JP2021515232A - 荷電粒子ビーム計測システムの帯電効果と放射線損傷を最小化する走査戦略 - Google Patents

荷電粒子ビーム計測システムの帯電効果と放射線損傷を最小化する走査戦略 Download PDF

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Abstract

上に形成された少なくとも２つのレイヤを有するターゲット上にオーバーレイ計測を実行するための装置および方法を開示する。少なくとも２つのオーバーレイ方向におけるオーバーレイを測定するための複数の周期構造を有するターゲットが提供される。荷電粒子ビームは、ターゲットの複数の走査スワスにわたり、ターゲットに対して第１のチルトで第１の方向に走査して、その結果、周期構造の各エッジが傾斜して走査される。荷電粒子ビームは、複数の走査スワスにわたり、第１のチルトから１８０°である第２のチルトで、第１の方向と反対である第２の方向に走査される。次に、第１と第２の方向の走査オペレーションが、異なる第１と第２のチルトで、またターゲットの異なる複数の走査スワスで繰り返されて、その結果ターゲットが対称に走査される。第１と第２の方向の走査オペレーションによって生成されたイメージが合成されて合成イメージを形成し、合成イメージを分析することに基づいてターゲットのオーバーレイエラーが決定され報告される。

Description

本発明は、一般に、半導体製造プロセスで使用される測定技術に関する。より具体的には、本発明は、半導体ウェハスタックの異なるレイヤ間の、又は同じレイヤ上の異なるパターン間のオーバーレイエラーを測定する、並びにクリティカルディメンション（ＣＤ）等の他の特性を測定するための技術に関する。
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年３月７日に出願されたＨｏｎｇ Ｘｉａｏによる米国仮特許出願第６２／６３９，６０３号の利益を主張し、同出願はあらゆる目的で参照によりその全体を本明細書に援用する。
オーバーレイ測定は一般に、第１のパターンレイヤが、第１のパターンレイヤ上または下に配置された第２のパターンレイヤに対してどの程度正確にアラインするか、または、第１のパターンが、同じレイヤ上に配置された第２のパターンに対してどの程度正確にアラインするかを指定する。オーバーレイエラーは典型的に、ワークピース（例えば、半導体ウェハ）の１つ以上のレイヤ上に形成された構造を有するオーバーレイターゲットで決定される。構造はグレーティングの形態を取ってもよく、これらのグレーティングは周期性であってよい。２つのレイヤまたはパターンが正しく形成されていれば、１つのレイヤまたはパターン上の構造は、別のレイヤまたはパターン上の構造に対して特定の測定可能な配向でアラインする傾向にある。２つのレイヤまたはパターンが正しく形成されていない場合、１つのレイヤまたはパターン上の構造は、この特定の配向に対してオフセットまたは位置ずれする傾向にある。
米国特許出願公開第２０１７／００４７１９７号 米国特許第２００５／００４８７４１号
オーバーレイを測定し決定するための改良された技術および装置に対する必要性が依然としてある。
以下は、本発明の特定の実施形態の基本的理解を提供するための簡略化した開示の要約を提示する。この要約は本開示の網羅的概要ではなく、本発明の主な／必須の要素を特定したり、本発明の範囲を限定したりするものでもない。その唯一の目的は、本明細書に開示の幾つかの概念を、以後提示するさらに詳細な説明の序章として簡略な形式で提示することである。
一実施形態において、上に形成された少なくとも２つのレイヤを有するターゲットにオーバーレイ計測を実行する方法が開示される。少なくとも２つのオーバーレイ方向におけるオーバーレイを測定するための複数の周期構造を有するターゲットが提供される。荷電粒子ビームは、ターゲットの複数の走査スワスにわたり、ターゲットに対して第１のチルトで第１の方向に走査され、その結果、周期構造の各エッジが斜めに走査される。荷電粒子ビームは、ターゲットの複数の走査スワスにわたり、第１の方向と反対の第２の方向に、第１のチルトから１８０°の第２のチルトで走査される。第１および第２の方向の走査オペレーションは次に、ターゲットの異なる第１と第２のチルトおよび異なる複数の走査スワスに関して繰り返され、その結果、ターゲットは対称に走査される。第１および第２の方向の走査オペレーションによって生成されたイメージは、合成されて合成イメージを形成し、ターゲットのオーバーレイエラーが、合成イメージを分析することに基づいて決定され報告される。
一例では、ターゲットはＸオーバーレイとＹオーバーレイの両方に関する周期構造を含み、第１および第２の方向の走査オペレーションを繰り返した結果、ターゲットが４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度で走査されることになる。別の態様では、４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度は、荷電粒子ビームを第１の方向と第２の方向の両方に走査して、走査対象のターゲットをラスタパターンで回転させ並進させることによって達成される。別の態様では、これらの角度は、荷電粒子ビームを、単一の並進方向に走査し、ターゲットをそれぞれ４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度に回転させることによって達成される。
特定の実施形態では、第２の方向の走査オペレーションによって引き起こされた周期構造への帯電効果は、第１の方向の走査オペレーションによって引き起こされた周期構造への帯電効果に対して対称である。別の実施形態では、合成イメージは、第１と第２の方向への走査オペレーション故に対称な帯電効果を有する。
別の態様では、第１と第２の走査オペレーションは、走査スワスの各連続ペア間の周期構造の複数のスキップされるラインをスキップすることを含み、合成イメージは、そのようなスキップされるラインのイメージ部分を除外する。この態様では、スキップされるラインの総数は８以上である。別の例では、スキップされるラインの総数は１００以上である。
別の特定の実施形態では、周期構造はＸライングレーティングとＹライングレーティングを含み、走査スワスは、そのようなＸおよびＹライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる。別の態様では、周期構造は、第１の方向に長軸を有する第１のライングレーティングと、第１の方向とは異なり第１の方向に対して垂直でない第２の方向に第２のライングレーティングとを含み、走査スワスは、そのような第１および第２のライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる。
別の態様では、第１と第２の走査オペレーションは、走査スワスの各連続ペア間の周期構造の複数のスキップされるラインをスキップすることを含み、合成イメージは、そのようなスキップされるラインのイメージ部分を除外し、スキップされるラインの総数は８以上である。別の例では、スキップされるラインの総数は１００以上である。別の実装では、周期構造はＸライングレーティングとＹライングレーティングを含み、走査スワスは、そのようなＸおよびＹライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる。別の態様では、周期構造は、第１の方向に長軸を有する第１のライングレーティングと、第１の方向とは異なり第１の方向に対して垂直でない第２の方向に第２のライングレーティングとを含み、走査スワスは、そのような第１および第２のライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる。
別の実施形態では、本発明は、上に形成された少なくとも２つのレイヤを有するターゲットにオーバーレイ計測を実行するための荷電粒子ビームシステムに関する。システムは、荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、少なくとも２つのオーバーレイ方向におけるオーバーレイを測定するための複数の周期構造を有するターゲットに粒子ビームを指向させ走査するための光学素子を含む。システムはさらに、その上に配置されたターゲットを保持し荷電粒子ビームに対して移動させるためのステージと、ターゲットにわたる荷電粒子ビームの走査に応答してターゲットからの信号を受信するための検出器アセンブリを含む。システムはさらに、ビーム源、光学素子、ステージおよび検出器アセンブリと連携して上記のオペレーションのうちいずれかを実行するように構成されたコントローラを含む。
本発明のこれらおよび他の態様を、図面を参照して以下にさらに説明する。
それぞれＸ方向とＹ方向における２つの異なる処理レイヤ間でのオーバーレイエラーを測定するための２つのオーバーレイターゲットの上面図である。 荷電粒子ビームでＸ方向に走査することによる、グレーティングターゲットの非対称イメージングを示す図である。 荷電粒子ビームでＹ方向に走査することによる、グレーティングターゲットの非対称イメージングを示す図である。 図２Ｂに示した荷電粒子ビーム走査と反対の方向にグレーティングターゲットにわたり荷電粒子ビームを対称に戻り方向に走査するためのプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態に係る対称な合成イメージを形成するために使用され得る、Ｙ方向グレーティング構造に対して垂直な対称ビーム走査を含む走査パターンを示す図である。 別の対称ビーム走査パターンが、本発明の特定の実施形態に従って使用され得る合成ＸＹオーバーレイマークの上面図である。 本発明の特定の実装に係る合成ＸＹターゲットに対して４５°である走査パスを有する別のビーム走査パターンを示す図である。 本発明の一実施形態に係る対称ビーム走査でオーバーレイを決定するための手順を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るラインスキップを含む対称走査プロセスの図表示である。 本発明の特定の実装に係る、ターゲットが仕様外であるかどうかを決定するための図３Ｃのオペレーションを示すフローチャートである。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の種々の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装される複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。 本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、重畳する周期的ライン構造を有する別の合成ＸＹオーバーレイマークの上面図である。 本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、ＸＹオーバーレイ構造を有する別のターゲットの図である。 本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、異なるレイヤ且つ互いにチルトした方向にある周期的ライン構造を有する別のターゲット部分の上面図である。 本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、複数のコンタクト構造から形成された別の合成ＸＹオーバーレイマークの上面図である。 本発明の一実施形態に係る走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）オーバーレイ計測システムの図表示である。
以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために数々の特定の詳細が記載されている。本発明は、これらの特定の詳細のうち一部または全部がなくても実行され得る。別の事例では、本発明を不必要に不明確にしないために、よく知られた処理オペレーションについては説明していない。本発明は特定の実施形態と併せて説明されるが、それにより本発明をその実施形態に限定する意図はないことを理解されたい。
一般に、２つの処理レイヤ間のオーバーレイエラーまたは同じレイヤ上の２セットの構造間のシフトは、特別に設計されたオーバーレイターゲットを使用して決定されることができ、そのターゲット構造は、それらの既知の対称性特性間の関係性で設計され、そのような対称性との不一致は、そのようなターゲットにおけるオーバーレイエラーに対応する。本発明で使用する場合、レイヤは、ウェハデバイスまたは試験構造の製造のために生成されパターニングされる半導体またはフォトレジストレイヤ等の任意の適切な材料を指し得る。以下のターゲットの例は、オーバーレイを測定するための２つ（またはそれ以上）のレイヤ上に構造を有するように示されているが、各ターゲットが、そのような構造のセット間のシフトエラーを決定するために、同じレイヤ上に２つ（またはそれ以上）のセットの構造を含んでもよいことは明らかである。さらに、本発明の技術は任意のタイプの周期性ターゲットに適用されてよく、そのようなターゲットは、非アクティブ領域（例えばスクライブライン）に形成されてもよく、または、製造ウェハのダイのアクティブ領域（例えば、ダイのデバイス部分の一部として）に形成されてもよい。本明細書に記載の技術は、クリティカルディメンション（ＣＤ）、ＣＤ均一性（ＣＤＵ）、エッジ・プレイスメント・エラー（ＥＰＥ）、パターン忠実度等の他のタイプの特性を決定するためにターゲットに適用されてもよい。
図１は、それぞれＸ方向とＹ方向における２つの異なる処理レイヤ間でのオーバーレイエラーを測定するための２つのオーバーレイターゲットの上面図である。図示のように、第１のターゲット１０２は、第１のレイヤ内の第１の構造１０６ａおよび１０６ｂのセットと、第２のレイヤ内の第２の構造１０８ａおよび１０８ｂのセットとの、Ｘ方向に対するオーバーレイエラーを測定するために配置されている。第２のターゲット１００は、第１のレイヤ内の第１の構造１１２ａおよび１１２ｂのセットと、第２のレイヤ内の第２の構造１１４ａおよび１１４ｂのセットとの、Ｙ方向に対するオーバーレイエラーを測定するために配置されている。
この実施形態において、ＸおよびＹターゲットはそれぞれ、Ｘ方向ターゲット１０２がＹ方向ターゲット１０４ＣＯＳ１１４とは異なる位置を有する対称心（ＣＯＳ）１１０を有するように設計されているが、その第１の構造がその第２の構造と同じ１８０°回転対称心を有するように設計されている。例えば、Ｘ方向ターゲット１０２は、２つのグループ１０６ａと１０６ｂに分割された第１の構造を有し、２つのグループ１０６ａおよび１０６ｂは、それらが対称心１１０の周りに１８０°回転された場合に、第１の構造がそのような回転の前と後で同じ外観を有し得るように互いに対して配置されている。Ｘ方向ターゲット１０２は、２つのグループ１０８ａと１０８ｂに分割された第２の構造をも有し、２つのグループ１０８ａおよび１０８ｂは、それらが対称心１１０の周りに１８０°回転された場合に、これら第２の構造がそのような回転の前と後で同じ外観を有し得るように互いに対して配置されている。この図において、第１の構造のＣＯＳは、第２の構造のＣＯＳと同じ位置にある。ターゲット内にオーバーレイエラーが存在する場合、そのようなターゲットの第１の構造のＣＯＳは、第２の構造のＣＯＳからシフトされる。このシフトはオーバーレイエラーと呼ばれる。
いくつかのターゲットでは、別個のＸターゲットおよびＹターゲットにおけるオーバーレイエラーは、各ターゲットが、各レイヤに、同じＣＯＳ周りに１８０°回転対称性を有する構造を有するように設計されているという先験的な知識に基づいて決定され得る。第１と第２のレイヤ構造のＣＯＳ間のあらゆるシフトはイメージングされて、オーバーレイエラーとして測定される。別の実施形態では、図１のＸおよび／またはＹターゲットは、第１と第２の構造が既知のオフセットでのＣＯＳを有するように配置され得る。この場合、シフトが既知のオフセットに適合しなければ、相違の量がオーバーレイエラーに対応する。
一般に、オーバーレイターゲット上の測定は、フォトレジスト現像検査（ＡＤＩ）ステップ後またはその最中に光学測定システムで実行され得る。オーバーレイがフォトレジストの現像後に評価される場合、例えば、オーバーレイ結果が仕様外であればウェハは再処理され得る。しかしながら、デバイスフィーチャサイズが縮小するにつれ、光学ターゲットのパターンは実際のデバイスパターンよりも格段に大きくなる傾向となり、信頼性の高い結果をもたらさない。したがって、格段に小さいパターンを解像しイメージングできる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）はオーバーレイ測定アプリケーションに一層魅力的である。
ＳＥＭオーバーレイ（ＳＥＭ−ＯＶＬ）またはｅ−ビームオーバーレイ（ｅＯＶＬ）測定は、アフタークリーン検査（ＡＣＩ）とも呼ばれるアフターエッチ検査（ＡＥＩ）を主に使用して、光学オーバーレイのスクライブラインＡＤＩ測定と、エッチング後の実際のデバイスにおけるオーバーレイとの間の任意の非ゼロバイアスが較正されてきた。勿論、ＩＣ製造者は、ＡＤＩアプリケーションにＳＥＭ−ＯＶＬ／ｅＯＶＬを適用することにも関心を持ってきた。以下のオーバーレイ決定技術は電子ビーム走査計測システムを使用し得るが、同様の技術が、任意の適切なタイプの荷電ビームシステムに使用され得ることが想定される。
ＳＥＭまたはｅ−ビームＡＤＩアプリケーションでは、一次電子がフォトレジスト（ＰＲ）レイヤ下のレイヤを貫通して下位レイヤのターゲット構造に達することを可能にするだけでなく、反射電子（ＢＳＥ）も検出器に達することも可能にするために、高入射エネルギー（ＬＥ）が必要であり得る。ＢＳＥ信号は通常、二次電子（ＳＥ）信号よりも有意に低いため、より高いビーム電流が好ましい。しかしながら、より高いＬＥおよびより高いビーム電流を伴うｅ−ビームは、帯電と、ｅ−ビームによって誘起されるＰＲ損傷をも引き起こし得る。
図２Ａは、荷電粒子ビームでのＸ方向（具体的には、西および東方向）における走査によって引き起こされたグレーティングターゲット部分２００の非対称イメージングを示す。図示のように、荷電粒子ビームは、ターゲット２００のラインに対して「東」方向にある走査パターン２０２でラスタ走査される。各走査につき、ビームは、グレーティングターゲット２００のライン構造に対してそれぞれ垂直な方向にある複数の走査パス２０２に沿って走査する。図２Ｂは、荷電粒子ビームで単一のＹ（または南）方向に走査することによって引き起こされたグレーティングターゲット２５０の類似した非対称イメージングを示す。
ＸターゲットまたはＹターゲットいずれの例においても、ライン構造は、ライン構造にわたって走査するにつれ荷電粒子ビームからの電荷を非対称に保持し、その結果、周期的ラインイメージは非対称となる。例えば、ライン２０４の先端２０４ａは、同じライン２０４の後端２０４ｂよりも、結果として得られるイメージにより厚いホワイトエッジを有し得る。この非対称性は、ビームがそのようなラインにわたって移動するにつれたラインエッジの不均一な正帯電によって引き起こされ得、それによって、異なるエッジからの不均一な量の二次電子が検出器に到達してイメージに寄与する結果となる。
本発明の或る実施形態は、サンプルに関して生成されたイメージの対称な帯電効果をもたらす対称な走査パターンを提供し、それは、対称なＰＲ損傷をもたらすことにもなる。一例では、荷電粒子ビーム（例えばｅ−ビーム）は、各走査ライン位置（または各走査スワス）につき２つの反対方向の走査を得るために、ライン構造にわたり単純に戻り方向に走査される。図２Ｃは、図２Ｂに示した荷電粒子ビーム走査と反対方向にＹ方向グレーティングターゲットにわたり荷電粒子ビームを対称に走査して戻るためのプロセスを示し、ターゲットイメージ２６０を形成する。図示のように、ｅ−ビーム走査２５４は、ターゲットイメージ２６０内の先端と後端の間に非対称性をもたらす傾向にあり、それは、図２Ｂに示すような非対称ビーム走査２５２によって引き起こされるターゲットイメージ２５０における非対称性と反対である。双方向（反対または対称）走査からのイメージを合成することは、結果として合成イメージにおける対称帯電効果をもたらす傾向にある。
図２Ｄは、本発明の一実施形態に係る対称な合成ターゲットイメージ２７０を形成するために使用され得る、Ｙ方向グレーティング構造に対して垂直な対称ビーム走査を含む走査パターンを示す。言い換えると、荷電粒子ビームは、東西方向に向いたグレーティングにおける各ラインの長軸に対して「北」方向（上）および「南」方向（下）両方に対称に走査される。
Ｘ方向オーバーレイターゲットに対しても類似した技術が実装され得る。例えば、図２Ａのターゲットイメージ２００は、北・南に整列した長軸をそれぞれ有するグレーティングラインから得られたものである。この例において、ビームは、東方向ビーム走査２０２と反対の西方向にも走査され、それによって、オーバーレイターゲットグレーティング２００に対して対称な東西方向走査を達成してもよい。対称走査（東・西）由来のイメージは次に合成されて対称イメージを形成してもよい。
要約すると、＋Ｘおよび−Ｘ（東・西）両方向、または＋Ｙおよび−Ｙ（北・南）両方向に走査するｅ−ビームパターンはそれぞれ、ＸおよびＹ方向グレーティング構造に関する合成対称ターゲットイメージを形成するために使用され得る。次に、双方向であるが対称な走査によって形成された２つの異なるイメージにおける非対称性が合成されて、対称イメージを形成する。次に、対称イメージは、正確なオーバーレイ（または、ＣＤ等の他の測定）決定のために分析され得る。
グレーティングターゲットに対して垂直である対称（または双方向）ビーム走査は、単方向（ＸまたはＹターゲット）にうまく働き、多方向ターゲット（例えばＸおよびＹターゲット）に対しては異なる配向の対称走査が使用され得る。図３Ａは、以下に詳述する本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査パターンが実装され得る合成ＸＹオーバーレイマーク３３０の上面図である。図２Ａおよび２Ｂのターゲットとは違って、図３Ａのオーバーレイマーク３３０は、オーバーレイを２つの別個の方向に測定するように構成される。そのため、マーク３３０は、オーバーレイが測定される必要がある各方向に関して１つのマークを有する必要を省く。オーバーレイマーク３３０は、ウェハの試験レイヤが完全アライメントにある場合に得られる構成を示している。オーバーレイマーク３３０は、ウェハの２つ以上の連続レイヤ間の相対シフト、またはウェハの単一のレイヤ上の２つ以上の別個に生成されたパターン間の相対シフトを決定するために一般に設けられる。説明しやすくするために、オーバーレイマーク３３０を、基板の異なるレイヤ間のオーバーレイを測定する文脈で説明する。しかしながら、この図におけるオーバーレイマーク（または本明細書に記載の任意の他のターゲット）は、基板の単一レイヤ上の２つ以上の別個に生成されたパターンを測定するためにも使用され得ることに留意されたい。
オーバーレイマーク３３０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン３３２を含む。図示の実施形態において、オーバーレイマーク３３０は、その外周７９を実質的に埋めるように構成された８個の長方形のワーキングゾーン３３２を含む。ワーキングゾーン３３２は、ウェハ上の異なるレイヤ間のアライメントを計算するために使用されるマークの実領域を提示する。ワーキングゾーン３３２は、それらが隣接するワーキングゾーンの部分と重畳しないように、互いから空間的に離れている。この特定の構成では、ワーキングゾーンのうちいくつかは排他領域によって隔てられているが、その一方で、別のワーキングゾーンは隣接するワーキングゾーンの隣に配置されている。例えば、ワーキングゾーン３３２Ｂは排他領域３３３によってワーキングゾーン３３２Ｅおよび３３２Ｆから隔てられているが、その一方で、ワーキングゾーン３３２Ｅと３３２Ｆは、間に排他領域なく縁のところで互いに隣り合って配置されている。
説明を補助するために、ワーキングゾーン３３２を第１のワーキンググループ３３４と第２のワーキンググループ３３６にグループ化する。第１のワーキンググループ３３４は、第１の方向におけるオーバーレイ情報を提供するように構成された４つのワーキングゾーン３３２Ａ−Ｄを含む。例として、第１の方向はＹ方向であり得る。４つのワーキングゾーン３３２Ａ−Ｄのうち、３３２Ａおよび３３２Ｄの２つは第１のレイヤ内に配置され、３３２Ｂおよび３３２Ｃの２つは第２のレイヤ内に配置され（第１のレイヤは網目模様で提示され、第２のレイヤは網目模様なしで提示されている）。理解され得るように、このマーク構成では、また、ゼロオーバーレイエラーの場合（図示のように）、ワーキングゾーン３３２Ａ＆Ｄおよびワーキングゾーン３３２Ｂ＆Ｃの対称心３３５は完全に一致する。第２のワーキンググループ３３６は、第１の方向に対して垂直な第２の方向におけるオーバーレイ情報を提供するように構成された４つのワーキングゾーン３３２Ｅ−Ｈを含む。例として、第２の方向はＸ方向であり得る。４つのワーキングゾーン３３２Ｅ−Ｈのうち、３３２Ｅおよび３３２Ｈの２つは第１のレイヤ内に配置され、３３２Ｆおよび３３２Ｇの２つは第２のレイヤ内に配置され（第１のレイヤは網目模様で提示され、第２のレイヤは網目模様なしで提示されている）。上記と同様に、このマーク構成では、また、ゼロオーバーレイエラーの場合（図示のように）、ワーキングゾーン３３２Ｅ＆Ｈおよびワーキングゾーン３３２Ｆ＆Ｇの対称心３３７は完全に一致する。このターゲット、または本明細書に記載の任意のターゲットにおいて、対称心は所定量オフセットしていてもよく、そのような所定オフセットからの逸脱はオーバーレイエラーを示唆する。
理解され得るように、グループ３３４および３３６それぞれは「Ｘ」構成マーク（オフセットしているが）を提示する。例えば、ワーキンググループ３３４は、同じ第１のレイヤ上にあり互いに対して対角線上に対向する位置にあるワーキングゾーン３３２Ａ＆Ｄと、同じ第２のレイヤ上にあり互いに対角線上に対向する位置にあるワーキングゾーン３３２Ｂ＆Ｃを含む。さらに、ワーキングゾーン３３２Ａ＆Ｄは、ワーキングゾーン３３２Ｂ＆Ｃに対して傾斜している。さらに、ワーキングゾーン３３２Ａはワーキングゾーン３３２Ｄから空間的にオフセットしており、ワーキングゾーン３３２Ｂはワーキングゾーン３３２Ｄから空間的にオフセットしている。
さらに、ワーキンググループ３３６は、同じ第１のレイヤ上にあり互いに対して対角線上に対向する位置にあるワーキングゾーン３３２Ｅ＆Ｈと、同じ第２のレイヤ上にあり互いに対角線上に対向する位置にあるワーキングゾーン３３２Ｆ＆Ｇを含む。さらに、ワーキングゾーン３３２Ｅ＆Ｈは、ワーキングゾーン３３２Ｆ＆Ｇに対して傾斜している。さらに、ワーキングゾーン３３２Ｅはワーキングゾーン３３２Ｈから空間的にオフセットしており、ワーキングゾーン３３２Ｆはワーキングゾーン３３２Ｇから空間的にオフセットしている。要するに、この特定のマークは、互いに直交して配置された２つの「Ｘ」構成マーク、すなわちワーキンググループ３９４およびワーキンググループ３９６をもたらす。
さらに詳細には、１つのレイヤ上のワーキングゾーンは別のレイヤ上のワーキングゾーンに対して概ね並置されている。例えば、第１のワーキンググループにおいて、ワーキングゾーン３３２Ａはワーキングゾーン３３２Ｂに対して並置され、ワーキングゾーン３３２Ｃはワーキングゾーン３３２Ｄに対して並置されている。同様に、第２のワーキンググループにおいて、ワーキングゾーン３３２Ｅはワーキングゾーン３３２Ｈに対して並置され、ワーキングゾーン３３２Ｆはワーキングゾーン３３２Ｇに対して並置されている。２つの並置ペアのうち、第２のレイヤ上のワーキングゾーンは典型的に、第１のレイヤ上のワーキングゾーンよりも中心に近く配置されている。例えば、ワーキングゾーン３３２Ｂと３３２Ｃおよびワーキングゾーン３３２Ｆと３３２Ｇは、それぞれ、それらの並置されているワーキングゾーン３３２Ａと３３２Ｄおよびワーキングゾーン３３２Ｅと３３２Ｈよりも関心領域３４４の中心３４２により近く配置されている。さらに、ワーキンググループそれぞれの中で、並置ペアは、グループ内の別の並置ペアに対して対向する関係（例えば対角状）に配置されている。例えば、並置ペア３３２Ａ＆Ｂは並置ペア３３２Ｃ＆Ｄに対向して配置され、並置ペア３３２Ｅ＆Ｆは、並置ペア３３２Ｇ＆Ｈに対向して配置されている。
理解され得るように、この特定のマークにおいて、ワーキングゾーンの構成は回転対称（マークの中心周りに＋９０度、１８０度、２７０度、３６０度）である。これは典型的に、例えば、ツール誘起シフト（ＴＩＳ）を引き起こし得る非均一な光学収差および照明によって引き起こされたラジアル変動およびアキシャル変動としての、計測ルーツの視野にわたるラジアル変動およびアキシャル変動の影響を低減するために行われる。ラジアル変動とは一般に、マークの中心からマークの外側領域に放出する変動を指す。アキシャル変動とは一般に、例えば、マーク左部分から右部分にＸ方向に、また、マークの下部分から上部分にＹ方向に、マークの軸線に沿った方向に発生する変動を指す。
ワーキングゾーン３３２Ａ−Ｈそれぞれは、複数の粗くセグメント化されたライン３４０から構成される周期構造３３８を含む。粗くセグメント化されたラインのライン幅Ｄと間隔ｓは、広く多様であり得る。図示のように、周期構造３３８それぞれは、その対応するワーキングゾーン３３２の外周を実質的に埋める。理解され得るように、周期構造３３８は、その対応するワーキングゾーン３３２のレイヤ上に配置されてもよい。
説明しやすくするために、周期構造３３８は、第１のワーキンググループ３３４に関連する第１の周期構造３３８Ａと、第２のワーキンググループに関連する第２の周期構造３３８Ｂに分割され得る。図示のように、第１の周期構造３３８Ａはすべて同じ方向に配向している、すなわち、粗くセグメント化されたライン３４０どうしは平行であり、互いに対して水平に配置されている。第２の周期構造３３８Ｂもすべて同じ方向に配向しており（第１の周期構造とは異なる方向であるが）、すなわち、粗くセグメント化されたライン３４０どうしは平行であり、互いに対して垂直に配置されている。そのため、第１のワーキンググループ３３４内の周期構造３３８Ａは、第２のワーキンググループ３３６内の周期構造３３８Ｂに直交する。
一例では、並置周期構造の粗くセグメント化されたラインは互いに整列している（例えば、異なるレイヤを無視すれば、それらは連続グレーティングとして見える）。例えば、ワーキングゾーン３３２Ａの粗くセグメント化されたラインはワーキングゾーン３３２Ｂの粗くセグメント化されたラインとアラインしてよく、ワーキングゾーン３３２Ｃの粗くセグメント化されたラインはワーキングゾーン３３２Ｄの粗くセグメント化されたラインと整列してよい。さらに、ワーキングゾーン３３２Ｅの粗くセグメント化されたラインはワーキングゾーン３３２Ｆの粗くセグメント化されたラインと整列してよく、ワーキングゾーン３３２Ｇの粗くセグメント化されたラインはワーキングゾーン３３２Ｈの粗くセグメント化されたラインと整列してよい。
図３ＡのＸＹターゲット３３０等の多方向ターゲットに関して、対称ＸまたはＹビーム走査パターンは、ｅ−ビームがターゲットラインの長軸の少なくとも一部に沿って走査されることをもたらし、それは一般に回避されることである。例えば、Ｘ軸に沿って（東西に）双方向に走査されるｅ−ビームは、第２のワーキンググループ３３６の垂線に対して垂直であり第１のワーキンググループ３３４の水平線に平行な走査パスを形成することになる。同様に、Ｙ方向（北・南）に双方向に走査されるｅ−ビームは、第１のワーキンググループ３３４の水平線に対して垂直であり第２のワーキンググループ３３６の垂線に平行な走査パスを形成することになる。
多方向ターゲットの任意のラインに沿った平行な走査を回避するために、本発明のいくつかの実施形態は、ターゲットのいずれのラインからも少なくとも１０°、または約１０〜８０°の範囲内である、走査エッジに対して傾斜した対称な走査パスを形成する荷電粒子ビーム走査パターンを含む。
走査パスは、最終合成イメージにおける対称性を最大化するために、多回転の走査パスのペアを含み得る。図３Ｂは、本発明の特定の実装に係るＸおよびＹライン両方を有する合成ＸＹターゲット（例えば、図３Ａのターゲット３３０）に対して４５°である対称走査パスを有する別のビーム走査パターンを示す。この例において、２つの異なる回転（または４つの異なる走査角）の複数ペアの双方向ライン走査がターゲットを対称にカバーする。
任意の適切な技術を用いて周期性ターゲットを対称に走査してもよい。図３Ｃは、本発明の一実施形態に係る、対称ビーム走査でオーバーレイを決定するための一般的手順３５０を示すフローチャートである。最初に、少なくとも一方向にオーバーレイを測定するための周期性ターゲットが図３Ｃのオペレーション３５２で提供される。例えば、ターゲットは、単方向（例えばＸまたはＹ）におけるオーバーレイを測定するための構造、または図３ＡのＸＹターゲット３３０のような、２つ以上の方向（例えば、ＸおよびＹ）におけるオーバーレイを測定するための構造を含むターゲットを含み得る。
次に、荷電粒子ビームが、ターゲットの複数の走査スワスにわたり第１の方向に且つターゲットに対して第１のチルトで走査されてよく、その結果、オペレーション３５４でターゲットの各走査エッジが傾斜して走査される。さらに、荷電粒子ビームは次に、オペレーション３５６で、第１の方向と反対の第２の方向に、同じ複数の走査スワスにわたり、第１のチルトから１８０°である第２のチルトで走査され得る。ＸまたはＹオーバーレイ構造のみを含むターゲットについては、走査のパターンは、複数の走査スワスにわたりそれぞれ北・南方向の走査か、または東・西方向の走査のいずれかを含み得る。
合成ＸＹターゲット等の他のタイプのターゲットについては、ターゲットに対する走査における対称性を達成するために、新たなチルトでの走査オペレーションが繰り返されてよい。図３Ｂの合成ＸＹターゲットの例で示すように、ビームは、双方向スワスのセットに沿ってターゲットに対して４５°、１３５°、２２５°および３１５°のチルトで走査される。つまり、各第１のペア３４２の走査スワスは４５°及び２２５°であり、各第２のペア３４４の走査スワスは１３５°および３１５°である。
これらの走査スワスは、ターゲットが並進および回転的に移動される間に荷電粒子ビームを２つの並進方向に走査することによって達成され得る。例えば、ターゲットは、ターゲットを４つのフレームで走査するために荷電粒子ビームで直線的または回転的に移動される。言い換えると、ターゲットは、第１のセットのスワスを第１の方向且つ第１のチルト（例えば４５°）で走査するためにビームの走査方向に対して垂直に移動される。ターゲットは次に、ビームが第１のセットのスワスに対して第２の反対方向に効果的に走査するように、第１のチルトから１８０°である第２のチルト（例えば２２５°）に回転され得る。ターゲットは次に、同じ第１のセットのスワスを、第１の方向と反対の第２の方向に走査するために、ビームの走査方向に対して垂直な方向に並進される。このプロセスは次に、別の２つのチルトペア１３５°および３１５°に関して繰り返されてよい。
勿論、荷電粒子は２つの反対の直線方向に走査されてよく、ターゲットは、そのような双方向ビーム走査に関して２つのみのチルト位置に回転されてよい。各チルト位置およびビーム方向で、ターゲットは、複数のラインをビームの方向にラスタ走査するために、ビーム走査の方向に対して垂直な方向にビーム下で並進される。例えば、ターゲットは、ビームが複数のライン／スワスにわたり２方向に、また、ターゲットに対して４５°と２２５°の第１のペアのチルトで走査するように、荷電粒子ビームに対して回転および並進されてよい。次に、ターゲットは次いでもう一度回転され、ターゲットは、ビームが複数のライン／スワスにわたり２方向に、また、ターゲットに対して１３５°と３１５°の第２のペアのチルトで走査するように並進される。
対称荷電粒子走査パターンは、ＸＹオーバーレイターゲット等の広範なターゲット構成向けにエッジシャープネスと対称性における改善をもたらし得る。別の実施形態では、ビームは、ターゲットの回転ありまたは回転なしのいずれかで、走査スワス３４２または走査スワス３４４いずれかに沿った反対方向にのみ走査され、それによって同じ走査スワスに沿った２つの対称方向を達成する。
例えばフォトレジスト材料への損傷を低減するために、各逐次走査は、本発明の別の実施形態によれば、スワス（またはライン）をスキップしてもよい。図３Ｄは、本発明の別の実施形態に係る、ラインのスキップを含む対称走査プロセスの図表示である。互いに当接または重畳するスワスイメージをもたらす逐次走査スワスからなる走査パターン３７２とは対照的に、走査パターン３７４は、スワスまたはラインをスキップする逐次走査ラインを含む。例えば、各逐次スワス走査間に８ラインがスキップされる。勿論、走査パターンは図示の走査ライン３７４の上をトレースする反対方向（右から左へ）の走査も含み得る。さらに、スキップされるラインは走査されないままであり、オーバーレイは、ビームが２つの反対の対称方向に走査ライン３７４それぞれにわたって移動したことに応答して生成される信号またはイメージの組み合わせに基づいて決定され得る。例えば、走査ライン３７４に応答して得られた対称イメージ部分は合成されて、ターゲットのスキップされたラインからイメージデータを除外した合成イメージを形成する。
走査される材料への損傷を最小にし、オーバーレイ等を正確に決定するための十分なデータを得るために、任意の適切な数のラインがスキップされてよい。一般に、ラインをスキップする走査パターンは、荷電粒子ビームによって走査される領域において収縮する傾向にあるフォトレジスト等の特定の材料に、より少ない損傷を生じさせる。スキップされるラインの数は、収縮の量が、ラインエッジ粗さに匹敵する傾向になるように、また、全体的ラインエッジに有意に影響しないように選択され得る。一例では、８以上のラインがスキップされる。別の実施形態では、例えば、８ｋ×８ｋ視野（ＦＯＶ）に関して１００以上のラインがスキップされる。
スキップが対称走査間に発生するか否かに係らず、各スワス走査は、例えばシステムの検出器およびプロセッサシステムによる信号またはイメージの生成をもたらす。図３Ｃに示されたプロセスに戻って参照すると、第１と第２の方向の走査からのイメージは次に、オペレーション３５８で合成イメージに合成されてよい。図２Ｄは、ラインがスキップされていないＹ方向ターゲット部分に関する合成イメージの図を示す。ラインがスキップされていれば、個々に走査されたラインのイメージ部分は互いに圧縮されて、互いに当接して合成イメージとなる。例として、８ラインがスキップされていれば、結果として得られる合成イメージは、ラインをスキップせずに形成されたイメージのサイズの１／８のサイズとなる。
一般に、イメージはターゲットの走査スワスの各ペアが収集されるにつれ合成され得る。代替的に、イメージは、特定のオーバーレイ方向に関するスワスの全ペアのイメージが収集された後で、または、全てのオーバーレイ方向に関するスワスの全ペアのイメージが収集された後で合成され得る。
合成イメージは次にオペレーション３６０で分析されて、オーバーレイ（または、ＣＤ等の別の特性）を決定する。各走査スワスに関する各合成イメージが個別に分析されてもよく、または、全スワスに関する単一の合成イメージが分析されてもよい。
次に、オペレーション３６２で、プロセスが仕様外であるかどうかが決定される。ターゲットが仕様内にあるかどうかを、本明細書でさらに説明するように、本発明の実施形態によって生成された合成イメージに基づいて任意の適切な方式で決定してもよい。プロセスが仕様外でない場合、手順は終了する。
プロセスが仕様外である場合、問題を緩和するためにいくつかの技術が実装され得る。
第１の技術では、オペレーション３６４で、後続のプロセスを調整して仕様外であるプロセスを補償してもよい。例えば、フォトレジストパターンのいずれかの部分が位置ずれしていると判断された場合、フォトレジストは剥離されて、位置ずれを排除するために修正済みパターンで再塗布されてよい。次に、オペレーション３６６で、同じウェハの製造を続けるために後続プロセスが実行される。例えば、ウェハはパターニングされてよい。第２の技術では、オペレーション３６８でウェハの処理が停止されて、次にウェハは廃棄されてよい。次に、オペレーション３６９で、仕様外であるプロセスが、後続のウェハに関して調整されてよい。
図３Ｅは、本発明の特定の実装に係る、ターゲットが仕様外であるかどうかを決定するための図３Ｃのオペレーション３６２を示すフローチャートである。この手順を、１８０°回転ＣＯＳでの構造を有するターゲットに関して説明するが、勿論、この手順は、ミラー対称性または他のタイプの対称性を備えた構造向けに容易に修正され得る。
図３Ｅに図示の例では、オペレーション３８２で、イメージングされるターゲット構造の中心は、最初に検査ツールのＦＯＣの中心に移動される。次に、オペレーション３８４で各レイヤの関心領域（ＲＯＩ）が決定される。図１のＸターゲット構造を用いて、図３Ｅの手順を説明する。例えば、４つのＲＯＩが、破線で示すように、図１のＸ方向ターゲット構造１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａおよび１０８ｂに関して形成され得る。破線１０２は検査ツールのＦＯＶを表し得るのに対し、十字１１０はＸターゲット構造の中心を表す。
第１と第２のレイヤからの構造１０６および１０８の各セットそれぞれに関するＣＯＳは、任意の適切な技術を用いて決定され得る。例えば、エッジ技術は、各レイヤ内の構造に関するＣＯＳを決定するために使用され得る。図示の実施形態では、オペレーション３８６で、各レイヤの各ＲＯＩの外側エッジを用いて各レイヤに関するＣＯＳが決定される。構造１０６および１０８に関して各ＲＯＩの外側エッジが決定され、次に、エッジを用いて、構造の各セットの外側エッジ間（例えば、構造１０６ａと構造１０６ｂの間）の中心位置を見出す。解像度以下のフィーチャを有する構造（例えば、以下に説明する図４Ａのターゲット）に関しては、解像度以下のライン（例えば、各粗いセットのライン４０２の一部を形成する微細なライン４０４）の各セットのエッジが、単一のエッジとして測定され得る。
別のＣＯＳ決定技術は相関技術と呼ばれる。この技術において、オペレーション３８８で、初期ＣＯＳ位置が各レイヤの構造のＲＯＩ間で推定される。構造１０６に関して示すように、ＣＯＳ１１０の初期推定は、構造１０６ａと１０６ｂの間に位置してよい。次に、初期ＣＯＳから等距離である位置にある２セットの構造にわたって測定することによって２つのリニアアレイが得られる。構造１０６ａおよび１０６ｂは、３つのピーク強度値を備えた１つの周期信号をそれぞれもたらす傾向にある。２つの得られたリニアアレイは次に、水平および垂直にフリップされてマッチングされ、積等の相関のメトリクスが計算される。アレイは互いに対して移動されて、各オフセットに関してメトリクスが計算される。メトリクスは次にプロットされて、相関メトリクスの最大値を見出すことによって正しいＣＯＳが位置特定される。正しいＣＯＳ位置を効率的に特定するために、インテリジェント検索アルゴリズム（例えばバイナリ検索）も使用されてよい。
言い換えると、オペレーション３９０で、各レイヤの各ＲＯＩセットに関して、その１８０°回転カウンターパートが初期ＣＯＳに基づいて自動配置される。オペレーション３９２で、ＣＯＳは、回転イメージと各レイヤの元のイメージの間の最高の相関が見出されるまで、各レイヤに関して絶えず移動される。最高の相関が見出された後でＣＯＳが見出される。
任意の適切な技術を用いてＣＯＳが見出された後で、次にオペレーション３９４で、第１のレイヤ構造のＣＯＳが第２のレイヤ構造のＣＯＳよりも所定値を超えて異なるかどうかが判断される。所定値を超えて異なっていない場合、オペレーション３９８で、分析対称ターゲットは仕様外でないことが判断される。しかしながら、所定量を超えて異なっている場合、オペレーション３９６で、分析対象ターゲットは仕様外であることが判断される。すると、ターゲットが仕様外であることを決定するための手順は終了する。
反対方向であり、チルトしている（オーバーレイ方向またはターゲットラインの長軸に対して）走査パターンは、図３Ａの例以外にも、ＸおよびＹターゲットの任意の適切なタイプの組み合わせに適用されてよい。いくつかの周期性オーバーレイターゲットは、２０１７年７月１１日に発行されたＧｈｉｎｏｖｋｅｒらによる米国特許第９，７０２，６９３号にさらに説明されており、同特許は参照により本明細書に援用される。図４Ａ乃至４Ｉは、対称ビーム走査技術が本発明の種々の実施形態に従って実装され得る複数の異なる合成ＸＹターゲットを示す。
図４Ａは、別の多方向オーバーレイマーク４００の上面図である。この特定の実施形態では、粗くセグメント化されたライン４０２は、複数の細かくセグメント化された要素４０４によって形成されている。
図４Ｂは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４１０の上面図である。例として、オーバーレイマーク４１０は一般に、ボックスインボックスオーバーレイ構造４１８を追加した、ＸおよびＹライングレーティングを含む。図３Ａのオーバーレイマーク３３０と同様に、オーバーレイマーク４１０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間（１つのレイヤを網掛けで表すが、別のレイヤは網掛けしていない）のレジストレーションエラーを決定するための８つのワーキングゾーン４１２Ａ−Ｈを含む。各ワーキングゾーンは、複数の粗くセグメント化されたライン４１６からなる周期構造４１４を含む。ワーキングゾーン４１２は、マーク４１０の中心に付加的な構造４１８を収容するために配置されている。図示の実施形態において、ワーキングゾーン４１２Ａ−Ｈは、マークの外部領域の周りに配置されているのに対し、付加的な構造４１８はマークの中心に配置されている。付加的な構造４１８は、標準的ボックスインボックスオーバーレイ構造を表し得る。
図４Ｃは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４２０の上面図である。図３Ａのマークのように、図４Ｃのオーバーレイマーク４２０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成される。図３Ａのマークとは対照的に、マーク４２０は、三角形のワーキングゾーン４０２を含む。
ワーキングゾーンの第１のセット４２２Ａ−Ｄは、第１の方向におけるオーバーレイ情報を提供するように構成されている。例として、第１の方向はＹ方向であり得る。４つのワーキングゾーン４２２Ａ−Ｄのうち、４２２ＡおよびＤの２つは第１のレイヤ内に配置され、４２２Ｂおよび４２２Ｃの２つは第２のレイヤ内に配置されている。理解され得るように、このマーク構成では、また、ゼロオーバーレイの場合（図示のように）、ワーキングゾーン４２２Ａ＆Ｄおよびワーキングゾーン４２２Ｂ＆Ｃの対称心４２５は完全に一致する。ワーキングゾーンの第２のセット４２２Ｅ−Ｈは、第１の方向に対して垂直な第２の方向におけるオーバーレイ情報を提供するように構成されている。例として、第２の方向はＸ方向であり得る。４つのワーキングゾーン４２２Ｅ−Ｈのうち、４２２Ｅおよび４２２Ｈの２つは第１のレイヤ内に配置され、４２２Ｆおよび４２２Ｇの２つは第２のレイヤ内に配置されている。上記と同様に、このマーク構成では、また、ゼロオーバーレイの場合（図示のように）、ワーキングゾーン４２２Ｅ＆Ｈおよびワーキングゾーン４２２Ｆ＆Ｇの対称心４２７は完全に一致する。さらに、すべてのワーキングゾーン４２２はマークの中心に対して均分に配置されている。ワーキングゾーン４２２それぞれは、複数の粗くセグメント化されたライン４２１からなる周期構造４２８を含む。図示していないが、各粗くセグメント化されたラインは、このマークまたは本明細書に記載の任意のマークをさらに増強するために複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよい。
図４Ｄは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４３０の上面図である。図示のように、マーク４３０は図４Ｃのマーク４２０と同じ一般的レイアウトおよび特性、すなわち、８つの三角形のワーキングゾーンを有する。しかしながら、マーク４３０は、２つのレイヤのうち１つに形成されたグレーティングパターン４３２でマークの中心にバイアスすることにおいてマーク４２０とは異なっている。グレーティングパターン４３２は典型的に、１つのレイヤのマーク品質が、コントラストまたは粒状性によって別のレイヤのマーク品質よりも劣る場合に使用される。つまり、コントラストが低いレイヤ内の情報（例えば、エッジ）が増加される。代替的に、１つのレイヤでＦＯＶの中心をバイアスすることはさらに、プロセスダメージから中心を保護する。グレーティングパターン４３２は広く変動してよい。例えば、グレーティングパターンは、任意の数の分布およびサイズでの任意の数のラインを含んでよい。この特定の実施形態では、グレーティングパターンは第２のレイヤ上に形成され、マークの中心の周りに方向が交番する（例えばＸ方向とＹ方向）２つの粗くセグメント化されたライン４３４のグループを含む。
図４Ｅは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４４０の上面図である。図３Ａのオーバーレイマークと同様に、オーバーレイマーク４４０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。オーバーレイマーク４４０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン４４２を含む。図示の実施形態において、オーバーレイマーク４４２はその外周を実質的に埋めるように構成された１６の方形のワーキングゾーン４４２を含む。各ワーキングゾーン４４２は粗くセグメント化されたラインの周期構造を含む。１６のワーキングゾーンのうち、８つのワーキングゾーン４４２ＡはＸ方向に配向し、８つのワーキングゾーン４４２ＢはＹ方向に配向している（その上に配置された周期構造によって示されるように）。８つのワーキングゾーン４４２のうち、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）において、４つのワーキングゾーン４４２’は第１のレイヤにプリントされる（網掛けで表される）のに対し、４つのワーキングゾーン４４２”は第２のレイヤにプリントされる（網掛けで示していない）。
図４Ｆは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４５０の上面図である。図４Ｅのオーバーレイマークと同様に、オーバーレイマーク４５０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。オーバーレイマーク４５０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン４５２を含む。ワーキングゾーン４５２はそれぞれ粗くセグメント化されたラインの周期構造を含む。１６のワーキングゾーンのうち、８つのワーキングゾーン４５２ＡはＸ方向に配向し、８つのワーキングゾーン４５２ＢはＹ方向に配向している（その上に配置された周期構造によって示されるように）。ワーキングゾーン４５２Ａの８つのうち、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）において、４つのワーキングゾーン４５２’は第１のレイヤにプリントされる（網掛けで表される）のに対し、４つのワーキングゾーン４５２”は第２のレイヤにプリントされる（網掛けで示していない）。
図４Ｇは、別のターゲットによるオーバーレイマーク４６０の上面図である。図４Ｅのオーバーレイマークと同様に、オーバーレイマーク４６０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。オーバーレイマーク４６０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン４６２を含む。ワーキングゾーン４６２はそれぞれ粗くセグメント化されたラインの周期構造を含む。１６のワーキングゾーンのうち、８つのワーキングゾーン４６２ＡはＸ方向に配向し、８つのワーキングゾーン４６２ＢはＹ方向に配向している（その上に配置された周期構造によって示されるように）。８つのワーキングゾーン４６２のうち、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）において、４つのワーキングゾーン４６２’は第１のレイヤにプリントされる（網掛けで表される）のに対し、４つのワーキングゾーン４６２”は第２のレイヤにプリントされる（網掛けで示していない）。
図４Ｈは、別の構造によるオーバーレイマーク４８０の上面図である。図４Ｅのオーバーレイマークと同様に、オーバーレイマーク４８０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。オーバーレイマーク４８０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン４８２を含む。ワーキングゾーン４８２はそれぞれ粗くセグメント化されたラインの周期構造を含む。１６のワーキングゾーンのうち、８つのワーキングゾーン４８２ＡはＸ方向に配向し、８つのワーキングゾーン４８２ＢはＹ方向に配向している（その上に配置された周期構造によって示されるように）。８つのワーキングゾーン４８２のうち、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）において、４つのワーキングゾーン４８２’は第１のレイヤにプリントされる（網掛けで表される）のに対し、４つのワーキングゾーン４８２”は第２のレイヤにプリントされる（網掛けで表されない）。さらに、８つのワーキングゾーン４８２のうち、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）において、４つのワーキングゾーン４８２は第１の周期の周期構造Ｍ（細線で表される）を有するのに対し、４つのワーキングゾーン４８２は第１の周期とは異なる第２の周期の周期構造Ｎ（太線で表される）を有する。
図４Ｉは、別の構造によるオーバーレイマーク４９０の上面図である。図４Ｅのオーバーレイマークと同様に、オーバーレイマーク４９０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。しかしながら、オーバーレイマーク４９０は、ウェハの３つの連続したレイヤ間の、またはウェハの単一のレイヤ上の３つの別個に生成されたパターン間の相対シフトを決定するようにも構成されている。図示の実施形態では、オーバーレイマーク４９０は１６の方形ワーキングゾーン４９２を含む。ワーキングゾーン４９２それぞれは、粗くセグメント化されたラインの周期構造を含む。
１６のワーキングゾーン４９２のうち、８つのワーキングゾーン４９２’は第１のレイヤにプリントされており（網掛けで表される）、４つのワーキングゾーン４９２”は第２のレイヤにプリントされており（白塗りつぶしで示される）、４つのワーキングゾーン４９２”’は第３のレイヤにプリントされている（黒塗りつぶしで示される）。この特定の実施形態では、第１のレイヤ（シングルプライムによっても表される）は、第２のレイヤ（ダブルプライムによっても表される）の上に配置され、第２のレイヤは第３のレイヤ（トリプルプライムによっても表される）の上に配置される。例として、第１のレイヤはレジストレイヤを表してもよく、第２のレイヤは第１の金属レイヤを表してもよく、第３のレイヤは第２の金属レイヤを表してもよい。上記の構成は広範に変動し得ることに留意されたい。例えば、任意の所与の配向（ＡまたはＢ）での８つのワーキングゾーンのうち、２つは第１のレイヤにプリントされてもよいのに対し、各付加的なペアのグレーティングは３つの以前のレイヤのうち何層までにプリントされてもよい。
図５は、本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、重畳する周期的ライン構造を有する別の合成ＸＹオーバーレイマーク５００の上面図である。このターゲット５００は、解像度以下のＸおよびＹフィーチャの複合パターンを含み、Ｘ構造の一部がＹ構造とインタリーブされている。例えば、ワーキンググループ５０２Ａは、拡張された領域５０１に示されるように、第１のレイヤに関して、インタリーブされたＸおよびＹの解像度以下のフィーチャを含む。ワーキングゾーンのうち一部は、第１のレイヤの後で第１のレイヤの上に形成された第２のレイヤのためのオーバーレイされたワーキングゾーンをも含む。例えば、ワーキングゾーン５０２Ｂは、第１のレイヤ内にＸおよびＹの解像度以下の周期的フィーチャを含み、Ｘコースの周期構造の第２の層が第１のレイヤの周期構造の上に形成されている。オーバーレイは一般に、現在形成されたレイヤパターンと以前のレイヤパターンの対称心／重心間の差によって決定され得る。
図６は、本発明の特定の実施形態に従って対称ビーム走査技術が実装され得る、ＸＹオーバーレイ構造を有する別のターゲット６００である。図示のように、ワーキンググループ６０２Ａは３つの異なるレイヤ（白、黒および網掛け）でのＹオーバーレイグレーティング構造を含むのに対し、ワーキンググループ６０２Ｂは同じ３つの異なるレイヤ（白、黒および網掛け）にＸオーバーレイグレーティング構造を含む。この例において、各ワーキンググループ内の各レイヤの構造は、ゼロオーバーレイエラーがある場合に同じ中心位置６０４を有するように配置される。オーバーレイは一般に、現在形成されたレイヤパターンと以前のレイヤパターンの重心間の差（または、重心間の所定のオフセットからの逸脱）によって決定され得る。
上述のＸＹターゲットそれぞれに関して、走査パターンは一般に、逐次走査間にラインのスキッピングがある場合もない場合も、ラインエッジに対してチルトしておりターゲットに対称な双方向走査を含み得る。例えば、ビームは、４５°、１３５°、２２５°および３１５°でチルトしている、またはオーバーレイターゲットの配向に対して任意の適切な対称な角度の組み合わせでチルトしているスワスのセットに沿って合成ＸＹターゲットに対して走査され得る。例えば、チルト角は、ｅ−ビームが図７のトップレイヤパターン（例えば７０１）に対して垂直に走査され得るように、１９°〜２１°および１９９°〜２０１°を含み得る。
本明細書に記載の走査技術は、図４Ａ−４ＩのＸＹ合成ターゲットのように互いに対して垂直以外の方向で互いに対してチルトしているサブ構造を含む周期構造を有するターゲットに適用されてもよい。図７は、鉛垂直または平行角を除外した角度で互いに対してチルトしている、異なるレイヤおよび方向の周期的ライン構造を有する別のターゲット部分７００の上面図である。つまり、２つのグレーティング間のチルト角は０°よりも大きく９０°未満である。この図において、ターゲットは、網掛け影付きで示される第１のレイヤ内のラインのセットと、白の影付きで示される第２のレイヤ内のラインのセットを有する。第２のレイヤのラインは、約２１°の角度で第１のレイヤのラインに対してチルトしている。
図７の例ならびに別のタイプのターゲットにおいて、荷電粒子ビームは、チルト角の任意の適切な対称な組み合わせでの、対称走査のペアで走査され得る。各走査のペアは、互いに対して対称な走査の２つの反対方向のセットを含み、全走査ペアの結果として得られる走査パスは、ターゲットのいずれの長軸にも平行でない。一般に、ビーム走査パターンは、ラインセットそれぞれに対して垂直であるか、またはラインセットそれぞれに対してチルトしているかのいずれかである走査を含み得る。例として、ターゲット７００に関しては、荷電粒子ビームは、第２のレイヤの水平線がそれらの長軸に沿って走査される結果となり得るため、東西方向に走査されることはない。図７のターゲットのオーバーレイは一般に、現在形成されたレイヤパターンと以前のレイヤパターンの重心間の差によって決定され得る。
別の実施形態では、ターゲットは分離したＸおよびＹ構造を含まず、一体化したＸＹ構造を含む。図８は、ＸおよびＹオーバーレイが決定され得る複数のコンタクト構造から形成された別のオーバーレイマーク８１０の上面図である。図示のように、オーバーレイマーク８１０は、２つの別個の方向におけるオーバーレイを測定するように構成されている。そのため、マーク８１０はオーバーレイが測定されることになっている各ＸおよびＹ方向について別個に配置されたまたはオフセットした構造を有する必要を省く。オーバーレイマーク８１０は、ウェハの試験レイヤが完全なアライメントにある場合にもたらされる構成で示されている。
オーバーレイマーク８１０は、２つの異なる方向における２つのウェハレイヤ間のレジストレーションエラーを決定するための複数のワーキングゾーン８１２を含む。図示の実施形態において、オーバーレイマーク８１０は、オーバーレイマーク８１０をイメージングするために使用される計測ツールの視野（図示せず）を実質的に埋めるように構成された４つの方形ワーキングゾーン８１２を含む。ワーキングゾーン８１２は、ウェハ上の異なるレイヤ間のアライメントを計算するために使用されるマークの実領域を表す。前述のように、ワーキングゾーン８１２は、第２のレイヤの隣接するワーキングゾーンの部分と重畳しないように、互いから空間的に離されている。
この例において、ワーキングゾーンは、例えば、Ｘ方向およびＹ方向等の２つの方向におけるオーバーレイ情報を提供するように構成されている。４つのワーキングゾーン８１２Ａ−Ｄのうち、２つのワーキングゾーン８１２Ａおよび８１２Ｄは第１のレイヤに配置されており、２つのワーキングゾーン８１２Ｂおよび８１２Ｃは第２のレイヤに配置されており（第１のレイヤは単色塗りつぶしで表され、第２のレイヤは塗りつぶしなしで表されている）。同じ第１のレイヤ上に配置されたワーキングゾーン８１２Ａおよび８１２Ｄは、第１の鉛垂直で互いの反対側に配置され、その一方で、同じ第２のレイヤ上に配置されたワーキングゾーン８１２Ｂおよび８１２Ｃは、第２の鉛垂直で（例えば対角状に）互いの反対側に配置されている。これらのcross-positioned構造は、「Ｘ」形状パターンを形成する。
ワーキングゾーン８１２それぞれは、例えば、周期構造８１４Ａ−Ｄ等の個々の周期構造８１４を含む。図示のように、周期構造８１４それぞれは実質的に、その対応するワーキングゾーン８１２の外周を実質的に埋める。理解され得るように、周期構造８１４それぞれは、その対応するワーキングゾーン８１２のレイヤ内に形成される。周期構造８１４は、間隔を空けた行と列に配置された粗くセグメント化された要素８１６を含む。任意選択的に、粗くセグメント化された要素８１６それぞれのほうは細かくセグメント化された要素８１８によって形成されていてもよい。細かくセグメント化された要素８１８は間隔を空けた行と列に配置されている。個々の粗くセグメント化された要素８１６および細かくセグメント化された要素８１８は、種々のサイズ、形状および分布で構成されてよい。図示の実施形態では、粗くセグメント化された要素８１６と細かくセグメント化された要素８１８は両方とも方形であり、隣接する要素から等間隔で離隔している。理解され得るように、オーバーレイマーク８１０は、互いに対して垂直である２つの別個の方向における位置ずれ値を測定するために使用され得るが、それは、マーク８１０が垂直方向に同じ反復構造パターンを有するからである。
オーバーレイコンタクトアレイターゲット８１０は、北、南、東および西方向に走査されても、北・南方向のみ（Ｙオーバーレイについて）、または東・西方向のみ（Ｘオーバーレイについて）に走査されてもよい。走査パターンはいずれもラインをスキップすることを含んでよい。別の合成例では（図示せず）、ターゲットは十字型構造のアレイを含み得る。この後者の例では、ビームは、本明細書に記載の合成ＸＹターゲットのようなターゲットに対してチルト角で走査されてよい。
上述の技術のいずれかを実装するために、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の適切な組み合わせが使用されてよい。図９は、本発明の一実施形態に係る走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）オーバーレイ計測システムの図表示である。周期構造にわたり対称な方向で走査することは、電子の増大によって引き起こされるイメージの非対称性を回避することができ、結果として不正確なオーバーレイ測定（等）を極減する。
幾つかの実施形態では、システム９００は、限定はしないが、ＳＥＭオーバーレイオプション付き欠陥レビュー（ＤＲ）ＳＥＭツール、ＳＥＭオーバーレイオプション付きクリティカルディメンション（ＣＤ）ＳＥＭツール、スタンドアローンＳＥＭツール、一体型ＳＥＭオーバーレイ計測付きリソグラフィー／エッチツール、または、イメージング光学オーバーレイ、スキャトロメトリ光学オーバーレイ、スキャトロメトリＣＤ等のフィーチャ付きリソグラフィー／エッチ計測クラスタ、およびＳＥＭオーバーレイオプション付きＣＤＳＥＭを含み得る。システム９００は、オーバーレイエラー（例えば、関心対象の少なくとも２つのレイヤ間のミスアライメントまたは空間的オフセット）を決定するために、限定はしないが、上に形成された２つ以上のレイヤを有するウェハ（例えば半導体ウェハ）等のサンプル９０６を電子ビーム９０４で走査するように構成されてよい。
システム９００は、当技術分野で知られる任意の走査モードで動作してよい。例えば、システム９００は、サンプル９０６の表面にわたり電子ビーム９０４を走査する場合にスワスモードで動作してよい。これに関して、システム９００は、サンプルが移動しており、サンプルの動作方向に対して走査方向が名目上垂直な状態で、サンプル９０６にわたり電子ビーム９０４を走査してよい。別の例として、システム９００は、サンプル９０６の表面にわたり電子ビーム９０４を走査する場合にステップアンド走査モードで動作してよい。これに関して、システム９００は、ビーム９０４が走査されている場合に名目上静置状態であるサンプル９０６にわたり電子ビーム９０４を走査してよい。
システム９００は、１つ以上の電子ビーム９０４を生成するための電子ビーム源９０２を含んでよい。電子ビーム源９０２は、当技術分野で知られる任意の電子源を含み得る。例えば、電子ビーム源９０２は、限定はしないが、１つ以上の電子銃を含み得る。幾つかの実施形態では、コンピューティングシステム９２４またはコントローラは電子ビーム源９０２に通信可能に結合されてよい。コンピューティングシステム９２４は、１つ以上の電子源パラメータを、電子ビーム源９０２への制御信号を介して調整するように構成され得る。例えば、コンピューティングシステム９２４は、源９０２によって放出される電子ビーム９０４のビーム電流を、電子ビーム源９０２の回路構成を制御するために伝送される制御信号を介して変更するように構成され得る。
サンプル９０６は、走査中にサンプル９０６を支持するように構成されたサンプルステージ９０８上に配置され得る。幾つかの実施形態では、サンプルステージ９０８は作動可能なステージである。例えば、サンプルステージ９０８は、限定はしないが、サンプル９０６を１つ以上の直線方向（例えばｘ方向、ｙ方向および／またはｚ方向）に沿って選択的に並進させるのに適した１つ以上の並進ステージを含んでよい。別の例として、サンプルステージ９０８は、限定はしないが、サンプル９０６を回転方向に沿って選択的に回転させるのに適した１つ以上の回転ステージを含み得る。別の例として、サンプルステージ９０８は、限定はしないが、サンプルを直線方向に沿って選択的に並進させる、および／またはサンプル９０６を回転方向に沿って選択的に回転させるのに適した回転ステージおよび並進ステージを含み得る。
幾つかの実施形態では、コンピューティングシステム９２４またはコントローラは、サンプルステージ９０８に通信可能に結合されている。コンピューティングシステム９２４は、１つ以上のステージパラメータを、サンプルステージ９０８に伝送された制御信号を介して調整するように構成され得る。コンピューティングシステム９２４は、サンプルステージ９０８の回路構成を制御するために伝送された制御信号を介して、サンプル走査速度を変更するおよび／または走査方向を制御するように構成され得る。例えば、コンピューティングシステム９２４は、速度を変更するおよび／またはサンプル９０６が電子ビーム９０４に対して直線状に並進する方向（例えばｘ方向またはｙ方向）を制御するように構成され得る。本明細書でさらに説明するように、サンプル９０６は、オーバーレイ計測ターゲットを形成するターゲット構造またはサンプル９０６上のマークのフィーチャ配置に対してチルトした配向（例えば、パターンラインの長軸に対して垂直またはチルトした配向）で走査され得る。
システム９００はさらに、電子−光学素子９１０のセットを含み得る。電子−光学素子のセットは、電子ビーム９０４をサンプル９０６の選択された部分に集束および／または指向させるのに適した当技術分野で知られる任意の電子−光学素子を含み得る。一実施形態において、電子−光学素子のセットは１つ以上の電子−光学レンズを含む。例えば、電子−光学レンズは、限定はしないが、電子ビーム源からの電子を収集するための１つ以上のコンデンサレンズ９１２を含み得る。別の例として、電子−光学レンズは、限定はしないが、電子ビーム９０４をサンプル９０６の選択された領域に集束するための１つ以上の対物レンズ９１４を含み得る。幾つかの実施形態では、電子ビーム９０４は、サンプルグレーティングに対して制御された角度でサンプル９０６に指向され得る。座標のウェハ系統は座標のＳＥＭ系統と必ずしも一致しないため、微細な走査角を制御することは座標系間のマッチングを改善してサンプリング性能／精度に有意に貢献する。
幾つかの実施形態では、電子−光学素子のセットは、１つ以上の電子ビーム走査素子９１６を含む。例えば、１つ以上の電子ビーム走査素子９１６は、限定はしないが、サンプル９０６の表面に対するビームの位置決めを制御するのに適した１つ以上の走査コイルまたはデフレクタを含み得る。これに関して、１つ以上の走査素子９１６は、電子ビーム９０４をサンプル９０６にわたり、選択された走査方向またはパターンで走査するために使用され得る。例えば、サンプル９０６は、オーバーレイ計測ターゲットまたはサンプル９０６上のマークを形成するターゲット構造のフィーチャ配置に対してチルトまたは垂直な双方向走査で（例えば、ターゲットラインに対して双方向であり傾斜している）走査され得る。コンピューティングシステム９２４またはコントローラは、１つ以上の走査素子９１６等の電子−光学素子９１０のうち１つ以上に通信可能に結合され得る。したがって、コンピューティングシステムは、１つ以上の通信可能に結合された電子−光学素子９１０に伝送される制御信号を介して、１つ以上の電子−光学パラメータを調整する、および／または走査方向を制御するように構成され得る。
システム９００はさらに、サンプル９０６から電子９１７を受け取るように構成された検出器アセンブリ９１８を含み得る。幾つかの実施形態では、検出器アセンブリ９１８は、電子コレクタ９２０（例えば、二次電子コレクタ）を含む。検出器アセンブリはさらに、例えば遅延電磁界原理に基づくエネルギーフィルタ９１９を含み得る。これに関して、エネルギーフィルタ９１９は、高エネルギー二次電子（すなわち、反射電子）を通しながら低エネルギー二次電子を止めるように構成され得る。エネルギーフィルタ９１９が作動されない場合、全ての二次電子が、検出システムの収集効率に従って検出される。全体的電子イメージから高エネルギー電子イメージを差し引くことによって、低エネルギー二次電子イメージが取得され得る。検出器アセンブリ９１８はさらに、サンプル表面から電子（例えば二次電子）を検出するための検出器９２２（例えば発光素子およびＰＭＴ検出器９２２）を含み得る。幾つかの実施形態では、検出システム９２２は、１つ以上の明視野（ＢＦ）検出器９２１および１つ以上の暗視野（ＤＦ）検出器９２３等の、いくつかの電子検出器を含み得る。幾つかの実施形態では、２〜８（またはそれ以上であってもよい）のＤＦ検出器９２３があってもよい。ＢＦ検出器９２１は、低い（ウェハ垂線に従って）放出角の電子を検出し、その一方で、ＤＦ検出器９２３はより高い放出角の電子によって担持される情報を提供する。幾つかの実施形態では、検出器アセンブリ９１８の検出器９２２は光検出器を含む。例えば、検出器９２２のＰＭＴ検出器のアノードは、蛍光体アノードを含んでもよく、それは、アノードによって吸収されたＰＭＴ検出器のカスケードされた電子によって励起されてその後に発光し得る。次に、光検出器は、サンプル９０６をイメージングするために、蛍光体アノードによって放出された光を収集してもよい。光検出器は、限定はしないが、ＣＣＤ検出器またはＣＣＤ−ＴＤＩ検出器等の当技術分野で知られる任意の光検出器を含み得る。システム９００は、限定はしないが、エバーハート・ソンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）タイプ検出器等の付加的／代替的検出器タイプを含み得る。さらに、本明細書に記載の実施形態は、単一の検出器配置および複数の検出器配置に適用可能である。
幾つかの実施形態では、コンピューティングシステム９２４またはコントローラは、検出器アセンブリ９１８に通信可能に結合されている。コンピューティングシステム９２４は、検出器アセンブリ９１８に伝送される制御信号を介してパラメータを形成する１つ以上のイメージを調整するように構成され得る。例えば、コンピューティングシステムは、二次電子の抽出電圧または抽出場強さを調整するように構成され得る。当業者ならば、「コンピューティングシステム９２４」は、少なくとも１つの非一時的信号担持媒体によって記憶されたプログラム命令に埋め込まれた１つ以上の命令セットを実行するように構成された１つ以上のプロセッサ等の１つ以上のコンピューティングシステムまたはコントローラを含み得ることを理解するであろう。コンピューティングシステム９２４は、限定はしないが、本明細書に記載のもののような種々の走査またはサンプリングパラメータを制御し得る。
前述の説明は、二次電子の収集の文脈での検出器アセンブリ９１８にフォーカスしてきたが、これを、本発明への限定と解釈すべきではない。本明細書では、検出器アセンブリ９１８は、サンプルの表面またはバルクを電子ビーム９０４で特性評価するための当技術分野で知られる任意のデバイスまたはデバイスの組み合わせを含み得ることが認識される。例えば、検出器アセンブリ９１８は、反射電子、オージェ電子、透過した電子または光子（例えば、入射電子に応答して表面によって放射されたｘ線）を収集するように構成された、当技術分野で知られる任意の粒子検出器を含み得る。幾つかの実施形態では、上述のように、検出された電子は、検出された電子のエネルギーレベルおよび／または放出角に基づいて差別化され（例えば、二次電子ｖｓ反射電子）、全体的電子イメージから高エネルギー電子を差し引くことによって、低エネルギーの二次電子イメージが取得され得る。
コンピューティングシステム９２４は、データまたは情報（例えば、検出信号／イメージ、統計結果、基準または較正データ、訓練データ、モデル、抽出されたフィーチャまたは変換結果、変換済みデータセット、カーブフィッティング、定性および定量結果等）を、他のシステムから、有線および／または無線部分を含み得る伝送媒体によって受信および／または取得するように構成され得る。こうして、伝送媒体は、コンピューティングシステム９２４と他のシステム（例えばメモリオンボード計測システム、外部メモリ、基準測定源、または他の外部システム）との間のデータリンクとして働き得る。例えば、コンピューティングシステム９２４は、データリンクを介して記憶媒体（例えば、内部または外部メモリ）から測定データを受信するように構成され得る。例えば、検出システムを用いて得られた結果は、永久または半永久メモリデバイス（例えば、内部または外部メモリ）に記憶され得る。これに関して、結果はオンボードメモリから、または外部メモリシステムからインポートされてもよい。さらに、コンピューティングシステム９２４は、伝送媒体を介してデータを他のシステムに送信してもよい。例えば、コンピューティングシステム９２４によって決定されたオーバーレイ値等の定性および／または定量結果は、外部メモリに通信されて記憶されてもよい。これに関して、測定結果は別のシステムにエクスポートされてもよい。
コンピューティングシステム９２４は、限定はしないが、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、パラレルプロセッサ、または当技術分野で知られる任意の他のデバイスを含み得る。一般に、用語「コンピューティングシステム」は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するように広範に定義され得る。プログラム命令は、コンピュータ可読媒体（例えばメモリ）に記憶されてよい。例示的コンピュータ可読媒体は、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を含む。
計測ツールは、半導体製造に関する多くの異なるタイプの測定を行うように構成され得る。品質および／または定量値を決定するための本発明のいくつかの実施形態は、そのような測定を利用してよい。特定のターゲット特性を決定するための付加的な計測技術を、上述の品質決定技術と組み合わせてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ツールは信号／イメージを取得して、１つ以上のターゲットの特性（例えば、オーバーレイ、クリティカルディメンション、側壁角、膜厚、プロセス関連パラメータ（例えばフォーカスおよび／またはドーズ）を決定してもよい。ターゲットは、例えばメモリダイ内のグレーティング等の、本質的に周期性である特定の関心領域を含み得る。ターゲットは、その厚さが計測ツールによって測定され得る複数のレイヤ（または膜）を含み得る。ターゲットは、例えば、アライメントおよび／またはオーバーレイレジストレーションオペレーションで使用する、半導体ウェハ上に配置された（または既に存在する）ターゲットデザインを含み得る。あるターゲットは半導体ウェハ上の様々な位置に配置され得る。例えば、ターゲットは、スクライブライン内（例えばダイ間）に配置されてもよく、および／またはダイ自体に配置されてもよい。ある実施形態では、複数のターゲットが同じ計測ツールで、または複数の計測ツールで測定される（同時に、または異なるタイミングで）。そのような測定からのデータは合成されてよい。計測ツールからのデータは、半導体製造プロセス、例えば、プロセスへのフィードフォワード、フィードバックワードおよび／またはフィードサイドウェイ補正に使用されてもよく（例えば、リソグラフィー、エッチング）、したがって、完全プロセス制御ソリューションをもたらし得る。
計算アルゴリズムは、計算ハードウェア、並列計算、計算の分散、負荷分散、マルチサービスサポート、動的負荷最適化等の設計および実装等の１つ以上の手法を備えた計測アプリケーション向けに通常は最適化される。アルゴリズムの異なる実装は、ファームウェア、ソフトウェア、ＦＰＧＡ、プログラマブル光学素子等で実行され得る。
ここで提示した本発明のある実施形態は一般に、半導体計測およびプロセス制御の分野を対象としており、ハードウェア、アルゴリズム／ソフトウェア実装およびアーキテクチャ、および上記に要約したユースケースに限定されない。
上記の発明を、理解の明瞭さのために特定の詳細で説明してきたが、添付の特許請求の範囲内で何らかの変更および修正が実行され得ることは明白であろう。本発明のプロセス、システムおよび装置を実装する多くの代替的方式が存在することに留意されたい。したがって、本発明の実施形態は例示的であると見なされ、限定的とは見なされず、本発明は本明細書に記載の詳細に限定されない。

Claims (20)

  1. 上に形成された少なくとも２つのレイヤを有するターゲット上にオーバーレイ計測を実行する方法であって、
    少なくとも２つのオーバーレイ方向におけるオーバーレイを測定するための複数の周期構造を有するターゲットを配設し、
    荷電粒子ビームを、ターゲットの複数の走査スワスにわたり、ターゲットに対して第１のチルトで第１の方向に走査して、その結果、前記周期構造の各エッジが傾斜して走査されるようにし、
    前記荷電粒子ビームを、前記複数の走査スワスにわたり、前記第１の方向と反対の第２の方向に、前記第１のチルトから１８０°である第２のチルトで走査し、
    第１と第２の方向の走査オペレーションを、異なる第１と第２のチルトで、また前記ターゲットの異なる複数の走査スワスで繰り返して、その結果、前記ターゲットが対称に走査されるようにし、
    前記第１と第２の方向の走査オペレーションによって生成されたイメージを合成して合成イメージを形成し、
    前記合成イメージを分析することに基づいて前記ターゲットのオーバーレイエラーを決定し報告する、
    ことを含む方法。
  2. 前記第２の方向の走査オペレーションによって引き起こされる前記周期構造への帯電効果は、前記第１の方向の走査オペレーションによって引き起こされる帯電効果に対して対称である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ターゲットは、ＸおよびＹオーバーレイ両方の周期構造を含み、前記第１と第２の方向の走査オペレーションを繰り返すことは、前記ターゲットが４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度で走査されることをもたらす、請求項１に記載の方法。
  4. ４５°、１３５°、２２５°および３１５°の前記角度は、前記荷電粒子ビームを前記第１と第２の両方向に走査し、前記走査対象ターゲットをラスタパターンで回転させ並進させることによって達成される、請求項３に記載の方法。
  5. 前記荷電粒子ビームを単一の並進方向に走査し、前記ターゲットを、それぞれ４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度で回転させることによって４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度が達成される、請求項３に記載の方法。
  6. 前記合成イメージは、前記第１と第２の方向の走査オペレーション故に対称な帯電効果を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第１と第２の走査オペレーションは、走査スワスの各連続ペア間の周期構造の複数のスキップされるラインをスキップすることを含み、前記合成イメージはそのようなスキップされるラインのイメージ部分を除外し、前記スキップされるラインの総数は８以上である、請求項１に記載の方法。
  8. 前記スキップされるラインの総数は１００以上である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記周期構造はＸおよびＹライングレーティングを含み、前記走査スワスはそのようなＸおよびＹライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる、請求項１に記載の方法。
  10. 前記周期構造は、第１の方向に長軸を有する第１のライングレーティングと、前記第１の方向とは異なり前記第１の方向に対して垂直でない第２の方向に第２のグレーティングを含み、前記走査スワスはそのような第１と第２のライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる、請求項１に記載の方法。
  11. 上に形成された少なくとも２つのレイヤを有するターゲット上にオーバーレイ計測を実行するための荷電粒子ビームシステムであって、
    荷電粒子ビームを生成するためのビーム源と、
    少なくとも２つのオーバーレイ方向におけるオーバーレイを測定するための複数の周期構造を有するターゲットに粒子ビームを指向させ走査するための光学素子と、
    上に配置されたターゲットを保持し、前記荷電粒子ビームに対して移動させるためのステージと、
    前記ターゲットにわたる前記荷電粒子ビームの走査に応答して前記ターゲットからの信号を受信するための検出器アセンブリと、
    コントローラを備え、前記コントローラは、ビーム源、光学素子、ステージおよび検出器アセンブリと連携して、
    荷電粒子ビームを、前記ターゲットの複数の走査スワスにわたり、前記ターゲットに対して第１のチルトで第１の方向に走査して、その結果、前記周期構造の各エッジが傾斜して走査されるようにし、
    前記荷電粒子ビームを、前記複数の走査スワスにわたり、前記第１の方向と反対の第２の方向に、前記第１のチルトから１８０°である第２のチルトで走査し、
    第１と第２の方向の走査オペレーションを、異なる第１と第２のチルトで、また前記ターゲットの異なる複数の走査スワスで繰り返して、その結果、前記ターゲットが対称に走査されるようにし、
    前記第１と第２の方向の走査オペレーションによって生成されたイメージを合成して合成イメージを形成し、
    前記合成イメージを分析することに基づいて、前記ターゲットのオーバーレイエラーを決定し報告する、
    オペレーションを実行するように構成されているシステム。
  12. 前記第２の方向の走査オペレーションによって引き起こされる周期構造への帯電効果は、前記第１の方向の走査オペレーションによって引き起こされる帯電効果に対して対称である、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記ターゲットは、ＸおよびＹオーバーレイ両方の周期構造を含み、前記第１と第２の方向の走査オペレーションを繰り返すことは、前記ターゲットが４５°、１３５°、２２５°および３１５°の角度で走査されることをもたらす、請求項１１に記載のシステム。
  14. ４５°、１３５°、２２５°および３１５°の前記角度は、前記荷電粒子ビームを前記第１と第２の両方向に走査し、前記走査対象ターゲットをラスタパターンで回転させ並進させることによって達成される請求項１３に記載のシステム。
  15. ４５°、１３５°、２２５°および３１５°の前記角度は、前記荷電粒子ビームを単一の並進方向に走査し、前記ターゲットを４５°、１３５°、２２５°および３１５°の各角度に回転させることによって達成される請求項１３に記載のシステム。
  16. 前記合成イメージは、前記第１と第２の方向の走査オペレーション故に対称な帯電効果を有する、請求項１１に記載のシステム。
  17. 前記第１と第２の走査オペレーションは、走査スワスの各連続ペア間の周期構造の複数のスキップされるラインをスキップすることを含み、前記合成イメージはそのようなスキップされるラインのイメージ部分を除外し、前記スキップされるラインの総数は８以上である、請求項１１に記載のシステム。
  18. 前記スキップされるラインの総数は１００以上である、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記周期構造はＸおよびＹライングレーティングを含み、前記走査スワスはそのようなＸおよびＹライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる、請求項１１に記載のシステム。
  20. 前記周期構造は、第１の方向に長軸を有する第１のライングレーティングと、前記第１の方向とは異なり前記第１の方向に対して垂直でない第２の方向に第２のグレーティングを含み、前記走査スワスはそのような第１と第２のライングレーティングのいずれの長軸にも平行にならないように保たれる、請求項１１に記載のシステム。
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