JP6668408B2 - Ｓｅｍオーバーレイ計測のシステムおよび方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づき、現在同時係属中である、すなわち出願日の利益が与えられた現在同時係属出願の出願である２０１３年６月４日にＤｍｉｔｒｙ Ｓｈｕｒによって出願された「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＳＥＭ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ」と題された米国仮特許出願第６１／８３０，９２７号の優先権を主張する。前述の仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。

本開示は、一般に、オーバーレイ計測の分野に関し、より詳細には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）オーバーレイ計測に関する。

半導体素子の製造の微細化が続いており、製造パラメータを監視および制御するために使用されるシステムは、より高精度の測定を提供し、より厳しい許容誤差内で動作することが要求される。半導体ウエハなどの基板上に配置された層間のオーバーレイ誤差の測定には、光計測システムが一般に使用される。しかしながら、その産業界では、該ＳＥＭによって達成可能な高解像度に基づく、より高レベルの精度を達成するために、照明ベースのシステムに代わる手段として走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムが現在利用されている。

ＳＥＭオーバーレイ計測システムにおける問題の一つに、高倍率のＳＥＭにおける画素サイズおよびｅ−ビームとの相互の容積と比較してｅ−ビームスポット直径がかなり大きいことに起因して生じ得るエッジぼけがある。ＳＥＭの像にはこの相互の容積が決定的に重要であることに留意すべきである。情報の深さ（二次電子が放出される深さ）は、一次電子エネルギー、ターゲット材、パターンなどに応じて数百ナノメートルまで達することがある。二次電子信号は、実際の二次電子の生成位置ではなく電子プローブ位置に表示される。走査型電子プローブ（一次ビーム）が（図１に示すような）パターニングされた表面の上表面におけるエッジを通る場合には、拡散コントラストを作り出すことができる。詳細な説明は、Ａ．Ｈｅｓｓｌｅｒ−Ｗｙｓｅｒによるそれらに関する伝統的なＳＥＭテキストブック、またはＬ．ＲｅｉｍｅｒによるＳｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐに見ることができる。この拡散コントラストは、走査方向におけるエッジの広がりを招く。そのようなエッジの広がりは、画素イメージの形成において画素が順次的に存在する事実によって引き起こされる基本的なＳＥＭアーチファクトである。一態様では、本開示は、ＳＥＭ機械によって測定されるオーバーレイにおけるエッジの広がりおよび／またはぼけの影響を最小限にすることに関する（ただし、これらに限定されない）。

特開２０１１−１５５３０２号公報

このエッジぼけは、オーバーレイ測定の正確性、精度、ツールの適合性、および他の特性に深刻な影響を与え得る。エッジぼけに起因する誤差を低減するために、フレーム平均化および精巧なエッジ検出アルゴリズムを用いることができる。しかしながら、エッジぼけに起因するＳＥＭアーチファクト（例えば、エッジにおける電子収集に起因する妨害信号または画像化における誤差）の回避を援助できる当技術分野における進歩が要望されている。

一態様では、本開示は、オーバーレイターゲット構造の特徴配置またはパターニングと略位置合わせされているかまたはこれと平行な走査方向を利用したＳＥＭオーバーレイ計測を実施する方法に関する。パターン線と同一または同等の方向における走査によって、対象となる走査したエッジ領域における電子収集によって引き起こされるエッジぼけを回避できる。対象となるエッジ領域に沿うかまたはこれと平行に走査を実施するため、いくらかのぼけは、主にオーバーレイ測定に不要なエッジに発生する。エッジぼけは、例えば、垂直方向に配置された線形パターン要素（すなわち、Ｙ軸に沿うかまたはこれと平行に位置する特徴）を含む水平（Ｘ軸）ターゲット構造における下部および上部エッジに発生し得る。Ｘ軸ターゲット構造では、側面エッジ（すなわち、Ｙ軸に沿うかまたはこれと平行に延在するエッジ）が明確に解像されている限り、線間（Ｘ軸オフセット）は、下部および上部エッジにおけるぼけによる影響を実質的に受けない。水平方向に配置された線形パターン要素と関わる垂直ターゲット構造にも同様のことが当てはまる。水平特徴配置と同一または同等の方向において垂直（Ｙ軸）ターゲット構造を走査することによって、下部および上部エッジにおけるエッジぼけが回避され、線形パターン要素間の線間（Ｙ軸）オフセットは、対象となる走査したエッジにおけるぼけに起因する誤差の影響を受けにくくなる。

一実施形態では、方法は、サンプルの少なくとも２つの層（例えば、基板上に形成された少なくとも第一の層および第二の層）に対応する少なくとも２つの線形パターン要素を含む第一の線形パターン要素の組と略同一線上にあるかまたはこれと平行な走査方向に、サンプルの表面にわたって電子ビームを走査するステップと、第一の線形パターン要素の組を含むサンプルの表面の走査した部分から放出される電子を検出するステップと、検出した電子に基づいて、第一の線形パターン要素の組の少なくとも２つの線形パターン要素間の空間的オフセットを決定するステップと、を含む。

一実施形態では、方法は、オーバーレイ計測を実施するためのシステムによって示されてもよい。このシステムは、少なくとも２つの層が形成されている基板を含むサンプルを支持するように構成されたステージと、電子ビームを生成するように構成されており、サンプルの少なくとも２つの層に対応する少なくとも２つの線形パターン要素を含む第一の線形パターン要素の組と略同一線上にあるかまたはこれと平行な走査方向に、サンプルの表面にわたって電子ビームを走査するようにさらに構成された電子ビーム源と、第一の線形パターン要素の組を含むサンプルの表面の走査した部分から放出される電子を検出するように構成された少なくとも一つの検出器と、少なくとも一つの検出器と通信し、検出した電子に基づいて、第一の線形パターン要素の組の少なくとも２つの線形パターン要素間の空間的オフセットを決定するように構成されたコンピューティングシステムと、を含む。

システムおよび方法のさまざまな実施形態を、説明図を参照して以下にさらに詳細に記載する。当業者は、限定するものではないが、「第一の」、「第二の」、「Ｘ軸」および「Ｙ軸」などの用語の使用が、本開示を特定の配置に制限することを意図しないことを認識する。それどころか、これらの用語は、特徴配置および／またはパターニングと走査方向との間の関係の例証である。前述の概要と以下の詳細な説明の両方が、単に例示的かつ説明的なものであり、本開示を必ずしも限定するものではないことが理解される。明細書の一部に組み込まれ、それを構成する添付図面が本開示の主題を示す。同時に、記載および図面が本開示の原理の説明に役立つ。

本開示の多数の利点は、以下の添付図を参照することにより、当業者によってよりよく理解されるであろう。

パターニングされた表面の上表面上のエッジを通り、それによって拡散コントラストを作り出すことができる走査型電子プローブ（一次ビーム）を示す図である。 本開示の実施形態に係る、オーバーレイ計測を実施するためのシステムを示すブロック図である。 本開示の実施形態に係るオーバーレイ計測ターゲットの概念図である。 本開示の実施形態に係る、第一の方向における特徴配置を有する、オーバーレイ計測ターゲットの一部を形成するパターン要素の組の概念図である。 本開示の実施形態に係る、第一の方向とは異なる第二の方向における特徴配置を有する、オーバーレイ計測ターゲットの一部を形成する第二のパターン要素の組の概念図である。 ２つ以上の層が形成されている基板を含むサンプルの概念図であり、基板上に形成されたオーバーレイターゲットは、少なくとも、第一のサンプル層に関連する第一のパターン要素と、第二のサンプル層に関連する第二のパターン要素とを含む。本開示の実施形態に従い、第二のパターン要素は、第一のパターン要素と同じ高さ（または、同じレベル）にある。 ２つ以上の層が形成されている基板を含むサンプルの概念図であり、基板上に形成されたオーバーレイターゲットは、少なくとも、第一のサンプル層に関連する第一のパターン要素と、第二のサンプル層に関連する第二のパターン要素とを含む。本開示の実施形態に従い、第二のパターン要素は、第一のパターン要素の上表面に積層される。 本開示の実施形態に係る、オーバーレイ計測を実施するための方法を例示するフロー図である。

ここで、添付図面に図示するような開示した主題を詳細に参照する。

図２〜図４は、オーバーレイターゲット構造の特徴配置またはパターニングと略位置合わせされているかまたはこれと平行な走査方向による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）オーバーレイ計測を実施するシステムおよび方法の実施形態を概略的に図示する。パターン線と同一または同等の方向における走査によって、電子の蓄積によって引き起こされるエッジぼけを回避し、その結果、対象となる走査したエッジ領域においてオーバーサンプリングできる。対象となるエッジ領域に沿うかまたはこれと平行に走査を実施するため、いくらかのぼけは、主にオーバーレイ測定に不要なエッジに発生する。例えば、Ｙ軸に沿うかまたはこれと平行に形成されたパターン線を有する（Ｘ軸オフセット）オーバーレイターゲット構造は、Ｙ軸と一直線またはそれと平行に走査できる。一方で、Ｘ軸に沿うかまたはこれと平行に形成されたパターン線を有する（Ｙ軸オフセット）オーバーレイターゲットは、Ｘ軸と一直線またはそれと平行に走査できる。特徴配置および／またはパターニングと同一または同等の方向における走査によって、対象となるエッジ（すなわち、エッジ間または線間の空間的オフセット測定に使用されるパターン要素のエッジ）におけるぼけを回避できる。

ここで図２を見ると、本開示の実施形態に係るＳＥＭオーバーレイ計測システム１００が図示される。一部の実施形態では、システム１００は、限定するものではないが、ＳＥＭオーバーレイオプションを有する欠陥検査（ＤＲ）ＳＥＭツールと、ＳＥＭオーバーレイオプションを有する測長（ＣＤ）ＳＥＭツールと、スタンドアロンＳＥＭツールと、ＳＥＭオーバーレイ計測と統合されたリソグラフィおよび／またはエッチングツール、または結像光学オーバーレイ、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などの特性を有するリソグラフィおよび／またはエッチング計測クラスタと、ＳＥＭオーバーレイオプションを有するＣＤＳＥＭと、を含むことができる。システム１００は、限定するものではないが、電子ビーム１０４を利用して、該ウエハ上に形成された２つ以上の層を有するウエハ（例えば、半導体ウエハ）などのサンプル１０６を走査するように構成できる。この走査により、オーバーレイ誤差（例えば、対象となる少なくとも２つの層間のずれまたは空間的オフセット）を決定する。

システム１００は、当技術分野において公知の任意の走査モードで動作できる。例えば、システム１００は、サンプル１０６の表面にわたって電子ビーム１０４で走査するときに、帯状モードで動作できる。これに関して、システム１００は、サンプルを移動しながら、サンプル運動と名目上垂直な方向での走査において、サンプル１０６にわたって電子ビーム１０４で走査できる。別の例えば、システム１００は、サンプル１０６の表面にわたって電子ビーム１０４で走査するときに、段階走査モードで動作できる。これに関して、システム１００は、ビーム１０４の走査中に名目上静止しているサンプル１０６にわたって電子ビーム１０４で走査できる。

システム１００は、一以上の電子ビーム１０４を生成するための電子ビーム源１０２を含むことができる。電子ビーム源１０２は、当技術分野において公知の任意の電子源を含むことができる。例えば、電子ビーム源１０２は、限定するものではないが、一以上の電子銃を含むことができる。一部の実施形態では、電子ビーム源１０２に、コンピューティングシステム１２４またはコントローラが通信可能に連結できる。コンピューティングシステム１２４は、電子ビーム源１０２に制御信号を送ることによって一以上の電子源パラメータを調節するように構成できる。例えば、コンピューティングシステム１２４は、電子ビーム源１０２の制御回路に制御信号を送信することによって、源１０２から放出される電子ビーム１０４に関わるビーム電流を変化するように構成できる。

サンプル１０６は、走査中にサンプル１０６を支持するように構成されたサンプルステージ１０８上に配置できる。一部の実施形態では、サンプルステージ１０８は、作動可能なステージである。例えば、サンプルステージ１０８は、限定するものではないが、一以上の直線方向（例えば、ｘ方向、ｙ方向および／またはｚ方向）に沿ってサンプル１０６を選択的に平行移動するのに適した一以上の並進ステージを含むことができる。別の例えば、サンプルステージ１０８は、限定するものではないが、回転方向に沿ってサンプル１０６を選択的に回転するのに適した一以上の回転ステージを含むことができる。別の例えば、サンプルステージ１０８は、限定するものではないが、選択的に、直線方向に沿ってサンプルを平行移動し、かつ／または回転方向に沿ってサンプル１０６を回転するのに適した回転ステージおよび並進ステージを含むことができる。

一部の実施形態では、コンピューティングシステム１２４またはコントローラは、サンプルステージ１０８に通信可能に接続される。コンピューティングシステム１２４は、サンプルステージ１０８に制御信号を送信することによって、一以上のステージパラメータを調節するように構成できる。コンピューティングシステム１２４は、サンプルステージ１０８の制御回路に制御信号を送信することによって、サンプルの走査速度を変化させ、かつ／または走査方向を制御するように構成できる。例えば、コンピューティングシステム１２４は、走査速度を変化させ、かつ／またはサンプル１０６を電子ビーム１０４に対して直線的に平行移動させる方向（例えば、ｘ方向またはｙ方向）を制御するように構成できる。以下にさらに詳細に説明するように、サンプル１０６は、サンプル１０６上のオーバーレイ計測ターゲットまたはマークを形成するターゲット構造の特徴配置と同一または同等の方向（すなわち、パターン線に沿ったまたはそれと平行の方向）において走査できる。

システム１００は、電子光学要素の組１１０をさらに含むことができる。電子光学要素の組は、サンプル１０６の選択した部分に、電子ビーム１０４の焦点を合わせるおよび／またはそれを導くのに適した当技術分野において公知の任意の電子光学要素を含むことができる。一つの実施形態では、電子光学要素の組は、一以上の電子光学レンズを含む。例えば、電子光学レンズは、限定するものではないが、電子ビーム源から放出される電子を収集するための一以上の集光レンズ１１２を含むことができる。別の例えば、電子光学レンズは、限定するものではないが、サンプル１０６の選択した領域に、電子ビーム１０４の焦点を合わせるための一以上の対物レンズ１１４を含むことができる。一部の実施形態では、電子ビーム１０４は、サンプルの回折格子に対して制御された角度でサンプル１０６に導くことができる。ウエハシステムの座標がＳＥＭシステムの座標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により、座標システム同士のマッチングを改善し、サンプリング性能および／または精度に有意に寄与できる。

一部の実施形態では、電子光学要素の組は、一以上の電子ビーム走査要素１１６を含む。例えば、一以上の電子ビーム走査要素１１６は、限定するものではないが、サンプル１０６の表面に対するビームの位置を制御するのに適した一以上の走査コイルまたはデフレクタを含むことができる。これに関して、一以上の走査要素１１６を利用して、選択された走査方向またはパターンにおいて、サンプル１０６にわたって電子ビーム１０４で走査できる。例えば、サンプル１０６は、サンプル１０６上のオーバーレイ計測ターゲットまたはマークを形成するターゲット構造の特徴配置と同一または同等の方向（すなわち、パターン線に沿ってまたはそれと平行）において走査できる。コンピューティングシステム１２４またはコントローラは、一以上の走査要素１１６などの一以上の電子光学要素１１０に通信可能に連結できる。それゆえに、コンピューティングシステムは、一以上の通信可能に連結された電子光学要素１１０に制御信号を送信することによって、一以上の電子光学パラメータを調節し、かつ／または走査方向を制御するように構成できる。

システム１００は、サンプル１０６から放出される電子１１７を受け取るように構成された検出器アセンブリ１１８をさらに含むことができる。一部の実施形態では、検出器アセンブリ１１８は、電子コレクター１２０（例えば、二次電子コレクター）を含む。検出器アセンブリは、例えば、減速電界原理に基づくエネルギーフィルタ１１９をさらに含むことができる。これに関して、エネルギーフィルタ１１９は、低エネルギーの二次電子を阻止し、一方で、高エネルギーの二次電子（すなわち、後方散乱電子）を通すように構成できる。エネルギーフィルタ１１９が作動しない場合には、検出システムの収集効率に従いすべての二次電子が検出される。電子像全体から出た高エネルギーの電子像を減算することによって、低エネルギーの二次電子像を得ることができる。検出器アセンブリ１１８は、サンプル表面から放出される電子（例えば、二次電子）を検出するための検出器１２２（例えば、光を発する要素およびＰＭＴ検出器１２２）をさらに含むことができる。一部の実施形態では、検出システム１２２は、例えば、一以上の明視野（ＢＦ）検出器１２１および一以上の暗視野（ＤＦ）検出器１２３などのいくつかの電子検出器を含むことができる。一部の実施形態では、２〜８個の（さらにはより多くの）ＤＦ検出器１２３があってもよい。ＢＦ検出器１２１は、（ウエハ法線に従う）低い放出角を有する電子を検出し、一方で、ＤＦ検出器１２３は、より高い放出角を有する電子が運ぶ情報を提供する。一部の実施形態では、検出器アセンブリ１１８の検出器１２２は、光検出器を含む。例えば、検出器１２２のＰＭＴ検出器のアノードは、蛍光体アノードを含むことができる。これは、該アノードが吸収する、ＰＭＴ検出器のカスケード電子によってエネルギーが与えられ、それによって光を放出できる。次いで、光検出器は、蛍光体アノードが出した光を収集して、サンプル１０６の像を得ることができる。光検出器は、限定するものではないが、ＣＣＤ検出器またはＣＣＤ−ＴＤＩ検出器などの当技術分野において公知の任意の光検出器を含むことができる。システム１００は、限定するものではないが、Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ型の検出器などの追加的および／または代替的なタイプの検出器を含むことができる。さらにまた、本明細書に記載する実施形態は、単一検出器の配置にも、多重検出器の配置にも応用できる。

一部の実施形態では、コンピューティングシステム１２４またはコントローラは、検出器アセンブリ１１８に通信可能に接続される。コンピューティングシステム１２４は、検出器アセンブリ１１８に制御信号を送信することによって、一以上の画像形成パラメータを調節するように構成できる。例えば、コンピューティングシステムは、二次電子のための引き出し電圧または引き出し電界強度を調節するように構成できる。当業者は、「コンピューティングシステム１２４」が、一以上のプロセッサなどの一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むことができることを認識する。これらは、少なくとも一つの非一時的な信号搬送媒体に保存されたプログラム命令に組み込まれた一以上の命令セットを実施するように構成される。コンピューティングシステム１２４は、限定するものではないが、その全体が参照により組み入れられる米国特許出願第１４／２６０，０５３号に記載されているような様々な走査またはサンプリングパラメータを制御できる。

前の記載は二次電子の収集に関連する検出器アセンブリ１１８に注目したが、これは、本発明を限定しないものとして解釈されるべきである。検出器アセンブリ１１８が、電子ビーム１０４を利用してサンプル表面またはバルクを特徴づけるための、当技術分野において公知の任意の装置または装置の組み合わせを含み得ることが、本明細書において認められる。例えば、検出器アセンブリ１１８は、当技術分野において公知の任意の粒子検出器を含むことができる。これは、後方散乱電子、オージェ電子、送られてきた電子または光子（例えば、入射電子に反応して表面から出るＸ線）を収集するように構成される。一部の実施形態では、先に論じたように、検出した電子は、該検出した電子のエネルギー準位および／または放出角に基づいて区別される（例えば、二次電子と後方散乱電子との比率）。また、電子像全体からの高エネルギーの電子像を減算することによって、低エネルギーの二次電子像を得ることができる。

図３Ａは、サンプル１０６の一部に形成できるオーバーレイターゲット２００を示す。例えば、オーバーレイターゲット２００は、一以上のターゲット構造２０２，２０８を含むことができる。この構造は、サンプル基板に形成された第一の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２０４，２１０と、サンプル基板に形成された第二の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２０６，２１２とを含む。図３Ｂに示すように、ターゲット構造２０２は、第一の方向におけるオーバーレイ計測（例えば、Ｙ軸の空間的オフセットの決定）に適し得る。例えば、ターゲット構造２０２は、サンプル１０６の第一の層に対応する一以上のパターン要素２０４（例えば、パターン要素２０４ａ，２０４ｂ）と、サンプル１０６の第二の層に対応する一以上のパターン要素２０６（例えば、パターン要素２０６ａ，２０６ｂ）とを含むことができる。パターン要素２０４，２０６の特徴配置またはパターニングは、第一の方向と略直交する（例えば、Ｘ軸に沿うかまたはこれと平行に延在する）。対象となるエッジにおけるぼけを回避または低減するために、システム１００は、特徴配置またはパターニングと同一または同等の方向において（すなわち、Ｘ軸に沿うかまたはこれと平行に）パターン要素２０４，２０６を走査するように構成できる。オーバーレイオフセットは、第一の測定したエッジ間距離（Ｐ１）と第二の測定したエッジ間距離（Ｐ２）とを比較することによって計算できる。例えば、第一の層と第二の層との間の、第一の方向におけるオフセットに対応する空間的オフセットは、数式（Ｐ１−Ｐ２）／２に従って決定できる。Ｐ１とＰ２とが（互いに高さが異なる）上層および下層に関連する場合には特に、より高度なアルゴリズムを提案できる。

図３Ｃは、第二の方向におけるオーバーレイ計測（例えば、Ｘ軸の空間的オフセットの決定）に適するターゲット構造２０８の実施形態を示す。例えば、ターゲット構造２０８は、サンプル１０６の第一の層に対応する一以上のパターン要素２１０（例えば、パターン要素２１０ａ，２１０ｂ）と、サンプル１０６の第二の層に対応する一以上のパターン要素２１２（例えば、パターン要素２１２ａ，２１２ｂ）とを含むことができる。パターン要素２１０および２１２の特徴配置またはパターニングは、第一の方向と略直交する（例えば、Ｙ軸に沿うかまたはこれと平行に延在する）。対象となるエッジにおけるぼけを回避または低減するために、システム１００は、特徴配置またはパターニングと同一または同等の方向において（すなわち、Ｙ軸に沿うかまたはこれと平行に）パターン要素２１０および２１２を走査するように構成できる。ターゲット構造２０２に関して記載したのと同様に、オーバーレイオフセットは、第一の測定したエッジ間距離（Ｐ１）と第二の測定したエッジ間距離（Ｐ２）とを比較することによって計算できる。

当業者は、追加的および／または代替的なターゲット構造を形成でき、前述の実施形態が本開示の限定を意図しないことを認識する。概して、システム１００は、第一のサンプル層に対応する少なくとも一つのパターン要素と、第二のサンプル層に対応する少なくとも一つのパターン要素と、を含む任意のパターン要素の組を走査するように構成できる。この走査方向は、特徴配置またはパターン線と略同一線上またはそれと平行であり、かつ／または測定されるオーバーレイオフセットの方向と略直交する。

一部の実施形態では、システム１００は、第一の設定された走査パラメータの組に従い、第一のサンプル層に対応する一以上のパターン要素２０４，２１０を走査し、第二の設定された走査パラメータの組に従い、第二のサンプル層に対応する一以上のパターン要素２０６，２１２を走査するようにさらに構成される。例えば、コンピューティングシステム１２４は、「二重捕獲」サンプリング用の既定の走査パラメータを制定および／または保存するように構成できる。一部の実施形態では、図３Ｅに示すように、第一のパターン要素の組２０４は、基板２０１に配置された第一の層として形成され得、第二のパターン要素の組２０６は、第一の層の上表面に積層された第二の層として形成され得る。これは、第一のパターン要素の組２０４と第二のパターン要素の組２０６とが同じレベルまたは高さに形成される（図３Ｄに図示するような）実施形態に代わる。コンピューティングシステム１２４は、制定した走査方向に従い走査パラメータを制御するように構成できる。一部の実施形態では、それぞれの走査方向は、第一の（下部）層および第二の（上部）層ごとに確立できる。

例えば、（図３Ｄに示すように）第一のパターン要素の組２０４と第二のパターン要素の組２０６とが同じレベルに形成された場合、低エネルギーの二次電子および／または低い放出角の二次電子に対する検出感度に調整した検出システムにおいて、「単一捕獲」検出モードを利用できる。別の例えば、（図３Ｅに示すように）第一のパターン要素の組２０４と第二のパターン要素の組２０６とが互いに異なるレベルまたは高さに形成された場合には、単一捕獲または二重捕獲検出モードを利用できる。単一捕獲検出モードを利用する実施形態では、検出システムは、低エネルギーの二次電子、高エネルギーの二次電子、および低い放出角の二次電子に対する検出感度に調整できる。二重捕獲検出モードを利用する実施形態では、第一の捕獲調整を、低エネルギーで低い放出角の二次電子に対する検出感度用に設定できる一方、第二の捕獲調整を、高エネルギーで低い放出角の二次電子に対して設定できる。前述の例が例証目的で提供され、本開示の範囲から逸することなく、他の調整パラメータまたは検出モードを使うことができることに留意されたい。

本開示の実施形態に係る、ＳＥＭオーバーレイ計測を実施する方法４００を図４に図示する。方法４００は、システム１００によって示され、そのようなものとして、システム１００の前述の実施形態に関して記載した機能を生じさせるための一以上のステップまたは工程を含むことができる。一部の実施形態では、非一時的なキャリア媒体が、コンピュータシステム１２４に方法４００のステップまたは工程を実施させるためのプログラム命令を含むことができる。しかしながら、方法４００が前述の実施形態に限定されず、以下のステップの実施に適した任意のＳＥＭベースのシステムによって証明できることに留意されたい。方法４００は、前述のようなオーバーレイターゲット２００を含むサンプル１０６に対して実施できる。

ステップ４０２において、電子ビーム１０４が、第一の線形パターン要素の組２０２と略同一線上にあるかまたはこれと平行な走査方向（例えば、直線状に位置したターゲット特徴と同一または同等の方向）において、サンプル１０６の表面にわたって走査できる。ステップ４０４において、検出器アセンブリ１１８が、サンプル１０６の表面から放出される電子を受け取り、サンプル１０６の第一の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２０４とサンプル１０６の第二の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２０６との像を得ることができる。ステップ４０６において、エッジ間または線間測定を実施して、第一の層と第二の層との間の、走査方向と略垂直方向における空間的オフセットを決定する。

一部の実施形態では、システムは、第二の方向（例えば、第一の決定した空間的オフセットの方向と略直交する第二の方向）におけるオーバーレイ誤差の決定に適した少なくとも一つの追加的な線形パターン要素２０８の組を測定するためのステップ４０８〜４１２をさらに含む。ステップ４０８において、電子ビーム１０４が、第二の線形パターン要素の組２０８と略同一線上にあるかまたはこれと平行な第二の走査方向に、サンプル１０６の表面にわたって走査できる。ステップ４１０において、検出器アセンブリ１１８が、サンプル１０６の表面から放出される電子を受け取り、サンプル１０６の第一の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２１０とサンプル１０６の第二の層に対応する少なくとも一つのパターン要素２１２の像を得ることができる。ステップ４１２において、エッジ間または線間測定を実施して、第一の層と第二の層との間の、第二の走査方向と略垂直方向における空間的オフセットを決定する。

それゆえに、決定したオーバーレイ誤差は、第一の方向におけるオフセット（例えば、Ｘ軸オフセット）と、第二の方向におけるオフセット（例えば、Ｙ軸オフセット）とを含むことができる。ここでは、エッジぼけの回避は、それぞれ、（例えば、Ｙ軸に沿ったまたはそれと平行の）第一の垂直走査方向に第一の方向（Ｘ軸）のターゲット構造を走査し、（例えば、Ｘ軸に沿ったまたはそれと平行の）第二の垂直走査方向に第二の方向（Ｙ軸）のターゲット構造を走査することによって行われる。特徴配置またはパターン線と同一または同等の方向においてターゲット構造を走査することによって、本明細書に記載するシステム１００および方法４００は、ＳＥＭオーバーレイ測定の正確性および精度、ＳＥＭオーバーレイツールの適合性、ならびにＳＥＭオーバーレイツールのツール誘発シフト（ＴＩＳ）の許容範囲を改善できる。

当業者は、本明細書に記載するプロセスおよび／もしくはシステム、ならびに／または他の技術を（例えば、ハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアで）具現化できる様々な手段があり、好ましい手段が、プロセスおよび／もしくはシステム、ならびに／または他の技術を配置する状況に応じて異なることを認識する。一部の実施形態では、様々なステップ、機能および／または工程は、電子回路、論理ゲート、マルチプレクサー、プログラム可能論理回路、ＡＳＩＣ、アナログもしくはデジタル制御および／もしくはスイッチ、マイクロコントローラ、またはコンピューティングシステムの一つ以上によって実行される。コンピューティングシステムは、限定するものではないが、パーソナルコンピューティングシステム、メインフレームコンピューティングシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または当技術分野において公知の任意の他の装置を含むことができる。概して、「コンピューティングシステム」および「コントローラ」という用語は、キャリア媒体からの命令を実行する一以上のプロセッサを有する任意の装置を包含するように広く定義される。本明細書に記載するような方法を実施するプログラム命令は、キャリア媒体を通じて送信するか、そこに保存できる。キャリア媒体は、配線、ケーブルまたは無線伝送リンクなどの伝送媒体を含むことができる。キャリア媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクもしくは光ディスク、または磁気テープなどの記憶媒体も含むことができる。

本明細書に記載するすべての方法は、方法の実施形態の一以上のステップの結果の記憶媒体への保存を含むことができる。結果は、本明細書に記載する任意の結果を含み、当技術分野において公知の任意の方法で保存できる。記憶媒体は、本明細書に記載する任意の記憶媒体、または当技術分野において公知の任意の他の適切な記憶媒体を含むことができる。結果の保存後、その結果は記憶媒体内においてアクセスでき、本明細書に記載する方法またはシステムの任意の実施形態において使用され、ユーザに表示するようにフォーマット化され、別のソフトウェアモジュール、方法またはシステムなどによって使用される。さらに、結果は、「永久的に」、「半永久的に」、一時的に、または一定期間保存できる。例えば、記憶媒体はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）でもよく、結果は、必ずしも永久に記憶媒体内に存続しなくてもよい。

本発明の特定の実施形態を例示したが、本発明の様々な変更および実施形態を、前述の開示の範囲および本質から逸することなく、当業者によって為すことができることが明らかである。それゆえに、本発明の範囲は、これに添付される請求項によってのみ制限されるべきである。

Claims (18)

1. 少なくとも第一の層及び第二の層の２つの層が形成されている基板を含むサンプルに対してオーバーレイ計測を実施するための方法であって、
   前記サンプルの前記第一の層の線形パターン要素と、前記第二の層の線形パターン要素とを含む第一の線形パターン要素の組に対し、前記第一の層の線形パターン要素及び前記第二の層の線形パターン要素の長手方向に沿うかまたは平行な第一の走査方向に、前記サンプルの表面にわたって電子ビームを走査すること、
   前記第一の線形パターン要素の組を含む前記サンプルの前記表面の走査した部分から放出される電子を検出すること、
   前記検出した電子に基づいて、前記第一の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記長手方向と異なる方向の空間的オフセットを決定すること、
   低エネルギー電子、高エネルギー電子、および低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整すること
   を含み、
   前記検出器アセンブリを調整することは、
   第一の捕獲期間に、前記低エネルギー電子および前記低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整すること、
   第二の捕獲期間に、前記高エネルギー電子および前記低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整すること、
   を含む、方法。
2. 前記空間的オフセットの方向が、前記走査方向と略直交する、請求項１記載の方法。
3. 前記サンプルの前記第一の層の線形パターン要素と、前記第二の層の線形パターン要素とを含む第二の線形パターン要素の組に対し、前記第一の層の線形パターン要素及び前記第二の層の線形パターン要素の長手方向に沿うかまたは平行な第二の走査方向に、前記サンプルの前記表面にわたって前記電子ビームを走査すること、
   前記第二の線形パターン要素の組を含む前記サンプルの前記表面の走査した部分から放出される電子を検出すること、
   前記検出した電子に基づいて、前記第二の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記長手方向と異なる方向の空間的オフセットを決定すること、をさらに含む、請求項１記載の方法。
4. 前記第二の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記空間的オフセットの方向が、前記第二の走査方向と略直交する、請求項３記載の方法。
5. 前記第一の走査方向が前記第二の走査方向と異なる、請求項３記載の方法。
6. 前記第一の走査方向が前記第二の走査方向と略直交する、請求項５記載の方法。
7. 前記検出した電子のそれぞれのエネルギー準位または放出角に基づいて二次電子を区別することをさらに含む、請求項１記載の方法。
8. 前記検出した電子のエネルギー準位に基づいて二次電子と後方散乱電子とを区別することをさらに含む、請求項１記載の方法。
9. 前記検出した電子のそれぞれのエネルギー準位または放出角に基づいて後方散乱電子を区別することをさらに含む、請求項１記載の方法。
10. 前記サンプルの第一の層に対応する一以上のパターン要素のための第一の走査パラメータの組を定めること、
    前記サンプルの第二の層に対応する一以上のパターン要素のための第二の走査パラメータの組を定めること、
    前記制定したそれぞれの走査パラメータに従い、前記サンプルの前記第一の層及び前記第二の層に対応する前記パターン要素の各々を走査すること、をさらに含む、請求項１記載の方法。
11. 少なくとも第一の層及び第二の層の２つの層が形成されている基板を含むサンプルを支持するように構成されたステージと、
    電子ビームを生成するように構成されており、前記サンプルの前記第一の層の線形パターン要素と、前記第二の層の線形パターン要素とを含む第一の線形パターン要素の組に対し、前記第一の層の線形パターン要素及び前記第二の層の線形パターン要素の長手方向に沿うかまたは平行な第一の走査方向に、前記サンプルの表面にわたって前記電子ビームを走査するようにさらに構成された電子ビーム源と、
    前記第一の線形パターン要素の組を含む前記サンプルの前記表面の走査した部分から放出される電子を検出するように構成された少なくとも一つの検出器と、
    前記少なくとも一つの検出器と通信し、前記検出した電子に基づいて、前記第一の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記長手方向と異なる方向の空間的オフセットを決定するように構成されたコンピューティングシステムと、を備え、
    前記コンピューティングシステムは、さらに、
    低エネルギー電子、高エネルギー電子、および低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整し、前記検出器アセンブリを調整することは、第一の捕獲期間に、前記低エネルギー電子および前記低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整することと、第二の捕獲期間に、前記高エネルギー電子および前記低い放出角の電子に対する検出感度を上げるように検出器アセンブリを調整することを含む、オーバーレイ計測を実施するためのシステム。
12. 前記空間的オフセットの方向が、前記走査方向と略直交する、請求項１１記載のシステム。
13. 前記電子ビーム源が、前記サンプルの前記第一の層の線形パターン要素と、前記第二の層の線形パターン要素とを含む第二の線形パターン要素の組に対し、前記第一の層の線形パターン要素及び前記第二の層の線形パターン要素の長手方向に沿うかまたは平行な第二の走査方向に、前記サンプルの前記表面にわたって前記電子ビームを走査するようにさらに構成されており、
    前記少なくとも一つの検出器が、前記第二の線形パターン要素の組を含む前記サンプルの前記表面の走査した部分から放出される電子を検出するようにさらに構成されており、
    前記コンピューティングシステムが、前記検出した電子に基づいて、前記第二の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記長手方向と異なる方向の空間的オフセットを決定するようにさらに構成された、請求項１１記載のシステム。
14. 前記第二の線形パターン要素の組の前記第一の層の線形パターン要素と前記第二の層の線形パターン要素の間の、前記空間的オフセットの方向が、前記第二の走査方向と略直交する、請求項１３記載のシステム。
15. 前記第一の走査方向が前記第二の走査方向と異なる、請求項１３記載のシステム。
16. 前記第一の走査方向が前記第二の走査方向と略直交する、請求項１５記載のシステム。
17. 前記コンピューティングシステムが、前記検出した電子のそれぞれのエネルギー準位または放出角に基づいて、二次電子と後方散乱電子とを区別するようにさらに構成された、請求項１１記載のシステム。
18. 前記コンピューティングシステムが、
    前記サンプルの第一の層に対応する一以上のパターン要素のための第一の走査パラメータの組を保存し、
    前記サンプルの第二の層に対応する一以上のパターン要素のための第二の走査パラメータの組を保存するようにさらに構成されており、
    前記サンプルの前記第一の層及び前記第二の層に対応する前記パターン要素が、前記保存した走査パラメータに従い走査される、請求項１１記載のシステム。

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