JP7177847B2 - 複数波長を用いたオーバーレイ測定 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェハ製造プロセスにおけるオーバーレイ（ＯＶＬ）の測定に関する。
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年３月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／６４５,０９０号の利益を主張し、同出願は参照によりその全体を本明細書に援用する。
集積回路等の半導体構成要素は、多くの構成要素を含むウェハの形態で製造され得る。例えば、シリコンウェハ等の半導体ウェハは、隣接する層内のパターンに対して正確に位置決めされなければならないパターンからそれぞれなる一連の層で製造され得る。この位置の制御はＯＶＬ制御と呼ばれる。いくつかの半導体およびリソグラフィ製造プロセスでは、パターンアライメントを確実にするべく使用するため、ウェハ上に計測ターゲットが配設されている。ターゲットは一組のセルの形態を取ってもよく、例えば長方形または正方形セルの２×２アレイで、２つはＸ方向のＯＶＬの測定用、２つはＹ方向のＯＶＬの測定用である。ターゲットは回折格子を含み得る。例えば、ターゲット内の各セルは回折格子から構成されてよい。ターゲットは一組のパターンから構成されてよく、各パターンは異なる層上にプリントされ、典型的にＸとＹである異なる方向における測定を提供するように配向され得る。ターゲットによって回折された放射線の測定はスキャトロメトリと呼ばれる。
米国特許出願公開第２０１６／０３１３６５８号 米国特許出願公開第２０１５／０３１６４９０号
いくつかの従来計測アルゴリズムは、単色データを用いてＯＶＬを計算し、いくつかの方法は、回折格子の像内の全画素にわたる信号を平均してＯＶＬを計算する。本発明は、半導体ウェハ製造プロセスにおいてＯＶＬを決定するための方法およびシステムを提供する。
以下は、本発明の初期的理解を提供する簡略化した要約である。この要約は必ずしも主要素を特定するものでも、本発明の範囲を限定するものでもなく、単に以下の説明への導入の役割を果たす。
本発明のいくつかの実施形態は、半導体ウェハ製造プロセスにおいてＯＶＬを決定するための方法およびシステムを提供する。そのような方法およびプロセスは、ウェハ内の少なくとも２つの異なる層内に形成された計測ターゲットからキャプチャされた像を使用してよく、ターゲットの部分は、異なる層内の対応する部分に対して反対方向にオフセットしている。例えば、ターゲットの１つのセル内の層は１つの方向にオフセットし、別のセル内の層は反対方向に等しくオフセットしていてよい。像は、複数の異なる波長の放射線を用いて形成されてよく、各像は＋１および－１回折パターンを含む。複数波長それぞれに関する各像における＋１および－１回折次数から反対画素を差し引くことによって、例えば対応するセルであるターゲットの各部分に対して第１と第２の差動信号が決定され得る。複数波長からの差動信号に基づいて、各画素に関してＯＶＬの測定が決定され得る。次に、ＯＶＬの総合測定が、各画素のＯＶＬの加重平均として決定され得、加重は、波長の変動によるＯＶＬの感度の変動によるものである。
本発明のいくつかの実施形態によるＯＶＬ測定は、ＯＶＬ「ルーラ」が生成され、それによりツールが最も正確なインライン測定セットアップを見出すことを可能にするという意味において「自己正確性」または「自己参照型」と名付けられ得る。本発明のいくつかの実施形態による自己正確性計測は、ウェハ上の位置毎の正確なＯＶＬ値の測定を可能にし、一組のＯＶＬ値をもたらす。自己正確性は、複数の波長測定を同時に用いて、信号内の不正確性フォーミングタームを根絶して正しいＯＶＬ値を見出す。最終組のＯＶＬ値は、他のタイプのＯＶＬ測定または深層学習アルゴリズムに関する基準としても使用され得る。
本発明のいくつかの実施形態による自己正確性計測は、いくつかの隣接する波長を用いて或るターゲットを測定して、これらの測定全てからの信号を一緒に分析してもよい。測定データは各画素に個々にフィットされてよく、画素毎のＯＶＬは、光信号から不正確性フォーミングタームを除去した後で見出され得る。
本発明のいくつかの実施形態による態様は、波長可変特性を用いて光学測定における不正確性フォーミングタームを見出して、真正又は絶対ＯＶＬを計算することである。
本発明の実施形態は、半導体ウェハ製造に限定されず、多くの他の製品の製造に使用され得る。
本発明のこれらの、付加的なおよび／または他の態様および／または利点は以下の詳細な説明に記載され、おそらく、詳細な説明から推論可能である、および／または本発明の実施から習得され得る。
本発明の実施形態のより良い理解のため、および本発明の実施形態がどのように実行されるかを示すために、以下、純粋に例として添付の図面に言及するが、図面において一貫して、同じ符号は対応する要素または区分を示す。
添付図面は以下である。
半導体ウェハ上の計測測定を実行するために使用する本発明のいくつかの実施形態によるシステムの模式図である。 半導体ウェハ上の計測測定を実行するために使用する本発明のいくつかの実施形態によるシステムの模式図である。 本発明のいくつかの実施形態によるスキャトロメトリＯＶＬ（ＳＣＯＬ）ターゲットの２つのセルの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるスキャトロメトリＯＶＬ（ＳＣＯＬ）ターゲットの２つのセルの断面図である。 ターゲット内のセルの異なる層からの回折パターンの形成を示す模式図である。 正および負の１次回折パターンを含む、本発明のいくつかの実施形態によるキャプチャされた像の一例を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による方法のフローチャートである。 本発明のいくつかの実施形態によるモデリングを示す測定結果を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるモデリングを示す測定結果を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による方法によって得られたＯＶＬ測定の精度を示すグラフである。
詳細な説明を記載する前に、以後使用される特定の用語の定義を規定することが役立つであろう。
以下の説明において、本発明の種々の態様が記載される。説明の目的のため、特定の構成および詳細が、本発明の十分な理解を提供するために記載されている。しかしながら、本発明は、本明細書に提示された特定の詳細なしで実行され得ることも当業者には明らかであろう。さらに、本発明を不明確にしないために、よく知られた特徴は省略または簡略化されている場合がある。特に図面参照に関して、図示の詳細は例としてであり、本発明の説明的記載のためのみであり、本発明の原理と概念的態様の最も有用且つわかり易いと思われる説明を提供するために提示されているということを強調しておく。この意味で、本発明の基本的理解のために必要な程度よりも詳細な本発明の構造的詳細を示す試みはなされておらず、説明を図面と併せれば、当業者には、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具体化され得るかが明白となる。
本発明の少なくとも一実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下に記載された、または図面に示された構成要素の構造および配置の詳細へのその適用に限定されないことを理解されたい。本発明は、種々の方式で実施または実行され得る他の実施形態に適用可能であるとともに、開示の実施形態の組み合わせに適用可能である。さらに、本明細書で用いられる表現法および用語は説明の目的のためであって、限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。
特段に記載されない限り、本発明の１つ以上の実施形態に関して記載された特徴は、本発明のすべての他の実施形態に随意に含まれ得る。
特段に記載されない限り、以下の説明から明らかであるように、本明細書を通して、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「強化」等の用語を用いる説明は、コンピューティングシステムのレジスタおよび／またはメモリ内の、電子等の物理量として表されるデータの操作および／または、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタまたは他のそのような情報ストレージ、伝送または表示デバイス内の、同様に電子等の物理量として表される別のデータへの変換を行うコンピュータまたはコンピューティングシステム、または同様の電子コンピューティングデバイスの動作および／またはプロセスを指す。
本発明のいくつかの実施形態による方法は、複数の異なる波長を用いて計測ターゲット内のセルの像をキャプチャすることを含み得る。次に、例えば半導体ウェハ内に形成されたパターン内のＯＶＬが、各像のＯＶＬの加重平均として決定され得る。加重は、波長の変動によるＯＶＬの感度の変動によるものであり得る。方法は、照明波長が変動し得るシステムで実行され得る。そのような１つのシステムを、図１Ａおよび１Ｂを参照して以下に説明する。
図１Ａおよび１Ｂは、半導体ウェハ上の計測測定を実行するために使用する本発明のいくつかの実施形態によるシステムの模式図である。本明細書に記載のシステムおよび方法は、積層造形プロセスによって形成された他の製品の製造または測定に使用され得る。
図１Ａは、放射線をウェハの表面の方に指向させ、ウェハから反射された放射線を受けてウェハの像を生成するように配置されたイメージングシステム１００を示し、図１Ｂは、図１Ａのイメージングシステムに放射線を供給するために使用され得る照明システム２００を示す。
図１Ａのイメージングシステム１００において、可視光等の放射線は、この例では支持体１０４上のウェハ１０３である製品の表面のほうに指向される。放射線は計測ターゲットに指向され得る。ウェハ１０３の表面から反射放射線が受光され、例えばカメラ１０５内に、ウェハの像を生成するために使用される。像は分析ユニット１０７内で分析され得る。イメージングシステムの動作はコントローラ１１０によって制御され得る。
放射線は光ファイバ１０９によってイメージングシステム１００に供給され、偏光子１２０およびレンズ１２１－１２４を透過してビームスプリッタ１３０に達する。レンズ１２２と１２３の間に野絞り（ｒｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）１２７が配置されてよく、また、レンズ１２３と１２４の間に視野絞り１２８が配置されてよく、その機能については当業者ならば理解するものであろう。ビームスプリッタ１３０は、放射線を分光して、放射線の一部を対物レンズシステム１３５を介してウェハ１０３に指向させ、放射線の異なる一部を対物レンズシステム１３６を介して鏡１３７に指向させることができる。対物レンズシステム１３５と１３６の同じ対が、ウェハ１０３からの散乱放射線と、鏡１３７からの反射放射線を収集してよく、また、同じビームスプリッタ１３０が、ウェハからと鏡からの放射線を合成して単一の放射線場を形成してもよく、その詳細は、対物レンズ１３５とウェハ１０３（焦点）との間の距離に敏感であり、それによって焦点ぼけの推測を可能にする。
合成された放射線の一部は、その機能について本明細書で詳述する焦点検出器１４０に指向され得る。例えば、合成放射線の一部は、ビームスプリッタ１４１とレンズ１４３によって焦点検出器１４０に指向され得る。放射線の一部は分光器１５０に指向され得る。例えば、反射放射線の一部はビームスプリッタ１５１とレンズ１５３によって分光器１５０に指向され得る。焦点検出器１４０は、焦点測定を実行し、これらの測定を示す信号を分析ユニット１０７に出力してもよい。同様に、分光器１５０はスペクトル測定を実行し、これらの測定を示す信号を分析ユニット１０７に出力してもよい。
カメラ１０５は、電荷結合素子または「ＣＣＤ」アレイであり得る。カメラ１０５は、当技術分野で知られるように、「像」平面で反射放射線から像を形成するために配置または設置されてもよい。例えば、ウェハ１０３はその表面上に回折パターンを含んでもよく、その場合、反射放射線はウェハ１０３の表面から回折されてもよい。本発明のいくつかの実施形態によれば、像がセルから回折パターンの形態でキャプチャされる像平面は、瞳面である。
図１Ａのイメージングシステム１００またはウェハ支持体１０４の一部を形成する種々の構成要素はそれぞれ、例えば、図示しておらず当業者に知られている１つ以上のモータによって互いに対して移動されてもよい。イメージングシステム１００の動作、例えば、イメージングシステム１００の一部を形成するモータの動作は、コントローラ１１０によって制御され得る。コントローラ１１０の動作は、分析ユニット１０７からの信号に部分的に基づき得る。分析ユニット１０７またはコントローラ１１０またはそれら両方は、１つ以上のプロセッサを含むコンピューティングシステムを備えてよい。例えば、分析ユニット１０７内のプロセッサは、アルゴリズムの制御下で動作し、本発明のいくつかの実施形態による方法を実行してもよい。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、プロセッサ内または分析ユニット内で実装する命令を含む一時的または非一時的形式のコンピュータ可読媒体を備えてもよい。
コントローラ１１０は、逐次イメージキャプチャ操作間に、１つ以上のイメージングパラメータを変えて、例えば、分析ユニット１０７によって分析される一連の像を形成するようにイメージングシステム１００を制御してもよい。したがって、例えば、コントローラ１１０は、偏光子１２０を制御して、１つの像と別の像の間の放射線の偏光を変えるようにしてもよい。コントローラは、レンズ、またはウェハ支持体１０４のうちいずれか、例えば対物レンズシステム１３５内のレンズの、互いに対する、またはウェハ支持体１０４に対する位置を制御して、焦点を変化させることによって、それぞれ合焦度が異なる一連の像を得てもよい。コントローラは、野絞り１２７の動作を制御して、１つの像と別の像の間の開口数を変化させてもよい。
次に図１Ｂを参照すると、本発明のいくつかの実施形態による照明システム２００は放射線源２０３を備えている。これは、当業者に知られる任意の適切な放射線源であってよい。本発明のいくつかの実施形態によれば、放射線源２０３は、異なる波長および／または帯域幅の複数の放射線源を備えてよく、そこから１つ以上が選択されて、例えば製品またはターゲットを照明するために使用する波長および／または帯域幅を変え得る。
図１Ｂに示すように、源２０３からの放射線は一連のレンズ２１０－２１４およびフィルタ２２０－２２６を透過して光ファイバ１０９に通る。照明システム２００は、１つ以上のイメージングパラメータを変えるように動作可能であってよく、そのパラメータは例えば、変えた場合に、例えば放射線源２０３を照明源として用いてイメージキャプチャデバイスによってキャプチャされた像における変動を引き起こすものである。照明システムを制御することによって変えられ得るイメージングパラメータの一例は、放射線の波長である。ウェハ製造制御システムは可変波長照明システムを含んでもよく、その場合、本発明のいくつかの実施形態は、既存システム、例えば既存のハードウェアを新規の方式で動作させることによって実施され得る。本発明のいくつかの実施形態により、イメージングされるウェハを照明するために使用される放射線の波長を変えるように動作可能な構成要素を含む新規のハードウェアまたはソフトウェアが提供され得る。
図１Ｂに示したシステムにおいて、フィルタ２２２－２２６は、バンドパスおよび微分フィルタ等の既存ウェハ製造制御システムのフィルタを含んでよく、その機能については当業者にはよく知られている。フィルタ２２０および２２１は、例えば、本発明のいくつかの実施形態によるイメージングシステム１００に送達される放射線の波長を変えることを、それがフィルタ２２２－２２６によって達成できない場合に行うために使用され得る。
実際には、照明システムは、異なる様相に偏光した放射線を使用してよく、その場合、異なる偏光の放射線は、源２０３から光ファイバ１０９への異なる経路に沿って伝導されてよい。簡略化のため図１Ｂには１つの経路のみが示されているが、実際のシステムでは、いくつかの偏光に従っていくつかの経路が配設されてよいことを理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、製品、例えばウェハ１０３を照明するために用いられる放射線の波長は、任意の既知の様式の波長変動で変動されてよい。本発明のいくつかの実施形態によるシステムは、狭帯域の光の波長を、より広帯域の源からフィルタリングするための機械装置を含み得る。例えば、広帯域放射線源がプリズムによって機械的に分配されてよく、プリズムから、特定の波長帯または色の光が、例えばシャッタ機構を用いて機械的に選択され得る。図１Ｂに示した例では、フィルタ２１１と２１２はそれぞれハイパスフィルタとローパスフィルタであってよい。付加的にまたは代替的に、フィルタ２１１および２１２は、放射線の波長を変えるために当技術分野で知られるように調整可能であってもよい。
システムが本明細書に記載のように動作することを可能にしたままで、図１Ａおよび１Ｂに示したレンズおよびビームスプリッタ等の構成要素のうちいくつかの順序を変えてもよいことを、光学分野の当業者ならば理解するであろう。特に、示されたイメージングシステム１００の構成要素のうちいくつかは照明システム２００の一部を形成してもよく、照明システム２００の構成要素のうちいくつかはイメージングシステム１００の一部を形成してもよい。
以下、図２－４を参照して本発明のいくつかの実施形態による方法を説明する。方法は、図４のオペレーション４０１で、ウェハ内の少なくとも２つの異なる層内に形成された計測ターゲット内のセルから、キャプチャされた像を受け取ることで開始してよく、ターゲットの部分は、異なる層内の対応する部分に対して反対方向にオフセットした状態である。例えば、ターゲットの異なるセル内の層は、異なる方向にオフセットしていてよい。方法はキャプチャすること自体を含む。代替的に、本発明のいくつかの実施形態による方法は、事前にキャプチャされた像を分析してもよい。キャプチャは、例えばカメラ１０５によるものでよい。適切なターゲットの例が図２Ａおよび２Ｂに模式的に示されている。図２Ａおよび２Ｂは、ウェハの各層内に形成された上方および下方周期的格子（黒の四角形）を含む２セルＳＣＯＬ計測ターゲットを断面図で示す。下方格子は水平方向において上方格子に対してオフセットしている。図２Ａに示したセルのオフセットは、右側に示したセルのオフセットと等しく且つ反対である。図２Ａおよび２Ｂはさらに、入射光Ｅｉと、回折光であって、上方層格子からのプラスおよびマイナス１次（Ｅｔｏｐ，１，Ｅｔｏｐ，－１）および下方層格子２からのプラスおよびマイナス１次（Ｅｂｏｔｔｍ，１，Ｅｂｏｔｔｍ，－１）を示している。
図３Ａは、ゼロ次および１次回折パターンの形成を示す、図２Ｂに類似した斜視図である。
キャプチャされた像の一例が図３Ｂに示されており、正および負の一次（＋１および－１）回折パターンならびにゼロ次回折パターンを含んでおり、それは当業者には知られている如くである。図３Ｂに示されたもののような像は、例えば、複数の異なる波長、例えば、１つの狭帯域内の隣接する波長でキャプチャされ得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、オペレーション４０１に先立って、本明細書で詳述する、異なる波長または周波帯を決定するための１つ以上のオペレーションがあってよい。
本発明のいくつかの実施形態による計測方法は、±ｆ０いずれかの付加的な故意のオフセットを伴うターゲット内のセルからの回折強度を用いて光信号を測定する（Ａｄｅｌ等による、「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｏｖｅｒｌａｙ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ－ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄｍａｐ ｏｐｔｉｏｎｓ」Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ ６９２２，Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＸＩＩ， ６９２２０２ （１４ Ｍａｒｃｈ ２００８）；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．７７３２４３に記載のＳＣＯＬアルゴリズムで用いられたように）。一次元でのＯＶＬ決定については、以下に、図４を参照して論じる。図４のオペレーション４０３－４０７および本明細書に記載の他の数学的演算は、例えば分析ユニット１０７によって実行されてよい。
各セルに関して画素毎の差動信号、プラスオフセットのＤ１、マイナスオフセットのＤ２が決定され、Ｄは例えば強度またはグレーレベルを表し得る。差動信号は、オペレーション４０３で±１回折次数から反対画素を差し引くことによって決定または計算されることができ、それを図３Ａに模式的に示している。差動信号は、複数の波長それぞれに関して決定され得る。次に、オペレーション４０５で、各画素に関するＯＶＬが、差動信号Ｄ１，Ｄ２に基づいて決定され得る。オペレーション４０７で、そのパターンのＯＶＬまたは「総合」ＯＶＬが、各画素のＯＶＬから決定され得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、この総合ＯＶＬは、各画素のＯＶＬの加重平均として決定されることができ、加重は、波長の変動によるＯＶＬの感度の変動によるものである。
個々の画素のＯＶＬは種々の方式で決定されてよい。本発明のいくつかの実施形態によれば、画素毎のＯＶＬは第１と第２のマトリクスを含む式により決定される。第１のマトリクスは異なる波長でのＯＶＬに対する差動信号の感度の値を含み得る。第２のマトリクスは、異なる波長での平均差動信号の値を含む。以下、これを数学的に説明する。
いくつかの波長、例えば、いくつかの異なる波長でキャプチャされた像からのデータを用いて、以下の光信号マトリクス（Ｎｐｉｘｅｌｓ×Ｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）が定義され得る。
Figure 0007177847000001
 式中、ｐｉｘは、元の照明スポット内の画素の位置に関連する（特定の照明角度に関連する）指数である。Ｋｓｉｇは差動信号の平均であってＯＶＬ内の非対称性を表し、Ｇｓｉｇは、異なる画素および異なる波長両方に関して決定された差動信号間の差から導出される。Ｇｓｉｇは、ＯＶＬの存在に対してＫｓｉｇの感度がどの程度であるかを記述するため、感度とも呼ばれる（式４参照）。
瞳内の各画素の感度は異なり得る。感度がゼロにほぼ等しい場合に共振が形成される。特定の波長範囲からデータを見ると、画素毎の感度は、全瞳にわたり符号を変え得る。これは、各画素がその波長範囲で共振を経て、共振が画素を通過した厳密な波長は画素毎に異なり得るということを意味する。共振波長値ＷＬｒｅｓは、画素の関数ＷＬｒｅｓ（ｐｉｘ）としてマッピングされ得る。共振波長は、例えば、オペレーション４０１でキャプチャされた異なる波長で像を分析することによって決定され得る。
以下の計算において、山括弧〈〉の使用は、マトリクスの第１の次元（波長方向）において平均を取り、画素数のサイズのベクトルＮｐｉｘｅｌを得るということを意味する。さらに、・を用いた乗算は、マトリクスまたはベクトルの各要素を、他のマトリクス／ベクトルの同じ要素と乗算することを意味する。
本発明のいくつかの実施形態による自己正確性ＯＶＬ測定は、いくつかのモードを用いて行われ得るが、そのうち２つが、非限定的な例として本明細書に記載される。
第１のモードにおいて、測定は特定の共振の周囲である。計算中に、光信号マトリクスが再配置されて、画素毎の波長共振ＷＬｒｅｓ（ｐｉｘ）を中心に構成された新たな信号マトリクスを形成する。以下の光マトリクスが定義される。
Figure 0007177847000002
Figure 0007177847000003
 式中、ＮＷＬは、そのＷＬｒｅｓ（ｐｉｘ）の両側の各画素に関するデータポイントの数であり、Δλは測定中に使用される波長分解能である。このモードでは、ＧとＫの両方が、（Ｎｐｉｘｅｌｓ×（２ＮＷＬ＋１））の最終サイズを有している。ＮＷＬは、ユーザによって、例えば、図１Ａおよび１Ｂに示したシステムのオペレータによって定義され得る、または分析アルゴリズムによって予め定義され得る。
自己参照型の別のモードは、全波長またはスペクトルランドスケープにわたり、例えば、システム内で利用可能な全波長、または少なくとも共振波長の少数の各側よりも広範囲にわたり像をキャプチャすることであり得る。より広いランドスケープが分析されることができ、また、１つの波長域または複数の波長域が選択され得る。これらの波長は専ら平坦域からのものであり得、それは例えば、Ｇｓｉｇ等の信号マトリクスである信号が、波長に対する大きい感度を有し、標準型ＳＣＯＬを用いて測定されたオーバーレイの波長での変動が少ない波長である。別の選択肢は、平坦と共振の組み合わせからこれらの波長を取ることである。この場合、ＧおよびＫマトリクスは、式１で定義された元のＧｓｉｇおよびＫｓｉｇと同じとなる。使用データは、特定の平坦域、複数の平坦域または複数の領域に属する波長を用いて収集されることになる。
本発明のいくつかの実施形態によるＯＶＬ測定は、光信号が以下の線形依存性を有するという仮定に基づき得る。
Figure 0007177847000004
δＡ（ｐｉｘ）は、本明細書では、特定の状況では波長依存性であり得る「画素毎の不正確性」フォーミングタームと呼ばれる。実際には、δＡも波長依存性であり得る。このタームが波長の変化に関してほぼ一定であるいくつかのスペクトル域がある。例えば、いくつかの光共振は一定の不正確性タームを有する傾向にあり、よって自己正確性計算に適している。波長依存性推定を検査するために、以下の不等式が成立しなければならない。
Figure 0007177847000005
言い換えると、波長での感度の変化率は、波長での画素毎の不正確性の変化率よりも格段に大きくなければならない。
画素毎のＯＶＬは、例えば、式２および３で定義された第１と第２のマトリクスを含む式または方程式を用いて計算され得る。
Figure 0007177847000006
 この式において、画素毎の不正確さσＡ（ｐｉｘ）は相殺される。
測定データは各画素に関して別個にフィッティングされ得、画素毎のＯＶＬは、光信号から不正確性フォーミングタームを除去した後で見出され得ることに留意されたい。或る実施形態では、画素毎のＯＶＬ値は、不正確性フォーミングタームを差し引いて、改善されたＯＶＬ測定をもたらしてもよい。不正確性フォーミングタームは式４では基本的に「ｄＡ」であるため、式６を用いて、不正確性フォーミングタームまたはｄＡを除去する方式で画素毎のＯＶＬを計算できる。
画素毎のＯＶＬは、１つのパターンの総合ＯＶＬを決定するのに使用するために加重されてよい。重みは、波長の変動に対する画素毎のＯＶＬの感度によるものでよい。例えば、画素毎の重みは以下によって与えられる。
Figure 0007177847000007
最終、または「総合」ＯＶＬは、画素毎のＯＶＬの加重平均として決定され得、例えば、以下の通りである。
Figure 0007177847000008
画素毎の不正確性フォーミングタームは以下によって与えられる。
Figure 0007177847000009
 これは、式６に従って画素毎のＯＶＬを計算することによって自動的に除去される。
不正確性はＯＶＬとは無関係であるものの、不正確性とオーバーレイの両方が、ウェハと時間にわたるプロセス変動に依存するということに留意されたい。或るサイト上のパターンは、ウェハが同じロットであるか異なるロットであるかという点においてウェハ毎に異なり得る。或るサイトに関する画素の関数としてのｄＡが監視され得る。急激な変化があれば、製造プロセスに大きな変更があったということを意味し得る。
式５の仮定を検査するために、以下の波長毎の不正確性フォーミングタームマトリクスが計算され得る。
Figure 0007177847000010
この波長毎の不正確性フォーミングタームは、式９で計算された画素毎の不正確性フォーミングタームに、以下の様式で関連する。
Figure 0007177847000011
 このタームは、式５
Figure 0007177847000012
 の仮定を検査するためにも使用される。
δＡ（ｐｉｘ）は、米国特許出願公開第２０１５０３１６４９０号に記載のように、ウェハ内またはウェハ間でのプロセス変動（ＰＶ）を追跡するためにも使用され得る。或るターゲットは、ダイ内またはウェハ上のターゲットの位置に応じて異なるＰＶを経験することになる。するとこれらのＰＶは不正確性フォーミングタームδＡ（ｐｉｘ）を変え、ＰＶがどれ程光信号に影響したかの定量化可能な測定を可能にする。δＡ（ｐｉｘ）はＯＶＬに依存しないため、この光学瞳測定における急激な変化δＡ（ｐｉｘ）は、ＰＶ分割または製作プロセスにおける変動を識別するために用いられ得る。
式４によれば、各画素のＫデータをＫｓｈｉｆｔ（ｉｎｄλ，ｐｉｘ）＝Ｋ（ｉｎｄλ，ｐｉｘ）－δＡ（ｐｉｘ）だけシフトすることは、Ｇに比例するはずである。
図５Ａおよび５Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるモデリングを示す測定結果を示している。図５Ａにおいて、画素毎のデータはＧとＫの間の線形関係を示す。黒丸（ｓｏｌｉｄ ｐｏｉｎｔ）は元のデータセットであり（各点が異なる波長である）、白丸（ｈｏｌｌｏｗ ｂｌａｃｋ ｐｏｉｎｔ）はシフトされたＫである。図５Ｂの上のグラフは、複数の画素および波長（各波長が異なる色調にある）のＧの関数としてのＫを示す。図５Ｂの底部の下のグラフは、ＫをδＡシフトした後の同じデータを示す。総ＯＶＬは画素毎のＯＶＬの加重平均（または単に画素毎の勾配）によって与えられる。
自己正確性計測が良好な結果をもたらすかを調べるために、いくつかのフラグが生成される。第１のフラグは、信号が有するグレーレベルの量を、波長方向におけるＧ値の標準誤差を調べることで検査した。標準偏差σが各画素に関して計算され、以下の方式でＷｐｐに関連付けられた。
Figure 0007177847000013
 第１のフラグはＳＥλ，ｍａｘと定義された。それはσλのトップ９８ｔｈ％値に等しい。第２のフラグは、（Ｇ，Ｋｓｈｉｆｔ）データセットの主成分値の割合を取るＰＣＡｒａｔｉｏであった。データセットの主成分値は、本明細書でさらに説明する図６に示す２つの主方向におけるデータの有効幅を与える。
自己正確性計測に関する誤差の測定が以下で与えられる。
Figure 0007177847000014
図６は、両主方向においてシフトされたＫ対Ｇデータセット（異なるグレーの色調で示されている）の「幅」を見出すことによってＰＣＡｒａｔｉｏを計算する１つの例を示す。元のデータセットは青で示され、Ｋ値をδＡシフトしたことによるＰＣＡｍｉｎの減少を示している。
異なるターゲット上に自己正確性を使用することは、フィールド内の種々の位置において真正または絶対ＯＶＬ（或る種の技法で測定された相対ＯＶＬに対立するものとして）
の測定を可能にする。そうすることで、米国特許出願公開第２０１６０２３４５０号で論じたようなＯＶＬに影響するパターン配置エラー（ＰＰＥ）の探査を可能にする。
さらに、不正確性のないＯＶＬが計算されると、それはいくつかの様式で使用され得る。自己正確性測定がウェハ全体にわたるサイトの大きな集合にわたって実行される場合、それらは最終ＯＶＬ結果として提示され得る。他方、１セットのＯＶＬ測定はさらに、他のＯＶＬ測定（標準型ＳＣＯＬ測定等）に関する現像後検査（ＡＤＩ）自己参照型ＯＶＬ値としても使用され得る。最後に、このＯＶＬ値のセットは学習アルゴリズムの基準値としてプラグインされ、ＡＤＩをエッチング後検査（ＡＥＩ）等と比較するために用いられ得る。
本発明のいくつかの実施形態の態様は、ＯＶＬの計算と同時の、連続的且つ調整可能な波長光学測定を使用する、各画素からの不正確性形成信号を根絶するために画素毎のデータをフィッティングする、画素「強度」に従って、加重平均で修正された複数の光信号によって自己参照型ＯＶＬ値を特定することのうち１つ以上を含む。
本発明の態様を、本発明の実施形態による方法、装置（システム）およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／または部分図を参照して上記で説明した。フローチャート図および／または部分図の各部分、およびフローチャート図および／または部分図の部分の組み合わせが、コンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、またはその他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されて機械を提供してもよく、その結果、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートおよび／または部分図またはその一部に指定された機能／行為を実施するための手段を生成してもよい。
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置または他のデバイスに、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、フローチャートおよび／または部分図またはその一部に指定された機能／行為を実施する命令を含む製品を生成するように、特定の方式で機能するように指令することができるコンピュータ可読媒体内に記憶されてもよい。
コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置または他のデバイスにロードされて、コンピュータ、他のプログラマブル装置または他のデバイスに、コンピュータ実装プロセスを生成させる一連の動作ステップを実行させて、その結果、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令が、フローチャートおよび／または部分図またはその一部に指定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供する。
上述のフローチャートおよび図は、本発明の種々の実施形態によるシステム、方法およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性および動作を示している。この点で、フローチャートまたは部分図の各部分は、指定された論理機能（複数可）を実施する１つ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を表し得る。いくつかの代替的実施では、その部分内に記載された機能は、図面に記載された序列以外で発生することがあることに留意されたい。例えば、続いて示された２つの部分は実際には実質的に同時に実行されてもよい、または部分は、関与する機能性に依存して時として、逆順で実施されてもよい。部分図および／またはフローチャート図の各部分および部分図および／またはフローチャート図の各部分の組み合わせが、指定された機能または行為を実行する専用ハードウェアベースのシステムによって、または専用ハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実装され得ることも理解されたい。
上記の説明において、１つの実施形態は本発明の実施の一例である。「一実施形態」、「１つの実施形態」、「或る実施形態」または「いくつかの実施形態」という種々の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指しているわけではない。本発明の種々の特徴は１つの単一の実施形態の文脈で説明され得るが、その特徴は別個に、または任意の適切な組み合わせで提供されてもよい。逆に、本発明は、明瞭にするために別々の実施形態の文脈で本明細書では記載され得るが、本発明は１つの単一の実施形態で実施されてもよい。本発明の或る実施形態は、上記で開示した異なる実施形態からの特徴を含み得、或る実施形態は上記で開示した他の実施形態からの要素を組み込んでもよい。特定の実施形態の文脈での本発明の要素の開示は、それらの使用を、その特定の実施形態のみに限定すると解釈されるものではない。さらに、本発明は種々の様式で実施または実行されてよく、本発明は、上記の説明で概説したもの以外の或る実施形態で実施され得ることも理解されたい。
本発明はこれらの図または対応する説明に限定されない。例えば、流れは、各ボックスまたは状態を通って進まなくても、または、図示され説明されたのと全く同じ順序で進まなくてもよい。本明細書で使用される技術的および科学的用語の意味は、別途定義しない限り、本発明が属する分野の当業者には一般に通じるものである。本発明を限定された数の実施形態に関して説明してきたが、これらは本発明の範囲への限定と解釈されるべきではなく、むしろ、好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されるべきである。他の可能な変形、修正および適用も本発明の範囲内にある。したがって、本発明の範囲は、ここまで説明された内容によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲とそれらの法的等価物によって限定されるべきである。

Claims (14)

  1. 半導体ウェハ製造プロセスにおいてパターン内のＯＶＬを決定する方法であって、
    複数の異なる波長の放射線を用いて、前記ウェハ内の少なくとも２つの異なる層に形成された計測ターゲットからキャプチャされた像を受け取り、前記ターゲットの部分は、異なる層内の対応する部分に対して反対方向にオフセットしており、各像は＋１および－１回折パターンを含み、
    前記複数の波長それぞれに関する各像内の＋１および－１回折次数から反対画素を差し引くことによってターゲットの各部分について第１と第２の差動信号を決定し、
    複数の波長からの差動信号に基づいて各画素のＯＶＬを決定し、
    各画素のＯＶＬの加重平均として総合ＯＶＬを決定し、前記加重は波長の変動によるＯＶＬの感度の変動によるものである、
    ことを含み、
    各画素のうち１つのＯＶＬを決定することは、
    差動信号の平均（Ｋ ｓｉｇ ）を用いて信号の非対称性を決定し、差動信号の差（Ｇ ｓｉｇ ）を用いて、ＯＶＬに対する差動信号の感度を決定し、
    異なる波長での感度の値を含む第１のマトリクスを決定し、
    異なる波長での平均差動信号の値を含む第２のマトリクスを決定し、
    第１と第２のマトリクスを含む式によって総合ＯＶＬを決定する、
    ことを含む方法。
  2. 前記第１のマトリクスは
    Figure 0007177847000015
     として定義され、式中Ｄ１とＤ２は差動信号を表す請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２のマトリクスは
    Figure 0007177847000016
     として定義され、式中Ｄ１とＤ２は差動信号を表す請求項１に記載の方法。
  4. 前記各画素それぞれのＯＶＬを決定することは、感度がゼロに近似する共振波長を決定することを含み、
    前記異なる波長は共振波長の何れかの側上の異なる波長を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記異なる波長は、信号スペクトルランドスケープ内の平坦域から、または平坦域と共振域の組み合わせから選択される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記各画素のＯＶＬは、
    Figure 0007177847000017
     として決定され、式中、Ｇは第１のマトリクスであり、Ｋは第２のマトリクスである、請求項１に記載の方法。
  7. 前記総合ＯＶＬは、
    Figure 0007177847000018
     として決定される請求項６に記載の方法。
  8. 画素毎の不正確性σＡ（ｐｉｘ）を前記総合オーバーレイから決定し、前記画素毎の不正確性における変動を監視することによって製造プロセスにおける変動を検出することを含む請求項１に記載の方法。
  9. 前記画素毎の不正確性が、式
    Figure 0007177847000019
     から決定され、式中ｆ０はオフセットの量である請求項８に記載の方法。
  10. 半導体製造プロセスにおけるオーバーレイ「ＯＶＬ」決定のためのシステムであって、
    放射線をウェハの表面の方に指向させ、前記ウェハから反射された放射線を受けて反射放射線から像を生成するように配置されたイメージングシステムと、前記イメージングシステムに放射線を供給するための照明システムと、前記イメージングシステムのオペレーションを制御するためのコントローラと、前記像を分析するための分析ユニットを備え、
    前記分析ユニットは、
    複数の異なる波長の放射線を用いて、前記ウェハ内の少なくとも２つの異なる層に形成された計測ターゲットからキャプチャされた像を受け取り、前記ターゲットの部分は、異なる層内の対応する部分に対して反対方向にオフセットしており、各像は＋１および－１回折パターンを含み、
    前記複数の波長それぞれに関する各像内の＋１および－１回折次数から反対画素を差し引くことによってターゲットの各部分について第１と第２の差動信号を決定し、
    複数の波長からの差動信号に基づいて各画素のＯＶＬを決定し、
    各画素のＯＶＬの加重平均として総合ＯＶＬを決定し、前記加重は波長の変動によるＯＶＬの感度の変動によるものであり、
    各画素のうち１つのＯＶＬを決定することは、
    差動信号の平均（Ｋ ｓｉｇ ）を用いて信号の非対称性を決定し、差動信号の差（Ｇ ｓｉｇ ）を用いて、ＯＶＬに対する差動信号の感度を決定し、
    異なる波長での感度の値を含む第１のマトリクスを決定し、
    異なる波長での平均差動信号の値を含む第２のマトリクスを決定し、
    第１と第２のマトリクスを含む式によって総合ＯＶＬを決定する、
    ことを含む、
    ように構成されたプロセッサを備えているシステム。
  11. 前記プロセッサは前記総合ＯＶＬから画素毎の不正確性フォーミングタームを決定し、前記画素毎の不正確性フォーミングタームにおける変動を監視することによって前記製造プロセスにおける変動を追跡するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記プロセッサは、前記感度がゼロに近似する共振波長を決定するように構成され、前記異なる波長は共振波長の何れかの側上の異なる波長を含む、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記異なる波長を、信号スペクトルランドスケープ内の平坦域から、または平坦域と共振域の組み合わせから選択するように構成されている請求項１０に記載のシステム。
  14. 計測システムの分析ユニット内のプロセッサで実施された場合に、前記システムに、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法のステップを実施させる命令を含むコンピュータ可読媒体。
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