JP2014030047A - スキャトロメトリを用いてオーバレイ誤差を検出するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたスキャトロメトリオーバレイ（ＳＣＯＬ）ターゲット構造および方法を提供する。
【解決手段】基板の層の間のアライメントを決定する際に利用されるスキャトロメトリターゲットを含む。ターゲット配列が、基板上に形成されており、複数のターゲットセルを備えている。各セルは、周期的なフィーチャを含む２つの層を有しており、上側の層が下側の層よりも上に配列され、上側の層の周期的なフィーチャは、下側の層の周期的なフィーチャに対するオフセット、および／または、下側の層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有する。それらのピッチは、ターゲットが照明源にさらされた時に周期信号を生成するよう配列されている。ターゲットは、さらに、セルの間に配列された曖昧性除去用フィーチャを備えており、曖昧性除去用フィーチャは、照明源にさらされた時にセルによって生成される周期信号により引き起こされる曖昧性を解決する。
【選択図】図２（ｇ）

Description

本発明は、一般に、単一または複数の層に形成されたオーバレイ構造のアライメントを決定するための方法および装置に関し、特に、かかる構造と相互作用する放射線の回折に基づいてオーバレイを決定するための改良されたターゲットおよび方法に関する。

様々な製造および生産環境で、サンプルの様々な層間でのアライメント、または、かかるサンプルの特定の層内でのアライメントを制御することが必要とされる。例えば、半導体製造業界では、基板上に一連の層（層の一部または全部が、様々な構造を備える）を加工することによって電子デバイスが生産される。かかる構造の特定の層内での相対位置、および、他の層の構造に対する相対位置は、完成した電子デバイスの性能に関連し、決定的な影響を及ぼすこともある。

かかるサンプル内での構造の相対位置は、オーバレイと呼ばれることもある。オーバレイを測定するための様々な技術およびプロセスが、開発および利用されており、程度の差こそあれ、成功を収めている。ごく最近では、オーバレイ測定の原理として放射線スキャトロメトリを用いることに様々な努力が注がれている。

米国特許公開公報第２００５／０１９５３９８号

スキャトロメトリ測定値からオーバレイを判定するいくつかの既存の方法では、測定されたスペクトルを、モデル形状のプロファイル、オーバレイ、膜スタック、および材料の光学特性（ｎ，ｋ分散曲線）に基づいて算出された理論スペクトルと比較すること、もしくは、キャリブレーション用のウエハからの基準信号と比較することに専念している。別の方法では、様々な実装の非最適なマルチセルターゲットが利用されてきた。しかしながら、これらの方法には、多くの欠点があり、本発明では、それらの欠点を克服することを試みる。本発明は、改良されたスキャトロメトリオーバレイ（ＳＣＯＬ）ターゲット構造および方法を開示する。

本発明の原理に従って、改良オーバレイ・ターゲット配列と、その製造および利用方法とが、開示されている。
概して、本発明は、場合によって異なるピッチを有するよう形成された周期的なフィーチャの上層を有するターゲットセルを備えたターゲット配列を対象としている。さらなる実施形態は、ターゲットセルによって生成される周期信号の曖昧性の解決を可能にする曖昧性除去用フィーチャによって、ターゲット配列を改良する。これらのターゲット配列の利用方法も、開示されている。

本発明の一実施形態は、オーバレイアライメントを決定するためのターゲット配列を備える。ターゲット配列は、検査対象の基板上に形成され、結果としてのスペクトル（信号）を生成するために照明源によって照明されることが可能な少なくとも２つの層を備える。ターゲット配列は、最下層よりも上に配列された最上層をそれぞれ有する複数の周期的なターゲットセルを備える。それらの層は、最上層が周期的なフィーチャを有し、最下層が周期的なフィーチャを有し、セルの最上層および最下層の間にオフセットが存在するように構成されている。さらに、ターゲットセルは、最上層の周期的なフィーチャが、最下層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有するように構成されてよい。最上層の周期的なフィーチャと最下層の周期的なフィーチャとの比は、２層のセルが全体として周期的になるように選択されるピッチの比を規定する。

また、本発明のターゲット配列は、曖昧性除去用フィーチャを備える実施形態を含んでよく、曖昧性除去用フィーチャは、照明および解析されると、周期的なターゲットセルによって生成されたスペクトルにおける曖昧性の解決を可能にする。

別の実施形態では、上述の実施形態と同様に構成されたターゲット配列が、オフセットの値によりオーバレイ測定の精度および再現性を向上させるように構成されている。

さらなる実施形態において、ターゲットセルは、最上層の周期的なフィーチャが、最下層の周期的なフィーチャと同じピッチを有するよう構成されている。さらに別の実施形態では、ターゲットセルの最上層の周期的なフィーチャは、セルの最下層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有するよう配列されてよい。かかる場合、セルのピッチの比は、各ターゲットセル（２つの層を備える）が周期的になるように選択されてよい。

別の実施形態において、ターゲット配列は、基板上に形成された複数の周期的なターゲットセルを備えており、それらのセルは、結果としてのスペクトル（信号）を生成するために照明源によって照明されることが可能な少なくとも２つの層をそれぞれ備える。ターゲット配列は、最下層よりも上に配列された最上層をそれぞれ有する複数の周期的なターゲットセルを備える。それらの層は、最上層が周期的なフィーチャを有し、最下層が周期的なフィーチャを有し、セルの最上層および最下層の間にオフセットが存在するように構成されている。オフセットの値は、オーバレイ測定の精度および再現性を最適化するよう選択される。さらに、ターゲットセルは、最上層の周期的なフィーチャが、最下層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有するように構成さる。ピッチの比は、２つの層の完成した構造体が周期的になるように選択される。

別の実施形態において、本発明は、上述のターゲット配列を用いてオーバレイ誤差を決定する方法を含む。ターゲット配列を上に形成された基板が準備される。ターゲット配列は、複数のターゲットセルを備えており、それらのターゲットセルは、１セットの周期的なフィーチャを備えた第１および第２の層をそれぞれ有しており、周期的なフィーチャは、第１の層の周期的なフィーチャが第２の層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有するように構成されている。ターゲット配列は、さらに、ターゲットセルの間に配列された曖昧性除去用フィーチャを有するよう構成されてよく、曖昧性除去用フィーチャは、セルを照明している際にスペクトルの生成によって引き起こされる信号の曖昧性の解決を可能にするよう構成されている。ターゲットセルは、ターゲットセルの各々に関するスペクトルを取得するために照明される。また、曖昧性除去用フィーチャは、曖昧性除去用フィーチャに関する信号を取得するために照明される。スペクトル情報は、第１の層と第２の層との間のオーバレイ誤差を決定するために用いられる。曖昧性除去用フィーチャに関する信号から得られた情報を用いることで、この決定における任意の曖昧性が解決される。
本発明の他の態様および利点については、本発明の原理を例示的に説明した以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになる。

本発明の一実施例に従って、対応する層間パターン（オーバレイ・ターゲット）Ａ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄに対して設計されたオーバレイオフセットＸa、Ｘb、Ｘc、および、Ｘdの相対的な分布を示す図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量＋Ｆだけオフセットされた様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆだけオフセットされた様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量＋Ｆ＋ｆ0だけオフセットされた様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆ＋ｆ0だけオフセットされた様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量＋Ｆ＋ｆ0＋Ｅだけオフセットされた様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆ＋ｆ0＋Ｅだけずれた様子を示す側面図である。 本発明に従って、オーバレイ誤差を決定する一実施形態を示す簡略なフローチャートである。 本発明の原理に従って形成されたターゲットセルの第１および第２の層の周期的なフィーチャの間のオフセットの一例およびピッチの差を示す簡略な側面図である。 本発明の原理に従って形成されたＳＣＯＬターゲットを示す簡略な平面図である。 本発明の原理に従って形成されたＳＣＯＬターゲットを示す簡略な平面図である。 本発明の原理に従って形成された図４のターゲットの一部を示す簡略な側断面図である。 本発明の原理に従って形成されたＳＣＯＬターゲットをＲＯＩと共に示す簡略な平面図である。 本発明の原理に従って形成されたＳＣＯＬターゲットの別の実施形態を示す簡略な平面図である。 本発明の原理に従って利用される、図６に示したＳＣＯＬターゲットをＲＯＩと共に示す図である。 本発明の原理に従って形成されたＳＣＯＬターゲットの実施形態を示す別の簡略な平面図である。

本発明は、特定の実施形態およびそれらの特定の特徴に関して、詳細に図示および説明されている。以下で説明する実施形態は、例示的なものであり、限定を意図しない。本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細事項において、様々な変更および変形を行ってよいことは、当業者にとって明らかである。

一般に、本発明は、オーバレイのアライメント誤差を決定する際に利用されるスキャトロメトリターゲットおよび方法を含む。

本発明の態様は、最適なスキャトロメトリオーバレイ（ＳＣＯＬ）ターゲットの設計を可能にする。ＳＣＯＬターゲットは、一般に、２セットの４つのセル（各方向に対して１セット）からなる。各セルは、一般に２つの重なった層に設置された２つの重なった回折格子を含む。各セットの設計（例えば、ピッチおよび回折格子の構成）は、各セルの最上部の回折格子と最下部の回折格子との間の意図的なオフセット以外は同一である４つのセルを含む。

一様なピッチのターゲットを用いるＳＣＯＬの原理の基本的な説明を以下で簡単に行う。１セットになった４またはそれ以上のスキャトロメトリオーバレイターゲットが、サンプル（半導体デバイスなど）上に形成される。特定の実装では、ターゲットは、デバイスが備えた様々な構造の配置の精度の測定を行うために利用される。一般に、配置の精度は、半導体デバイスの２つの異なる層の間のオーバレイ誤差の測定によって特徴付けられる。

簡単な一例では、１セットになった４つのターゲットが準備され、各ターゲットは、互いにオフセットされた２セットの構造を２つの異なる層の上に備える。それらの構造は、オーバレイアライメントを決定するために利用可能な回折格子を規定している。具体的な実装では、オフセットは、２つの別個の距離の和または差として定義されてよい。２つの距離とは、第１の距離Ｆおよび第２の距離ｆ0であり、Ｆは、ｆ0よりも大きい。４つのターゲットを、「ターゲットＡ」、「ターゲットＢ」、「ターゲットＣ」、および、「ターゲットＤ」とすると、各ターゲットに対応する所定のオフセットは、ターゲット設計の一例について、以下のように定義されてよい：
Ｘａ＝＋Ｆ＋ｆ0（ターゲットＡ）、
Ｘｂ＝−Ｆ＋ｆ0（ターゲットＢ）、
Ｘｃ＝＋Ｆ−ｆ0（ターゲットＣ）、および
Ｘｄ＝−Ｆ−ｆ0（ターゲットＤ）。

オフセットＸａないしＸｄは、オーバレイを判定する本発明の技術を実施するのに適切な任意の値であってよい。一例として、図１は、オフセットＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄの分布をｘ軸に沿って示している。図に示すように、オフセットＸａおよびＸｃは共に正の値であり、Ｘａの方がＸｃよりも大きい。オフセットＸｂおよびＸｄは共に負の値であり、Ｘｄの方がＸｂよりも小さい。

ターゲットの数と、それらに対応するオフセットの大きさおよび方向は、オーバレイ誤差を決定するために本発明の技術を実施できるような任意の適切な方法で選択されてよい。図示した例のターゲットのセットと、それらに対応するオフセットについて、図２（ａ）ないし２（ｆ）を参照して、以下で説明する。

図２（ａ）は、最下層Ｌ１のパターニングされた回折格子からのオフセットＦを有する最上層Ｌ２のパターニングされた回折格子の一例を示す側断面図である。各層Ｌ１およびＬ２は、１セットの構造にパターン化される。それらの構造は、配線、トレンチ、または、コンタクトなど、任意の適切なフィーチャを含んでよい。それらの構造は、半導体デバイスのフィーチャと同様なものが設計されてよい。また、それらの構造は、異なるフィーチャの組み合わせから形成されてよい。一般に、これらの構造は、回折格子として構成されている。さらに、それらの構造は、例えば、サンプルの最上層の上、サンプルの任意の層内、または、部分的もしくは完全にサンプルの層内に配置するなど、サンプルの任意の層に配置されてよい。図２（ａ）に図示した実施形態では、層Ｌ１は、完成した構造２０４ａ−ｃを備えており、層Ｌ２は、完成した構造２０２ａ−ｃを備えている。スキャトロメトリオーバレイターゲット構造の構成と、それらの形成方法については、Ａｂｄｕｌｈａｌｉｍ ｅｔ ａｌ．によって２００１年４月１０日に出願された米国特許出願第０９／８３３，０８４号「ＰＥＲＩＯＤＩＣ ＰＡＴＴＥＲＮＳ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＴＯ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＩＳＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」に記載されており、この出願は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。

図に示すように、最上層Ｌ２の構造は、最下層Ｌ１の構造から量Ｆだけオフセットされている。２つのオフセット層の構造は、隣接する層内に配置されてもよいし、２つのオフセット層の間に配置された任意の適切な数および種類の層を有してもよい。図２（ａ）は、さらに、パターニングされた層Ｌ１およびＬ２の間の３つの膜Ｔ１、Ｔ２、および、Ｔ３と、それらに対応する構造とを示している。任意の他の層が、構造を有する２つの層の間に存在する限りは、これら他の層は、少なくとも、電磁放射に対する最低限の伝達を示し、構造を有する層間の放射線の伝搬を可能にする。

図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆだけオフセットされた様子を示す側面図である。図２（ｃ）は、本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量＋Ｆ＋ｆ0だけオフセットされた様子を示す側面図である。図２（ｄ）は、本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆ＋ｆ0だけオフセットされた様子を示す側面図である。図２（ｅ）は、本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量＋Ｆ＋ｆ0＋Ｅだけオフセットされた様子を示す側面図である。図２（ｆ）は、本発明の一実施形態に従って、パターニングされた最上層Ｌ２が、パターニングされた最下層Ｌ１から量−Ｆ＋ｆ0＋Ｅだけオフセットされた様子を示す側面図である。

一般に、オフセットＸａないしＸｄなど、２つのパターニングされた層の間でオフセットを有する４以上のターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄから測定されたスペクトルを少なくとも解析することにより、誤差オフセットＥを決定してよい。この解析は、それらのスペクトルを既知すなわち基準スペクトルと比較することなしに、すなわち、キャリブレーションなしに、実行することが可能である。

一方法では、上述のように、４つのターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄは、オフセットＸａないしＸｄを有するよう設計される。すなわち、ターゲットＡはオフセット＋Ｆ＋ｆ0、ターゲットＢはオフセット−Ｆ＋ｆ0、ターゲットＣはオフセット＋Ｆ−ｆ0、ターゲットＤはオフセット−Ｆ−ｆ0を有するよう、それぞれ設計されている。

４つのターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄの各々に対して、入射する放射線ビームを向けて、４つのターゲットからのスペクトルＳA、ＳB、ＳC、および、ＳDを生成する。オーバレイを判定するためのスキャトロメトリ信号を測定するための光学系および方法の例は、（１）Ｌａｋｋａｐｒａｇａｔａ、Ｓｕｒｅｓｈ、ｅｔ ａｌ．によって２００１年５月４日に出願された米国特許出願第０９／８４９，６２２号「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＵＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＯＮＴＲＯＬ」、および、（２）Ａｂｄｕｌｈａｌｉｍ、ｅｔ ａｌ．によって２００１年４月１０日に出願された米国特許出願第０９／８３３，０８４号「ＰＥＲＩＯＤＩＣ ＰＡＴＴＥＲＮＳ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＴＯ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＩＳＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」に記載されている。これらの出願は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。このセル構成は、図１に図示されている。オーバレイ誤差を測定するために、スペクトルが、収集、測定、処理、および、比較されてよい。多くの方法を用いることができるが、１つの特定の方法が、Ｗａｌｔｅｒ Ｄ． Ｍｉｅｈｅｒ ｅｔ ａｌ．によって２００４年２月２３日に出願された米国特許公開Ｎｏ．ＵＳ ２００４／０２３３４４１、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＯＶＥＲＬＡＹ ＥＲＲＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＣＡＴＴＥＲＯＭＥＴＲＹ」で詳細に記載されており、その出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

本発明の態様を用いれば、上述のＳＣＯＬターゲットの設計を改良することができる。本発明の実施形態は、ターゲット内のセルの数と、それぞれのセルのオフセットとを最適化するために用いられてよい。本発明の別の実施形態は、ピッチが同一ではない上側の回折格子と下側の回折格子との間の関係を特徴付けるピッチの関係の範囲を規定するために用いられてよい。さらに、異なるピッチを有する所与の一対の層について、回折格子の間の意図的なオフセットの値（Ｆ，ｆ0）を決定することができる。また、ＳＣＯＬを用いて得られたオーバレイ測定値における特有の曖昧性を低減するために、追加の要素を用いて、ターゲットを改善することができる。

従来、典型的なＳＣＯＬターゲットは、上側および下側の回折格子の両方に同じピッチを用いていた、すなわち、上側および下側の回折格子のピッチが同一であった。以下の開示では、本発明の原理に従った利用に非常に適したいくつかの実装パラメータを具体的に特定する。

ターゲット配列の改善:
発明者は、ＳＣＯＬオーバレイ測定値を取得するための改良方法を意図している。

多くの外部の問題が、ＳＣＯＬターゲットの設計に影響しうる。例えば、リソグラフィおよびその他の半導体処理ならびに構造によってもたらされる制約が、上側および下側の回折格子のピッチが同じであることを許容するとは限らない。この問題が生じる一般的な状況の一例としては、基板が、ターゲットの近くに配置されたデバイスピッチを備え、ターゲットのピッチに近いピッチを有する状況が挙げられる。

本発明の実施形態は、特別に構築されたターゲットセルを利用するよう構成された方法およびターゲット配列を含む。かかるセルは、セルの異なる層に配列されたアライメントフィーチャを有する。特に、アライメントフィーチャは、２つの層の繰り返しフィーチャのピッチが異なるように構築された一連の周期的な繰り返し構造内に具現化される。本発明の一部の態様は、セルの層間における１セットの許容可能なピッチの関係を規定し、かかるセルについて、対応するオフセットを決定することを目的とする。一実施形態において、本発明は、１セットの許容されたピッチの関係と、そのピッチの関係に対応する最適なオフセットとを確立する。

以下の段落では、本発明を実施するためのいくつかの詳細な実施形態について説明する。一実施形態（４つのターゲットセルを２セット、すなわち、８つのターゲットセルを含みうる）では、所与のピッチ（ｐ）（ターゲットセルの空間周期とも呼ぶ）についてターゲットの４つのセル各々に対して望ましいオフセットの特に適切な組みは、以下のようになる：ピッチ（ｐ）について、適切なオフセットは、ｐ／４＋ｆ0、−ｐ／４＋ｆ0、ｐ／４−ｆ0、および、−ｐ／４−ｆ0であり、ここで、ｆ0は、０＜ｆ0＜ｐ／４の範囲の自由パラメータである。図３（ａ）および３（ｂ）は、本発明の一部の実施形態での利用に適した一対の４セルターゲット配列の例を示す簡略な説明図である。

別の実施形態では、図８に示すように、対になった６ターゲットセルのセット（すなわち、１２個のターゲットセル）が用いられる。かかる実施形態について、所与のピッチ（ｐ）についての所望のオフセットの適切なセットは、６つのセル各々に対して、５ｐ／１２、−ｐ／１２、ｐ／４、−ｐ／４、ｐ／１２、および、−５ｐ／１２である。発明者は、かかるターゲットには、自由パラメータが必要ないことを指摘している。図８は、本発明の一部の実施形態での利用に適した６セルターゲット配列を示す簡略な説明図である。１セットの６つのセルが、ターゲットの各直交軸に配列されている。ターゲットセルの層が、フィーチャの２層の各々について異なるピッチを有する別の実施形態では、他のオフセット値が一般に用いられる。

ＳＣＯＬ信号の周期性のために、所与のオーバレイ技術によって生成される結果の信号は、いくぶん曖昧になる（すなわち、選択されたセットの位相シフトパターンが、互いに同一に見えることがある）。これは、ＳＣＯＬ信号を、一般に、ｐ／２の整数倍まで決定できることを意味する。多くの場合、これは、深刻な問題にはなりえない。しかしながら、多くの他の場合では、この曖昧性は、不十分な精度のオーバレイ推定値を引き起こす或る程度の不確実性を引き起こす。かかる場合には、信号の曖昧性は許容できない。

したがって、さらなる実施形態では、信号の曖昧性の性質を解決するための方法および構造が提供されている。一実施形態では、この曖昧性は、オーバレイオフセットの大まかな測定値を取得するために利用可能な箱状の構造（（ＢｉＢ）すなわちボックス・イン・ボックス構造とも呼ばれる）を追加することによって解決される。かかる測定値は、上述の周期的な測定値ほど精度は高くないが、一般に、上述の方法におけるＰ／２の曖昧性を解決するのに十分な精度を有する。本発明の一部の実施形態は、箱状の構造のための特定の設計を用いて、かかる曖昧性の解決を可能にする。

オーバレイ誤差を決定するための処理の概要:
以下では、本発明の原理に従ってオーバレイアライメント誤差を決定するための一実施形態について、概略を簡単に説明する。

図２（ｇ）に示した簡略なフローチャート２５０を参照しつつ、サンプルの層間のオーバレイ誤差を決定するための方法について、以下で説明する。複数の層を上に形成された基板が準備される（工程２５２）。かかる基板は、当業者にとって周知であり利用されているタイプのものである。この実施形態の基板は、その上にターゲット配列が形成されている。ターゲット配列は、複数のターゲットセルを備えており、それらのターゲットセルは、各セルが、１セットの周期的なフィーチャを備えた第１および第２の層を有するよう構成されており、それら周期的なフィーチャは、第１の層の周期的なフィーチャが第２の層の周期的なフィーチャと異なるピッチを有するように構成されている。ターゲットセルの層は、一般に、基板の層と関連している。

ターゲットセルは、ターゲットセルの各々についてのスペクトルを取得するために、光源によって照明される（工程２５４）。このようにターゲットセルを照明することで、どのターゲットセルが照明されているか、および、層における任意のずれの程度、に依存して決まる、異なる複数のスペクトルが生成される。スペクトルは、センサによって受信され、次いで、センサは、関連する信号を供給する。これらの信号は、プロセッサを用いて処理され、第１の層と第２の層との間の任意のオーバレイ誤差が、各ターゲットセルについて取得されたスペクトルから得られた情報を用いて決定される（工程２５６）。

一部の実施形態については、これで処理が終了する。これまでの工程５４２ないし２５６の性質と、取得された信号の周期性とによって、或る程度の曖昧性が結果に含まれ、オーバレイ誤差の程度にいくらかの不確定性が生じる場合がある。以下の随意的な処理工程を用いると、結果として生じる曖昧性を解消することが可能であり、一部の実施形態では、これが、所望の結果となりうる。

かかる実施形態では、工程２５２は、ターゲットセルの間に配置された曖昧性除去用フィーチャをさらに備えるターゲット配列を準備することを含み、曖昧性除去用フィーチャは、周期信号の生成によって引き起こされる信号の曖昧性を解決することを可能にするよう構成されている。曖昧性除去用のフィーチャだけで得られる精度は、上述のターゲットセル内で得られる精度よりもかなり低いが、一般に、ターゲットセルに特有の周期的な曖昧性を解決するのに十分である。

工程２５８は、光源によって曖昧性除去用フィーチャを照明して、曖昧性除去用フィーチャに関連する信号を取得することを含む。一般に、この信号は、画像信号である。工程２５９では、曖昧性除去用の信号を比較することによって曖昧性を解決し、オーバレイ誤差の程度を決定する。一例では、曖昧性除去用フィーチャを画像化し、フィーチャとして取得された測定値を、対称軸の周りで回転させ、オーバレイ誤差の概算の推定値を決定することができる。

以下の段落では、上の説明について、いくつかの具体的な態様を詳細に説明する。

２つの異なる値のピッチを有するＳＣＯＬターゲット:
本発明の実施形態は、上側および下側の回折格子に対して、異なる回折格子ピッチを有するＳＣＯＬターゲットを備えてよい。下側および上側の回折格子のピッチのための異なる回折格子ピッチの値を、それぞれ、ｐ1およびｐ2とすることができる。ピッチの値の間の関係は、結果としてのスキャトロメトリ信号が、オーバレイの関数として周期的なままであるように選択される。

一実施形態では、かかる周期関数は、それぞれの層のピッチ間に具体的な所定の関係がある場合に取得可能である。この関係は、以下の条件によって満たされることが可能である：ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2、ここで、関係ｐ1／ｐ2は、有理数である。かかる場合、「ｎx」の値は、整数値として選択される（例えば、ナノメートルの単位で、ｐ1およびｐ2が、整数として与えられる一実施形態の例など）。したがって、ｎ1およびｎ2は両方とも、整数値である。さらに、「ｎx」の値は、関係ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2を満たすように選択される。

換言すると、関係ｐ1／ｐ2＝ｎ2／ｎ1が、有理数になるように選択される。一実施形態では、ｎ1およびｎ2は、関係Ｐ＝ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2を満たす「最小の整数」として選択される。ここで、Ｐは、２つの回折格子（または、２つの回折格子に関連するセル）を組み合わせた構造の「空間周期」（セルの周期とも呼ぶ）として定義される。

一般に、任意のスキャトロメトリ信号の周期は、２つの回折格子を組み合わせた構造の「空間周期」Ｐと等しくない。

以下の例は、ｐを決定する方法を示している。まず、ピッチの値（例えば、ｐ1、ｐ2）から始める。下側の回折格子は、２００ｎｍ（ナノメートル）のピッチを有し、上側の回折格子は、３００ｎｍのピッチを有する。条件ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2を満たすためには、以下が成り立つ。ｐ1＝２００ｎｍ、および、ｐ2＝３００ｎｍである場合、ｎ1は３に等しく、ｎ2は２に等しいことが可能であり、それにより条件が満たされる。また、空間周期Ｐを定義する以下の条件Ｐ＝ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2が満たされる。したがって、ターゲット（または、セル）の空間周期Ｐは、６００ｎｍである。さらに、ｐ1およびｐ2の最大公約数（ＧＣＤ）は、１００ｎｍである（１００は、２００および３００の最大公約数である）。一般に、このＧＣＤは、信号ｐの周期を１００ｎｍと規定する。

したがって、上の段落［００２０］および［００４７］の情報を用いて、ターゲットの４つのセルの意図的なオフセットの最適値は、ｐ／４＋ｆ0、−ｐ／４＋ｆ0、ｐ／４−ｆ0、および、−ｐ／４−ｆ0である。ここで、ｐ＝ＧＣＤ（ｐ１，ｐ２）であり、ｆ0は、ｐ／４よりも小さい。上の例では、ｐ＝（ＧＣＤ）＝１００ｎｍである。したがって、ｐ／４＝２５ｎｍであり、ｆ0は、２５ｎｍよりも小さい値として選択される。これは、基板の異なる層に配列された２つの層の周期的なフィーチャ２６１および２６２を示す図２（ｈ）の簡略な図に示されている。第１の層の周期的なフィーチャ２６１のフィーチャ間の間隔は、第１の層のためのピッチｐ1を規定する。同様に、第２の層の周期的なフィーチャ２６２のフィーチャ間の間隔は、ターゲット上の第２の層のためのピッチｐ2を規定する。この図では、第１の層のピッチｐ1は、第２の層のピッチｐ2よりも大きい。さらに、オフセットの要素Ｆが図示されている。この値Ｆは、例えば、第１の層のフィーチャの中心線から第２の層のフィーチャの中心線までとして計測される。さらに、オフセットの別の要素ｆ0が、Ｆに足される（または、Ｆから引かれる）様子が図示されている。本発明のオフセットは、上述の（＋Ｆ＋ｆ0、＋Ｆ−ｆ0、−Ｆ＋ｆ0、−Ｆ−ｆ0）として決定され、ターゲット配列を規定する１セットのセルを規定するために用いられる。一般に、これは、配列当たり８つのセル、すなわち、（互いに垂直な）各方向について４つずつのセル、が設けられることを意味する。

この方法の効果は、十分に大きいセルサイズを有する実施形態で強化される。セルの空間周期Ｐは、ここで、或る役割を果たす。さらに、多数の空間周期Ｐが、ターゲットに向けられる照明スポットに含まれることが好ましい。好ましい実施形態では、約１５Ｐ以上のセルサイズが、一般的に好ましい。かかるセルサイズを用いて、有限サイズ効果と低い再現性とを回避することができる。別の実施形態では、各セルは、少なくとも２０Ｐの幅である（ここでの「幅」とは、セルを形成するフィーチャの長さに直交する方向の幅を意味する）。

フローチャート（図２（ｇ））の工程２５２を参照すると、本発明の一実施形態に従って、オーバレイを決定するための方法の実施形態は、以下を含みうる。第１のセットのターゲットセルは、オフセットＸaないしＸdを有するよう設計されたターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄを含む。ターゲットのオフセットは、各ターゲットについて、Ｘa＝ｐ／４＋ｆ0、Ｘb＝−ｐ／４＋ｆ0、Ｘc＝ｐ／４−ｆ0、および、Ｘd＝−ｐ／４−ｆ0、である。ここで、結果としてのターゲット信号に対する空間周期の値（Ｓｐ）＝ｐ＝ＧＣＤ（ｐ1，ｐ2）であり、ｆ0は、ｐ／４よりも小さい。

工程２５４において、４つのターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄの各々に対して、入射する放射線ビームを向けて、測定可能な４つのターゲットからの４つのスペクトルＳA、ＳB、ＳC、および、ＳDを生成する。スペクトル生成動作は、測定システムの能力に応じて、順次もしくは同時に実行されてよい。入射ビームは、レーザや広帯域放射など、任意の適切な形態の電磁放射であってよい。オーバレイを決定するための散乱測定信号を測定する光学系および方法の例は、（１）Ｌａｋｋａｐｒａｇａｔａ、Ｓｕｒｅｓｈ、ｅｔ ａｌ．によって２００１年５月４日に出願された米国特許出願第０９／８４９，６２２号「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＵＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＯＮＴＲＯＬ」、および、（２）Ａｂｄｕｌｈａｌｉｍ、ｅｔ ａｌ．によって２００１年４月１０日に出願された米国特許出願第０９／８３３，０８４号「ＰＥＲＩＯＤＩＣ ＰＡＴＴＥＲＮＳ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＴＯ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＩＳＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」に記載されている。これらの出願は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。

適切な測定システム、および、オーバレイ誤差を決定するためのそれらの利用の多くの実施形態についても、上述の組み込まれた出願に詳述されている。しかし、手短に述べれば、スペクトルは、オーバレイ誤差情報を取得するために、測定および処理される（工程２５６）。発明者は、本発明の様々な実施形態において、スペクトルＳA、ＳB、ＳC、および、ＳD（並びに、存在しうる任意のさらなるスペクトル）が、ｔａｎ（Ψ）、ｃｏｓ（Δ）、Ｒｓ、Ｒｐ、Ｒ、α（分光偏光解析の「アルファ」信号）、β（分光偏光解析の「ベータ」信号）、（（Ｒｓ−Ｒｐ）／（Ｒｓ＋Ｒｐ））など、任意の種類の分光偏光解析または反射率測定の信号を含みうることを想定している。

次いで、スペクトルＳB（−ｐ／４＋ｆ0）をスペクトルＳA（＋ｐ／４＋ｆ0）から引き、スペクトルＳD（−ｐ／４−ｆ0）をスペクトルＳC（＋ｐ／４−ｆ0）から引いて、２つの関連する差分スペクトルＤ1およびＤ2を形成してよい。次に、差分スペクトルＤ1から差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1が取得され、差分スペクトルＤ2から差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ2が取得される。差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2は、一般に、取得された差分スペクトルＤ1およびＤ2の任意の適切な比較可能な特徴から取得される。差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2はそれぞれ、単に、特定の波長における各差分スペクトルＤ1またはＤ2上の点であってもよい。他の例としては、差分スペクトルＰｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2は、差分信号の積分または平均の結果であってもよいし、ＳＥアルファ信号の平均に等しくてもよいし、オーバレイに対する計器の感度、ノイズまたは信号の感度を示す加重平均に等しくてもよいし、もしくは、多くの他のパラメータであってもよい。当業者に周知のように、多くの様々な方法を用いて、比較スペクトルを取得および処理することができる。

差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2が取得された後、オーバレイ誤差の大きさおよび方向を、差分スペクトルＰｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2から直接的に算出することができる。一実施形態では、差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2に基づいて、線形近似を実行することで、オーバレイ誤差Ｅを決定し、別の技術では、差分スペクトル特性Ｐｒｏｐ1およびＰｒｏｐ2を用いて、オーバレイ誤差Ｅの決定に用いられる正弦波関数などの周期関数を近似することができる。例えば、線形回帰技術が利用可能である。別の例では、オーバレイの結果は、複数の波長または複数の波長帯の特性から取得されたオーバレイの結果の統計的計算（例えば、平均または加重平均）によって取得されてよい。

オーバレイアライメントにおける誤差Ｅを決定するための多くの適切な処理については、本明細書に組み込まれた参照および関連の出願に詳述されているため、ここでは説明を省略する。ターゲットは、２以上の層に少なくとも部分的に配置された構造のオーバレイを決定するために用いられてよいが、実質的に単一の層に配置された構造のオーバレイを決定するために用いられてもよい。

図２（ｇ）（例えば、２５８、２５９）で示したような、信号の曖昧性を解決するために用いられるさらなる随意的なフィーチャについて、以下の段落で説明する。

ＳＣＯＬの曖昧性の問題:
上述したような技術は、オーバレイ誤差の決定に有用であり、正確である。しかしながら、簡単に上述したように、ＳＣＯＬ信号の周期性は、一般に、オーバレイにおけるｎ・ｐ／２の曖昧性につながる。ここで、ｎは、整数値を有する。発明者は、ＳＣＯＬターゲットを改善するために曖昧性除去用フィーチャを追加することによって、この問題に対処する。かかる曖昧性除去用フィーチャは、オーバレイオフセットの粗測定を可能にする。かかる粗測定は、２つの層に曖昧性除去用ターゲット構造を追加し、例えば、ボックス・イン・ボックス型のアルゴリズムを用いることによって実現され、オーバレイ誤差の粗測定値を生成することで、セルの測定値における曖昧性を解消する。

したがって、かかる追加のフィーチャは、ターゲット配列に曖昧性除去の性質を提供する。一般に、これらの曖昧性除去用フィーチャは、粗い配列を提供し、ターゲットの対称軸に関して対称的に配列されるだけでよい（対称という用語により、発明者は、ターゲットが１８０°回転された時に、対称的であることを意味している）。一実施形態では、追加のターゲット構造は、大きい「バー」形状の構造であってよい。そのバーは、隆起構造またはトレンチを含んでよい。大きくて画像化可能であれば任意の構造であってよい。この目的で利用可能な構造の２つの例が、図３（ａ）および３（ｂ）のターゲット配列に示されている。

図３（ａ）は、それぞれ４つのセルを含む２つのセルセット３１０および３２０を有するターゲット３００を示している（セルセットのセルは、それぞれ、３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄと、３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄである）。もちろん、各セット（例えば、３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、および、３１１ｄ）のフィーチャは、他方のセット（例えば、３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、および、３２１ｄ）のフィーチャに対して垂直であることに注意されたい。各セルは、正方形として図示されているが、この通りである必要はない。また、図に示すように、各セットのセルは、互いに隣り合うものでグループ化されている。発明者は、この通りである必要はないと指摘する。セルは、上述のようなサイズを有する。この例では、セル３１１ｂは、フィーチャが伸びる方向と垂直な方向に、約２０Ｐ伸びている。

ターゲットセル（例えば、３１１ｂ）を照明することによって取得された周期的なスペクトル信号における曖昧性を解決するために、１セットの曖昧性除去用フィーチャが、ターゲットに追加される。曖昧性除去用フィーチャは、対称軸３０１に関して対称的に配列された１セットの粗いオーバレイ・フィーチャを含んでよい。粗いオーバレイ「バー」の第１のセット３３０は、一方の層に配列され（例えば、セルの下側フィーチャと同じ層）、粗いオーバレイ「バー」の第２のセット３３２は、他方の層に配列される。かかる構造は、装置で用いられる撮像システムで光学的に解像できるようなサイズを有することが好ましい。すなわち、フィーチャが、一般的な撮像システムで光学的に解像可能であるのに十分な大きさを有することにより、該当箇所への簡単かつ効率的な誘導（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）が可能になる（本発明のＳＣＯＬシステムに、適切な誘導光学系の一例を備えてよい）。また、本発明の原理に従ってなされるオーバレイ粗測定は、一般に、ｐ／４（ここで、そのセルについて、ｐ＝ＧＣＤ（ｐ１，ｐ２））、または、一部の例ではｐ／１２ほどの精度を有する必要はなく、それよりもやや小さくてよい。一般に、これは、オーバレイ粗測定は、約１０ないし２０ナノメートル程度の精度であれば、セルによって引き起こされる曖昧性を解決するのに必要な精度を満たすことができることを意味する。バー（３３０および３３２）は、一般に、利用可能なスペースに収まるサイズを有し、そこに配置される。図の実施例においては、バーは、セルの間と、ターゲットの外縁とに配置されている。かかる配置は、都合がよく、さらなる空間を浪費することがない。上述のように、バーのサイズについての唯一の条件は、測定を行う撮像システムで光学的に解像可能であるのに十分大きいことである。約０．５μ（ミクロン）ないし約１μ程度のバーであれば、本発明の目的に容易に適合する。ただし、発明者は、その範囲よりも大きいまたは小さいバーのサイズも想定している。

図３（ｂ）は、４つのセル（３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５１ｄ、および、３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃ、３６１ｄ）をそれぞれ含む２つのセルセット３５０および３６０を有する別のターゲット３４０の実施形態を示す図である。上述のように、各セルセットのフィーチャは、他方のセルセットのフィーチャに対して垂直になっている。ここでも、１セットの曖昧性除去用フィーチャが、ターゲットに追加されている。上述のように、曖昧性除去用フィーチャは、対称軸３４１に関して対称的に配列された粗いオーバレイ・フィーチャを含んでよい。図に示すように、第１のセット３７０ａおよび３７０ｂの粗いオーバレイ「バー」が、一方の層に配列されている。また、第２のセット３７２の粗いオーバレイ「バー」が、他方の層に配列されている。この実施形態では、第２のセットの粗いオーバレイ３７２は、ターゲットのセルを二分する１つのバーを備えた「ドミノ」型の構成になっている。上述のように、曖昧性除去用フィーチャは、利用される撮像システムで光学的に解像できるようなサイズを有することが好ましい。バーは、一般に、図３（ｂ）で説明したようなサイズを有する。

図４では、ターゲット３４０の一方の一部分３７３の簡単な断面図を示している。図４は、３６１ｄの下側層の一部を含めて、フィーチャと、周期的なフィーチャ４０１のピッチｐ2とを図示している。図４は、さらに、３６１ｄの上側層の一部を含めて、フィーチャと、フィーチャ４０２のピッチｐ1とを図示している。また、粗い曖昧性除去用フィーチャ（バー）３７２の一部が、この図では、上側層に図示されている。

図５は、粗い曖昧性除去用フィーチャでＳＣＯＬ測定値の曖昧性を除去するために用いられる一実施形態の簡略図である。図５は、上述の実施形態で説明したように配列された複数セットのターゲットセル５０１を有するターゲット５００の実施形態を示している。１セットの曖昧性除去用フィーチャ（５１０、５２０）が、ターゲットに追加されている。ここでは、曖昧性除去用フィーチャの各々は、対称中心５０２に関して対称的に配列された粗いオーバレイ・フィーチャを備える。この場合、かかる対称とは、曖昧性除去用フィーチャが、対称中心５０２に関して１８０°回転された時に、同じパターンおよび方向性を維持できることを意味する。図に示すように、第１のセットの粗いオーバレイ「バー」５１０が、一方の層に配列されている。また、第２のセットの粗いオーバレイ「バー」５２０が、別の層に配列されている。

以下では、粗いオーバレイを用いて、Ｘ方向の測定値を取得する一例について説明する。撮像ツールを用いて、粗いオーバレイ「バー」５１０および５２０が、センサ（例えば、ＣＣＤアレイ）によって撮像される。対象領域（ＲＯＩ）が、２つの層に対して規定されている。２つのＲＯＩは、オーバレイ「バー」５１０および５２０の部分に対応している。例えば、ＲＯＩ（点線で示されている）５２１は、第２のセット５２０の粗いオーバレイ「バー」に対応する。別のＲＯＩ（一点鎖線で示されている）５１１は、第１のセット５１０の粗いオーバレイ「バー」の左側部分に対応している。一方、ＲＯＩ（一点鎖線で示されている）５１２は、第１のセット５１０の粗いオーバレイ「バー」の右側部分に対応している。バーは、検査ツールによって照明され、散乱光信号が、センサで受信される。次いで、受信された信号は、各ＲＯＩについて処理される。例えば、それらの信号は、ＣＣＤセンサによって受信されてよく、その後、各ＣＣＤピクセルが、各ＲＯＩについて加算演算（射影演算）で処理されることで、各ＲＯＩについての一次元測定値が取得される。これにより、３つの一次元射影信号（それぞれ、ＲＯＩ ５１１、５１２、および、５２１に対応する）が得られる。

射影信号は、各層の粗いオーバレイ・バーの各セットの対称中心の位置を求めるために用いられる。粗いオーバレイ・バー５１０の外側部分の対称中心は、外側のＲＯＩ（５１１、５１２）から得られた射影信号から求められ、内側の粗いオーバレイ・バー５２０の対称中心は、内側のＲＯＩ ５２１から得られた射影信号から求められる。取得された信号に基づいて対称中心を求めるために、当業者に周知の一般に利用されるアルゴリズムを利用することができる。一実施形態では、信号は、標準的な相関アルゴリズムを用いて処理される。例えば、内側の粗いオーバレイ・バー５２０と、外側の粗いオーバレイ・バー５１０とについて決定された対称中心の間の距離を比較することにより、２つの層間のアライメントの程度を決定できる。

上述の実施形態では、粗いオーバレイ構造と、隣接した構造（特に、隣接するセルと、基板上に形成されうる隣接した周期的なデバイス構造）との間に、或る程度の光学的クロストークが存在する。これらの周期的な構造の存在は、これらの信号の測定に強く影響し、特に、オーバレイ粗測定の精度に予測不能な影響を与えうる。以下の段落では、この現象による影響の少ない別の方法について説明する。

上述の実施形態は、多くの用途に適しているが、それらの実施形態で起こりうる制限の一部および誤差の原因に対処する別の方法が用いられてもよい。例えば、上述の方法では、実施の際に、受信される信号について確実に完全な対称性を仮定している。例えば、図の動作では、第１のセット５１０の粗いオーバレイ・バーは、一般に、ターゲットのＹ軸に関して反射された際に対称な信号を生成すると仮定される。この信号における任意の非対称性は、オーバレイ粗測定値にバイアスを掛ける。かかる非対称性の主な原因は、バー５１０と、その周囲環境との光学的相互作用である。ＳＣＯＬターゲットの例では、周囲環境は、バーの右側および左側に配置された回折格子を含み、それらは、互いに異なっている。さらに、半導体パターン自体（ターゲットの周りに形成される）が、正確に補償することの困難な対称性のバイアスを引き起こす。

かかる信号の曖昧性を低減するために、標準的なオーバレイアルゴリズムを用いることができるが、発明者は、以下で説明するさらなる実施形態のフィーチャを用いると、さらなる精度を得ることができると考える。上述の方法は、粗いオーバレイ構造の各々の対称中心を、それらの短辺に沿って求めることを含む。

しかしながら、これらの実装を超えて、発明者は、測定の明確さを増大できるさらなる実施形態を構成した。

ここでも、これらの構造（バー）の各々の環境は、両側で異なっているため、その対称中心は、何ナノメートルものバイアスを掛けられうる。例えば、オーバレイ・ターゲットの２つのセルの間のバーは、それら２つのセルに近接していることによって引き起こされるクロストークの影響を受ける。２つのセルは、異なっている（異なるオフセットを有する）ため、バーに対するそれらの非対称的なクロストークが、バーの対称中心をシフトするように、信号に影響を与えうる。一方法では、粗いオーバレイ構造と、それらの周囲の物との距離を、数ミクロン長くすることによって、この問題を回避することができる。しかしながら、この解決法では、ターゲットのサイズがかなり増大するという欠点がある。半導体ダイにおけるスペースが非常に重要であることを考えると、これは、その問題の好ましい解決法ではない。

発明者は、粗いオーバレイ構造の対称中心を、それらの短辺と同様に長辺に沿っても求めることが可能であり有利であると、断定している。これにより、短辺での測定値から９０°の方向で、これらの測定値を決定できるようになる。これにより、ターゲットのサイズをほとんど増大させずに、隣接する周期的なフィーチャからのクロストークを低減する機会が与えられる。

図６を参照して、発明者は、さらなるスペースを犠牲にすることなく、隣接するフィーチャからのクロストークの低減を実現できるターゲットの一実施形態６００を説明する。図に示すように、第１のセットの粗いオーバレイ「バー」６０１が、一方の層に配列されている。また、第２のセットの粗いオーバレイ「バー」６０２が、他方の層に配列されている。この実施形態では、粗いオーバレイ・バーは、上述のものよりも小さい（短い）。特に、バーのすべての辺が露出することで、各縁部が、画像化されて曖昧性除去に利用されることが可能になっている。

これらの構造は、まだ、ＳＣＯＬセルとのかなりのクロストークを有している。なお悪いことに、このクロストークは、ターゲットの対称中心をシフトしうる程度まで、光信号をひずませる。例えば、水平のバーの対称中心は、ほぼ垂直方向にだけシフトされ、垂直のバーの対称中心は、ほぼ水平方向にだけシフトされる。測定は、水平方向に沿って水平の構造の対称中心、および、垂直方向に沿って垂直方向の対称中心、を求めることからなる。これらの対称中心の位置は、クロストークの影響を大して受けないので、これらの位置のバイアスは小さく、発明者は、かかる測定値が、約１０ないし２０ナノメートル以内までの精度を有し、オーバレイ粗測定で必要な精度を実現するのに十分であることを利用している。

この実施形態では、オーバレイ粗測定は、上述の実施形態で開示されたものと同様に実行される。しかしながら、周囲環境によって引き起こされる非対称性は、かなり低減される。図７は、上述の実施形態で説明したように配列されたターゲットセル（７０１、７０２など）のセルセットを有するターゲット７００の実施形態を示している。曖昧性除去用フィーチャ（７０３、７０６など）は、ターゲットセルの縁部を超えて伸びることがないように短くなっている。複数セットの曖昧性除去用フィーチャが、ターゲットに追加されている。ここで、曖昧性除去用フィーチャは、対称軸７１２に関して対称的に配列された粗いオーバレイ・フィーチャを含む。図に示すように、第１のセット７１０の粗いオーバレイ・バーは、一方の層に配列されている（斜線を引いたボックス７１０で図示されている）。また、第２のセット７１１の粗いオーバレイ・バーは、別の層に配列されている（点を打ったボックス７１１で図示されている）。

以下では、粗いオーバレイを用いて、Ｘ方向の測定値を取得する一例について説明する。撮像ツールを用いて、粗いオーバレイ・バーが、センサによって画像化される。ＲＯＩが２つの層に対して規定されている。例えば、ここでは、ＲＯＩ ７０４ａおよび７０４ｂが、オーバレイ「バー」７０３および７０３’の一部分に対応している（それぞれ、点線７０４ａおよび７０４ｂで示されている）。そして、２つの他のＲＯＩ ７０５ａおよび７０５ｂは、別の層に形成されたさらなるオーバレイ・バー７０６および７０６’の一部分に対応している（それぞれ、鎖線７０５ａおよび７０５ｂで示されている）。上述のように、バーは、検査ツールによって照明され、散乱光信号が、センサで受信される。次いで、受信された信号は、各ＲＯＩについて処理される。例えば、各ＲＯＩに対ついて加算演算（射影演算）を行うことにより、各ＲＯＩ（７０４ａ、７０４ｂ、７０５ａ、７０５ｂ）についての一次元測定値が取得される。この結果、４つの一次元射影信号が生成される。

射影信号は、各層の各セットの粗いオーバレイ・バーの対称中心の位置を求めるために用いられる。粗いオーバレイ・バー７０３、７０３’の対称中心は、ＲＯＩ（７０４ａ、７０４ｂ）から得られた射影信号から求められ、粗いオーバレイ・バー７０６、７０６’の対称中心は、ＲＯＩ（７０５ａ、７０５ｂ）から得られた射影信号から求められる。上述のように、取得された信号に基づいて対称中心を求めるために、当業者に周知の一般に利用されるアルゴリズムを利用することができる。一実施形態では、信号は、標準的な相関アルゴリズムを用いて処理される。各セットの測定値について決定された対称中心の位置を比較することにより、２つの層の間のアライメントの程度を決定できる。

図７に示すように、この精度の改善の理由は、影響を受けるＲＯＩ（この例では、７０３）の近傍の異なる回折格子（例えば、ターゲットセル７０１および７０２）が、ＲＯＩの左右ではなく上下に配置されていることである。回折格子（ターゲットセル）は、Ｘ軸に沿って一様になるよう構成されているため、Ｘ方向に沿った信号の非対称性を含まない。これにより、信号の対称性がかなり改善し、より正確なオーバレイ粗測定値が得られる。

もちろん、同様の考察が、Ｙ方向のオーバレイ粗測定値にも当てはまる。この場合、信号は、垂直方向に投射され、Ｙ座標にのみ依存する一次元信号を生成する。かかる解析および測定では、第１のターゲットにおいて、ＲＯＩの周囲環境は、Ｙ方向の非対称性を引き起こすＲＯＩの上下にある異なる回折格子である。第２のターゲットにおいては、回折格子は、ＲＯＩの左右に配置されるため、その方向に沿った非対称性を引き起こさない。

発明者は、この機会を利用して、本発明の原理に従って利用されるように、多くの他のターゲット配列を構築できることを指摘する。例えば、６セルターゲット（１セットの６つのセル）を用いて、本発明の原理に従った測定を実現してもよい。例えば、図８は、６セルターゲットの簡略な実装例を示す図である。発明者は、２つの４セルターゲットを用いて８セルターゲット配列を形成できるのと同様に、かかる６セルターゲットを、別の６セルターゲットと共に用いて、より大きい１２セルターゲットを形成することができることを指摘する。かかる実装の一実施形態が、図８に示されている。

図８に示した実施形態では、一対の６セルセットが、１２セルのターゲットを形成するよう構成されている。上述の実施形態と同様に、１セットのセルについて、以下で説明する。図８は、６つのセルをそれぞれ含む２セット８１０および８２０を有するターゲット８００を示している（各セルは、それぞれのセットについて、８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄ、８１１ｅ、８１１ｆ、および、８２１ａ、８２１ｂ、８２１ｃ、８２１ｄ、８２１ｅ、８２１ｆである）。８セル配列に関して説明したように、各セットのセルのフィーチャは、他方のセットのセルのフィーチャと垂直になっている（すなわち、セット８１０は、セット８２０と垂直である）。ここでも、１セットの曖昧性除去用フィーチャが、ターゲットに追加されてよい。上述のように、曖昧性除去用フィーチャは、対称軸８３０に関して対称的に配列された粗いオーバレイ・フィーチャを含んでよい。図に示すように、第１のセット８４０ａおよび８４０ｂの粗いオーバレイ「バー」が、一方の層に配列されている。また、第２のセット８５０の粗いオーバレイ「バー」が、他方の層に配列されている。この実施形態では、第２のセットの粗いオーバレイ８５０は、ターゲットのセルを二分する１つのバーを備えた「ドミノ」型の構成になっている。上述のように、曖昧性除去用フィーチャは、利用される撮像システムで光学的に解像できるようなサイズを有することが好ましい。バーは、一般に、本明細書で上述したようなサイズを有する。

図の実施形態は、互いに垂直な向きに配置された２つのセットとして構成された２セットの６つのセルを備えてよく、それらのセルに望ましいオフセットの適切な組は、５ｐ／１２、−ｐ／１２、ｐ／４、−ｐ／４、ｐ／１２、および、−５ｐ／１２、である。上記したように、かかる１２ターゲットレイアウトでは、自由パラメータが必要ない。ターゲットセルの層が、フィーチャの２層の各々について異なるピッチを有する別の実施形態では、他のオフセット値が一般に用いられる。

本発明は、特定の好ましい実施形態およびそれらの具体的な特徴に関して、詳細に図示および説明されている。しかしながら、上述の実施形態は、本発明の原理を説明することを意図したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。したがって、添付の請求項の範囲で規定する本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細事項において、様々な変更および変形を行ってよいことは、当業者にとって明らかである。図示された実施形態に対する別の実施形態および変形例は、当業者にとって明らかであり、添付の請求項の範囲で規定される本発明の主旨および範囲から逸脱することなく実施可能である。特に、本発明の原理に従って構成されたオーバレイ・ターゲットの構築に、多くの異なる配列および構成を確立できることを、発明者は想定している。本明細書では、いくつかの構成しか開示していないが、本明細書の記載事項を用いて、多くの異なるターゲット構成が、特許請求の範囲内で実施可能であることは、当業者にとって明らかである。さらに、請求項において単数で記載している構成要素については、特に言及しない限り、「１つであって１つのみ」ではなく、「１または複数」であること意味するよう意図されている。また、本明細書で例示的に開示された実施形態は、本明細書で具体的に開示されていない任意の構成要素なしに実施されることが可能である。

Claims (26)

1. 基板上のオーバレイアライメントを決定するためのターゲット配列であって、
   少なくとも２つの層を上に形成された基板と、
   前記基板上に形成されたターゲット配列と、
   を備え、
   前記ターゲット配列は、複数の周期的なターゲットセルを備え、各セルは、最下層よりも上に配置された最上層を有するよう構成されており、前記最上層は、周期的なフィーチャを有し、前記最下層は、周期的なフィーチャを有し、前記セルの前記最上層の前記周期的なフィーチャと前記最下層の前記周期的なフィーチャとの間に、所定のオフセットが存在する、
   ターゲット配列。
2. 請求項１に記載のターゲット配列であって、前記ターゲットセルは、前記最上層の前記周期的なフィーチャが、前記最下層の前記周期的なフィーチャと異なるピッチを有するよう構成されており、前記ピッチの間の関係は、前記ターゲットセルが照明源にさらされた時に前記ターゲットについての周期信号を生成するよう構成されている、ターゲット配列。
3. 請求項１に記載のターゲット配列であって、前記ターゲットセルは、前記最上層の前記周期的なフィーチャが、前記最下層の前記周期的なフィーチャと同じピッチを有するよう構成されている、ターゲット配列。
4. 請求項１に記載のターゲット配列であって、さらに、前記照明されたターゲットセルによって生成された前記周期信号におけるアライメントの曖昧性を解決するよう構成された１セットの曖昧性除去用フィーチャを備える、ターゲット配列。
5. 請求項４に記載のターゲット配列であって、各曖昧性除去用フィーチャは、２つの少なくとも２つの直交する縁部を有する、ターゲット配列。
6. 請求項１に記載のターゲット配列であって、前記複数の周期的なターゲットセルは、第１のセットの周期的なターゲットセルを含み、前記第１のセットの周期的なターゲットセルの前記最上層および最下層の前記周期的なフィーチャは、第１の方向に配置されている、ターゲット配列。
7. 請求項６に記載のターゲット配列であって、前記第１のセットの周期的なターゲットセルは、前記ターゲット配列が、第１の方向のオーバレイ誤差を決定することが、前記周期的なフィーチャによって可能になるよう構成されている、ターゲット配列。
8. 請求項６に記載のターゲット配列であって、さらに、前記ターゲットセルの間に配列された曖昧性除去用フィーチャを備え、前記曖昧性除去用フィーチャは、前記ターゲット配列が前記照明源にさらされた時に前記周期信号の前記生成によって引き起こされる信号の曖昧性を解決するよう構成されている、ターゲット配列。
9. 請求項６に記載のターゲット配列であって、前記ターゲットセルの前記最上層の前記周期的なフィーチャは、第１のピッチｐ1と、関連の値ｎ1とを有し、前記最下層の前記周期的なフィーチャは、第２のピッチｐ2と、関連の値ｎ2とを有し、前記ピッチの間の関係は、関係式ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2によって定義され、空間周期（Ｐ）は、関係式ｎ1ｐ1＝ｎ2ｐ2＝Ｐに従って前記ターゲットセルごとに定義され、前記ピッチは、分数ｐ1／ｐ2が有理数であるように選択される、ターゲット配列。
10. 請求項９に記載のターゲット配列であって、前記最下層の前記周期的なフィーチャと、前記最上層の前記周期的なフィーチャとの間の前記所定のオフセットは、ｐ1およびｐ2の前記値の最大公約数に関連する、ターゲット配列。
11. 請求項９に記載のターゲット配列であって、前記ターゲットセルは、前記セルの前記空間周期（Ｐ）の少なくとも１５倍のサイズを有する、ターゲット配列。
12. 請求項６に記載のターゲット配列であって、さらに、
    第２の複数のターゲットセルを有する第２のセットの周期的ターゲットセル
    を備え、
    前記第２のセットの各セルは、周期的なフィーチャを含む２つの層を有し、最上層は最下層よりも上に配列されており、両方の層は、第２の方向に配置された周期的なフィーチャを備えるよう構成され、前記第２のセットの前記最上層および最下層の前記周期的なフィーチャは、互いに異なるピッチを有し、前記ピッチの間の関係は、前記第２のセットが前記照明源にさらされた時に信号を生成するよう構成されている、
    ターゲット配列。
13. 請求項１２に記載のターゲット配列であって、前記第２のセットの周期的なターゲットセルは、前記ターゲット配列が、前記第１の方向に垂直な第２の方向のオーバレイ誤差を決定することが、前記周期的なフィーチャによって可能になるよう構成されている、ターゲット配列。
14. 請求項１２に記載のターゲット配列であって、さらに、
    前記周期的なターゲットセルの間に配列された少なくとも２つの曖昧性除去用フィーチャ
    を備え、
    前記曖昧性除去用フィーチャは、前記ターゲット配列が前記照明源にさらされた時に前記信号の生成によって引き起こされる信号の曖昧性を解決するよう構成されている、
    ターゲット配列。
15. 請求項１４に記載のターゲット配列であって、前記ターゲット配列は、対称中心を有し、前記少なくとも２つの曖昧性除去用フィーチャは、対称軸に関して対称的に１８０°回転されることが可能であるよう構成される、ターゲット配列。
16. 請求項１５に記載のターゲット配列であって、
    前記ターゲット配列の前記第１のセットの周期的なターゲットセルは、４つのターゲットセルの２×２行列の配列で前記基板上に配列され、
    前記ターゲット配列の前記第２のセットの周期的なターゲットセルは、４つのターゲットセルの別の２×２行列の配列で前記基板上に配列されると共に前記第１のセットに隣接するよう配置され、
    前記少なくとも２つの曖昧性除去用フィーチャは、
    第１の曖昧性除去用フィーチャが、前記第１のセットの周期的なフィーチャの前記４つのターゲットセルの間に配列されると共に前記最上層および最下層の一方に存在するよう形成された十字形のフィーチャを含み、
    第２の曖昧性除去用フィーチャが、前記第２のセットの周期的なフィーチャの前記４つのターゲットセルの間に配列されると共に前記第１の曖昧性除去用フィーチャと同じ層に存在するよう形成された十字形のフィーチャを含み、
    第３の曖昧性除去用フィーチャが、前記最上層および最下層の他方に存在するよう形成され、前記ターゲット配列の４辺の周りに伸びて前記第１および第２の曖昧性除去用フィーチャを取り囲む外側部分と、前記第１および第２のセットの曖昧性除去用フィーチャの間を通る内側部分と、を含む、ように構成されている、
    ターゲット配列。
17. 請求項１５に記載のターゲット配列であって、各曖昧性除去用フィーチャは、２つの少なくとも２つの直交する縁部を有する、ターゲット配列。
18. 請求項１７に記載のターゲット配列であって、各曖昧性除去用フィーチャは、２つの隣接するターゲットセルの間のスペースに全体が配置されている、ターゲット配列。
19. 請求項１８に記載のターゲット配列であって、各曖昧性除去用フィーチャは、長方形の形状である、ターゲット配列。
20. 請求項１に記載のターゲット配列であって、前記複数の周期的なターゲットセルは、
    第１のセットの周期的なターゲットセルであって、前記第１のセットの周期的なターゲットセルの最上層および最下層の前記周期的なフィーチャが、第１の構成の方向に配置され、前記ターゲット配列が第１の方向のオーバレイ誤差を決定することを可能にするよう配列されている、第１のセットの周期的なターゲットセルと、
    第２のセットの周期的なターゲットセルであって、前記第２のセットの周期的なターゲットセルの最上層および最下層の前記周期的なフィーチャが、前記第１の構成と垂直な第２の構成の方向に配置され、前記ターゲット配列が前記第１の方向に垂直な第２の方向のオーバレイ誤差を決定することを可能にするよう配列されている、第２のセットの周期的なターゲットセルと、
    前記周期的なターゲットセルの間に配列された曖昧性除去用フィーチャであって、前記ターゲット配列が前記照明源にさらされた時に前記周期信号の前記生成によって引き起こされる信号の曖昧性を除去するよう構成された、曖昧性除去用フィーチャと、
    を含む、ターゲット配列。
21. 請求項２０に記載のターゲット配列であって、
    前記第１のセットの周期的なターゲットセルは、６つのターゲットセルを含み、
    前記第２のセットの周期的なターゲットセルは、６つのターゲットセルを含む、ターゲット配列。
22. 請求項２０に記載のターゲット配列であって、
    前記第１のセットの周期的なターゲットセルは、４つのターゲットセルを含み、
    前記第２のセットの周期的なターゲットセルは、４つのターゲットセルを含む、ターゲット配列。
23. サンプルの層の間のオーバレイ誤差を決定するための方法であって、
    ターゲット配列を上に形成された基板を準備する工程であって、前記ターゲット配列は、複数のターゲットセルを備え、前記複数のターゲットセルの各々は、１セットの周期的なフィーチャをそれぞれ備えた第１および第２の層を有し、前記第１の層の前記周期的なフィーチャは、前記第２の層の前記周期的なフィーチャに対するオフセットを有する、工程と、
    周期信号を生成するために前記ターゲット配列を照明することができる照明源を準備する工程と、
    前記ターゲット配列の部分が、前記照明源によって照明されるように、前記基板を適切な位置に誘導する工程と、
    前記照明源で前記ターゲットセルを照明して、前記ターゲットセルの各々について信号を取得する工程と、
    前記ターゲットセルの各々について取得された前記信号から得られる情報を用いて、前記第１の層と前記第２の層との間の任意のオーバレイ誤差を決定する工程と、
    を備える、方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、前記ターゲット配列を有する前記基板を準備する工程は、前記第１の層の前記周期的なフィーチャが前記第２の層の前記周期的なフィーチャと異なるピッチを有するように形成されたターゲット配列を準備する工程を備える、方法。
25. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記ターゲット配列を準備する工程は、さらに、
    第１の方向に配置された周期的なフィーチャを有する第１のセットのターゲットセルと、第２の方向に配置された周期的なフィーチャを有する第２のセットのターゲットセルとを有するターゲット配列を準備する工程を備え、
    前記第１および第２のセットのターゲットセルの前記周期的なフィーチャは、前記第１および第２の層がそれぞれ異なるピッチを有するように構成され、前記ピッチの間の関係は、前記ターゲットセルが前記照明源にさらされた時に周期信号を生成するよう構成されている、方法。
26. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記ターゲット配列を準備する工程は、さらに、
    前記ターゲットセルの間に配列された曖昧性除去用フィーチャを有するターゲット配列を準備する工程であって、前記曖昧性除去用フィーチャは、前記周期信号の前記生成によって引き起こされる信号の曖昧性を解決することを可能にするよう構成されている、工程と、
    前記照明源で前記曖昧性除去用フィーチャを照明して、前記曖昧性除去用フィーチャに関連する信号を取得する工程と、
    前記曖昧性除去用フィーチャに関連する前記信号から得られた情報を用いて、前記オーバレイ誤差の前記決定における曖昧性を解決する工程と、
    を備える、方法。

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