(57)【要約】対象となる特定のパラメータに敏感な計測を向上するための方法およびシステムを提示する。磁場向上要素（ＦＥＥ）が試料の一部として構成され、試料に存在する対象となる構造の測定感度を向上する。ＦＥＥの設計は、測定目的、および装置の製造プロセス全体に適合するターゲット製造物を作るための製造設計ルールを考慮する。不透明材料の測定、高アスペクト比構造、低感度構造、または相互に相関したパラメータが、ＦＥＥを追加することにより向上する。例示的な測定は、限界寸法、膜厚、膜組成および光学散乱オーバーレイを含む。一部の例では、ターゲット要素は、対象となる種々の構造の測定を改善するための種々のＦＥＥを含む。他の例では、種々のターゲット要素は種々のＦＥＥを含む。一部の他の例では、磁場向上要素は、ＦＥＥ全体に蒸着した薄膜に電場を集めるように成形される。
2015509591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を用いてターゲット領域全体にわたる試料に照射することであって、前記試料が前記ターゲット領域内に第一の磁場向上要素および対象となる第一の構造を含み、前記第一の磁場向上要素が前記試料に配置されて前記対象となる構造の測定を向上する、照射すること、
前記照射光に応じた、複数の角度において第一のターゲット要素から出た一定量の散乱光を回折することであって、前記第一のターゲット要素が前記第一の磁場向上要素および前記対象となる第一の構造を含み、前記一定量の散乱光が前記対象となる第一の構造と相互作用して一定量の測定光を生成する、回折すること、
前記一定量の測定光を検出すること、
前記測定光に少なくともある程度基づいて、前記対象となる構造の測定パラメータを決定すること、を含む、方法。
【請求項２】
前記ターゲット領域に、第二の磁場向上要素および対象となる第二の構造を含む第二のターゲット要素をさらに備えており、前記第二の磁場向上要素が前記第一の磁場向上要素と同じ形状およびサイズを有し、前記第二のターゲット要素が、第一の固定された空間的周期だけ第一の方向において前記第一のターゲット要素から間隔をあけて位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲット領域に、第三の磁場向上要素および対象となる第三の構造を含む第三のターゲット要素をさらに備えており、前記第三のターゲット要素が、第二の固定された空間的周期だけ前記第一の方向の直線上にはない第二の方向において前記第一のターゲット要素から間隔をあけて位置する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記試料が一定量の犠牲的なダイ領域を有する半導体ウエハであり、前記第一の磁場向上要素が前記犠牲的なダイ領域に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第二の磁場向上要素および対象となる第二の構造を含む第二のターゲット要素をさらに備えており、前記第二の磁場向上要素が前記第一の磁場向上要素とは異なる形状を有し、前記対象となる構造の前記測定パラメータの前記決定が、前記第一のターゲット要素から検出された前記測定光、および前記第二のターゲット要素から検出された第二の測定光に少なくともある程度基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一のターゲット要素が、前記第一の磁場向上要素および前記第一の磁場向上要素とは形状が異なる第二の磁場向上要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の磁場向上要素が第一の複数の異なる材料層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第二の複数の異なる材料層を含む第二の磁場向上要素をさらに備えている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記磁場向上要素が前記ターゲット要素に共鳴を生成するように成形される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
薄膜材料が前記第一の磁場向上要素を覆うように配置され、前記第一の磁場向上要素が、前記膜への電場の集中を向上するような鋭い特徴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
一定量の照射光を生成するように動作可能な照射光源と、
前記照射光源から出た前記一定量の照射光を受信し、前記一定量の光を試料のターゲット領域に集束するように動作可能な光学素子であって、前記試料が、対象となる少なくとも一つの構造の測定を向上するように前記試料に配置された第一の磁場向上要素を含み、前記照射光の一部が、前記第一の磁場向上要素を含み、複数の角度にわたる一定量の散乱光を回折する第一のターゲット要素に入射し、前記一定量の散乱光が前記対象となる少なくとも一つの構造と相互作用して一定量の測定光を生成する、前記光学素子と、
前記試料から収集した前記一定量の測定光に応じた少なくとも一つの出力信号を生成するように動作可能な検出器と、
前記少なくとも一つの出力信号に少なくともある程度基づいて、前記対象となる構造に関連する測定パラメータを決定するように構成されたコンピュータと、を備えた、機械。
【請求項１２】
前記ターゲット領域に、第二の磁場向上要素および対象となる少なくとも一つの構造を含む第二のターゲット要素をさらに備えており、前記第二の磁場向上要素が前記第一の磁場向上要素と同じ形状およびサイズを有し、前記第二のターゲット要素が、第一の固定された空間的周期だけ第一の方向において前記第一のターゲット要素から間隔をあけて位置する、請求項１１に記載の機械。
【請求項１３】
前記ターゲット領域に、第三の磁場向上要素および対象となる少なくとも一つの構造を含む第三のターゲット要素をさらに備えており、前記第三のターゲット要素が、第二の固定された空間的周期だけ前記第一の方向の直線上にはない第二の方向において前記第一のターゲット要素から間隔をあけて位置する、請求項１２に記載の機械。
【請求項１４】
前記試料が一定量の犠牲的なダイ領域を有する半導体ウエハであり、前記第一の磁場向上要素が前記犠牲的なダイ領域に位置する、請求項１１に記載の機械。
【請求項１５】
第二の磁場向上要素および対象となる少なくとも一つの構造を含む第二のターゲット要素をさらに備えており、前記第二の磁場向上要素が前記第一の磁場向上要素とは異なる形状を有し、前記対象となる少なくとも一つの構造の前記測定パラメータの前記決定が、前記第一のターゲット要素から検出された前記測定光、および前記第二のターゲット要素から検出された第二の測定光に少なくともある程度基づく、請求項１１に記載の機械。
【請求項１６】
前記第一のターゲット要素が、前記第一の磁場向上要素および前記第一の磁場向上要素とは形状が異なる第二の磁場向上要素を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の磁場向上要素が第一の複数の異なる材料層を含み、第二の磁場向上要素が第二の複数の異なる材料層を含む、請求項１１に記載の機械。
【請求項１８】
前記第一の磁場向上要素が前記ターゲット要素に共鳴を生成するように成形される、請求項１１に記載の機械。
【請求項１９】
薄膜材料が前記第一の磁場向上要素を覆うように配置され、前記第一の磁場向上要素が、前記膜への電場の集中を向上するような鋭い特徴を有する、請求項１１に記載の機械。
【請求項２０】
照射光を用いて試料の第一のターゲット要素に照射することであって、前記第一のターゲット要素が第一の磁場向上要素および対象となる少なくとも一つの構造を含み、前記第一の磁場向上要素が前記試料に配置されて前記対象となる少なくとも一つの構造の測定を向上する、照射すること、
前記照射光に応じた、複数の角度において前記第一のターゲット要素から出た第一の一定量の散乱光を回折することであって、前記一定量の散乱光が前記対象となる少なくとも一つの構造と相互作用して第一の一定量の測定光を生成する、回折すること、
前記第一の一定量の測定光を検出すること、
前記照射光を用いて試料の第二のターゲット要素に照射することであって、前記第二のターゲット要素が第二の磁場向上要素および前記対象となる少なくとも一つの構造を含み、前記第二の磁場向上要素が前記試料に配置されて前記対象となる少なくとも一つの構造の測定を向上する、照射すること、
前記照射光に応じた、複数の角度において前記第二のターゲット要素から出た第二の一定量の散乱光を回折することであって、前記第二の一定量の散乱光が前記対象となる少なくとも一つの構造と相互作用して第二の一定量の測定光を生成する、回折すること、
前記第二の一定量の測定光を検出すること、
前記第一の一定量の測定光および前記第二の一定量の測定光に少なくともある程度基づいて、前記対象となる少なくとも一つの構造の測定パラメータを決定すること、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１２年２月２４日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔｓ  Ｗｉｔｈ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」と題された米国仮特許出願第６１／６０３，１８７号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づく優先権を主張するものである。その主題は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
記述する実施形態は、光計測および検査のシステムおよび方法に関する。より詳細には、測定結果を改善するように設計されたターゲットを伴う光計測および検査シナリオに関する。
【背景技術】
【０００３】
論理装置およびメモリ装置などの半導体装置は、通常、試料に適用される一連の処理工程によって製造される。半導体装置のさまざまな特徴および複数の構造レベルは、これらの処理工程によって形成される。例えば、とりわけ、リソグラフィが、半導体ウエハへのパターンの生成を伴う一つの半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスの追加の例は、これらに限定されないが、化学機械研磨、エッチング、蒸着およびイオン注入を含む。複数の半導体装置は、単一の半導体ウエハに製造され、その後個々の半導体装置に分けることができる。
【０００４】
光計測に基づく検査プロセスを半導体製造プロセス中のさまざまな工程に使用して、ウエハに存在する欠陥を検出し、より高い収率を助長する。光計測技術は、試験体破壊のリスクを冒さずに、ハイスループットの可能性を与える。光計測に基づく多くの技術は、散乱測定および反射率測定の実施を含み、関連する分析アルゴリズムがナノスケール構造の限界寸法、膜厚、組成および他のパラメータを特徴づけるように一般に使用される。従来、光計測測定は、薄膜および／または繰り返しの周期的構造から成るターゲットに実行される。これらの膜および周期的構造は、通常、実際の装置形状および材料構造または装置製造中の中間設計を表す。
【０００５】
装置（例えば、論理装置およびメモリ装置）が、さらに小さいナノメートルスケール寸法で動き、それらの三次元形状および材料の選択に関してより複雑になると、そのような装置の特性化がますます困難となる。例えば、高アスペクト比の三次元構造（例えば、一部のメモリ構造）には、光計測に対する特定の課題がある。多くの場合、高アスペクト比形状は、光学的放射に対する底層への照射を物理的に妨げる。それ故、測定感度が、対象となる領域における低い電磁場強度を原因として劣る。別の例では、（高ｋ材料としてますます使用される）材料の不透明性が、底層への光学的放射の透過を妨げる。光学的放射に対する照射量の不足は、測定感度を著しく減少する。さらに、測定データの不足は、複雑な構造（例えば、ＦｉｎＦＥＴ）を特徴づける多くのパラメータ間の相互関係の分離の信頼性を低下させる。したがって、光学計測ツール（例えば、分光エリプソメータまたは反射率計）を備えた現在の装置による測定は、ますます困難なものとなっている。
【０００６】
これらの課題に対応して、ターゲットからより多くの信号を取得するより複雑なツールが利用されてきた。例えば、より多くの波長（例えば、深紫外線および真空紫外線波長）、（例えば、従来の反射または偏光解析信号に加えて複数のミュラー行列要素の測定のための）反射信号に関するより完全な情報、および複数の照射角が利用されてきた。一部の例では、複数の光学検査システムと非光学検査システムとを組み合わせたものが利用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，５６７，３５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの手法が、多数の進歩的なターゲットにおける感度およびパラメータ相関に関する根本的な課題を確実には克服できないことが明らかになった。特に、複雑な三次元構造、不透明材料、または公知の低いパラメータ感度もしくは高いパラメータ相関を持つ他の構造を備えたものに関して克服できない。したがって、ハイスループットにおいて複雑な三次元形状および／または不透明材料を有する装置を特徴づけるための方法およびシステムが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
対象となるパラメータに敏感な計測を向上するための方法およびシステムを提示する。磁場向上要素（ＦＥＥ）が試料の一部として構成され、試料に存在する対象となる構造の測定感度を向上する。ＦＥＥの設計は、測定目的、および装置の製造プロセス全体に適合するターゲット製造物を作るための製造設計ルールを考慮する。不透明材料の測定、高アスペクト比構造、低感度構造、または相互に相関したパラメータが、ＦＥＥを追加することにより向上する。例示的な測定は、限界寸法、膜厚、膜組成および光学散乱オーバーレイを含む。
【００１０】
一部の例では、ＦＥＥは、直接に測定感度を向上または特定のターゲット要素の測定に関連するパラメータ相関を減少する。これらの単一ターゲットの例では、単一ターゲット要素（または、繰り返しの単一ターゲット要素）から収集したデータを用いて測定パラメータを決定する。一部の他の例では、ＦＥＥは、測定感度を向上またはマルチターゲットの最適化の一部として多くの種々のターゲット要素（すなわち、種々の形状のＦＥＥを含むターゲット要素）の測定に関連するパラメータ相関を減少する。
【００１１】
さまざまな種類の磁場向上要素を、対象となる装置構造を製造するためのプロセスフローの一部として構成できる。一部の例では、ＦＥＥによりもたらされる磁場向上は、ＦＥＥが位置する領域に生じる。例えば、ＦＥＥは、磁場の浸透を向上して装置スタックの層を低くする溝または穴でもよい。しかしながら、他の例では、ＦＥＥによりもたらされる磁場向上は、ＦＥＥ位置から離れた領域に生じる。例えば、ＦＥＥは、照射フィールドを対象となる領域に方向づけるビームステアリング要素、プリズム要素または導波路要素でもよい。別の例では、ＦＥＥは、照射フィールドを対象となる領域につなぐ二次的な格子要素でもよい。
【００１２】
一部の実施形態では、ターゲット要素は、単一の空間的に繰り返される要素（すなわち、ユニットセル）であり、ターゲット領域は、多くの空間的に繰り返されるターゲット要素を含む。それ故、単一の測定で多数のターゲット要素から回折光を収集する。一部の実施形態では、ターゲット要素は、一方向において空間的に繰り返される。一部の他の実施形態では、ターゲット要素は、第一の方向の直線上にはない別の方向においても空間的に繰り返される。このように、計測システムは、対象となるパラメータのその後の決定を簡単にする、出力信号における格子効果を生成する多くの空間的に繰り返されるターゲット要素を含むターゲット領域全体にわたる測定を実行する能力を有する。
【００１３】
一部の実施形態では、対象となる高アスペクト比構造の測定の向上は、ターゲット要素の暗い凹部内に照射光を導くまたは集めるための磁場向上要素を利用することによって達成される。このように、ターゲット要素内への照射光の透過は、垂直層情報が入手可能であれば向上する。
【００１４】
一部の実施形態では、薄膜層の測定の向上は、磁場向上要素を利用し、測定データを分析して特定の層に関連するパラメータを分離することにより達成できる。例えば、膜厚測定は、多くの場合、不透明層（例えば、金属層）が存在すると複雑になる。同様に、組成測定は、多くの場合、ある測定したパラメータ（例えば、窒素の割合）に対する感度が低いとより複雑になる。ＦＥＥをターゲット領域内に導き入れて、対象となるパラメータの特定を可能にすることにより測定結果が向上する。
【００１５】
一部の実施形態では、対象となる種々のパラメータの測定の向上は、２つ以上の種々の形状のＦＥＥを含む単一ターゲット要素により達成される。一部の他の実施形態では、種々のターゲット要素は種々のＦＥＥを含み、それらに関する測定は、マルチターゲット分析に含まれる。
【００１６】
一部の実施形態では、薄膜材料が鋭い特徴を含む磁場向上要素全体にわたり配置され、膜への電場の集中を向上する。別の例では、低感度のまたは相互に相関したパラメータを持つ構造の測定の向上は、ＦＥＥを利用して、ターゲット要素内、またはターゲット要素とＦＥＥとの間に電磁共鳴を発生させることにより達成される。なおも別の例では、オーバーレイ測定が、磁場向上要素を利用することにより向上する。
【００１７】
前述は要約であり、それ故当然ながら、詳細の簡素化、一般化および省略を包含する。その結果、当業者は、その要約が単なる例示であり、決して限定的なものではないことがわかる。本明細書に記述する装置および／またはプロセスの他の態様、創造的な特徴および利点は、本明細書に説明する非限定的な詳細な説明において明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】計測システム２００を図示する高度に単純化された概略図である。このシステム２００は、本明細書に提示した方法に従い、磁場向上要素を含む試料から回折した光を検出し、検出した信号を分析して対象となるパラメータを決定するように構成される。
【図２】少なくとも一つの磁場向上要素２４２、および対象となる少なくとも一つの構造２４１を含むターゲット要素２４０を有する試料２０１の例証である。
【図３】本発明のシステム２００による実施に適した方法３００を例証する。
【図４】磁場向上要素により向上したフラッシュメモリ構造の垂直フラッシュ層の測定の例証である。
【図５】特別に設計された磁場向上要素（すなわち、溝）を使用したさまざまなモデルパラメータに関して測定精度が改善されたプロットの例証である。
【図６】各磁場向上要素２５０の向上した限界寸法（ＣＤ）に伴い測定精度が改善されたプロットの例証である。さらに、図６は、種々のピッチ比に関連する種々のプロット線を図示する。
【図７Ａ】基板２６３、第一の層２６４、第二の層２６５および第三の層２６６を含む多層試料２０１の例証である。
【図７Ｂ】基板２６３、第一の層２６４、第二の層２６５および第三の層２６６を含む多層試料２０１の例証である。
【図８】２つの異なる磁場向上要素を有する個々のターゲット要素を含む多層試料の例証である。
【図９Ａ】シリコン基板２７０、ポリシリコン層２７１、チタン層２７２および窒化チタン層２７３を含む別の多層試料の例証である。
【図９Ｂ】シリコン基板２７０、ポリシリコン層２７１、チタン層２７２および窒化チタン層２７３を含む別の多層試料の例証である。
【図９Ｃ】シリコン基板２７０、ポリシリコン層２７１、チタン層２７２および窒化チタン層２７３を含む別の多層試料の例証である。
【図１０】ＦＥＥを含むターゲット試料を測定することにより達成された測定性能の改善を例証するチャート１０を描写する。
【図１１】シリコン磁場向上要素２８１全体にわたる酸化ケイ素膜被覆２８０を例証する図である。
【図１２】測定感度に対するＦＥＥ高さの影響を例証するプロットを描写する。
【図１３】種々の膜層でその各々が覆われた多くの磁場向上要素２８１Ａ〜Ｃの例証である。
【図１４Ａ】窒素濃度に対して高感度の共鳴を作り出すための、磁場向上要素により向上した薄膜誘電体構造の例証である。
【図１４Ｂ】窒素濃度に対して高感度の共鳴を作り出すための、磁場向上要素により向上した薄膜誘電体構造の例証である。
【図１５】照射波長の関数としてαのプロット２０の例証である。
【図１６】照射波長の関数としてβのプロット３０を図示する。
【図１７】オーバーレイ測定を向上するための２つの可能なＦＥＥ構成、すなわち付加および控除ＦＥＥを図示する。
【図１８】本明細書に記述する方法を実施するのに好適な一つの例示的な実施形態における経路ベースの並列離散偏光散乱計４００を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の背景となる例および一部の実施形態に関してここで詳細に参照し、その例が添付図面に図示される。
【００２０】
種々の半導体製造プロセスに関連する構造的および材料特性（例えば、構造および膜の材料組成、寸法的特性など）を光計測に基づき測定するためのシステムおよび方法を提示する。一態様では、計測システムは、試料の一部として設計および構成された磁場向上要素（ＦＥＥ）を含む試料を測定して対象となる構造要素の測定を向上する。一部の実施形態では、ＦＥＥは、多くの空間周期的ターゲット要素の一部として構成され、対象となる特定のパラメータに敏感な計測を生み出すまたは向上する。一部の実施形態では、ＦＥＥは、一以上の薄膜層の測定を向上するように構成される。一部の例では、ＦＥＥは、測定されるパラメータに対する感度を向上するように設計される。一部の例では、ＦＥＥは、対象となるパラメータおよび他のパラメータとの間の相互関係を減少するように設計される。非限定的な例として、ＦＥＥは、限界寸法（ＣＤ）、膜厚、膜組成および散乱測定オーバーレイの測定を向上するように利用できる。
【００２１】
多様な種類の磁場向上要素を、対象となる装置構造を製造するためのプロセスフローの一部として構成できる。一部の例では、ＦＥＥによりもたらされる磁場向上は、ＦＥＥが位置する領域に生じる。例えば、ＦＥＥは、磁場の浸透を向上して装置スタックの層を低くする溝または穴でもよい。しかしながら、他の例では、ＦＥＥによりもたらされる磁場向上は、ＦＥＥ位置から離れた領域に生じる。例えば、ＦＥＥは、照射フィールドを対象となる領域に方向づけるビームステアリング要素、プリズム要素または導波路要素でもよい。別の例では、ＦＥＥは、照射フィールドを対象となる領域につなぐ二次的な格子要素でもよい。
【００２２】
図１は、計測システム２００を図示する高度に単純化された概略図である。このシステム２００は、本明細書に提示した方法に従い、磁場向上要素を含む試料から回折した光を検出し、検出した信号を分析して対象となるパラメータを決定するように構成される。
【００２３】
システム２００は、照射光２０４を放出する照射器２０２を含む。照射光２０４は、ビームスプリッタ２０５により高ＮＡ対物レンズ２０６の方に方向づけられる。対物レンズ２０６は、ターゲット領域２０７全体にわたる試料２０１に同時に照射し、広範囲の角度にわたる試料２０１からの回折光を収集する。視野絞りおよびアポダイザ（図示せず）を用いて、照射および収集ビームの空間特性を制御できる。収集した光２０８は、ビームスプリッタ２０５によって検出器２０３に方向づけられる。図示する実施態様では、検出器２０３は、電荷結合素子（ＣＣＤ）の二次元アレイである。検出器２０３は、収集した光２０８を検出し、ターゲット領域２０７の瞳像を表す出力信号２０９を生成する。
【００２４】
一部の実施形態では、照射光２０４は、いくつかの波長チャネルを含む。例えば、照射光２０４は、複数の種々のレーザにより提供できる。一部の実施形態では、システム２００は、偏光間の相対位相差を収集して測定するための、種々の偏光板および波長板を有する種々の光チャネル（図示せず）を含む。一部の実施形態では、照射器２０２は、複数の波長を同時に提供するように構成される（例えば、スーパーコンティニュームレーザ光源、ランプ光源またはレーザ維持プラズマなどのレーザ駆動光源である）。
【００２５】
さらなる実施形態では、システム２００は、一以上のコンピューティングシステム２１０を含む。これは、対象となるパラメータを決定するための出力信号２０９を分析するために利用される。一以上のコンピューティングシステム２１０は、検出器２０３と通信可能に連結できる。一以上のコンピューティングシステム２１０は、検出器２０３により生成された出力信号２０９を受信するように構成される。
【００２６】
本開示全体を通して記述されるさまざまな工程を、単一コンピュータシステム２１０、又は代替的に複数のコンピュータシステム２１０により実行できることが認識されるべきである。さらに、システム２００の検出器２０３などの種々のサブシステムは、本明細書に記述する工程の少なくとも一部を実行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。従って、本明細書に提示する記述は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、単なる例証である。さらに、一以上のコンピューティングシステム２１０は、本明細書に記述する任意の方法の例の一又は複数の任意の他の工程を実行するように構成できる。
【００２７】
別の実施形態では、コンピュータシステム２１０は、当技術分野において公知の任意の方法で検出器２０３と通信可能に連結できる。例えば、一以上のコンピューティングシステム２１０は、検出器２０３のコンピューティングシステムと連結できる。別の例では、検出器２０３および照射器２０２は、単一コンピュータシステムにより制御できる。このように、コンピュータシステム２１０は、単一コンピュータシステムと連結できる。
【００２８】
コンピュータシステム２１０は、有線部および／または無線部を含むことができる伝送媒体を経由してシステムのサブシステム（例えば、検出器２０３、照射器２０２および同類のもの）から送られたデータまたは情報を受信および／または取得するように構成できる。このように、伝送媒体は、コンピュータシステム２１０とシステム２００の他のサブシステムとの間のデータリンクとしての機能を果たすことができる。さらに、コンピューティングシステム２１０は、ストレージ媒体（すなわち、メモリ）によって画像または残留信号を受信するように構成できる。例えば、検出器２０３により生成された出力信号２０９は、固定または半固定記憶装置（例えば、キャリア媒体２２０）に保存できる。これに関連して、出力信号は、外部システムからインポートできる。別の例では、コンピュータシステム２１０は、該コンピュータシステム２１０が生成した結果を、結果を記録するためのストレージ媒体（例えば、キャリア媒体２２０）に送信できる。
【００２９】
さらに、コンピュータシステム２１０は、伝送媒体を通じてデータを外部システムに送信できる。伝送媒体は、有線部および／または無線部を含むことができる。このように、伝送媒体は、コンピュータシステム２１０とシステム２００の他のサブシステムまたは外部システムとの間のデータリンクとしての機能を果たすことができる。例えば、コンピュータシステム２１０は、該コンピュータシステム２１０が生成した結果を外部システムまたはシステム２００の他のサブシステムに送信できる。
【００３０】
コンピューティングシステム２１０は、これらに限定されないが、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、または当技術分野において公知の任意の他の装置を含むことができる。概して、「コンピューティングシステム」という用語は、記憶媒体から送られた命令を実行する一以上のプロセッサを有する任意の装置を包含するように広く定義できる。
【００３１】
本明細書に記述された方法などの方法を実施するプログラム命令２３０は、キャリア媒体２２０全体に伝送される、又はそこに保存できる。キャリア媒体は、配線、ケーブル、または無線伝送リンクなどの伝送媒体でもよい。キャリア媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気もしくは光ディスク、または磁気テープなどのコンピュータ可読媒体も含むことができる。
【００３２】
図３は、本発明のシステム２００による実施に適した方法３００を図示する。一態様では、方法３００のデータ処理ブロックは、プログラム命令２３０の一部として保存され、コンピューティングシステム２１０の一以上のプロセッサにより実行される、事前にプログラムされたアルゴリズムによって実行できると認識される。以下の記述は図１に描写するシステム２００に関連して提示するが、システム２００の特定の構造的態様が限定を表さず、単なる例示として解釈されるべきであることが本明細書において認識される。
【００３３】
ブロック３０１において、システム２００は、照射光２０４を用いてターゲット領域２０７全体（すなわち、回折光が計測または検査に使用される領域）にわたる試料２０１に照射する。試料は、ターゲット領域における磁場向上要素および対象となる構造要素を含む。磁場向上要素が試料に配置されて、対象となる構造の測定を向上する。多くの場合、試料２０１は、最終製品の一部として使用される一定量のダイ領域と、最終生産工程の一部において（例えば、ダイシングプロセス、切断プロセスなどにより）捨てられる別の一定量のダイ領域とを含む。標準的な実施形態では、磁場向上要素は、ウエハの犠牲的な領域に配置される。このように、磁場向上要素を使用して、最終製品の構造および性能に影響を及ぼすことなく、対象となる構造の測定を向上する。
【００３４】
一部の実施形態では、照射器２０２は、レーザ光源である。一部の他の実施形態では、照射器２０２は、高輝度ランプ光源である。照射光２０４の特性は、例えば、光源、単一または多モードファイバ、光拡散器、走査鏡、および圧電ステージなどの選択によって操作できる。一部の実施形態では、試料２０１は、多くの異なる位置を照射される。これらの実施形態では、試料２０１は、ウエハ位置決めシステム（図示せず）によって対物レンズ２０６の下方に位置付けることができる。例えば、ウエハ位置決めシステムは、当技術分野において公知のｘ−ｙ平行移動ステージまたは回転ステージでもよい。代替的に、ウエハ位置決めシステムと連動して照射光２０４の方向を変えることにより、照射光２０４を試料２０１上の種々の位置に方向づけることができる。例えば、走査鏡を利用して、照射光２０４の方向を試料２０１上の異なる位置に変えることができる。
【００３５】
一部の例では、照射光２０４は、試料２０１に垂直に入射する。一部の他の例では、照射光２０４は、試料２０１に斜角で入射する。一部の例では、照射光は、ある範囲の入射角で試料２０１に入射する。例えば、一実施形態では、対物レンズ２０６は、高い開口数（例えば、約０．９のＮＡ）を有する。このように、照射光２０４は、広範囲の入射角にわたって（例えば、空中で動作するシステムでは０〜６４度の角度範囲で）試料２０１を照射する。また、一部の実施形態では、ある範囲の入射角での試料２０１への照射に加えて、試料２０１は、多くの種々の偏光角を有する照射光２０４によって照射される。さらに、一部の実施形態では、試料２０１は、多くの異なる波長を有する照射光２０４によって照射される。
【００３６】
図２に図示するように、例証として、照射光２０４は試料２０１を照射する。試料２０１はターゲット要素２４０を含み、この要素２４０は少なくとも一つの磁場向上要素２４２、および対象となる少なくとも一つの構造２４１を含む。一部の実施形態では、ターゲット要素２４０は、単一の空間的に繰り返される要素（すなわち、ユニットセル）である。一部の実施形態では、ターゲット領域２０７（すなわち、回折光が計測または検査に使用される領域）は、多くの空間的に繰り返されるターゲット要素を含む。それ故、単一の測定で多数のターゲット要素から回折光を収集する。
【００３７】
例えば、図２に図示するように、ターゲット要素２４０は、Ｘ方向において空間的に繰り返され、各隣接するターゲット要素同士は、空間的周期Ｐｘだけ互いから離れる。別の例（図示せず）では、ターゲット要素２４０は、Ｘ方向の直線上にはない別の方向（例えば、Ｙ方向）においても空間的に繰り返され得る。例えば、隣接ターゲット要素は、Ｙ方向において周期的に繰り返され、隣接するターゲット要素同士は、空間的周期Ｐｙだけ互いから離れる。ＰｘとＰｙとは、同じ距離でもよいし、互いに異なる距離でもよい。このように、計測システムは、対象となるパラメータのその後の決定を簡単にする、出力信号における格子効果を生成する多くの空間的に繰り返されるターゲット要素を含むターゲット領域全体にわたる測定を実行する能力を有する。
【００３８】
ブロック３０２において、照射光２０４の一部が、複数の角度においてターゲット要素２４０から回折し、一定量の散乱された照射光２４３を生成する。散乱された照射光２４３は、対象となる構造と相互作用し、その後システム２００により収集される一定量の測定光（図示せず）を生成する。（図２に図示するような）角度範囲にわたって磁場向上要素２４２から出る照射光２０４の一部が回折することにより、対象となる構造２４３は、磁場向上要素の存在が無ければシステム２００からの直接照射では到達できないであろう広範囲の角度から照射される。その結果、散乱された照射光２４３と対象となる構造２４１との相互作用により生成した測定光は、その角度範囲にわたる散乱された照射光２４３による照射が無ければ存在しないであろう情報を含む。
【００３９】
磁場向上機構を、光線を収集するものとして図２に図示したが、実際の測定は、完全な電磁場の回折を伴う。磁場向上要素２４２から回折した光は、ゼロ回折次数（すなわち、鏡面的に反射した光）を含むが、より高い回折次数も含むことができる。測定結果が主にゼロ回折次数の光から導き出される場合には、隣接するターゲット要素２４０間の空間的周期は、ほぼ照射光の波長またはそれより小さい波長であるべきである。しかしながら、より高い回折次数を有する光の使用により、ターゲット要素間の空間的周期を照射光の波長よりも大きくすることが可能になる。
【００４０】
図２に図示するように、例証として、磁場向上要素２４２は、試料２０１の表面に対して斜角αに配向された側壁を含むように成形される。より具体的には、図２に描写するように、磁場向上要素２４２は、高さ、側壁角および幅を有する台形として成形される。加えて、隣接する磁場向上要素同士は、空間的周期Ｐｘだけ互いから離れる。このように、磁場向上要素２４２の表面から回折した光は、ある角度範囲にわたって対象となる構造２４１の方に方向づけられる。磁場向上要素の形状および位置（例えば、側壁角（ＳＷＡ））、対象となる構造までの距離、ターゲット要素２４０における磁場向上要素の数、ターゲット要素２４０の空間的ピッチは全て、測定結果を向上するように設計された例示的なパラメータである。図２の例証は、磁場向上要素の多くの他の形状を考慮できるため、非限定的な例として提示される。さらに、非限定的な例が本明細書に提示される。
【００４１】
ブロック３０３において、一定量の測定光をシステム２００により検出する。図１に図示するように、検出器２０３が、試料２０１から収集された一定量の測定光を表す複数の出力信号２０９を生成する。一部の実施形態では、検出器２０３は、ＣＣＤ要素の二次元アレイを含む。一部の他の実施形態では、検出器２０３は、ＣＣＤ要素の一次元アレイを含む。他の検出要素も考慮できる（例えば、光検出器など）。それ故、概して、システム２００は、（例えば、フォトダイオードの一次元アレイを利用した）一次元のものでもよいし、（例えば、二次元ＣＣＤアレイを利用した）二次元のものでもよい。一部の実施形態では、複数の出力信号が集合して試料２０１のイメージを生成する。加えて、多くの例では、種々の偏光および波長チャネルに関する多くの測定を実行して、測定性能を向上する多くの出力信号を生成できる。
【００４２】
ブロック３０４において、コンピュータシステム２１０は、検出した測定光に少なくともある程度基づいて対象となる構造の測定パラメータを決定する。名目散乱光測定プロセスは、構造（例えば、膜厚、限界寸法、分散曲線など）、およびシステム（例えば、波長、入射角、偏光角など）のパラメータ化からなる。特定のパラメータは公知のものとして扱われ、固定パラメータおよび他のパラメータは、未知の流動パラメータとして扱われる。流動パラメータは、理論予測と実験データとの間の最良適合を作り出すプロセス（例えば、回帰）によって決定される。
【００４３】
別の例では、コンピュータシステム２１０は、特定のイメージに関連する出力信号と、予期される名目構造モデルとの差異を確定することによって、ターゲット要素のイメージを決定する。前述したように、名目パラメータの値は、多くの波長、偏光状態などについての理論予測と実験データとの間の最良適合を作り出すプロセス（例えば、回帰）によって決定できる。このように、パラメータは、測定したイメージと予期される名目構造の最良適合モデルとの差異に基づいて決定される。
【００４４】
一部の実施形態では、対象となる高アスペクト比構造の測定の向上は、ターゲット要素の暗い凹部内に照射光を導くまたは集めるための磁場向上要素を利用することによって達成される。このように、ターゲット要素内への照射光の透過は、垂直層情報が入手可能であれば向上する。
【００４５】
図４は、磁場向上要素により向上したフラッシュメモリ構造の垂直フラッシュ層の測定の例証である。メモリ構造についてのさらなる情報は、２０１１年９月２９日に公開され、Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏ．，ＬＴＤ．に譲渡され、その全体が参照により本明細書に組み入れられる米国特許公開番号第２０１１／０２３３６４８  Ａ１号に見ることができる。図４に図示するように、磁場向上要素２５０が、アレイを通るビット線の片側に溝として追加される。これらの装置の測定性能を制限する主要な要因は、分光エリプソメータまたは反射率計からの照射光の光度が、装置表面からシリコン基板の方に伝播するときに減少することである。この光度の減少により、その後フラッシュセルのビット線を形成するビアホールの底部限界寸法（ＢＣＤ）に対する測定感度が減少する。加えて、膜スタックの底部付近の個々の層に対する測定感度も低下する。磁場向上要素２５０は、装置の底部における光フィールドの透過を向上するように追加される。
【００４６】
溝のエッチングが、通常、フラッシュセルにおけるワード線構造を作り出すための前処理として実行される。フラッシュセルのレイアウトは、このワード線の溝の場所をあけるように設計される。しかしながら、標準的なフラッシュセルのレイアウトにおける溝の位置および／または間隔は、ＢＣＤおよび底部厚の感度を改善するように最適化できない場合がある。この例では、磁場向上要素（すなわち、溝）の設計は、ＦＥＥピッチおよびＣＤの適切な選択によってＢＣＤおよび底部厚の感度を向上するように最適化される。
【００４７】
図５は、特別に設計された磁場向上要素（すなわち、溝）を使用したさまざまなモデルパラメータに関して測定精度が改善されたプロットの例証である。この実施形態では、各溝のサイズは、測定性能を改善するように、百ナノメートルの幅、そして溝間の間隔が二百ナノメートルとなるように選択される。この例では、スタックの奥行を貫く限界寸法および層厚を含むモデルパラメータの測定精度がプロットされる。プロット線２５２は、名目構造に変化がない場合を図示する。プロット線２５３は、磁場向上要素が測定性能を向上するように設計された場合を図示する。図６に図示するように、測定精度は、各磁場向上要素２５０の限界寸法（ＣＤ）が向上すると改善する。加えて、図６は、種々のピッチ比（すなわち、ＦＥＥ間隔のＦＥＥ  ＣＤに対する比）に関連する種々のプロット線を図示する。プロット線２５６、２５５および２５４は、それぞれ、ピッチ比１：１、２：１および３：１に相当する。図６に図示するように、（プロット線２５５で図示する）２：１のピッチ比が最高の測定結果をもたらすように思われる。測定感度の改善に加えて、パラメータ相関も減少する。
【００４８】
一部の実施形態では、薄膜層の測定の向上は、磁場向上要素を利用し、測定データを分析して特定の層に関連するパラメータを分離することにより達成できる。例えば、膜厚測定は、多くの場合、不透明層（例えば、金属層）が存在すると複雑になる。同様に、組成測定は、多くの場合、ある測定したパラメータ（例えば、窒素の割合）に対する感度が低いとより複雑になる。ＦＥＥをターゲット領域内に導き入れて、対象となるパラメータの特定を可能にすることにより測定結果が向上する。
【００４９】
一部の実施形態では、複数のターゲット要素の測定をマルチターゲットの分析と組み合わせて、対象となる特定のパラメータを分離する。図７Ａおよび図７Ｂは、基板２６３、第一の層２６４、第二の層２６５および第三の層２６６を含む多層試料２０１の例証である。図７Ａに図示するように、ターゲット要素２６０は、磁場向上要素２６２Ａを含む。隣接するターゲット要素同士は、空間的周期Ｐ１だけ互いから離れる。図示した例では、磁場向上要素２６２Ａは溝である。図７Ｂに図示するように、ターゲット要素２６７は、磁場向上要素２６２Ｂを含む。隣接するターゲット要素同士は、ピッチＰ１だけ互いから離れる。この図示した例でも、磁場向上要素２６２Ｂは溝である。しかしながら、ＦＥＥ２６２Ｂは、ＦＥＥ２６２Ａとは違う様に成形される。より具体的には、ＦＥＥ２６２Ｂは、ＦＥＥ２６２Ａよりも深くエッチングされる。一例では、層２６４が対象となる構造である。図７Ａに描写する例では、層２６５および２６６が、ターゲット要素２６０内において層２６４までエッチングされる。図７Ｂに描写する例では、層２６４も、ターゲット要素２６７内において層２６５および２６６と共に貫いてエッチングされる。このマルチターゲット（すなわち、ターゲット要素２６０および２６７）の例では、対象となる構造（層２６４）は、２つの異なるターゲット要素を利用して分離される。共通の層（すなわち、層２６５および２６６）が、マルチターゲットの分析において関連付けられ、対象となる構造（例えば、厚さ、組成または輪郭）が、例えば回帰分析によって浮かび上がるおよび求められる。他の例では、マルチターゲット分析を展開して、種々の層または層の組み合わせを分離および測定できる。
【００５０】
一部の実施形態では、対象となる種々のパラメータの測定の向上は、２つ以上の種々の形状のＦＥＥを含む単一ターゲット要素により達成される。図８は、図７Ａおよび図７Ｂを参照して記述したものと同様の多層試料の例証である。しかしながら、図８に図示するように、個々のターゲット要素２６８が、２つの種々の形状の磁場向上要素、すなわち磁場向上要素２６１および磁場向上要素２６９を含む。磁場向上要素２６１は、層２６４までエッチングされ、磁場向上要素２６９は、層２６４を貫いてエッチングされる。この単一ターゲット（すなわち、ターゲット要素２６８）の例では、対象となる一つの構造（層２６５）は、第一のＦＥＥ（ＦＥＥ２６１）を使用して分離され、対象となる第二の構造（層２６４）は、第二の種々の形状のＦＥＥ（ＦＥＥ２６９）を使用して分離される。この実施形態では、２つの異なる磁場向上要素は、互いに異なる高さにエッチングされる。単一ターゲットの分析では、対象となる構造（例えば、厚さ、組成または輪郭）が、例えば、回帰分析によって浮かび上がるおよび求められる。同様に、種々のターゲット要素を、種々の層を分離および測定するように構成できる。加えて、空間的に繰り返されるターゲット要素を利用して測定性能を向上できる。図８に図示するように、ターゲット要素２６８は、空間的に繰り返され、隣接するターゲット要素同士は、空間的周期Ｐ２だけ互いから離れる。
【００５１】
図９Ａ〜図９Ｃは、シリコン基板２７０、ポリシリコン層２７１、チタン層２７２および窒化チタン層２７３を含む別の多層試料の例証である。各層の厚さは、約４０ナノメートルである。磁場向上要素は、試料における溝として作られ、ポリシリコン膜層２７１の厚さの測定を向上する。図９Ａに図示するように、ポリシリコン層２７１の測定は、上方に金属層が存在するため困難である。図９Ｂに図示する例では、ＦＥＥ２７４が層２７１まで延長する。図９Ｃに図示する例では、ＦＥＥ２７５が、層２７１を貫いて延長する。
【００５２】
図１０は、ターゲット試料の一部としてＦＥＥを利用することにより達成された測定性能の改善を図示するチャート１０を描写する。層２７１の厚さの分光エリプソメータによる測定は、磁場向上要素がない場合では、非常に低い感度および乏しい精度を示す。しかしながら、図９Ｃに図示するなどのターゲット要素における単一ターゲットの分析を実行することにより、感度が大幅に向上し、精度が大幅に改善される。さらに、測定性能の改善は、図９Ｂに図示するなどのターゲット要素、および図９Ｃに図示するなどのターゲット要素を使用して、マルチターゲットの分析を実行することにより得られる。
【００５３】
一部の実施形態では、薄膜材料が（例えば、鋭い特徴を含むように）成形され、磁場向上要素全体にわたり配置され、膜への電場の集中を向上する。図１１は、シリコン磁場向上要素２８１全体にわたる酸化ケイ素膜被覆２８０を例証する図である。磁場向上要素２８１は、鋭い特徴（例えば、台形状のＦＥＥ２８１の角）を対象となる構造（膜２８０）内に取り入れる。この特徴には対象となる一又は複数の照射光領域が集中する。高い屈折率コントラストを持つ鋭い特徴は、より強い電場を引き付ける。対象となる一又は複数の領域における電場を向上することにより、膜パラメータ（例えば、限界寸法、膜厚および組成パラメータ）に対する感度が向上する。より具体的には、シリコン基板２８２の平面上のＦＥＥ２８１の鋭い特徴は、ＦＥＥ２８１の上面周囲の電場を強める。このようにして、電場がＦＥＥ２８１の上面における膜の領域に集まる。ＦＥＥ２８１の形状および寸法は、特定の偏光角、波長などにおける感度を改善するように最適化できる。
【００５４】
図１２は、有限要素モデル計算に基づく、測定感度に対するＦＥＥ２８１の高さの影響を例証するプロットを描写する。ＦＥＥ２８１の存在により、プロットされる高さの全範囲にわたって膜厚に対する測定感度が改善する。プロット線２８３は、Ｐ偏光の照射光についての結果を示す。Ｐ偏光に関する測定感度は、ＦＥＥの高さが約２０ナノメートルであるときに最大になる。プロット線２８４は、Ｓ偏光の照射光についての結果を示す。Ｓ偏光に関する測定感度は、ＦＥＥの高さが約４０ナノメートルであるときに最大になる。このように、ＦＥＥの高さを、特定の偏光角における測定感度が最大になるように設計できる。加えて、ある入射角および波長のみにおける感度を向上するように、種々の膜に応じてＦＥＥの形状およびサイズを変えることができる。
【００５５】
図１３は、種々の膜層でその各々が覆われた多くの磁場向上要素２８１Ａ〜Ｃの例証である。各磁場向上要素は、膜スタック内の特定の膜に電場を集めるように用いられる。図示するように、膜２８３の測定は、磁場向上要素２８１Ａにより向上し、膜２８４の測定は、磁場向上要素２８１Ｂにより向上し、そして膜２８５の測定は、磁場向上要素２８１Ｃにより向上する。
【００５６】
別の例では、低感度のまたは相互に相関したパラメータを持つ構造の測定の向上は、ＦＥＥを利用して、ターゲット要素内、またはターゲット要素とＦＥＥとの間に電磁共鳴を発生させることにより達成される。
【００５７】
多くの例では、図１４Ａに図示する薄膜２９０などの薄膜が、半導体装置の製造中に誘電体ゲートを作り出すのに使用される。ＦｉｎＦＥＴなどの進歩的な三次元トランジスタ構造が、装置サイズを縮小するための進行中の努力の一部として作られている。窒素をゲート誘電体材料に追加してこれらの構造の所望の特性を達成する。追加される窒素の量を正確に制御する必要があり、それ故、窒素濃度の正確な測定が要求される。進歩的な三次元構造内の窒素濃度に対する感度を向上させるために、図１４Ｂに図示するようなＦＥＥ２９１などの周期的な磁場向上要素をターゲットの面内に追加して窒素濃度に対して高感度の共鳴を作り出す。分光散乱測定モデリングは、特別に設計された磁場向上要素の追加により、ＦｉｎＦＥＴの底端部の周囲に２００ｎｍの強固な磁場向上が存在するため、三次元ＦｉｎＦＥＴ構造内の窒素濃度に対するフーリエ係数αおよびβの感度が向上することを示す。
【００５８】
図１５は、照射波長の関数としてαのプロット２０を図示する。２００ｎｍの波長を持つ照射光において、窒素濃度に対するαの感度が、磁場向上要素の追加により６０だけ向上する。同様に、図１６は、照射波長の関数としてβのプロット３０を図示する。２００ｎｍの波長を持つ照射光において、窒素濃度に関するβの感度が、磁場向上要素の追加により４００だけ向上する。
【００５９】
なおも別の例では、オーバーレイ測定が、磁場向上要素を利用することにより向上する。散乱測定オーバーレイ（ＳＣＯＬ）は、オーバーレイが互いに異なる２つのターゲット間のスペクトル反射または偏光解析信号の差異を用いてオーバーレイの量を決定する技術である。一部の例では、磁場向上要素をそのようなターゲットに追加して、オーバーレイの変化に対する差分信号の感度を向上する。図１７は、２つの可能なＦＥＥ構成を図示する。一実施形態では、試料から材料を除去して控除ＦＥＥ（たとえば、溝）を作り出す。例証として、ＦＥＥ２９５は控除ＦＥＥである。別の実施形態では、材料を試料に追加して付加ＦＥＥを作り出す。例証として、ＦＥＥ２９６は付加ＦＥＥである。ＦＥＥ（例えば、ＦＥＥ２９５および２９６のいずれか）を単一の個々のマスク処理を用いてＳＣＯＬターゲットに追加することにより、ＦＥＥと基礎を構成するターゲットとの間のオーバーレイシフトが、両方のターゲットに関して同一となるであろう。ＦＥＥの寸法およびピッチは、局所の光フィールドおよび回折条件を変えて、そのターゲットにおけるオーバーレイ感度を向上するように設計および最適化できる。一部の例では、金属構造物がＦＥＥ材料として用いられるであろう。
【００６０】
一部の例では、ＦＥＥは、直接に測定感度を向上または特定のターゲット要素の測定に関連するパラメータ相関を減少する。これらの単一ターゲットの例では、単一ターゲット要素（または、繰り返しの単一ターゲット要素）から収集したデータを用いて測定パラメータを決定する。一部の他の例では、ＦＥＥは、測定感度を向上またはマルチターゲットの最適化の一部として多くの種々のターゲット要素（すなわち、種々の形状のＦＥＥを含むターゲット要素）の測定に関連するパラメータ相関を減少する。マルチターゲット測定は、種々のターゲット要素からデータを収集して測定パラメータを決定することを伴う。例えば、多くのマルチターゲットの分析技術が、その全体が引用例として本明細書に組み入れられる、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ，Ｃｏｒｐ．に譲渡された米国特許第７，４７８，０１９号に記述されている。マルチターゲット測定は、種々のＦＥＥを利用した多くの異なるターゲット要素を伴ってもよい。また、マルチターゲット測定は、ＦＥＥを含まないターゲット要素の測定を伴ってもよい。これらのマルチターゲットの例では、一組のＦＥＥが、各ターゲット要素および複数のターゲットの全部の組の両方の測定を向上するように設計される。
【００６１】
本明細書に論じる方法を、システム２００を参照して説明したが、光を照射して試料から回折した光を検出するように構成された任意の光計測システムを利用しても、本明細書に記述する例示的な方法を実施できる。例示のシステムは、角度分解反射率計（または、散乱計）、反射率計またはエリプソメータを含む。本明細書に記述する方法を実施するシステムはまた、多くの異なる方法でも構成できる。例えば、（可視、紫外線、赤外線およびＸ線を含む）広範囲の波長、入射角、偏光状態、およびコヒーレンスの状態を考慮できる。
【００６２】
好適なシステム４００の好ましい実施形態を図１８に図示する。その全体が引用例として本明細書に組み入れられる、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐ．に譲渡された米国特許第７，５６７，３５１号により完全に記述されている。図１８は、一つの例示的な実施形態における経路ベースの並列離散偏光散乱計４００を図示する。
【００６３】
図１８の機械は、標準的なメモリダイに存在するであろう基板６および反復構造の領域８を含む試験体４を測定するための狭帯域の軸外エリプソメータ２に加えて、５つの異なる非接触光学測定装置も含む。複合光学測定システムは、ビームプロファイルエリプソメータ（ＢＰＥ）１０、ビームプロファイル反射率計（ＢＰＲ）１２、広帯域反射分光計（ＢＲＳ）１４、深紫外線反射分光計（ＤＵＶ）１６、および広帯域分光エリプソメータ（ＢＳＥ）１８を含む。これらの５つの光学測定装置は、わずか２つの光源、すなわちレーザ２０および光源２２を利用する。レーザ２０は、プローブビーム２４を生成し、光源２２は、プローブビーム２６を生成する（このビームは、レンズ２８によりコリメートされ、鏡２９によりプローブビーム２４と同じ経路に沿って方向づけられる）。レーザ２０は、理想的には直線偏光ビームを放出する固体半導体レーザである。光源２２は、理想的には重水素とタングステンとの２つのランプの組み合わせ、またはキセノン電球である。これは、１９０ｎｍ〜８２０ｎｍのスペクトル範囲に及ぶ多色ビームを生成する。プローブビーム２４および２６は、鏡３０に反射し、鏡４２を通り抜けて試験体４に至る。
【００６４】
プローブビーム２４および２６は、レンズ３２またはレンズ３３により試験体の表面に集束される。好ましい実施形態では、２つのレンズ３２および３３は、タレット（図示せず）に取り付けられ、あるいは、プローブビーム２４および２６の経路内を移動可能なものでもよい。レンズ３２は、試験体表面に対して大きくて広い入射角を作り出す高い開口数（ほぼ０．９０ＮＡ）を持つ球面の顕微鏡対物レンズである。そしてこのレンズは、直径がおよそ１ミクロンのスポットサイズを作り出す。レンズ３３は、より低い開口数（ほぼ０．４ＮＡ）を有する反射型レンズであり、深ＵＶ光を、およそ１０〜１５ミクロンのスポットサイズに集束する能力がある。
【００６５】
ビームプロファイルエリプソメータ（ＢＰＥ）は、現在の譲受人により共同所有され、参照により本明細書に組み入れられる、１９９３年１月１９日に発行された米国特許第５，１８１，０８０号に論じられている。ＢＰＥ１０は、４分の１波長板３４、偏光子３６、レンズ３８および検出器４０を含む。動作中、直線偏光プローブビーム２４は、レンズ３２によって試験体４に集束される。試験体表面から反射した光は、レンズ３２を上向きに通り抜け、鏡４２、３０および４４を通り抜け、鏡４６によってＢＰＥ１０内に方向づけられる。反射したプローブビーム内の光線の位置は、試験体の表面に対する具体的な入射角に相当する。４分の１波長板３４が、ビームの偏光状態の一つの位相を９０度だけ遅らせる。直線偏光子３６が、ビームの２つの偏光状態を互いに干渉させる。最大信号のために、偏光子３６の軸を、４分の１波長板３４の速軸および遅軸に対して４５度の角度で配向すべきである。検出器４０は、４つの放射状に配置された四分円を持つ四分割セル検出器である。この四分円は、各々、プローブビームの４分の１を遮断し、その四分円に達するプローブビームの一部のパワーに比例した個々の出力信号を生成する。各四分円からの出力信号は、プロセッサ４８に送信される。米国特許第５，１８１，０８０号の特許に論じられているように、ビームの偏光状態の変化をモニタリングすることにより、．ｐｓｉ．および．ＤＥＬＴＡ．などの偏光解析情報を決定できる。この情報を決定するために、プロセッサ４８は、極薄膜では膜厚に対して直線的に変化する値である、直径に沿って向かい合った四分円の出力信号の和の間の差を取る。この解析を本明細書では「ｄｉｆｆ」信号とも呼ぶ。これも有用な情報を与えることができる４つの四分円からの出力の追加は、「ｓｕｍ」信号と呼ぶ。
【００６６】
ビームプロファイル反射率測定（ＢＰＲ）は、現在の譲受人により共同所有され、参照により本明細書に組み入れられる、１９９１年３月１２日に発行された米国特許第４，９９９，０１４号に論じられている。ＢＰＲ１２は、レンズ５０、ビームスプリッタ５２、ならびに試験体の反射率を測定するための２つの線形検出器アレイ５４および５６を含む。動作中、直線偏光プローブビーム２４は、レンズ３２によって試験体４に集束され、ある範囲の入射角で試験体表面に達するビーム内のさまざまな光線を持つ。試験体表面から反射した光は、レンズ３２を上向きに通り抜け、鏡４２および３０を通り抜け、鏡４４によってＢＰＲ１２内に方向づけられる。反射したプローブビーム内の光線の位置は、試験体の表面に対する具体的な入射角に相当する。レンズ５０は、ビームを二次元的に空間的に広げる。ビームスプリッタ５２は、ビームのＳ成分とＰ成分とを分けて、検出器アレイ５４と検出器アレイ５６とは、互いに対して直角に配向され、Ｓ偏光についての情報とＰ偏光についての情報とを分離する。より高い入射角の光線ほど、アレイの両端に近くに当たる。ダイオードアレイ内の各要素からの出力は、種々の入射角に対応する。検出器アレイ５４および５６は、試験体表面に対する入射角の関数として、反射したプローブビームの全体にわたる強度を測定する。プロセッサ４８は、検出器アレイ５４および５６の出力を受信する。
【００６７】
広帯域反射分光計（ＢＲＳ）１４は、複数の波長の光を用いた垂直入射において試験体４を同時に探測する。ＢＲＳ１４は、レンズ３２を使用し、広帯域分光計５８を含む。広帯域分光計５８は、先行技術において周知であり使用されている任意の種類のものでもよい。図１に示す分光計５８は、レンズ６０、アパーチャ６２、分散要素６４および検出器アレイ６６を含む。動作中、光源２２から出たプローブビーム２６は、レンズ３２によって試験体４に集束される。試験体の表面から反射した光は、レンズ３２を上向きに通り抜け、鏡４２によって（鏡８４を通り抜けて）分光計５８に方向づけられる。レンズ６０は、プローブビームを、分析される試験体表面の視野内にスポットを画定するアパーチャ６２を通るように集束する。回折格子、プリズムまたはホログラフィック板などの分散要素６４が、波長に応じてビームを角度分散し、検出器アレイ６６内に含まれる個々の検出要素に導く。種々の検出要素が、プローブビームに含まれる種々の波長の光の光強度（大きさ）を好ましくは同時に測定する。代替的に、検出器６６は、ＣＣＤカメラ、または適切な分散特性さもなければ波長選択光学部品を持つ光電子増倍管でもよい。モノクロメータを、単一検出要素を用いた種々の波長の連続的な測定（一度に一つの波長）に使用できることが留意されるべきである。さらに、分散要素６４は、一方向の波長に応じて、および試験体表面に対する直交方向の入射角に応じて光を分散するようにも構成できる。この構成により、波長および入射角の両方の関数としての同時測定が可能になる。プロセッサ４８は、検出器アレイ６６が測定した強度情報を処理する。
【００６８】
深紫外線反射分光分析（ＤＵＶ）が、複数の波長の紫外線光を用いて試験体を同時に探測する。ＤＵＶ１６は、集束レンズ３２の代わりに反射型レンズ３３を使用すること以外は、ＢＲＳ１４と同じ分光計５８を用いてプローブビーム２６を分析する。ＤＵＶ１６を動作させるために、レンズ３２および３３を含むタレットを回転させて、反射型レンズ３３の位置をプローブビーム２６に合わせる。固体対物レンズではＵＶ光を試験体に十分に集束できないため、反射型レンズ３３が必要となる。
【００６９】
広帯域分光エリプソメータ（ＢＳＥ）は、現在の譲受人により共同所有され、参照により本明細書に組み入れられる、１９９９年３月２日に発行された米国特許第５，８７７，８５９号に論じられている。ＢＳＥ（１８）は、偏光子７０、集束鏡７２、コリメート鏡７４、回転補正器７６および分析器８０を含む。動作中、鏡８２は、プローブビーム２６の少なくとも一部を偏光子７０に方向づける。偏光子７０は、プローブビームに関する公知の偏光状態、好ましくは直線偏光を作り出す。鏡７２は、ビームを試験体表面に対して斜角、理想的には試験体表面の垂線に対してほぼ７０度に集束する。周知の偏光解析原理に基づき、反射ビームは、一般的に、試験体と相互作用した後は、試験体の膜８および基板６の組成および厚さに基づいた混合線形および回転偏光状態を有する。反射ビームは、鏡７４によりコリメートされ、回転補正器７６に方向づけられる。補正器７６は、一組の相互に直交する偏光ビーム成分間の相対的な位相後退６（位相遅延）を取り込む。補正器７６は、ビームの伝搬方向とほぼ平行の軸の周りを（連続的または段階的に）好ましくは電動機７８によって回転する。分析器８０は、好ましくは別の直線偏光子であり、そこに入射する偏光の状態を混合する。分析器８０により伝送された光を測定することによって、反射したプローブビームの偏光状態を決定できる。鏡８４が、ビームを分光計５８に方向づける。分光計５８は、補正器と分析器との組み合わせを通り抜けた反射したプローブビームに含まれる種々の波長の光の強度を同時に測定する。プロセッサ４８が、検出器６６の出力を受信し、波長の関数として、およびその回転軸の周りの補正器７６の方位（回転）角の関数として、検出器６６により測定された強度情報を処理する。これにより、米国特許第５，８７７，８５９号に記述されているように、偏光解析値である．ｐｓｉ．および．ＤＥＬＴＡ．を求める。検出器およびカメラ８６が、鏡４６の上方に位置付けられ、これを用いて、位置および焦点を合わせる目的のために、試験体４から出た反射ビームを見ることができる。
【００７０】
システム４００は、狭帯域エリプソメータ２も含む。エリプソメータ２は、公知の安定波長および安定強度を有する準単色プローブビーム１０６を生成する光源９０を含む。好ましくは、この結果は、光源９０が経時的に変化しない（すなわち、変化が１％未満）非常に安定した出力波長を生成する場合には、受動的に達成される。受動的に安定した光源の例は、ヘリウム−ネオンレーザまたは他のガス放電レーザシステムがある。
【００７１】
ビーム１０６は、偏光子９２と相互作用して公知の偏光状態を作り出す。好ましい実施形態では、偏光子９２は、石英ロションプリズムから形成された直線偏光子であるが、一般に、偏光は、必ずしも線形である必要はなく、完全である必要もない。偏光子９２は方解石からも形成できる。偏光子９２の方位角は、偏光子９２から出る直線偏光ビームに関連する電気ベクトルの面が、（ビーム１０６の伝搬方向と試験体４の表面と垂直な方向とにより画定される）入射面に対して公知の角度となるように配向される。方位角は、好ましくはほぼ３０度に選択される。この角度において、ＰとＳとの偏光成分の反射強度が大体釣り合い、感度が最適化されるからである。光源９０が所望の公知の偏光状態を持つ光を放出する場合には、偏光子９２を取り除くことができることが留意されるべきである。
【００７２】
ビーム１０６は、レンズ９４によって試験体４に対して斜角に集束される。ビーム１０６は、理想的には、試験体表面の垂線に対してほぼ７０度の角度で試験体４に入射する。この角度において、材料のブルースター角または疑似ブルースター角付近において試験体特性に対する感度が最大になるからである。周知の偏光解析原理に基づき、反射ビームは、一般的に、試験体と相互作用した後は、入射ビームの直線偏光状態とは異なり、混合線形および回転偏光状態を有する。レンズ９６は、ビーム１０６の反射光が試験体４から出た後に、そのビームをコリメートする。
【００７３】
ビーム１０６は、次に回転補正器（遅延器）９８を通り抜ける。回転補正器９８は、一組の相互に直交する偏光ビーム成分間の相対的な位相後退．ｄｅｌｔａ．（位相遅延）を取り込む。位相遅延の量は、波長、補正器の形成に使用される材料の分散特性、および補正器の厚さに応じた量となる。補正器９８は、ビーム１０６の伝搬方向とほぼ平行の軸の周りを（段階的または連続的に）好ましくは電動機１００によって回転する。補正器９８は、結晶石英から作られたものなどの任意の従来の波長板補正器でもよい。補正器９８の厚さおよび材料は、ビームの所望の位相遅延が生じるように選択される。ビーム１０６は次に、分析器１０２と相互作用する。分析器１０２は、そこに入射した偏光の状態を混合するように機能する。この実施形態では、分析器１０２は、好ましくは入射面に対して４５度の方位角に配向された別の直線偏光子である。回転補正器９８は、それ自体の回転によってビームの偏光状態を変化させる。
【００７４】
ビーム１０６は次に、検出器１０４に入る。検出器１０４は、補正器と分析器との組み合わせを通り抜けたビームの強度を測定する。プロセッサ４８が、検出器１０４が測定した強度情報を処理して、分析器と相互作用した後の光の偏光状態を決定し、その結果試験体の偏光解析パラメータを決定する。この情報処理は、その回転軸の周りの補正器の方位（回転）角の関数としてビーム強度を測定することを含む。
【００７５】
プロセッサの出力は、二次元マップを含むさまざまな形態でパラメータを表示できるディスプレイ１１０に提供することができる。出力は保存できる。保存するまたは保存という用語は、データを、その使用が即時であり、保存時間が非常に短い場合でさえも、将来の使用に適した形態にすることを単に意味する。このデータは、別のメモリまたはコンピュータネットワークに転送できる。出力は、さまざまなフィードバックまたはフィードフォワード制御システムに使用できる。
【００７６】
別の態様では、ＦＥＥの設計は、測定目的（例えば、測定感度およびパラメータ相関）、および製造設計ルール（例えば、装置の製造プロセス全体に関連する設計ルール）を考慮する最適化ツールによって実行される。このように、製造プロセスの知識および制約が、ＦＥＥを備えたターゲットの最適化に組み込まれる。
【００７７】
ＦＥＥターゲットの最適化は、元の構造の感度およびパラメータ相関を分析し、既存のプロセスに適合するＦＥＥを備えたターゲットを評価するソフトウェアモデリングツールの援助により行うことができる。ソフトウェアモデリングツールは、製造プロセスについての情報および使用可能なシステムパラメータ（波長、偏光、入射角、解析角など）を活用する費用関数および／または制約を含む最適化を実行できる。
【００７８】
例えば、構造特性は、ある測定と基準測定との比較に基づいて特定できる。一部の例では、基準測定は、試料の多くの異なる位置にわたって生成された多くの測定の平均値でもよい。一部の他の例では、基準測定は、基準ウエハに関連する測定でもよい。その測定と基準測定または複数の基準測定との比較は、当技術分野において公知の任意の多くの比較技術を含むことができる。
【００７９】
さまざまな実施形態を、試料の処理に使用できる半導体処理システム（例えば、検査システムまたはリソグラフィシステム）に関して本明細書に記述する。「試料」という用語は、本明細書において、当技術分野において公知の手段によって処理（例えば、欠陥の印刷または検査）され得るウエハ、レチクルまたは任意の他の試験体を指すのに使用される。
【００８０】
本明細書に使用される「ウエハ」という用語は、概して、半導体材料または非半導体材料で形成された基板を指す。この例は、これらに限定されないが、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。そのような基板は、半導体製造施設において一般に見るおよび／または処理することができる。一部の例では、ウエハは、基板のみを含んでもよい（すなわち、ベアウエハ）。代替的に、ウエハは、基板上に形成された種々の材料の一以上の層を含んでもよい。ウエハ上に形成された一以上の層は、「パターン化」されていてもよく、「非パターン化」のものでもよい。例えば、ウエハは、再現性のあるパターン特徴を有する複数のダイを含んでもよい。
【００８１】
「レチクル」は、レチクル製造プロセスの任意の段階におけるレチクルでもよいし、半導体製造施設で用いるためにリリースされてもされなくてもよい完成したレチクルでもよい。レチクルまたは「マスク」は、概して、その上に形成された実質的に不透明な領域を有し、パターンにおいて構成された実質的に透明な基板として定義される。基板は、例えば石英などのガラス物質を含むことができる。レチクルを、リソグラフィプロセスの露光工程中、レジストで覆われたウエハの上方に配置できる。この配置により、レチクルにおけるパターンをレジストに転写できる。
【００８２】
ウエハ上に形成された一以上の層は、パターン化されていてもよく、パターン化されていなくてもよい。例えば、ウエハは、再現性のあるパターン特徴をその各々が有する複数のダイを含むことができる。そのような材料層の形成および処理により、結局のところ完全な装置をもたらすことができる。多くの異なる種類のデバイスをウエハに形成できる。また、本明細書に使用するウエハという用語は、当技術分野において公知のあらゆる種類のデバイスをそこに製造できるウエハを包含することが意図される。
【００８３】
一以上の例示的な実施形態では、記述する機能を、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施できる。ソフトウェアにおいて実施する場合には、機能を、コンピュータ可読媒体における一以上の命令またはコードとして保存または伝送できる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータストレージ媒体、およびある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を助長する任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。ストレージ媒体は、汎用または専用コンピュータにより入手できる任意の使用可能な媒体でもよい。例証として、そのようなコンピュータ可読媒体は、これらに制限されないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または命令またはデータ構造の形の、そして汎用もしくは専用コンピュータまたは汎用もしくは専用プロセッサにより入手できる所望のプログラムコード手段の伝送または保存に使用できる任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体に適切に称される。例えば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）もしくは赤外線、無線通信およびマイクロ波などの無線技術を使用した他の遠隔ソースから伝送される場合には、その結果、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線通信およびマイクロ波などの無線技術が、媒体の定義に含まれる。本明細書に使用されるデスクおよびディスクは、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含む。デスクは、通常、データを磁気的に再生し、一方で、ディスクは、レーザを用いて光学的にデータを再生する。前述の組み合わせは、コンピュータ可読媒体に従うものにも含まれるべきである。
【００８４】
特定の具体的な実施形態を説明の目的のために前述したが、この特許文献の教示は一般的適用性を有し、前述の具体的な実施形態に限定されない。それゆえに、請求項に説明されるような本発明の範囲から逸することなく、記述する実施形態のさまざまな特徴のさまざまな変更、適応、および組み合わせを実施できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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