張できることがさらに企図される。
【００７９】
本発明の別の態様では、２つ以上のオーバレイターゲットに関して実施されるオーバレイ計測が、それぞれが異なる波長を有する複数の照明源によって実施することができることが本明細書で企図される。この点に関して、たとえば、プロセス４００，５００で提供される位相分布および位相傾斜解析を、照明の複数の波長を利用して実施することができる。一実施形態では、測定されたオーバレイデータに対する位相傾斜を、異なる波長照明による照明露光の測定中に取得されるデータを利用して較正することができる。この点に関して、位相ベースオーバレイ計測を、単一ターゲット測定を利用して実施することができることが予想される。
【００８０】
本発明の測定された特性（たとえば、オーバレイ誤差）が利用されて、後続のリソグラフィプロセスを改善し、リソグラフィパターンの品質が所定の要件を満たすかどうかを判定することができることが当業者によって認識されるべきである。一実施形態では、オーバレイ計測データが使用されて、測定されるウェハ１０５の各フィールドについて、オーバレイ補正値、照射量(dose)補正値、または焦点補正値を計算することができる。これらの補正可能値は、その後、リソグラフィツールに送出されて、リソグラフィツール性能を改善することができる。一般的な意味で、補正可能データが使用されて、リソグラフィツール（たとえば、ステッパ）またはスキャナツールのアライメントを補正し、それにより、オーバレイ性能に関して、後続のリソグラフィパターニングの制御を改善することができる。
【００８１】
本明細書で述べるオーバレイを決定するための技法が、半導体デバイス作製フォトリソグラフィプロセス、光学デバイス製造、微小機械製造、および同様なものなどの、いろいろなフォトリソグラフィプロセスに適するとすることができることが当業者によってさらに認識されるべきである。
【００８２】
本明細書で述べる方法の全てが、方法の実施形態の１つ以上のステップの結果を記憶媒体に記憶することを含むことができる。結果は、本明細書で述べる結果の任意の結果を含むことができ、当業界で公知の任意の方法で記憶されることができる。記憶媒体は、本明細書で述べる任意の記憶媒体または当業界で公知の任意の他の適した記憶媒体を含むことができる。結果が記憶された後、その結果は、記憶媒体においてアクセスされうる、本明細書で述べる方法またはシステムの実施形態の任意の実施形態によって使用されうる、別のソフトウェアモジュール、方法、またはシステムによって使用されうる、などである。さらに、その結果は、「永久的に(permanently)」、「半永久的に(semi-permanently)」、一時的に、またはある期間の間、記憶されることができる。たとえば、記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とすることができ、その結果は、記憶媒体内に必ずしも無期限に存続しない場合がある。
【００８３】
上述した方法の実施形態のそれぞれが、本明細書で述べる任意の方法の任意のステップを含むことができることがさらに企図される。さらに、上述した方法の実施形態のそれぞれを、本明細書で述べるシステムの任意のシステムによって実施することができる。
【００８４】
本明細書で述べるプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術がそれによって実施されうる種々の手段（たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）が存在すること、およびプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が展開されるコンテキストによって、好ましい手段が変わることになることを当業者は理解するであろう。たとえば、実装者は、速度および精度が主要なものであると判定する場合、主にハードウェア手段および／またはファームウェア手段を選択することができる。代替的に、柔軟性が主要なものである場合、実装者は、主にソフトウェア手段を選択することができる。または、やはり代替的に、実装者は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの何らかの組合せを選択することができる。したがって、本明細書で述べるプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術がそれによって実施することができるいくつかの考えられる手段が存在し、それらの手段のどれもが、利用される任意の手段が、その手段が配備されることになるコンテキストおよび実装者の特定の関心事（たとえば、速度、柔軟性、または予測可能性）（それらのいずれもが変動する場合がある）に依存する選択である点で、他の手段より本質的に優れているわけではない。実装態様の光学態様が、通常、光学指向のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを使用することになることを当業者は認識するであろう。
【００８５】
本明細書で記載される様式でデバイスおよび／またはプロセスを述べ、その後、工学的慣行を使用して、述べたこうしたデバイスおよび／またはプロセスをデータ処理システムに統合することが、当業界で一般的であることを当業者は認識するであろう。すなわち、本明細書で述べるプロセスおよび／またはプロセスの少なくとも一部分は、妥当な量の実験によってデータ処理システムに統合されうる。典型的なデータ処理システムが、一般に、システムユニットハウジング、ビデオディスプレイデバイス、揮発性または不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィカルユーザインタフェース、およびアプリケーションプログラムなどの計算エンティティ、タッチパッドまたはタッチスクリーンなどの１つ以上の相互作用デバイス、ならびに／または、フィードバックループおよび制御モータ（たとえば、位置および／または速度を検知するためのフィードバック、コンポーネントおよび／または量を移動および／または調整するための制御モータ）を含む制御システムの１つ以上を含むことを当業者は認識するであろう。典型的なデータ処理システムは、データ計算／通信システムおよび／またはネットワーク計算／通信システムにおいて通常見出されるような、任意の適した市販のコンポーネントを利用して実装することができる。
【００８６】
本明細書で述べる主題は、異なる他のコンポーネント内に含まれるかまたはそれに接続される異なるコンポーネントを示すことがある。示されるこうしたアーキテクチャが単に例示であることと、実際には、同じ機能を達成する多くの他のアーキテクチャが実装されうることが理解される。概念的な意味で、同じ機能を達成するためのコンポーネントの任意の配置構成は、所望の機能が達成されるように、効果的に「関連する」。したがって、特定の機能を達成するために本明細書で組合された任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間コンポーネントによらず所望の機能が達成されるように、互いに「関連する」と見なされうる。同様に、そのように関連する任意の２つのコンポーネントもまた、所望の機能を達成するために互いに「接続される」または「結合される」と見なされ、そのように関連することが可能な任意の２つのコンポーネントもまた、所望の機能を達成するために互いに「結合可能」であると見なされうる。結合可能な、特定の例は、物理的に嵌合可能なおよび／または物理的に相互作用するコンポーネントならびに／またはワイヤレスに相互作用可能なおよび／またはワイヤレスに相互作用するコンポーネントならびに／または論理的に相互作用するおよび／または論理的に相互作用可能なコンポーネントを含むが、これらに限定されない。
【００８７】
本明細書で述べる本主題の特定の態様を図示し記載したが、本明細書の教示に基づいて、本明細書で述べる主題およびそのより広い態様から逸脱することなく、変更および修正を行うことができ、したがって、添付特許請求の範囲が、本明細書で述べる主題の真の精神および範囲内にある、全てのこうした変更および修正を、その範囲内に包含することが当業者にとって明らかであろう。
【００８８】
さらに、本発明が添付特許請求の範囲によって規定されうることが理解される。
【００８９】
本発明の特定の実施形態が示されたが、先の開示の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の種々の修正形態および実施形態を当業者が行うことができることが明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付特許請求の範囲によってだけ制限されるべきである。
【００９０】
本開示およびその付随する利点の多くが先の説明によって理解されると思われ、開示の主題から逸脱することなく、または、その重要な利点の全てを犠牲にすることなく、コンポーネントの形態、構成、および配置構成において種々の変更を行うことができることが明らかになるであろう。述べる形態は、単に説明的であり、こうした変更を包含し含むことは、添付特許請求の範囲の意図である。
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2014527633.tif 000024
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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