JP2004533114A - 周期パターンおよびずれを制御するための技術 - Google Patents
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Abstract
二つのオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造（１３，１５）の間のずれの誤差を測定する方法とシステムを提供する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造は、光源（１０１）からの入射光によって照射され、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造による入射光の回折光を検出器（１２３，１２５）で検出して、出力信号を生成する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の間のずれは、出力信号から判定することができるようになる。
【選択図】図１０ａ
【選択図】図１０ａ
Description
【背景技術】
【０００１】
本発明は、一般的には、オーバーレイターゲットなどの周期構造を測定するための計測システムに関し、特に、そのような構造のずれの検出に回折光を利用した計測システムに関するものである。
【０００２】
オーバーレイ誤差測定は、通常、各プロセス用のウェハ上におけるダイ間のスクライブライン領域の様々な位置に便宜上設ける特殊設計のマークを必要とする。この二つのオーバーレイターゲットに対する二つの連続する工程による位置合わせは、ウェハ上の複数の位置を測定し、ウェハ上のオーバーレイ・エラーマップを分析して、リソグラフィステッパの位置合わせ制御のためのフィードバックを提供することである。
【０００３】
集積回路の製造において、キーとなるプロセス制御パラメータは、半導体ウェハ上の連続する層の間のオーバーレイターゲットの位置合わせの測定である。二つのオーバーレイターゲットが互いにずれていると、製造された電子装置は誤動作を起こし、半導体ウェハを修理もしくは廃棄しなければならなくなる。
【０００４】
現在、両層の間におけるオーバーレイの位置ずれの測定は、レビンソンによる「リソグラフィ・プロセス・コントロール(Lithography Process Control)」，第５章，ＳＰＩＥプレス，Ｖｏｌ．ＴＴ２８，１９９９年（非特許文献１）に記載されているように、明視野、暗視野、共焦、干渉顕微鏡など、さまざまな光学顕微鏡によって行われている。オーバーレイターゲットは、ウェハの上面に位置する微細な構造、もしくはウェハの表面にエッチングされた微細な構造を含む。例えば、一つのオーバーレイターゲットは、ウェハにエッチングすることによって形成し、もう一つの隣接するオーバーレイターゲットをウェハの上層のレジスト層として形成する場合がある。この目的で使用するターゲットは、ボックス・イン・ボックスと呼ばれ、外側のボックスは、通常１０から３０μｍであり、下層に位置し、内側のボックスは、それより小さく、上層に位置する。光学顕微鏡画像は、このターゲットに捕えられ、画像処理技術によって分析される。二つのボックスの相対的な位置が、オーバーレイの位置ずれまたはオーバーレイと呼ばれる。光学顕微鏡の精度は、照明や結像光学の収差、およびカメラ内の画像サンプリングによるターゲットのラインプロファイルの精度によって限られてくる。このような方法は複雑である上、完全な結像光学を必要とする。振動分離もまた必要である。
【０００５】
これらの技術は、複数の欠点を有する。まず、獲得したターゲット画像は、システムの光学的品質に対して非常に敏感であり、理想的とはいえない。システムの光学的品質は、オーバーレイの位置ずれの算出において誤差を生む可能性もある。第２に、光学画像には、解像度に基本的な限界があり、このことは測定の精度に影響を及ぼす。第３に、光学顕微鏡は、比較的大型のシステムである。リソグラフィック・ステッパ・システムのトラックの端部のような別のシステムに光学顕微鏡を組み込むことは困難である。これらの欠点を克服することができる改良されたシステムを開発することが望まれる。
【特許文献１】
米国特許第６，０２３，３３８号
【非特許文献１】
レビンソン著 「リソグラフィ・プロセス・コントロール(Lithography Process Control)」，第５章，ＳＰＩＥプレス，Ｖｏｌ．ＴＴ２８，１９９９年
【非特許文献２】
Ｐ．シェング，Ｒ．Ｓ．ステプルマンおよびＰ．Ｎ．サンドラ著 「矩形波格子の正確な固有関数：回折および表面プラズモン演算の応用(Exact Eigenfunctions for Square Wave Gratings: Applications to Diffraction and Surface Plasmon Calculations)」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２９０７〜２９１６（１９８２）
【非特許文献３】
Ｌ．リー著 「円錐形の土台における層状回折格子のモデル解析(A Model Analysis of Lamellar Diffraction Gratings in Conical Mountings)」，Ｊ．Ｍｏｄ，Ｏｐｔ．４０，５５３〜５７３（１９９３）
【非特許文献４】
Ｍ．Ｇ．モハラムおよびＴ．Ｋゲイロード著 「二次元格子回折の厳密な結合波解析(Rigorous Coupled-Wave Analysis of Planar-Grating Diffraction)」，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７３，１１０５〜１１１２（１９８３）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
デバイスの二つの層の間のずれを判定するためのターゲットは、デバイスの二つの異なる層の上に線と空間という二つの周期構造を有している。二つの周期構造は、互いに重なりあっている、もしくはインターレース状である。この層または周期構造は、同じ高さでも、異なる高さでもよい。一実施形態では、第１の周期構造または第２の周期構造のいずれかが、少なくとも二組のインターレース状の周期、列幅、あるいはデューティーサイクルが異なる格子列を有する。本発明は、オーバーレイターゲットまたはインターレース状のターゲットを作成する方法にも関する。
【０００７】
このターゲットの利点は、同じ回折システムと、同じターゲットを使用して限界寸法およびオーバーレイの位置ずれを測定するという点にある。また、ターゲットのミスレジストレーションの測定のもう一つの利点は、通常、結像に伴う光学的非対称とは関係がないという点である。
【０００８】
さらに、本発明は、デバイスの二つの層の間の位置のずれを検出する方法に関する。重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造を入射光によって照射する。重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造からの回折光を使って、出力信号を生成する。一実施形態では、信号を出力信号から導出する。これら構造の間の位置のずれは、出力信号もしくは導出した信号から判定する。一実施形態によると、出力信号または導出した信号を基準信号と比較する。位置のずれを回折光に関するデータと関連付けるためのデータベースも構築できる。
【０００９】
この方法の利点は、１本の入射光のみを使用するという点である。この方法のもう一つの利点は、ゼロ次および１次回折光は、層と層の間におけるオーバーレイの位置ずれに対して感度が高いという点である。特に、高感度を呈する特性は、ゼロ次回折の強度特性、位相特性、および偏光特性、正と負の１次回折の間の差分特性、正と負の１次回折の間の差分位相、そして正と負の１次回折の間の差分偏光である。オーバーレイのずれに対するこれらの特性をプロットしたときにも線形のグラフとなった。この方法を使って、ナノメートル単位の位置のずれを判定することができる。
【００１０】
一実施形態において、あらゆるオーバーレイの位置ずれに対し、差分強度がゼロである場合の入射偏光角として定義される中立偏光角を判定する。入射偏光角の関数とする差分強度の傾斜をオーバーレイの位置ずれに対してプロットすると、極めて線形を呈する。このように線形を示すので、判定する必要のあるパラメータの数を低減すると共に、必要とされる偏光走査も低減される。よって、位置のずれを検出する方法は、傾斜測定技術を使用することにより、より迅速に行うことができる。
【００１１】
さらに、本発明は、重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造の位置のずれを検出するための装置に関する。この装置は、ソースと、少なくとも一つの分析器と、少なくとも一つの検出器と、重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造の位置のずれを判定するための信号処理器を備えている。
【００１２】
説明をわかりやすくするために、本願において、同一の要素については同一の参照番号を付している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２ａは、デバイス１７の二つの層３１，３３に対して設けられた二つの周期構造１３，１５を有するターゲット１１の断面図である。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３と重なりあっている、もしくはインターレース状である。これらの層と周期構造の高さは同じでも、異なっていてもよい。デバイス１７は、二つの層、特に構造上小さい特性を有する層の間の位置合わせを判定する必要があるものであれば、いかなるデバイスでもよい。これらのデバイスは、一般的に半導体デバイス、テープレコーダーなどのようなデータ記憶デバイス用の磁気ヘッド用の薄膜、フラットパネルディスプレイなどである。
【００１４】
図１ａ〜１ｈに示すように、デバイス１７は、一般的に各層を基本的な一連の工程で形成する。まず、図１ａに示すように、層２は、半導体基板１の上に形成される。層２は、酸化、拡散、埋め込み、蒸発、蒸着などによって形成することができる。第２に、図１ｂに示すように、レジスト３を層２の上に蒸着させる。第３に、図１ｃに示すように、レジスト３は、選択的に光線５によって照射される。この選択的照射は、照射器具とマスク４によって、もしくは電子リソグラフィやイオンビームリソグラフィ（図示せず）のデータテープによって実施される。第４に、図１ｄに示すように、レジスト３を現像する。レジスト３は、それが覆っている層２の領域６を保護する。第５に、図１ｅに示すように、層２の照射された領域７をエッチングで取り除く。第６に、図１ｆに示すように、レジスト３を取り除く。あるいは、別の実施形態では、図１ｇに示すエッチングした層２の図１ｅに示す空間７に別の材料８を蒸着させ、蒸着後に、図１ｈに示すように、レジスト３を取り除く。所望のデバイスが形成されるまで、この一連の基本的な工程を各層に対して繰り返す。
【００１５】
第１の層３１と第２の層３３は、デバイスのどの層でもよい。パターンを形成していない半導体、金属、または誘電体層を第１の層３１と第２の層３３の上、下、または間に蒸着または生成することができる。
【００１６】
第１の周期構造１３のパターンは、デバイスの第１の層３１のパターンと同じマスクにあり、第２の周期構造１５のパターンは、デバイスの第２の層３３のパターンと同じマスクにある。一実施形態では、図１ｆに示すように、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれをエッチングした後の空間７である。別の実施形態では、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、図１ｆに示すように、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれの列群２である。さらに、別の実施形態では、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、図１ｈに示すように、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれの空間７に蒸着した別の材料８である。また、さらに別の実施形態では、第２の層３３はレジストであり、第２の周期構造１５は、図１ｄに示すように、レジスト３の格子である。
【００１７】
第１の周期構造１３のパターンと第１の層３１のパターンに対し同じマスクを使っているので、第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じ位置合わせとなる。同様に、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じ位置合わせとなる。よって、第１の層３１と第２の層３３との間の位置合わせにオーバーレイの位置ずれエラーがあると、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５との間の位置合わせに反映される。
【００１８】
図２ｂと２ｃは、ターゲット１１の上面図である。一実施形態では、図２ａに示すように、第１の周期構造１３は、第１の選択された幅ＣＤ１を有し、第２の周期構造１５は、第２の選択された幅ＣＤ２を有する。第２の選択された幅ＣＤ２は、第１の選択された幅ＣＤ１よりも小さい。周期もしくはユニットセルとも呼ばれる周期構造のピッチは、パターンが繰り返される距離を意味する。第１の周期構造１３の左側縁部と第２の周期構造１５の左側縁部の間の距離はｄ1 であり、第１の周期構造１３の右側縁部と第２の周期構造１５の右側縁部の間の距離はｄ2 である。好ましい実施形態では、層３１，３３が互いに適切に位置決めされていれば、第２の周期構造１５が、第１の周期構造１３の上に中心を合わせて位置決めされる。換言すれば、第２の周期構造１５が、第１の周期構造１３の上で完全に中心合わせされた場合、ミスレジストレーションはゼロとなり、従って、ｄ1 ＝ｄ2 である。この実施形態では、ミスレジストレーションはｄ2 −ｄ1 で表される。ＸＹ座標系のＸ，Ｙ両方向のミスレジストレーションを得るには、図２ｃに示すように、ターゲット１１と類似した二つの周期構造１４，１６をターゲット１１に対して略垂直に設ける。
【００１９】
ターゲット１１は、特に、半導体ウェハのパターン形成目的で第１の層３１を光線で照射し、第２の層３３がレジストであるフォトリソグラフィでの使用に適している。一実施形態では、第１の層３１がエッチングされたシリコンであり、第２の層３３がレジストである。
【００２０】
図４ａおよび４ｂは、別の実施形態を示している。一実施形態では、図４ａは、シリコン基板上の第１の層３１の上に酸化物からなる台形の第１の周期構造１３と、レジストからなる第２の層３３を有するレジストからなる第２の周期構造１５を示す。シリコンからなる第１の層３１はエッチングされており、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）酸化物がエッチングしたシリコンの空間内部に蒸着されている。ＳＴＩ酸化物の列群が、第１の周期構造１３を形成する。酸化層３４と均一のポリシリコン層３５が、シリコンの第１の層３１と、レジストの第２の層３３の間に蒸着される。図４ａに示す形状は、第２の周期構造１５が第１の周期構造１３の間の空間と並んで設けられている、ライン・オン・スペースの形状を示している。また、本発明には、図４ａにおいて点線で示されているように、第２の周期構造１５の列が第１の周期構造１３の列の上に、並んで設けられているライン・オン・ラインの形状のような実施の形態も含まれる。
【００２１】
別の実施形態において、図４ｂは、酸化物の第１の層３１にエッチングしたタングステンの第１の周期構造１３と、レジストの第２の層３３を有するレジストからなる第２の周期構造１５を示している。第１の層３１と第２の層３３は、アルミニウムのブランケット３７によって隔てられている。
【００２２】
本発明は、ターゲット１１を作成する方法に関する。第１の周期構造１３は、デバイス１７の第１の層３１に関連して設けられている。第２の周期構造１５は、デバイス１７の第２の層３３に関連して設けられている。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３と重なりあっている、もしくはインターレース状である。
【００２３】
別の実施形態では、図２ｃに示すように、別のターゲット１２をターゲット１１に略垂直に設けている。第３の周期構造１４は、第１の層３１に関連して設けられており、第４の周期構造１６は、第２の層３３に関連して設けられている。第３の周期構造１４は、第１の周期構造１３に略垂直であり、第４の周期構造１６は、第２の周期構造１５に略垂直である。
【００２４】
ターゲトット１１の利点は、ターゲットのミスレジストレーションの測定が、画像に通常伴う光学的非対称が関係しないという点である。この測定方法の別の利点は、ベアケットによる米国特許第６，０２３，３３８号（特許文献１）のような他の技術において行なわれてきたような走査を必要としないという点である。ターゲット１１のさらにもう一つの利点は、周期構造の限界寸法（“ＣＤ”）を測定するための別の回折システムと異なるターゲットを排除できるという点にある。周期構造の限界寸法、または選択した幅は、ミスレジストレーションを算出するために必要な複数のターゲットパラメータのうちの一つである。同じ回折システムと同じターゲットを使ってオーバーレイの位置ずれとＣＤの両方を測定する方が効率がよい。ＣＤに対する感度とミスレジストレーションに対する感度は、図３に示すようなターゲットの実施形態を使用して区別することができる。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３が延在しないＣＤ領域２１という領域までさらに延在する。第１の選択した幅ＣＤ１は、第２の周期構造１５をデバイス１７に設ける前に測定する。ターゲット形成後は、第２の選択した幅ＣＤ２のみがＣＤ領域２１内で測定可能である。別の測定では、ミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の両方が存在するオーバーレイ領域１９において判定する。
【００２５】
図５ａおよび５ｂは、インターレース状の格子を有するターゲットの一実施形態の断面図である。第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、周期、列幅、またはデューティーサイクルが異なる少なくとも二つのインターレース状の格子列を有する。第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じマスクでパターンを形成してあり、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じマスクでパターンが形成してある。よって、第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じ位置合わせとなり、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じ位置合わせとなる。第１の層３１と第２の層３３との間のミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の間のミスレジストレーションに反映される。
【００２６】
図５ａおよび５ｂに示す実施形態では、第１の周期構造１３は、二つのインターレース状の格子列５１，５３を有する。第１のインターレース状の格子列５１の列幅は、Ｌ1 であり、第２のインターレース状の格子列５３の列幅は、Ｌ2 である。図５ｂに示すように、第２の周期構造１５の列幅は、Ｌ3 であり、第１のインターレース状の格子列５１と第２のインターレース状の格子列５３との間に中心を合わせてある。第１のインターレース状の格子５１の右側縁部と第２のインターレース状の格子５３の隣接する左側縁部との間の距離は、ｂで表されており、第２の周期構造１５の右側縁部と第２のインターレース状の格子５３の隣接する左側縁部との間の距離はｃで表されている。第１の層３１と第２の層３３との間のミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５との間のミスレジストレーションεと等しい。ミスレジストレーションεは、次のように表される。
ε＝（ｂ／２）−（Ｌ3 ／２）−ｃ （１）
ここで、ｃ＝０とすると、結果得られた周期構造は、幅Ｌ2 ＋Ｌ3 の列と幅Ｌ1 の列からなる最も非対称的なユニットセルを有する。ここで、ｃ＝ｂ−Ｌ3 とすると、結果得られた周期構造は、幅Ｌ1 ＋Ｌ3 の列と幅Ｌ2 の列からなる最も対称的なユニットセルを有する。例えば、二つの層が同じ材料からなり、Ｌ1 ＝Ｌ3 ＝Ｌ2 ／２である場合、列は、ｃ＝０のとき同一幅であり、ｃ＝ｂ−Ｌ3 の時、一本の列が他の列の２倍の幅となる。
【００２７】
図６は、インターレース状の格子を有するターゲットの別の実施形態を示す。第１の周期構造１３は、エッチングしたシリコンであり、第２の周期ターゲット１５は、レジストである。シリコン基板の第１の層３１およびレジストの第２の層３３は、酸化物層３９によって隔てられている。
【００２８】
本発明は、また、ターゲット１１を作成する方法に関する。第１の周期構造１３は、デバイス１７の第１の層３１の上に設けられている。第２の周期構造１５は、デバイス１７の第２の層３３の上に設けられている。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３に重なっているか、もしくはインターレース状である。第１の周期構造１３または第２の周期構造１５のいずれかは、周期、列幅、またはデューティーサイクルが異なる少なくとも二つのインターレース状の格子列を有する。
【００２９】
インターレース状の格子の利点は、インターレース状の格子の対称性からミスレジストレーションの表れを判定できるという点にある。図７ａおよび７ｂは、それぞれ、ＸＹ座標系のＸ方向への正と負のオーバーレイのずれを表す略図である。中心線６１は格子６３の中心である。格子６３が完全に揃っていれば、中心線６１は、ＸＹ座標系のＹ軸と揃う。図７ａに示すように、オーバーレイが負の方向へずれている場合は、中心線６１が負のＸ方向にずれる。また、図７ｂに示すように、オーバーレイが正の方向へずれている場合は、中心線６１が正のＸ方向にずれる。また、負の方向へのオーバーレイのずれは、負の数のミスレジストレーションで表し、正の方向へのオーバーレイのずれは、正の数のミスレジストレーションで表す。ミスレジストレーションは、以下に示す方法で判定することができる。インターレース状の格子の場合、負の方向へオーバーレイがずれていると、上述したｃ＝ｂ−Ｌ3 の場合のように、ユニットセルがより対称的になる。正の方向へオーバーレイがずれていると、上記したｃ＝０の場合のように、より非対称なユニットセルとなる。
【００３０】
本発明は、回折光を使ってずれを判定する方法に関する。図８は、格子構造７１からの光の回折を示す略図である。一実施形態では、入射角θが斜めの入射光７３は、格子構造７１を照射する。格子構造７１は、光線７５，７７，７９を回折する。ゼロ次回折７５は、基板に対して入射光７３と同じ斜角θとなる。負の１次回折７７と正の１次回折７９も格子構造７１によって回折される。
【００３１】
オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定するための光学系を図９ａ，１０ａ，および１１ａに示す。図９ａは、斜めに入射する入射光８１を使用してゼロ次回折光８３を検出する光学系１００を示す。ソース１０２は、偏光入射光８１を出射し、ウェハ９１上の周期構造を照射する。入射光は、実質的には単色のものでも多色のものでもよい。ソース１０２は、光源１０１と、任意で、平行調整／集光／偏光光学モジュール１０３とを備える。構造は、ゼロ次回折光８３を回折する。平行調整／集光／分析光学モジュール１０５は、ゼロ次回折光８３を集光し、光検出器１０７はモジュール１０５の分析器によって集光されたゼロ次回折光８３を検出して出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、構造間のずれがないかどうかを出力信号８５から判定する。出力信号８５を直接使用してゼロ次回折光８３の強度からずれを判定する。好ましい実施形態では、以下に示すように収集した、較正ウェハまたはデータベースからの基準信号などの基準信号と強度とを比較することによってずれを判定する。一実施形態では、信号処理器１０９は、出力信号８５から導出した信号を算出し、導出した信号からずれを判定する。導出した信号は、偏光または位相情報を含んでいてもよい。この実施形態では、導出した信号と基準信号とを比較することによってずれを判定している。
【００３２】
一実施形態では、光学系１００が、偏光と位相情報を導き出す偏光解析パラメータ値を提供している。この実施形態では、ソース１０２が、光源１０１と、モジュール１０３内の偏光器とを備えている。さらに、デバイス１０４により、モジュール１０３内の偏光器とモジュール１０５内の分析器の間に相対的な回転動作が起きる。デバイス１０４は、周知の技術であるためここでは説明しない。反射光の偏光は、モジュール１０５内の分析器によって測定され、信号処理器１０９が偏光解析パラメータ値であるｔａｎ（Ψ）とｃｏｓ（Δ）を反射光の偏光から算出する。信号処理器１０９は、偏光解析パラメータ値を使って偏光および位相情報を導き出す。位相はΔである。偏光角αは、次の式によってｔａｎ（Ψ）に関連づけられる。
ｔａｎα＝１／ｔａｎΨ （２）
信号処理器１０９は、上述したように、偏光または位相情報からずれを判定する。
【００３３】
一実施形態における光学系１００の結像および集束は、視野およびパターン認識システム１１５を使用して検証される。光源１０１は、結像および集束用の光線８７を出射する。結像および集束用の光線８７は、ビームスプリッタ１１３によって反射され、レンズ１１１によってウェハ９１上に集束される。光線８７は、レンズ１１１とビームスプリッタ１１３を通って視野およびパターン認識システム１１５に反射される。視野およびパターン認識システム１１５は、ウェハを測定のため、焦点に維持するための認識信号８８を信号処理器１０９へ送る。
【００３４】
図１０ａは、垂直入射光８２を使って１次回折光９３，９５を検出するための光学系１１０を示す。ソース２０２は、偏光入射光８２を出射して、ウェハ９１上の周期構造を照射する。この実施形態では、ソース２０２は、光源１０１、偏光器１１７、およびレンズ１１１を備えている。構造は、正の１次回折光９５および負の１次回折光９３を回折する。分析器１２１，１１９は、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３をそれぞれ集光する。光検出器１２５，１２３は、分析器１２１，１１９でそれぞれ集光した正の１次回折光９５と負の１次回折光９３をそれぞれ検出し、出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、好ましくは出力信号８５と基準信号とを比較することによって、出力信号８５から、構造間にずれがあるかどうかを判定する。一実施形態では、信号処理器１０９は、出力信号８５から導出した信号を算出する。導出した信号は、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３の間の差分信号である。差分信号は、差分強度、差分偏光角、または差分位相を表すことができる。
【００３５】
光学系１１０は、差分強度、差分偏光角、または差分位相を判定する。差分位相を判定するために、一実施形態の光学系１１０では、光源１０１と、偏光器１１７と、分析器１１９または１２１と、光検出器１２３または１２５、および偏光器１１７と分析器１１９または１２１との間に相対的な回転動作を引き起こすデバイス１０４とを備えた偏光解析装置を使用している。デバイス１０４は、周知の技術であるため、ここでは説明しない。この装置は、正の１次回折光９５に対する偏光解析パラメータと、負の１次回折光９３に対する偏光解析パラメータとを提供し、それらは、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３のそれぞれに対する位相を導き出すために使用される。上述したように、偏光解析パラメータの一つは、ｃｏｓ（Δ）であり、位相はΔである。差分位相は、正の１次回折光９５の位相から負の１次回折光９３の位相を差し引くことによって算出する。
【００３６】
差分偏光角を判定するために、一実施形態では、偏光器１１７は入射光８２用に固定して、分析器１２１，１１９を回転させるか、その逆とする。負の１次回折光９３用の偏光角は、偏光器１１７または分析器１１９の一方が回転する際の強度の変化から判定する。正の１次回折光９５の偏光角は、偏光器１１７または分析器１２１の一方が回転する際の強度の変化から判定する。差分偏光角は、正の１次回折光９５の偏光角から負の１次回折光９３の偏光角を差し引くことによって算出される。
【００３７】
差分強度を判定するために、一実施形態では、分析器１１９，１２１を、相対的に回転しないように、１次回折光９３，９５の偏光角に位置させる。好ましくは、回折光の強度が最大となる偏光角で、正の１次回折光９５の強度と負の１次回折光９３の強度は、検出器１２５，１２３によって検出される。差分強度は、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって算出される。
【００３８】
さらに別の実施形態では、差分強度は、入射偏光角の関数として測定される。この実施形態では、偏光器１１７を回転させ、分析器１１９，１２１は固定する。偏光器１１７が回転すると、入射偏光角は変化する。正の１次回折光９５の強度と負の１次回折光９３の強度は異なる入射偏光角に対して判定される。差分強度は、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって算出される。
【００３９】
一実施形態における光学系１１０の結像および集束は、視野およびパターン認識システム１１５を使用して検証される。入射光８２がウェハ９１を照射した後、結像および集束用の光線８７は、レンズ１１１と、偏光器１１７と、ビームスプリッタ１１３を通って視野およびパターン認識システム１１５へ反射する。視野およびパターン認識システム１１５は、ウェハを測定のため、焦点に維持するための認識信号８８を信号処理器１０９へ送る。
【００４０】
図１１ａは、１次回折光９３，９５が干渉可能である光学系１２０を示す。光学系１２０において、光源１０１、デバイス１０４、偏光器１１７、レンズ１１１および分析器１１９，１２１は、光学系１１０と同様に作動する。デバイス１０４は、周知の技術であるため、ここでは説明しない。負の１次回折光９３および正の１次回折光９５が分析器１１９，１２１をそれぞれ通過すると、第１のデバイスにより、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３が干渉する。本実施形態では、第１のデバイスは、多重絞りシャッタ１３１とフラットビームスプリッタ１３５を備えている。多重絞りシャッタ１３１により、負の１次回折光９３と正の１次回折光９５の両方がそこを通過することが可能である。フラットビームスプリッタ１３５は、負の１次回折光９３と正の１次回折光９５を結合する。この実施形態では、ミラー１２７，１３３が正の１次回折光９５の方向を変える。光検出器１０７が二つの回折光信号の干渉８９を検出して出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、好ましくは出力信号８５と基準信号とを比較することによって、出力信号８５から、構造間にずれがないか判定する。出力信号８５は、位相差に関する情報を含んでいる。
【００４１】
一実施形態では、位相シフト干渉法を使用してずれを判定する。位相モジュレータ１２９は、正の１次回折光９５の位相をずらす。この正の１次回折光９５の位相のずれにより、信号処理器１０９は単純なアルゴリズムを使って正の１次回折光９５の位相と負の１次回折光９３の位相との間の位相差を算出する。
【００４２】
差分強度および差分偏光角も光学系１２０を使用して判定することができる。多重絞りシャッタ１３１は三つのモードで作動する。第１のモードでは、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３の両方が通過できる。このモードでは、位相差は、上述したような方法で判定される。第２のモードでは、正の１次回折光９５のみが通過できる。このモードでは、正の１次回折光９５の強度と偏光角を上述したような方法で判定できる。第３のモードでは、負の１次回折光９３のみが通過できる。このモードでは、負の１次回折光９３の強度と偏光角が上述したような方法で判定できる。
【００４３】
差分強度を判定するために、多重絞りシャッタ１３１を第２のモードで操作して、正の１次回折光９５の強度を判定し、第３のモードで負の１次回折光９３の強度を判定するか、もしくはその逆の手順を行なう。次に、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって差分強度を算出する。信号処理器１０９は、差分強度からずれを判定する。
【００４４】
一実施形態では、差分強度を異なる入射偏光角で測定する。測定により、基準信号と比較すると、ミスレジストレーションの判定値において高い精度を提供する多数一組のデータポイントを得ることができる。
【００４５】
差分偏光角を判定するために、多重絞りシャッタ１３１を第２のモードで操作して、正の１次回折光９５の偏光角を判定し、第３のモードで負の１次回折光９３の偏光角を判定するか、もしくはその逆の手順を行なう。次に、正の１次回折光９５の偏光角から負の１次回折光９３の偏光角を差し引くことによって差分偏光角を算出する。信号処理器１０９は、差分偏光角からずれを判定する。
【００４６】
図１０に示す光学系１１０の結像および集束と同様にして、視野およびパターン認識システム１１５を使って光学系１２０の結像および集束を検証する。一実施形態では、ビームスプリッタ１１３で、光源１０１の変動を検出する基準光検出器１３７へ光８９を分離する。基準光検出器１３７は、光源１０１の強度の変動に関する情報８６を信号処理および演算ユニット１０９へ通信する。信号処理器１０９は、変動情報８６を使用して出力信号８５を標準化する。
【００４７】
光学系１００，１１０，１２０は、図９ｂ，１０ｂ，１１ｂに示すように蒸着機器２００と一体化して統合機器を形成することができる。蒸着機器２００は、ステップ３０１でオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造をウェハ９１上に形成する。光学系１００，１１０，１２０は、ステップ３０２でウェハ９１からずれの情報を得る。光学系１００，１１０，１２０の信号処理器１０９は、ステップ３０３で蒸着機器２００にずれを出力する。蒸着機器は、ステップ３０１でウェハ９１上に別の層もしくは周期構造を形成する前にずれの情報を使ってずれを修正する。
【００４８】
光学系１００，１１０，１２０を使用してオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを判定する。偏光入射光を出射するソースが第１の周期構造１３と第２の周期構造１５を照射する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の照射された部分からの回折光が検出され、出力信号８５が生成される。構造間のずれは、出力信号８５から判定する。好ましい実施形態では、ずれは、後述するように収集された較正用ウェハまたはデータベースからの基準信号などの基準信号と出力信号８５とを比較することによって判定される。
【００４９】
本発明は、データベースを提供してオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを判定する方法に関する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれと、例えば、厚さ、屈折率、吸光係数、あるいは限界寸法などの構造パラメータにより、照射された光線に応じて構造で回折された光に関するデータを算出する。データは、強度、偏光角、あるいは位相情報を含むことができる。計算は、周知の式を使って、もしくはアリゾナ州タスコンのアリゾナ大学のラムダから入手可能なラムダＳＷ（Ｌａｍｂｄａ ＳＷ）、もしくはテキサス州アレン、７５０１３、私書箱３５３のグレーティング・ソルバー・デベロップメント・カンパニー（Grating Solver Development Company) から入手可能なグソルバーＳＷ（Ｇｓｏｌｖｅｒ ＳＷ）のようなソフトウェア・パッケージによって実行可能である。ラムダＳＷは、Ｐ．シェング，Ｒ．Ｓ．ステプルマンおよびＰ．Ｎ．サンドラによる「矩形波格子の正確な固有関数：回折および表面プラズモン演算の応用(Exact Eigenfunctions for Square Wave Gratings: Applications to Diffraction and Surface Plasmon Calculations)」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２９０７〜２９１６（１９８２）（非特許文献２）の固有関数手法、もしくは、Ｌ．リーによる「円錐形の土台における層状回折格子のモデル解析(A Model Analysis of Lamellar Diffraction Gratings in Conical Mountings)」，Ｊ．Ｍｏｄ，Ｏｐｔ．４０，５５３〜５７３（１９９３）（非特許文献３）のモデル手法を使用している。グソルバーＳＷは、Ｍ．Ｇ．モハラムおよびＴ．Ｋゲイロードによる「二次元格子回折の厳密な結合波解析(Rigorous Coupled-Wave Analysis of Planar-Grating Diffraction)」，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７３，１１０５〜１１１２（１９８３）（非特許文献４）の厳密な結合波分析を使用している。データは、ずれとデータを関連付けるデータベースを構築するために使用される。これにより、ターゲットのオーバーレイの位置ずれは、出力信号８５をデータベースと比較することによって判定できるようになる。
【００５０】
図１２〜２４は、ラムダＳＷまたはグソルバーＳＷのいずれかを使ったコンピュータによるシミュレーションで作成した図である。図１２ａおよび１２ｂは、図９ａの光学系で図２ａのオーバーレイターゲットを使用して得た偏光解析パラメータを例示するためのグラフである。計算は、ラムダＳＷを使用して行なった。測定には、シリコン基板上に設けた深さ１μｍのレジスト格子から構成された第１の周期構造１３と第２の周期構造１５とを有するオーバーレイターゲットを使用した。第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の深さは０．５μｍであり、ピッチは０．８μｍである。第１の周期構造１３に対して選択した第１の幅ＣＤ１は０．４μｍであり、第２の周期構造１５に対して選択した第２の幅ＣＤ２は、０．２μｍである。この実施形態の入射光は、ＴＥ偏光されたものを使用した。これらのターゲットのパラメータとオーバーレイの位置ずれをラムダＳＷに入力して偏光解析パラメータ値を得た。ウェハ面に２５°の角度で入射する入射光８１を使用してゼロ次回折光の偏光解析パラメータ値を得た。偏光解析パラメータ、ｔａｎ［Ψ］とｃｏｓ［Δ］は、２３０から４００ナノメータのスペクトル範囲の波長の関数としてグラフに表した。偏光解析パラメータは、次のように定義される。
ｔａｎΨ＝｜ｒp ｜／｜ｒs ｜ （３）
ここで、ｒp とｒs は、ｐ（ＴＭ）とｓ（ＴＥ）偏光の振幅反射係数である。
Δ＝φp −φs （４）
ここで、φp とφs は、ｐ（ＴＭ）とｓ（ＴＥ）偏光の位相である。−１５ナノメートルから１５ナノメートルまで変化するオーバーレイの位置ずれｄ2 −ｄ1 を５ナノメートルずつに区切って、それぞれの異なる値に対して結果を出した。ｔａｎ［Ψ］とｃｏｓ［Δ］の変化は、ナノメートルレベルのミスレジストレーションに対する感度を示す。より正確な結果を得るには、図１３〜１４に示すように、垂直な入射光を使って１次回折光を検出すればよい。
【００５１】
図１３および１４は、図２ａのオーバーレイターゲットと、垂直入射光を使って１次回折光を検出する光学系を使用して得た差分強度を示すグラフである。計算は、グソルバーＳＷを使用して行なった。第１の周期層１３は、エッチングを施したシリコンであり、第２の周期層１５は、レジストである。オーバーレイの位置ずれとターゲットパラメータをグソルバーＳＷに入力して、図１３および１４に示す差分強度を得た。図１３は、正と負の１次回折光の間の標準化した差分強度を、オーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。差分強度は、次のように定義される。
ＤＳ＝（Ｒ+1−Ｒ-1）／（Ｒ+ ＋Ｒ-1） ％ （５）
ここで、Ｒ+1は、正の１次回折光の強度を示し、Ｒ-1は、負の１次回折光の強度を示す。図１３に示す複数の曲線は、入射面に対して線形偏光した入射光の異なる入射偏光角（０°，５０°，６０°，７４°，８０°，９０°）にそれぞれ相当する。偏光角αは、次のように定義される。
α＝ａｒｃｔａｎ（｜Ｅs ｜／｜Ｅp ｜） （６）
ここで、Ｅs は、垂直入射に対するＸＹ座標系のＹ成分に相当する入射面に垂直なフィールド成分を表し、Ｅp は、垂直入射に対するＸ成分に相当する入射面に平行なフィールド成分を表す。入射偏光角０°から９０°の偏光走査を行い、図１３および１４のグラフを作成した。図１４は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−５０ｎｍ，−３５ｎｍ，−１５ｎｍ，０ｎｍ，１５ｎｍ，３５ｎｍ，５０ｎｍ）における入射偏光角の関数としての差分強度を示す。図１４は、すべてのオーバーレイの位置ずれに対する差分強度がゼロである場合の入射偏光角として定義される中立偏光角があることを示している。図１３および１４は、差分強度がオーバーレイの位置ずれに対して高い感度を示すということと、オーバーレイの位置ずれに対し、差分強度が線形形状を示していることを表している。また、これらの図は、すべての偏光角において、オーバーレイの位置ずれがゼロである場合には差分強度がゼロであるということも示している。同様のグラフを異なる波長で作成することができる。図１５は、オーバーレイの位置ずれに対する平均二乗誤差（ＭＳＥ）の変化を示す。ＭＳＥは、１ナノメートルのオーバーレイの位置ずれに対して、約０．６の線形性と感度を示す。
【００５２】
図１６および１７は、異なる構造パラメータを有する図１３および１４に示すものと同じターゲットに同じ光学系を使った際のグラフである。しかし、計算はグソルバーＳＷの代わりにラムダＳＷを使って行なった。図１６および１７の単調な曲線が折れ曲がったり外れたりしている点があるが、これは、ラムダＳＷを使ったときにしばしば起きると思われる数字的な不安定によるものであると思われる。オーバーレイの位置ずれとターゲットのパラメータをラムダＳＷに入力して、図１６および１７にそれぞれ示す差分偏光角と差分位相を得た。図１６は、異なる入射偏光角（０°，５°，１５°，３０°，４５°，６０°，９０°）におけるオーバーレイの位置ずれの関数として、正と負の１次回折光の偏光角の間の差の変化を示す。図１７は、正と負の１次回折光の位相角の差の変化を示す。ここで位相角とは、回折光のｐとｓの偏光成分の間の位相差を意味する。
【００５３】
さらに、図１６および１７は、それぞれ、オーバーレイの位置ずれに対してプロットした際の、オーバーレイの位置ずれと差分偏光角および差分位相の線形形状に対する差分偏光角と差分位相の高感度を示す図である。また、これらの図は、すべての偏光角においてオーバーレイの位置ずれがゼロである場合には、差分偏光角と差分位相がゼロであるということも示している。しかし、図１７は、位相の差が入射偏光には依存していないことを示している。一実施形態において、図１６に示すように、偏光角の間の差は、出力部の分析器で容易に測定できるが、図１７に示すように、位相差は干渉法によって測定される。別の実施形態では、差分偏光角と差分位相は、偏光解析パラメータから導き出される。
【００５４】
図４ａおよび４ｂのオーバーレイターゲットを使って同様の結果を得ることができた。しかし、図４ａの特定のターゲットでは、第２の周期構造１５が第１の周期構造１３上に中心を合わせて設けられたライ・オン・ライン形状において中立偏光角がなかった。第２の周期構造１５が第１の周期構造１３の間の空間上に中心を合わせて設けられたライン・オン・スペース形状では、中立偏光角が見られた。これらの結果から、中立偏光角は明らかに構造パラメータに複雑に依存していることがわかる。
【００５５】
図１８〜１９および２１〜２２は、図６に示すようなインターレース状の格子と図９ａに示すようなゼロ次回折光８３の強度を対比して示すグラフである。表１は、グソルバーＳＷで計算した際に使用したパラメータをまとめたものである。
【表１】
データ７６の構成において、入射角は７６°であり、データ０の構成において、入射角は０°（垂直）である。
【００５６】
図１８〜２０は、Ｄａｔａ７６の構成を使用して導き出したものである。図１８は、異なる偏光角（０°〜９０°まで１５°毎）におけるゼロ次回折光の強度対オーバーレイの位置ずれを示す図である。１４０ｎｍの範囲内では、変化はオーバーレイの位置ずれに対し単調である。すべての曲線が交差する点は、ゼロではなく、オーバーレイの位置ずれ値が５０ｎｍの点である。オーバーレイの位置ずれ値が５０ｎｍの点では、構造は、事実上、最も対称となる。逆に、図２ａに示すオーバーレイターゲットにおいては、構造は、オーバーレイの位置ずれがゼロの点において最も対称となる。図１９は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−５０ｎｍ，−１５ｎｍ，０ｎｍ，２０ｎｍ，４０ｎｍ，６０ｎｍ，８０ｎｍ，１００ｎｍ，１３０ｎｍ）における入射偏光角へのゼロ次回折光の強度の依存性を示す図である。１次回折光の差分強度とは異なり、異なるオーバーレイの位置ずれに対して差分強度がゼロとなる中立偏光角はない。しかし、異なるミスレジストレーションに対する曲線のほとんどが交差する準中立偏光角がある。図２０は、ＭＳＥの変化をオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図１８および１９は、インターレース状の格子上へ傾斜した入射角で入射する入射光を使用した場合のある形態におけるオーバーレイの表れに対するゼロ次回折光の強度の感度の高さを示す図である。また、これらの図は、オーバーレイの位置ずれをグラフにした際の強度が線形形状であることを示している。
【００５７】
図２１〜２３は、Ｄａｔａ０の構成を使用して導き出したものである。図２１は、異なる偏光角（０°，４０°，６５°，９０°）におけるゼロ次回折光の強度対オーバーレイの位置ずれを示す図である。図２２は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−１４０ｎｍ，−１００ｎｍ，−５０ｎｍ，０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ）における入射偏光角へのゼロ次回折光の強度の依存性を示す図である。図２３は、ＭＳＥの変化をオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図２１および２２は、インターレース状の格子上に垂直に入射する入射光を使用した場合のある形態におけるオーバーレイの表れに対するゼロ次回折光の強度の感度の高さを示す図である。また、これらの図は、オーバーレイの位置ずれをグラフにした際の強度が線形形状であることを示している。
【００５８】
図２４は、中立偏光角からのずれの判定を例示するためのグソルバーＳＷによって生成されたグラフである。図１４に示すように、差分強度は、中立偏光角におけるオーバーレイの位置ずれとは関係なく、ゼロとなる。しかし、差分強度の傾きは、オーバーレイの位置ずれと共に変化する。図２４は、中立偏光角に近接した傾きをオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図２４は、傾き対オーバーレイの位置ずれがオーバーレイの位置ずれ１ｎｍに対し０．０３８％の傾きとなる線形を示す図である。傾き測定技術の利点は、判定すべきパラメータの数が少ないという点である。また、もう一つの利点は、必要な偏光走査が少ないという点である。図１４では、０°から９０°までの入射偏光角を使った偏光走査を行なっている。逆に、一実施形態においては、傾き測定技術を使用して、導出した信号を中立偏光角の約５度の範囲内の偏光角に対する基準信号と比較する。よって、ずれを検出する方法は、傾き測定技術を使えばより迅速に行なうことができる。本発明の別の実施形態では、準中立偏光角用に傾き測定技術を使用している。
【００５９】
オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれは、好ましい実施形態によるデータベースを使用して判定することができる。偏光入射光を出射するソースが第１の周期構造１３と第２の周期構造１５とを照射する。オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造の照射部分からの回折光を検出し、出力信号８５を生成する。出力信号８５は、データベースと比較して、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定する。
【００６０】
さらに別の実施形態において、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれは、傾き測定技術を使って判定する。中立偏光角または準中立偏光角を求める。導出した信号を中立偏光角または準中立偏光角に近接した基準信号と比較して、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定する。
【００６１】
さまざまな実施形態を参照して本発明を説明してきたが、添付の請求項もしくはその等価物よってのみ限定される本発明の範囲を逸脱することなく、変更や変形を加えることができることは理解できよう。本願で挙げた参考文献のすべては、その全体が参照のために引用されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１ａ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｂ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｃ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｄ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｅ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｆ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｇ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｈ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図２ａ】二つのオーバーレイ周期構造の断面図である。
【図２ｂ】図２ａに示す二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図２ｃ】図２ａに示す二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図３】本発明の実施形態を例示するための二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図４ａ】本発明の別の実施形態を例示するためのオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の断面図である。
【図４ｂ】本発明の別の実施形態を例示するためのオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の断面図である。
【図５ａ】本発明の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図５ｂ】本発明の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図７ａ】負のオーバーレイのずれを示す略図である。
【図７ｂ】正のオーバーレイのずれを示す略図である。
【図８】格子構造からの光の屈折を示す略図である。
【図９ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造からのゼロ次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図９ｂ】図９ａの光学系と蒸着機器の一体化システムを示す略ブロック図である。
【図１０ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造上への垂直な入射光からの１次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図１０ｂ】図１０ａの光学系と蒸着装置の一体化システムの略ブロック図である。
【図１１ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造上への垂直な入射光からの１次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図１１ｂ】図１１ａの光学系と蒸着装置の一体化システムの略ブロック図である。
【図１２ａ】オーバーレイ構造上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１２ｂ】オーバーレイ構造上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１３】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１４】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１５】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図１６】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１７】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１８】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１９】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２０】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図２１】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２２】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２３】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図２４】中立偏光角近傍の傾斜からのずれの判定を示すグラフである。
【０００１】
本発明は、一般的には、オーバーレイターゲットなどの周期構造を測定するための計測システムに関し、特に、そのような構造のずれの検出に回折光を利用した計測システムに関するものである。
【０００２】
オーバーレイ誤差測定は、通常、各プロセス用のウェハ上におけるダイ間のスクライブライン領域の様々な位置に便宜上設ける特殊設計のマークを必要とする。この二つのオーバーレイターゲットに対する二つの連続する工程による位置合わせは、ウェハ上の複数の位置を測定し、ウェハ上のオーバーレイ・エラーマップを分析して、リソグラフィステッパの位置合わせ制御のためのフィードバックを提供することである。
【０００３】
集積回路の製造において、キーとなるプロセス制御パラメータは、半導体ウェハ上の連続する層の間のオーバーレイターゲットの位置合わせの測定である。二つのオーバーレイターゲットが互いにずれていると、製造された電子装置は誤動作を起こし、半導体ウェハを修理もしくは廃棄しなければならなくなる。
【０００４】
現在、両層の間におけるオーバーレイの位置ずれの測定は、レビンソンによる「リソグラフィ・プロセス・コントロール(Lithography Process Control)」，第５章，ＳＰＩＥプレス，Ｖｏｌ．ＴＴ２８，１９９９年（非特許文献１）に記載されているように、明視野、暗視野、共焦、干渉顕微鏡など、さまざまな光学顕微鏡によって行われている。オーバーレイターゲットは、ウェハの上面に位置する微細な構造、もしくはウェハの表面にエッチングされた微細な構造を含む。例えば、一つのオーバーレイターゲットは、ウェハにエッチングすることによって形成し、もう一つの隣接するオーバーレイターゲットをウェハの上層のレジスト層として形成する場合がある。この目的で使用するターゲットは、ボックス・イン・ボックスと呼ばれ、外側のボックスは、通常１０から３０μｍであり、下層に位置し、内側のボックスは、それより小さく、上層に位置する。光学顕微鏡画像は、このターゲットに捕えられ、画像処理技術によって分析される。二つのボックスの相対的な位置が、オーバーレイの位置ずれまたはオーバーレイと呼ばれる。光学顕微鏡の精度は、照明や結像光学の収差、およびカメラ内の画像サンプリングによるターゲットのラインプロファイルの精度によって限られてくる。このような方法は複雑である上、完全な結像光学を必要とする。振動分離もまた必要である。
【０００５】
これらの技術は、複数の欠点を有する。まず、獲得したターゲット画像は、システムの光学的品質に対して非常に敏感であり、理想的とはいえない。システムの光学的品質は、オーバーレイの位置ずれの算出において誤差を生む可能性もある。第２に、光学画像には、解像度に基本的な限界があり、このことは測定の精度に影響を及ぼす。第３に、光学顕微鏡は、比較的大型のシステムである。リソグラフィック・ステッパ・システムのトラックの端部のような別のシステムに光学顕微鏡を組み込むことは困難である。これらの欠点を克服することができる改良されたシステムを開発することが望まれる。
【特許文献１】
米国特許第６，０２３，３３８号
【非特許文献１】
レビンソン著 「リソグラフィ・プロセス・コントロール(Lithography Process Control)」，第５章，ＳＰＩＥプレス，Ｖｏｌ．ＴＴ２８，１９９９年
【非特許文献２】
Ｐ．シェング，Ｒ．Ｓ．ステプルマンおよびＰ．Ｎ．サンドラ著 「矩形波格子の正確な固有関数：回折および表面プラズモン演算の応用(Exact Eigenfunctions for Square Wave Gratings: Applications to Diffraction and Surface Plasmon Calculations)」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２９０７〜２９１６（１９８２）
【非特許文献３】
Ｌ．リー著 「円錐形の土台における層状回折格子のモデル解析(A Model Analysis of Lamellar Diffraction Gratings in Conical Mountings)」，Ｊ．Ｍｏｄ，Ｏｐｔ．４０，５５３〜５７３（１９９３）
【非特許文献４】
Ｍ．Ｇ．モハラムおよびＴ．Ｋゲイロード著 「二次元格子回折の厳密な結合波解析(Rigorous Coupled-Wave Analysis of Planar-Grating Diffraction)」，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７３，１１０５〜１１１２（１９８３）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
デバイスの二つの層の間のずれを判定するためのターゲットは、デバイスの二つの異なる層の上に線と空間という二つの周期構造を有している。二つの周期構造は、互いに重なりあっている、もしくはインターレース状である。この層または周期構造は、同じ高さでも、異なる高さでもよい。一実施形態では、第１の周期構造または第２の周期構造のいずれかが、少なくとも二組のインターレース状の周期、列幅、あるいはデューティーサイクルが異なる格子列を有する。本発明は、オーバーレイターゲットまたはインターレース状のターゲットを作成する方法にも関する。
【０００７】
このターゲットの利点は、同じ回折システムと、同じターゲットを使用して限界寸法およびオーバーレイの位置ずれを測定するという点にある。また、ターゲットのミスレジストレーションの測定のもう一つの利点は、通常、結像に伴う光学的非対称とは関係がないという点である。
【０００８】
さらに、本発明は、デバイスの二つの層の間の位置のずれを検出する方法に関する。重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造を入射光によって照射する。重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造からの回折光を使って、出力信号を生成する。一実施形態では、信号を出力信号から導出する。これら構造の間の位置のずれは、出力信号もしくは導出した信号から判定する。一実施形態によると、出力信号または導出した信号を基準信号と比較する。位置のずれを回折光に関するデータと関連付けるためのデータベースも構築できる。
【０００９】
この方法の利点は、１本の入射光のみを使用するという点である。この方法のもう一つの利点は、ゼロ次および１次回折光は、層と層の間におけるオーバーレイの位置ずれに対して感度が高いという点である。特に、高感度を呈する特性は、ゼロ次回折の強度特性、位相特性、および偏光特性、正と負の１次回折の間の差分特性、正と負の１次回折の間の差分位相、そして正と負の１次回折の間の差分偏光である。オーバーレイのずれに対するこれらの特性をプロットしたときにも線形のグラフとなった。この方法を使って、ナノメートル単位の位置のずれを判定することができる。
【００１０】
一実施形態において、あらゆるオーバーレイの位置ずれに対し、差分強度がゼロである場合の入射偏光角として定義される中立偏光角を判定する。入射偏光角の関数とする差分強度の傾斜をオーバーレイの位置ずれに対してプロットすると、極めて線形を呈する。このように線形を示すので、判定する必要のあるパラメータの数を低減すると共に、必要とされる偏光走査も低減される。よって、位置のずれを検出する方法は、傾斜測定技術を使用することにより、より迅速に行うことができる。
【００１１】
さらに、本発明は、重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造の位置のずれを検出するための装置に関する。この装置は、ソースと、少なくとも一つの分析器と、少なくとも一つの検出器と、重なりあった、もしくはインターレース状の周期構造の位置のずれを判定するための信号処理器を備えている。
【００１２】
説明をわかりやすくするために、本願において、同一の要素については同一の参照番号を付している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２ａは、デバイス１７の二つの層３１，３３に対して設けられた二つの周期構造１３，１５を有するターゲット１１の断面図である。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３と重なりあっている、もしくはインターレース状である。これらの層と周期構造の高さは同じでも、異なっていてもよい。デバイス１７は、二つの層、特に構造上小さい特性を有する層の間の位置合わせを判定する必要があるものであれば、いかなるデバイスでもよい。これらのデバイスは、一般的に半導体デバイス、テープレコーダーなどのようなデータ記憶デバイス用の磁気ヘッド用の薄膜、フラットパネルディスプレイなどである。
【００１４】
図１ａ〜１ｈに示すように、デバイス１７は、一般的に各層を基本的な一連の工程で形成する。まず、図１ａに示すように、層２は、半導体基板１の上に形成される。層２は、酸化、拡散、埋め込み、蒸発、蒸着などによって形成することができる。第２に、図１ｂに示すように、レジスト３を層２の上に蒸着させる。第３に、図１ｃに示すように、レジスト３は、選択的に光線５によって照射される。この選択的照射は、照射器具とマスク４によって、もしくは電子リソグラフィやイオンビームリソグラフィ（図示せず）のデータテープによって実施される。第４に、図１ｄに示すように、レジスト３を現像する。レジスト３は、それが覆っている層２の領域６を保護する。第５に、図１ｅに示すように、層２の照射された領域７をエッチングで取り除く。第６に、図１ｆに示すように、レジスト３を取り除く。あるいは、別の実施形態では、図１ｇに示すエッチングした層２の図１ｅに示す空間７に別の材料８を蒸着させ、蒸着後に、図１ｈに示すように、レジスト３を取り除く。所望のデバイスが形成されるまで、この一連の基本的な工程を各層に対して繰り返す。
【００１５】
第１の層３１と第２の層３３は、デバイスのどの層でもよい。パターンを形成していない半導体、金属、または誘電体層を第１の層３１と第２の層３３の上、下、または間に蒸着または生成することができる。
【００１６】
第１の周期構造１３のパターンは、デバイスの第１の層３１のパターンと同じマスクにあり、第２の周期構造１５のパターンは、デバイスの第２の層３３のパターンと同じマスクにある。一実施形態では、図１ｆに示すように、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれをエッチングした後の空間７である。別の実施形態では、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、図１ｆに示すように、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれの列群２である。さらに、別の実施形態では、第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、図１ｈに示すように、第１の層３１または第２の層３３のそれぞれの空間７に蒸着した別の材料８である。また、さらに別の実施形態では、第２の層３３はレジストであり、第２の周期構造１５は、図１ｄに示すように、レジスト３の格子である。
【００１７】
第１の周期構造１３のパターンと第１の層３１のパターンに対し同じマスクを使っているので、第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じ位置合わせとなる。同様に、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じ位置合わせとなる。よって、第１の層３１と第２の層３３との間の位置合わせにオーバーレイの位置ずれエラーがあると、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５との間の位置合わせに反映される。
【００１８】
図２ｂと２ｃは、ターゲット１１の上面図である。一実施形態では、図２ａに示すように、第１の周期構造１３は、第１の選択された幅ＣＤ１を有し、第２の周期構造１５は、第２の選択された幅ＣＤ２を有する。第２の選択された幅ＣＤ２は、第１の選択された幅ＣＤ１よりも小さい。周期もしくはユニットセルとも呼ばれる周期構造のピッチは、パターンが繰り返される距離を意味する。第１の周期構造１３の左側縁部と第２の周期構造１５の左側縁部の間の距離はｄ1 であり、第１の周期構造１３の右側縁部と第２の周期構造１５の右側縁部の間の距離はｄ2 である。好ましい実施形態では、層３１，３３が互いに適切に位置決めされていれば、第２の周期構造１５が、第１の周期構造１３の上に中心を合わせて位置決めされる。換言すれば、第２の周期構造１５が、第１の周期構造１３の上で完全に中心合わせされた場合、ミスレジストレーションはゼロとなり、従って、ｄ1 ＝ｄ2 である。この実施形態では、ミスレジストレーションはｄ2 −ｄ1 で表される。ＸＹ座標系のＸ，Ｙ両方向のミスレジストレーションを得るには、図２ｃに示すように、ターゲット１１と類似した二つの周期構造１４，１６をターゲット１１に対して略垂直に設ける。
【００１９】
ターゲット１１は、特に、半導体ウェハのパターン形成目的で第１の層３１を光線で照射し、第２の層３３がレジストであるフォトリソグラフィでの使用に適している。一実施形態では、第１の層３１がエッチングされたシリコンであり、第２の層３３がレジストである。
【００２０】
図４ａおよび４ｂは、別の実施形態を示している。一実施形態では、図４ａは、シリコン基板上の第１の層３１の上に酸化物からなる台形の第１の周期構造１３と、レジストからなる第２の層３３を有するレジストからなる第２の周期構造１５を示す。シリコンからなる第１の層３１はエッチングされており、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）酸化物がエッチングしたシリコンの空間内部に蒸着されている。ＳＴＩ酸化物の列群が、第１の周期構造１３を形成する。酸化層３４と均一のポリシリコン層３５が、シリコンの第１の層３１と、レジストの第２の層３３の間に蒸着される。図４ａに示す形状は、第２の周期構造１５が第１の周期構造１３の間の空間と並んで設けられている、ライン・オン・スペースの形状を示している。また、本発明には、図４ａにおいて点線で示されているように、第２の周期構造１５の列が第１の周期構造１３の列の上に、並んで設けられているライン・オン・ラインの形状のような実施の形態も含まれる。
【００２１】
別の実施形態において、図４ｂは、酸化物の第１の層３１にエッチングしたタングステンの第１の周期構造１３と、レジストの第２の層３３を有するレジストからなる第２の周期構造１５を示している。第１の層３１と第２の層３３は、アルミニウムのブランケット３７によって隔てられている。
【００２２】
本発明は、ターゲット１１を作成する方法に関する。第１の周期構造１３は、デバイス１７の第１の層３１に関連して設けられている。第２の周期構造１５は、デバイス１７の第２の層３３に関連して設けられている。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３と重なりあっている、もしくはインターレース状である。
【００２３】
別の実施形態では、図２ｃに示すように、別のターゲット１２をターゲット１１に略垂直に設けている。第３の周期構造１４は、第１の層３１に関連して設けられており、第４の周期構造１６は、第２の層３３に関連して設けられている。第３の周期構造１４は、第１の周期構造１３に略垂直であり、第４の周期構造１６は、第２の周期構造１５に略垂直である。
【００２４】
ターゲトット１１の利点は、ターゲットのミスレジストレーションの測定が、画像に通常伴う光学的非対称が関係しないという点である。この測定方法の別の利点は、ベアケットによる米国特許第６，０２３，３３８号（特許文献１）のような他の技術において行なわれてきたような走査を必要としないという点である。ターゲット１１のさらにもう一つの利点は、周期構造の限界寸法（“ＣＤ”）を測定するための別の回折システムと異なるターゲットを排除できるという点にある。周期構造の限界寸法、または選択した幅は、ミスレジストレーションを算出するために必要な複数のターゲットパラメータのうちの一つである。同じ回折システムと同じターゲットを使ってオーバーレイの位置ずれとＣＤの両方を測定する方が効率がよい。ＣＤに対する感度とミスレジストレーションに対する感度は、図３に示すようなターゲットの実施形態を使用して区別することができる。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３が延在しないＣＤ領域２１という領域までさらに延在する。第１の選択した幅ＣＤ１は、第２の周期構造１５をデバイス１７に設ける前に測定する。ターゲット形成後は、第２の選択した幅ＣＤ２のみがＣＤ領域２１内で測定可能である。別の測定では、ミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の両方が存在するオーバーレイ領域１９において判定する。
【００２５】
図５ａおよび５ｂは、インターレース状の格子を有するターゲットの一実施形態の断面図である。第１の周期構造１３または第２の周期構造１５は、周期、列幅、またはデューティーサイクルが異なる少なくとも二つのインターレース状の格子列を有する。第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じマスクでパターンを形成してあり、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じマスクでパターンが形成してある。よって、第１の周期構造１３は、第１の層３１と同じ位置合わせとなり、第２の周期構造１５は、第２の層３３と同じ位置合わせとなる。第１の層３１と第２の層３３との間のミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の間のミスレジストレーションに反映される。
【００２６】
図５ａおよび５ｂに示す実施形態では、第１の周期構造１３は、二つのインターレース状の格子列５１，５３を有する。第１のインターレース状の格子列５１の列幅は、Ｌ1 であり、第２のインターレース状の格子列５３の列幅は、Ｌ2 である。図５ｂに示すように、第２の周期構造１５の列幅は、Ｌ3 であり、第１のインターレース状の格子列５１と第２のインターレース状の格子列５３との間に中心を合わせてある。第１のインターレース状の格子５１の右側縁部と第２のインターレース状の格子５３の隣接する左側縁部との間の距離は、ｂで表されており、第２の周期構造１５の右側縁部と第２のインターレース状の格子５３の隣接する左側縁部との間の距離はｃで表されている。第１の層３１と第２の層３３との間のミスレジストレーションは、第１の周期構造１３と第２の周期構造１５との間のミスレジストレーションεと等しい。ミスレジストレーションεは、次のように表される。
ε＝（ｂ／２）−（Ｌ3 ／２）−ｃ （１）
ここで、ｃ＝０とすると、結果得られた周期構造は、幅Ｌ2 ＋Ｌ3 の列と幅Ｌ1 の列からなる最も非対称的なユニットセルを有する。ここで、ｃ＝ｂ−Ｌ3 とすると、結果得られた周期構造は、幅Ｌ1 ＋Ｌ3 の列と幅Ｌ2 の列からなる最も対称的なユニットセルを有する。例えば、二つの層が同じ材料からなり、Ｌ1 ＝Ｌ3 ＝Ｌ2 ／２である場合、列は、ｃ＝０のとき同一幅であり、ｃ＝ｂ−Ｌ3 の時、一本の列が他の列の２倍の幅となる。
【００２７】
図６は、インターレース状の格子を有するターゲットの別の実施形態を示す。第１の周期構造１３は、エッチングしたシリコンであり、第２の周期ターゲット１５は、レジストである。シリコン基板の第１の層３１およびレジストの第２の層３３は、酸化物層３９によって隔てられている。
【００２８】
本発明は、また、ターゲット１１を作成する方法に関する。第１の周期構造１３は、デバイス１７の第１の層３１の上に設けられている。第２の周期構造１５は、デバイス１７の第２の層３３の上に設けられている。第２の周期構造１５は、第１の周期構造１３に重なっているか、もしくはインターレース状である。第１の周期構造１３または第２の周期構造１５のいずれかは、周期、列幅、またはデューティーサイクルが異なる少なくとも二つのインターレース状の格子列を有する。
【００２９】
インターレース状の格子の利点は、インターレース状の格子の対称性からミスレジストレーションの表れを判定できるという点にある。図７ａおよび７ｂは、それぞれ、ＸＹ座標系のＸ方向への正と負のオーバーレイのずれを表す略図である。中心線６１は格子６３の中心である。格子６３が完全に揃っていれば、中心線６１は、ＸＹ座標系のＹ軸と揃う。図７ａに示すように、オーバーレイが負の方向へずれている場合は、中心線６１が負のＸ方向にずれる。また、図７ｂに示すように、オーバーレイが正の方向へずれている場合は、中心線６１が正のＸ方向にずれる。また、負の方向へのオーバーレイのずれは、負の数のミスレジストレーションで表し、正の方向へのオーバーレイのずれは、正の数のミスレジストレーションで表す。ミスレジストレーションは、以下に示す方法で判定することができる。インターレース状の格子の場合、負の方向へオーバーレイがずれていると、上述したｃ＝ｂ−Ｌ3 の場合のように、ユニットセルがより対称的になる。正の方向へオーバーレイがずれていると、上記したｃ＝０の場合のように、より非対称なユニットセルとなる。
【００３０】
本発明は、回折光を使ってずれを判定する方法に関する。図８は、格子構造７１からの光の回折を示す略図である。一実施形態では、入射角θが斜めの入射光７３は、格子構造７１を照射する。格子構造７１は、光線７５，７７，７９を回折する。ゼロ次回折７５は、基板に対して入射光７３と同じ斜角θとなる。負の１次回折７７と正の１次回折７９も格子構造７１によって回折される。
【００３１】
オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定するための光学系を図９ａ，１０ａ，および１１ａに示す。図９ａは、斜めに入射する入射光８１を使用してゼロ次回折光８３を検出する光学系１００を示す。ソース１０２は、偏光入射光８１を出射し、ウェハ９１上の周期構造を照射する。入射光は、実質的には単色のものでも多色のものでもよい。ソース１０２は、光源１０１と、任意で、平行調整／集光／偏光光学モジュール１０３とを備える。構造は、ゼロ次回折光８３を回折する。平行調整／集光／分析光学モジュール１０５は、ゼロ次回折光８３を集光し、光検出器１０７はモジュール１０５の分析器によって集光されたゼロ次回折光８３を検出して出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、構造間のずれがないかどうかを出力信号８５から判定する。出力信号８５を直接使用してゼロ次回折光８３の強度からずれを判定する。好ましい実施形態では、以下に示すように収集した、較正ウェハまたはデータベースからの基準信号などの基準信号と強度とを比較することによってずれを判定する。一実施形態では、信号処理器１０９は、出力信号８５から導出した信号を算出し、導出した信号からずれを判定する。導出した信号は、偏光または位相情報を含んでいてもよい。この実施形態では、導出した信号と基準信号とを比較することによってずれを判定している。
【００３２】
一実施形態では、光学系１００が、偏光と位相情報を導き出す偏光解析パラメータ値を提供している。この実施形態では、ソース１０２が、光源１０１と、モジュール１０３内の偏光器とを備えている。さらに、デバイス１０４により、モジュール１０３内の偏光器とモジュール１０５内の分析器の間に相対的な回転動作が起きる。デバイス１０４は、周知の技術であるためここでは説明しない。反射光の偏光は、モジュール１０５内の分析器によって測定され、信号処理器１０９が偏光解析パラメータ値であるｔａｎ（Ψ）とｃｏｓ（Δ）を反射光の偏光から算出する。信号処理器１０９は、偏光解析パラメータ値を使って偏光および位相情報を導き出す。位相はΔである。偏光角αは、次の式によってｔａｎ（Ψ）に関連づけられる。
ｔａｎα＝１／ｔａｎΨ （２）
信号処理器１０９は、上述したように、偏光または位相情報からずれを判定する。
【００３３】
一実施形態における光学系１００の結像および集束は、視野およびパターン認識システム１１５を使用して検証される。光源１０１は、結像および集束用の光線８７を出射する。結像および集束用の光線８７は、ビームスプリッタ１１３によって反射され、レンズ１１１によってウェハ９１上に集束される。光線８７は、レンズ１１１とビームスプリッタ１１３を通って視野およびパターン認識システム１１５に反射される。視野およびパターン認識システム１１５は、ウェハを測定のため、焦点に維持するための認識信号８８を信号処理器１０９へ送る。
【００３４】
図１０ａは、垂直入射光８２を使って１次回折光９３，９５を検出するための光学系１１０を示す。ソース２０２は、偏光入射光８２を出射して、ウェハ９１上の周期構造を照射する。この実施形態では、ソース２０２は、光源１０１、偏光器１１７、およびレンズ１１１を備えている。構造は、正の１次回折光９５および負の１次回折光９３を回折する。分析器１２１，１１９は、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３をそれぞれ集光する。光検出器１２５，１２３は、分析器１２１，１１９でそれぞれ集光した正の１次回折光９５と負の１次回折光９３をそれぞれ検出し、出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、好ましくは出力信号８５と基準信号とを比較することによって、出力信号８５から、構造間にずれがあるかどうかを判定する。一実施形態では、信号処理器１０９は、出力信号８５から導出した信号を算出する。導出した信号は、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３の間の差分信号である。差分信号は、差分強度、差分偏光角、または差分位相を表すことができる。
【００３５】
光学系１１０は、差分強度、差分偏光角、または差分位相を判定する。差分位相を判定するために、一実施形態の光学系１１０では、光源１０１と、偏光器１１７と、分析器１１９または１２１と、光検出器１２３または１２５、および偏光器１１７と分析器１１９または１２１との間に相対的な回転動作を引き起こすデバイス１０４とを備えた偏光解析装置を使用している。デバイス１０４は、周知の技術であるため、ここでは説明しない。この装置は、正の１次回折光９５に対する偏光解析パラメータと、負の１次回折光９３に対する偏光解析パラメータとを提供し、それらは、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３のそれぞれに対する位相を導き出すために使用される。上述したように、偏光解析パラメータの一つは、ｃｏｓ（Δ）であり、位相はΔである。差分位相は、正の１次回折光９５の位相から負の１次回折光９３の位相を差し引くことによって算出する。
【００３６】
差分偏光角を判定するために、一実施形態では、偏光器１１７は入射光８２用に固定して、分析器１２１，１１９を回転させるか、その逆とする。負の１次回折光９３用の偏光角は、偏光器１１７または分析器１１９の一方が回転する際の強度の変化から判定する。正の１次回折光９５の偏光角は、偏光器１１７または分析器１２１の一方が回転する際の強度の変化から判定する。差分偏光角は、正の１次回折光９５の偏光角から負の１次回折光９３の偏光角を差し引くことによって算出される。
【００３７】
差分強度を判定するために、一実施形態では、分析器１１９，１２１を、相対的に回転しないように、１次回折光９３，９５の偏光角に位置させる。好ましくは、回折光の強度が最大となる偏光角で、正の１次回折光９５の強度と負の１次回折光９３の強度は、検出器１２５，１２３によって検出される。差分強度は、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって算出される。
【００３８】
さらに別の実施形態では、差分強度は、入射偏光角の関数として測定される。この実施形態では、偏光器１１７を回転させ、分析器１１９，１２１は固定する。偏光器１１７が回転すると、入射偏光角は変化する。正の１次回折光９５の強度と負の１次回折光９３の強度は異なる入射偏光角に対して判定される。差分強度は、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって算出される。
【００３９】
一実施形態における光学系１１０の結像および集束は、視野およびパターン認識システム１１５を使用して検証される。入射光８２がウェハ９１を照射した後、結像および集束用の光線８７は、レンズ１１１と、偏光器１１７と、ビームスプリッタ１１３を通って視野およびパターン認識システム１１５へ反射する。視野およびパターン認識システム１１５は、ウェハを測定のため、焦点に維持するための認識信号８８を信号処理器１０９へ送る。
【００４０】
図１１ａは、１次回折光９３，９５が干渉可能である光学系１２０を示す。光学系１２０において、光源１０１、デバイス１０４、偏光器１１７、レンズ１１１および分析器１１９，１２１は、光学系１１０と同様に作動する。デバイス１０４は、周知の技術であるため、ここでは説明しない。負の１次回折光９３および正の１次回折光９５が分析器１１９，１２１をそれぞれ通過すると、第１のデバイスにより、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３が干渉する。本実施形態では、第１のデバイスは、多重絞りシャッタ１３１とフラットビームスプリッタ１３５を備えている。多重絞りシャッタ１３１により、負の１次回折光９３と正の１次回折光９５の両方がそこを通過することが可能である。フラットビームスプリッタ１３５は、負の１次回折光９３と正の１次回折光９５を結合する。この実施形態では、ミラー１２７，１３３が正の１次回折光９５の方向を変える。光検出器１０７が二つの回折光信号の干渉８９を検出して出力信号８５を生成する。信号処理器１０９は、好ましくは出力信号８５と基準信号とを比較することによって、出力信号８５から、構造間にずれがないか判定する。出力信号８５は、位相差に関する情報を含んでいる。
【００４１】
一実施形態では、位相シフト干渉法を使用してずれを判定する。位相モジュレータ１２９は、正の１次回折光９５の位相をずらす。この正の１次回折光９５の位相のずれにより、信号処理器１０９は単純なアルゴリズムを使って正の１次回折光９５の位相と負の１次回折光９３の位相との間の位相差を算出する。
【００４２】
差分強度および差分偏光角も光学系１２０を使用して判定することができる。多重絞りシャッタ１３１は三つのモードで作動する。第１のモードでは、正の１次回折光９５と負の１次回折光９３の両方が通過できる。このモードでは、位相差は、上述したような方法で判定される。第２のモードでは、正の１次回折光９５のみが通過できる。このモードでは、正の１次回折光９５の強度と偏光角を上述したような方法で判定できる。第３のモードでは、負の１次回折光９３のみが通過できる。このモードでは、負の１次回折光９３の強度と偏光角が上述したような方法で判定できる。
【００４３】
差分強度を判定するために、多重絞りシャッタ１３１を第２のモードで操作して、正の１次回折光９５の強度を判定し、第３のモードで負の１次回折光９３の強度を判定するか、もしくはその逆の手順を行なう。次に、正の１次回折光９５の強度から負の１次回折光９３の強度を差し引くことによって差分強度を算出する。信号処理器１０９は、差分強度からずれを判定する。
【００４４】
一実施形態では、差分強度を異なる入射偏光角で測定する。測定により、基準信号と比較すると、ミスレジストレーションの判定値において高い精度を提供する多数一組のデータポイントを得ることができる。
【００４５】
差分偏光角を判定するために、多重絞りシャッタ１３１を第２のモードで操作して、正の１次回折光９５の偏光角を判定し、第３のモードで負の１次回折光９３の偏光角を判定するか、もしくはその逆の手順を行なう。次に、正の１次回折光９５の偏光角から負の１次回折光９３の偏光角を差し引くことによって差分偏光角を算出する。信号処理器１０９は、差分偏光角からずれを判定する。
【００４６】
図１０に示す光学系１１０の結像および集束と同様にして、視野およびパターン認識システム１１５を使って光学系１２０の結像および集束を検証する。一実施形態では、ビームスプリッタ１１３で、光源１０１の変動を検出する基準光検出器１３７へ光８９を分離する。基準光検出器１３７は、光源１０１の強度の変動に関する情報８６を信号処理および演算ユニット１０９へ通信する。信号処理器１０９は、変動情報８６を使用して出力信号８５を標準化する。
【００４７】
光学系１００，１１０，１２０は、図９ｂ，１０ｂ，１１ｂに示すように蒸着機器２００と一体化して統合機器を形成することができる。蒸着機器２００は、ステップ３０１でオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造をウェハ９１上に形成する。光学系１００，１１０，１２０は、ステップ３０２でウェハ９１からずれの情報を得る。光学系１００，１１０，１２０の信号処理器１０９は、ステップ３０３で蒸着機器２００にずれを出力する。蒸着機器は、ステップ３０１でウェハ９１上に別の層もしくは周期構造を形成する前にずれの情報を使ってずれを修正する。
【００４８】
光学系１００，１１０，１２０を使用してオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを判定する。偏光入射光を出射するソースが第１の周期構造１３と第２の周期構造１５を照射する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の照射された部分からの回折光が検出され、出力信号８５が生成される。構造間のずれは、出力信号８５から判定する。好ましい実施形態では、ずれは、後述するように収集された較正用ウェハまたはデータベースからの基準信号などの基準信号と出力信号８５とを比較することによって判定される。
【００４９】
本発明は、データベースを提供してオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを判定する方法に関する。オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれと、例えば、厚さ、屈折率、吸光係数、あるいは限界寸法などの構造パラメータにより、照射された光線に応じて構造で回折された光に関するデータを算出する。データは、強度、偏光角、あるいは位相情報を含むことができる。計算は、周知の式を使って、もしくはアリゾナ州タスコンのアリゾナ大学のラムダから入手可能なラムダＳＷ（Ｌａｍｂｄａ ＳＷ）、もしくはテキサス州アレン、７５０１３、私書箱３５３のグレーティング・ソルバー・デベロップメント・カンパニー（Grating Solver Development Company) から入手可能なグソルバーＳＷ（Ｇｓｏｌｖｅｒ ＳＷ）のようなソフトウェア・パッケージによって実行可能である。ラムダＳＷは、Ｐ．シェング，Ｒ．Ｓ．ステプルマンおよびＰ．Ｎ．サンドラによる「矩形波格子の正確な固有関数：回折および表面プラズモン演算の応用(Exact Eigenfunctions for Square Wave Gratings: Applications to Diffraction and Surface Plasmon Calculations)」，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２９０７〜２９１６（１９８２）（非特許文献２）の固有関数手法、もしくは、Ｌ．リーによる「円錐形の土台における層状回折格子のモデル解析(A Model Analysis of Lamellar Diffraction Gratings in Conical Mountings)」，Ｊ．Ｍｏｄ，Ｏｐｔ．４０，５５３〜５７３（１９９３）（非特許文献３）のモデル手法を使用している。グソルバーＳＷは、Ｍ．Ｇ．モハラムおよびＴ．Ｋゲイロードによる「二次元格子回折の厳密な結合波解析(Rigorous Coupled-Wave Analysis of Planar-Grating Diffraction)」，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７３，１１０５〜１１１２（１９８３）（非特許文献４）の厳密な結合波分析を使用している。データは、ずれとデータを関連付けるデータベースを構築するために使用される。これにより、ターゲットのオーバーレイの位置ずれは、出力信号８５をデータベースと比較することによって判定できるようになる。
【００５０】
図１２〜２４は、ラムダＳＷまたはグソルバーＳＷのいずれかを使ったコンピュータによるシミュレーションで作成した図である。図１２ａおよび１２ｂは、図９ａの光学系で図２ａのオーバーレイターゲットを使用して得た偏光解析パラメータを例示するためのグラフである。計算は、ラムダＳＷを使用して行なった。測定には、シリコン基板上に設けた深さ１μｍのレジスト格子から構成された第１の周期構造１３と第２の周期構造１５とを有するオーバーレイターゲットを使用した。第１の周期構造１３と第２の周期構造１５の深さは０．５μｍであり、ピッチは０．８μｍである。第１の周期構造１３に対して選択した第１の幅ＣＤ１は０．４μｍであり、第２の周期構造１５に対して選択した第２の幅ＣＤ２は、０．２μｍである。この実施形態の入射光は、ＴＥ偏光されたものを使用した。これらのターゲットのパラメータとオーバーレイの位置ずれをラムダＳＷに入力して偏光解析パラメータ値を得た。ウェハ面に２５°の角度で入射する入射光８１を使用してゼロ次回折光の偏光解析パラメータ値を得た。偏光解析パラメータ、ｔａｎ［Ψ］とｃｏｓ［Δ］は、２３０から４００ナノメータのスペクトル範囲の波長の関数としてグラフに表した。偏光解析パラメータは、次のように定義される。
ｔａｎΨ＝｜ｒp ｜／｜ｒs ｜ （３）
ここで、ｒp とｒs は、ｐ（ＴＭ）とｓ（ＴＥ）偏光の振幅反射係数である。
Δ＝φp −φs （４）
ここで、φp とφs は、ｐ（ＴＭ）とｓ（ＴＥ）偏光の位相である。−１５ナノメートルから１５ナノメートルまで変化するオーバーレイの位置ずれｄ2 −ｄ1 を５ナノメートルずつに区切って、それぞれの異なる値に対して結果を出した。ｔａｎ［Ψ］とｃｏｓ［Δ］の変化は、ナノメートルレベルのミスレジストレーションに対する感度を示す。より正確な結果を得るには、図１３〜１４に示すように、垂直な入射光を使って１次回折光を検出すればよい。
【００５１】
図１３および１４は、図２ａのオーバーレイターゲットと、垂直入射光を使って１次回折光を検出する光学系を使用して得た差分強度を示すグラフである。計算は、グソルバーＳＷを使用して行なった。第１の周期層１３は、エッチングを施したシリコンであり、第２の周期層１５は、レジストである。オーバーレイの位置ずれとターゲットパラメータをグソルバーＳＷに入力して、図１３および１４に示す差分強度を得た。図１３は、正と負の１次回折光の間の標準化した差分強度を、オーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。差分強度は、次のように定義される。
ＤＳ＝（Ｒ+1−Ｒ-1）／（Ｒ+ ＋Ｒ-1） ％ （５）
ここで、Ｒ+1は、正の１次回折光の強度を示し、Ｒ-1は、負の１次回折光の強度を示す。図１３に示す複数の曲線は、入射面に対して線形偏光した入射光の異なる入射偏光角（０°，５０°，６０°，７４°，８０°，９０°）にそれぞれ相当する。偏光角αは、次のように定義される。
α＝ａｒｃｔａｎ（｜Ｅs ｜／｜Ｅp ｜） （６）
ここで、Ｅs は、垂直入射に対するＸＹ座標系のＹ成分に相当する入射面に垂直なフィールド成分を表し、Ｅp は、垂直入射に対するＸ成分に相当する入射面に平行なフィールド成分を表す。入射偏光角０°から９０°の偏光走査を行い、図１３および１４のグラフを作成した。図１４は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−５０ｎｍ，−３５ｎｍ，−１５ｎｍ，０ｎｍ，１５ｎｍ，３５ｎｍ，５０ｎｍ）における入射偏光角の関数としての差分強度を示す。図１４は、すべてのオーバーレイの位置ずれに対する差分強度がゼロである場合の入射偏光角として定義される中立偏光角があることを示している。図１３および１４は、差分強度がオーバーレイの位置ずれに対して高い感度を示すということと、オーバーレイの位置ずれに対し、差分強度が線形形状を示していることを表している。また、これらの図は、すべての偏光角において、オーバーレイの位置ずれがゼロである場合には差分強度がゼロであるということも示している。同様のグラフを異なる波長で作成することができる。図１５は、オーバーレイの位置ずれに対する平均二乗誤差（ＭＳＥ）の変化を示す。ＭＳＥは、１ナノメートルのオーバーレイの位置ずれに対して、約０．６の線形性と感度を示す。
【００５２】
図１６および１７は、異なる構造パラメータを有する図１３および１４に示すものと同じターゲットに同じ光学系を使った際のグラフである。しかし、計算はグソルバーＳＷの代わりにラムダＳＷを使って行なった。図１６および１７の単調な曲線が折れ曲がったり外れたりしている点があるが、これは、ラムダＳＷを使ったときにしばしば起きると思われる数字的な不安定によるものであると思われる。オーバーレイの位置ずれとターゲットのパラメータをラムダＳＷに入力して、図１６および１７にそれぞれ示す差分偏光角と差分位相を得た。図１６は、異なる入射偏光角（０°，５°，１５°，３０°，４５°，６０°，９０°）におけるオーバーレイの位置ずれの関数として、正と負の１次回折光の偏光角の間の差の変化を示す。図１７は、正と負の１次回折光の位相角の差の変化を示す。ここで位相角とは、回折光のｐとｓの偏光成分の間の位相差を意味する。
【００５３】
さらに、図１６および１７は、それぞれ、オーバーレイの位置ずれに対してプロットした際の、オーバーレイの位置ずれと差分偏光角および差分位相の線形形状に対する差分偏光角と差分位相の高感度を示す図である。また、これらの図は、すべての偏光角においてオーバーレイの位置ずれがゼロである場合には、差分偏光角と差分位相がゼロであるということも示している。しかし、図１７は、位相の差が入射偏光には依存していないことを示している。一実施形態において、図１６に示すように、偏光角の間の差は、出力部の分析器で容易に測定できるが、図１７に示すように、位相差は干渉法によって測定される。別の実施形態では、差分偏光角と差分位相は、偏光解析パラメータから導き出される。
【００５４】
図４ａおよび４ｂのオーバーレイターゲットを使って同様の結果を得ることができた。しかし、図４ａの特定のターゲットでは、第２の周期構造１５が第１の周期構造１３上に中心を合わせて設けられたライ・オン・ライン形状において中立偏光角がなかった。第２の周期構造１５が第１の周期構造１３の間の空間上に中心を合わせて設けられたライン・オン・スペース形状では、中立偏光角が見られた。これらの結果から、中立偏光角は明らかに構造パラメータに複雑に依存していることがわかる。
【００５５】
図１８〜１９および２１〜２２は、図６に示すようなインターレース状の格子と図９ａに示すようなゼロ次回折光８３の強度を対比して示すグラフである。表１は、グソルバーＳＷで計算した際に使用したパラメータをまとめたものである。
【表１】
【００５６】
図１８〜２０は、Ｄａｔａ７６の構成を使用して導き出したものである。図１８は、異なる偏光角（０°〜９０°まで１５°毎）におけるゼロ次回折光の強度対オーバーレイの位置ずれを示す図である。１４０ｎｍの範囲内では、変化はオーバーレイの位置ずれに対し単調である。すべての曲線が交差する点は、ゼロではなく、オーバーレイの位置ずれ値が５０ｎｍの点である。オーバーレイの位置ずれ値が５０ｎｍの点では、構造は、事実上、最も対称となる。逆に、図２ａに示すオーバーレイターゲットにおいては、構造は、オーバーレイの位置ずれがゼロの点において最も対称となる。図１９は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−５０ｎｍ，−１５ｎｍ，０ｎｍ，２０ｎｍ，４０ｎｍ，６０ｎｍ，８０ｎｍ，１００ｎｍ，１３０ｎｍ）における入射偏光角へのゼロ次回折光の強度の依存性を示す図である。１次回折光の差分強度とは異なり、異なるオーバーレイの位置ずれに対して差分強度がゼロとなる中立偏光角はない。しかし、異なるミスレジストレーションに対する曲線のほとんどが交差する準中立偏光角がある。図２０は、ＭＳＥの変化をオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図１８および１９は、インターレース状の格子上へ傾斜した入射角で入射する入射光を使用した場合のある形態におけるオーバーレイの表れに対するゼロ次回折光の強度の感度の高さを示す図である。また、これらの図は、オーバーレイの位置ずれをグラフにした際の強度が線形形状であることを示している。
【００５７】
図２１〜２３は、Ｄａｔａ０の構成を使用して導き出したものである。図２１は、異なる偏光角（０°，４０°，６５°，９０°）におけるゼロ次回折光の強度対オーバーレイの位置ずれを示す図である。図２２は、異なるオーバーレイの位置ずれ（−１４０ｎｍ，−１００ｎｍ，−５０ｎｍ，０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ）における入射偏光角へのゼロ次回折光の強度の依存性を示す図である。図２３は、ＭＳＥの変化をオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図２１および２２は、インターレース状の格子上に垂直に入射する入射光を使用した場合のある形態におけるオーバーレイの表れに対するゼロ次回折光の強度の感度の高さを示す図である。また、これらの図は、オーバーレイの位置ずれをグラフにした際の強度が線形形状であることを示している。
【００５８】
図２４は、中立偏光角からのずれの判定を例示するためのグソルバーＳＷによって生成されたグラフである。図１４に示すように、差分強度は、中立偏光角におけるオーバーレイの位置ずれとは関係なく、ゼロとなる。しかし、差分強度の傾きは、オーバーレイの位置ずれと共に変化する。図２４は、中立偏光角に近接した傾きをオーバーレイの位置ずれの関数として示す図である。図２４は、傾き対オーバーレイの位置ずれがオーバーレイの位置ずれ１ｎｍに対し０．０３８％の傾きとなる線形を示す図である。傾き測定技術の利点は、判定すべきパラメータの数が少ないという点である。また、もう一つの利点は、必要な偏光走査が少ないという点である。図１４では、０°から９０°までの入射偏光角を使った偏光走査を行なっている。逆に、一実施形態においては、傾き測定技術を使用して、導出した信号を中立偏光角の約５度の範囲内の偏光角に対する基準信号と比較する。よって、ずれを検出する方法は、傾き測定技術を使えばより迅速に行なうことができる。本発明の別の実施形態では、準中立偏光角用に傾き測定技術を使用している。
【００５９】
オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれは、好ましい実施形態によるデータベースを使用して判定することができる。偏光入射光を出射するソースが第１の周期構造１３と第２の周期構造１５とを照射する。オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造の照射部分からの回折光を検出し、出力信号８５を生成する。出力信号８５は、データベースと比較して、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定する。
【００６０】
さらに別の実施形態において、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれは、傾き測定技術を使って判定する。中立偏光角または準中立偏光角を求める。導出した信号を中立偏光角または準中立偏光角に近接した基準信号と比較して、オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造のずれを判定する。
【００６１】
さまざまな実施形態を参照して本発明を説明してきたが、添付の請求項もしくはその等価物よってのみ限定される本発明の範囲を逸脱することなく、変更や変形を加えることができることは理解できよう。本願で挙げた参考文献のすべては、その全体が参照のために引用されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１ａ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｂ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｃ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｄ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｅ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｆ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｇ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図１ｈ】半導体処理の基本的な処理工程を示す断面図である。
【図２ａ】二つのオーバーレイ周期構造の断面図である。
【図２ｂ】図２ａに示す二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図２ｃ】図２ａに示す二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図３】本発明の実施形態を例示するための二つのオーバーレイ周期構造の上面図である。
【図４ａ】本発明の別の実施形態を例示するためのオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の断面図である。
【図４ｂ】本発明の別の実施形態を例示するためのオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の断面図である。
【図５ａ】本発明の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図５ｂ】本発明の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるインターレース状の格子を例示するための二つのインターレース状の周期構造の断面図である。
【図７ａ】負のオーバーレイのずれを示す略図である。
【図７ｂ】正のオーバーレイのずれを示す略図である。
【図８】格子構造からの光の屈折を示す略図である。
【図９ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造からのゼロ次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図９ｂ】図９ａの光学系と蒸着機器の一体化システムを示す略ブロック図である。
【図１０ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造上への垂直な入射光からの１次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図１０ｂ】図１０ａの光学系と蒸着装置の一体化システムの略ブロック図である。
【図１１ａ】オーバーレイ周期構造またはインターレース状の周期構造上への垂直な入射光からの１次回折を測定する光学系の略ブロック図である。
【図１１ｂ】図１１ａの光学系と蒸着装置の一体化システムの略ブロック図である。
【図１２ａ】オーバーレイ構造上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１２ｂ】オーバーレイ構造上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１３】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１４】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１５】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図１６】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１７】オーバーレイ構造上への入射光の１次回折から導出した信号のグラフである。
【図１８】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図１９】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２０】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図２１】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２２】インターレース格子上への入射光のゼロ次回折から導出した信号のグラフである。
【図２３】平均二乗誤差を示すグラフである。
【図２４】中立偏光角近傍の傾斜からのずれの判定を示すグラフである。
Claims (54)
- デバイスの二つの層の間の相対的な位置を測定するためのターゲットにおいて、
デバイスの第１の層の上に関連して設ける第１の周期構造と、
デバイスの第２の層の上に関連して設ける第２の周期構造であって、前記第２の周期構造は、前記第１の周期構造に重なりあっているか、もしくは前記第１の周期構造とインターレース状に形成されている第２の周期構造と、
を備えることを特徴とするターゲット。 - 第１の周期構造が第１の選択した幅を有し、前記第２の周期構造が第２の選択した幅を有し、第２の選択した幅は第１の選択した幅より小さいことを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第２の周期構造が、さらに前記第１の周期構造が延在していない領域まで延在していることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第１の層がエッチングを施したシリコンであり、前記第２の層がレジストであることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第１の周期構造が台形構造を有し、第１の層が二酸化シリコンであり、第２の層がレジストであり、第１の層と第２の層が均一なポリシリコン層によって隔てられていることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第１の周期構造がタングステンであり、凹型の台形の上面を有し、第１の層は酸化物であり、第２の層がレジストであり、第１の層と第２の層がアルミニウムブランケットによって隔てられていることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 第１と第２の層の上、下、もしくは間に蒸着または成長させた、パターンを形成していない半導体、金属または誘電体層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 最上層である層が、レジストであることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第１の周期構造が、半導体ウェハのパターン形成の目的で光線を照射されることを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第１の周期構造に略垂直であると共に、第１の層に関連して設けられている第３の周期構造と、
前記第２の周期構造に略垂直であると共に第２の層に関連して設けられ、前記第３の周期構造に重なりあっているか、もしくは前記第３の周期構造とインターレース状に形成されている第４の周期構造と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のターゲット。 - 前記第１の周期構造が、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を有することを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- 前記第２の周期構造が、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を有することを特徴とする請求項１記載のターゲット。
- ターゲットを形成する方法において、
第１の周期構造をデバイスの第１の層に関連して設けるステップと、
第２の周期構造をデバイスの第２の層に関連して設けるステップとを含み、
前記第２の周期構造が前記第１の周期構造に重なりあっているか、もしくは前記第１の周期構造とインターレース状に形成されていることを特徴とする方法。 - 前記第２の周期構造を設けるステップは、前記第１の周期構造が延在していない領域に関連して前記第２の周期構造を設けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
- 第１の周期構造を半導体ウェハのパターンを形成する目的で光線を照射するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
- 第１の層に関連して前記第１の周期構造に略垂直である第３の周期構造を設けるステップと、
第２の層に関連して前記第２の周期構造に略垂直である第４の周期構造を設けるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。 - 前記第１の周期構造を設けるステップが、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を設けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
- 前記第２の周期構造を設けるステップが、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を設けるステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを判定するデータベースを提供する方法において、
厚さ、屈折率、吸光係数、または限界寸法、および互いにオーバーレイ周期構造もしくはインターレース状に構成された周期構造のずれに関する情報を提供するステップと、
前記情報から光線の照射に応じて、構造によって回折された光線に関するデータを導き出すステップと、
ずれとデータを関連づけるデータベースを構築するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 差分強度、差分位相、または差分偏光角をデータから算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを検出する方法において、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造に入射光を照射するステップと、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の照射した部分から回折した光線を検出して出力信号を生成するステップと、
出力信号から構造間のずれを判定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記判定するステップが、出力信号と基準信号とを比較するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- 前記基準信号が、データベースを含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
- 前記出力信号が、偏光解析パラメータに関する情報を含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造が、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を有し、入射光が構造に斜角で入射し、および回折光がゼロ次回折を含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造が、異なる周期、列幅、またはデューティーサイクルを有する少なくとも２本のインターレース状の格子列を有し、入射光が構造に垂直な角度で入射し、回折光がゼロ次回折を含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- 入射光が略垂直であり、回折光が正の１次回折と負の１次回折を含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- 出力信号から導出した信号を算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
- 前記導出した信号が、強度、位相または偏光角に関する情報を含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
- 前記導出した信号が、差分強度、差分位相、または差分偏光角に関する情報を含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
- 中立偏光角または準中立偏光角を規定するステップをさらに含み、前記ずれを判定するステップが、導出した信号と中立偏光角もしくは準中立偏光角に近接した基準信号とを比較することによってずれを判定するステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
- 導出した信号を中立偏光角もしくは準中立偏光角の約５度の範囲内の偏光角の基準信号と比較することを特徴とする請求項３１記載の方法。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを検出する装置において、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために偏光入射光を出射するソースと、
前記構造から回折光を集光する少なくとも一つの分析器と、
分析器によって集光した回折光を検出して出力信号を生成する少なくとも一つの検出器と、
構造間のずれがあるかどうかを出力信号から判定する信号処理器と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記ソースが、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために斜角の入射角を有する入射光を出射し、検出器が、ゼロ次回折を検出することを特徴とする請求項３３記載の装置。
- 前記ソースが、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために垂直の入射角を有する入射光を出射し、検出器が、ゼロ次回折を検出することを特徴とする請求項３３記載の装置。
- 前記ソースが、偏光器と、偏光器と分析器の間の相対的な回転動作を引き起こすデバイスを含むことを特徴とする請求項３３記載の装置。
- 前記少なくとも一つの分析器が、正の１次回折光を集光する第１の分析器と、負の１次回折光を集光する第２の分析器とを含み、前記少なくとも一つの検出器が、正の１次回折光を検出する第１の検出器と、負の１次回折光を検出する第２の検出器とを含むことを特徴とする請求項３３記載の装置。
- 前記信号処理器が、出力信号から導出した信号を計算することを特徴とする請求項３７記載の装置。
- 前記導出した信号が、差分強度、差分位相、または差分偏光角に関する情報を含むことを特徴とする請求項３８記載の装置。
- 前記ソースが、偏光器と、偏光器と分析器の間の相対的な回転動作を引き起こすデバイスを含むことを特徴とする請求項３８記載の装置。
- 前記導出した信号が、偏光解析パラメータから導き出した差分偏光角もしくは位相差に関する情報を含むことを特徴とする請求項４０記載の装置。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造のずれを検出する装置において、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために偏光入射光を出射するソースと、
正の１次回折光と負の１次回折光を有する１次回折光を前記構造から集光する二つの分析器と、
分析器からの正の１次回折光と負の１次回折光を干渉させて結合した回折光信号を生成する第１のデバイスと、
結合した回折光信号を検出して出力信号を生成する検出器と、
構造間のずれがあるかどうかを出力信号から判定する信号処理器と、
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記出力信号が、正の１次回折光と負の１次回折光との間の位相差に関する情報を含むことを特徴とする請求項４２記載の装置。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を形成して、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の間のずれを検出する装置において、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を形成する蒸着機器と、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために偏光入射光を出射するソースと、
前記構造から回折光を集光する少なくとも一つの分析器と、
分析器によって集光した回折光を検出して出力信号を生成する少なくとも一つの検出器と、
構造間のずれがあるかどうかを出力信号から判定し、そのずれを蒸着機器に出力する信号処理器と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記ソースが、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために斜角の入射角を有する入射光を出射し、検出器が、ゼロ次回折を検出することを特徴とする請求項４４記載の装置。
- 前記ソースが、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために垂直の入射角を有する入射光を出射し、検出器が、ゼロ次回折を検出することを特徴とする請求項４４記載の装置。
- 前記ソースが、偏光器と、偏光器と分析器との間の相対的な回転動作を引き起こすデバイスを含むことを特徴とする請求項４４記載の装置。
- 前記少なくとも一つの分析器が、正の１次回折光を集光する第１の分析器と、負の１次回折光を集光する第２の分析器とを含み、前記少なくとも一つの検出器が、正の１次回折光を検出する第１の検出器と、負の１次回折光を検出する第２の検出器とを含むことを特徴とする請求項４４記載の装置。
- 前記信号処理器が、出力信号から導出した信号を計算することを特徴とする請求項４８記載の装置。
- 前記導出した信号が、差分強度、差分位相、または差分偏光角に関する情報を含むことを特徴とする請求項４９記載の装置。
- 前記ソースが、偏光器と、偏光器と分析器との間の相対的な回転動作を引き起こすデバイスを含むことを特徴とする請求項４９記載の装置。
- 前記導出した信号が、偏光解析パラメータから導き出した差分偏光角もしくは位相差に関する情報を含むことを特徴とする請求項５１記載の装置。
- オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を形成して、オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造の間のずれを検出する装置において、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を形成する蒸着機器と、
オーバーレイ周期構造もしくはインターレース状の周期構造を照射するために偏光入射光を出射するソースと、
正の１次回折光と負の１次回折光を有する１次回折光を前記構造から集光する二つの分析器と、
分析器から正の１次回折光と負の１次回折光を干渉させて、結合した回折光信号を生成する第１のデバイスと、
結合した回折光信号を検出して出力信号を生成する検出器と、
構造間のずれがあるかどうかを出力信号から判定し、そのずれを蒸着機器に出力する信号処理器と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記出力信号が、正の１次回折光と負の１次回折光との間の位相差に関する情報を含むことを特徴とする請求項５３記載の装置。
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