JP7288144B2

JP7288144B2 - 周期的半導体デバイス位置ずれ計量システム及び方法

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Publication number: JP7288144B2
Application number: JP2022516757A
Authority: JP
Inventors: デトレフミヒェルソン; ヨエルフェラー
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2039-09-16
Also published as: TW202125659A; JP2022542195A; EP4026164A4; US11182892B2; CN114342053A; KR102494237B1; EP4026164A1; WO2021054928A1; US20210082099A1; TWI805877B; KR20220059966A

Description

本発明は、総じて、半導体デバイスの製造に際する位置ずれの計測に関する。

［関連出願への参照］
本願では、本願出願人による後掲の特許及び特許出願であり本願の主題に関連するものを参照し、参照によりその開示内容を本願に繰り入れることにする：
「オーバレイマーク、オーバレイマーク設計方法及びオーバレイ計測方法」(OVERLAY MARKS, METHODS OF OVERLAY MARK DESIGN AND METHODS OF OVERLAY MEASUREMENTS)と題する特許文献１；
「埋込ＳＥＭ構造オーバレイターゲットによるＯＶＬ用デバイス相関計量（ＤＣＭ）」(DEVICE CORRELATED METROLOGY (DCM) FOR OVL WITH EMBEDDED SEM STRUCTURE OVERLAY TARGETS)と題する特許文献２；
「ＳＥＭオーバレイ計量システム及び方法」(SYSTEM AND METHOD OF SEM OVERLAY METROLOGY)と題する特許文献３；
「周期パターン及び二層間誤整列制御技術」(PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT BETWEEN TWO LAYERS)と題する特許文献４；並びに
「オーバレイ及びイールドクリティカルパターンを用いた計量」(METROLOGY USING OVERLAY AND YIELD CRITICAL PATTERNS)と題する特許文献５。

半導体デバイスの製造に際する位置ずれの計測に関しては、様々な方法及びシステムが知られている。

米国特許第７２７４８１４号明細書米国特許第９０９３４５８号明細書米国特許第９２１４３１７号明細書米国特許第９４７６６９８号明細書米国特許出願公開第２０１６／０２５３４５０号明細書

本発明では、半導体デバイスの製造に際する位置ずれの計測に関し、改善された方法及びシステムを提供することを図っている。

即ち、本発明のある好適実施形態によれば、多層半導体デバイス製造に際する位置ずれ計測用の位置ずれ計量方法であり、その多層半導体デバイスが、第１軸に沿い第１ピッチを有し自多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている第１周期構造と、第１軸に対し非平行な第２軸に沿い第２ピッチを有し自多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている第２周期構造と、第１軸及び第２軸に対し非平行な第３軸に沿い第３ピッチを有し自多層半導体デバイスの第２層と一体に形成されている第３周期構造と、を有し、第３周期構造と第１及び第２周期構造とが互いに重なり合うものである位置ずれ計量方法であって、第１、第２及び第３周期構造の単一画像を生成することにより集合信号を提供し、その集合信号から第１周期構造に起因する第１成分を抽出し、その集合信号から第２周期構造に起因する第２成分を抽出し、その集合信号から第３周期構造に起因する第３成分を抽出し、それら第１、第２及び第３成分を分析することにより第１層・第２層間位置ずれを確認するものが、提供される。

本発明のある好適実施形態では、その単一画像を、ある長さ及びあるエリアを有する視野を用いる走査型電子顕微鏡を用い、生成する。好ましくは、集合信号を、そのエリア全てからの寄与分を含むものとする。

好ましくは、集合信号からの第１信号の抽出に際し、集合信号のうち第１軸沿いにある部分のみを勘案する。好ましくは、集合信号からの第２信号の抽出に際し、集合信号のうち第２軸沿いにある部分のみを勘案する。好ましくは、集合信号からの第３信号の抽出に際し、集合信号のうち第３軸沿いにある部分のみを勘案する。

本発明のある好適実施形態に係る方法では、また、クリーン第１周期構造データを生成し、クリーン第２周期構造データを生成し、クリーン第３周期構造データを生成する。

本発明のある好適実施形態では、クリーン第１周期構造データを第１成分及び第１ピッチの関数とする。また、本発明のある好適実施形態では、クリーン第１周期構造データを第１成分、第１ピッチ、並びに第１ピッチのハーモニック（調和成分）の関数とする。

本発明のある好適実施形態では、クリーン第２周期構造データを第２成分及び第２ピッチの関数とする。また、本発明のある好適実施形態では、クリーン第２周期構造データを第２成分、第２ピッチ、並びに第２ピッチのハーモニックの関数とする。

本発明のある好適実施形態では、クリーン第３周期構造データを第３成分及び第３ピッチの関数とする。また、本発明のある好適実施形態では、クリーン第３周期構造データを第３成分、第３ピッチ、並びに第３ピッチのハーモニックの関数とする。

好ましくは、第１、第２及び第３成分の分析による第１層・第２層間位置ずれの確認に際し、クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方とクリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方が第１参照個所の最も近くにくる第２参照個所を特定し、それら第１・第２参照個所間の差異を計算することにより第１層・第２層間位置ずれを確認する。

本発明のある好適実施形態では、第２層が、第１軸、第２軸又は第３軸に対し非平行な第４軸に沿い第４ピッチを有する第４周期構造をも有するものとされ、集合信号から第４周期構造に起因する第４成分を抽出し、第４成分からクリーン第４周期構造データを生成し、且つ第１層・第２層間位置ずれの確認に際し、クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方とクリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方とクリーン第４周期構造データのそれとが交差するところであり第１参照個所の最も近くで交差する第２参照個所を特定し、それら第１・第２参照個所間の差異を計算することにより第１層・第２層間位置ずれを確認する。

本発明のある好適実施形態では、第１、第２及び第３ピッチを、それぞれ、ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／１０００～１／４とする。また、本発明のある好適実施形態では、第１、第２及び第３ピッチを、それぞれ、ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／５００～１／２０とする。

本発明のある好適実施形態では、多層半導体デバイスが、第１軸、第２軸及び第３軸に対し非平行な第３層軸に沿い第３層ピッチを有する少なくとも１個の第３層周期構造が一体に形成された、少なくとも１個の第３層をも有するものとされ、第３層周期構造と第１及び第２周期構造との単一画像を生成することにより集合信号を提供し、集合信号から第３層周期構造に起因する第３層成分を抽出し、第３層成分、第１成分及び第２成分を分析することにより第３層・第１層間位置ずれを確認する。

また、本発明のある好適実施形態によれば、多層半導体デバイス製造に際する位置ずれ計測用の位置ずれ計量システムであり、その多層半導体デバイスが、第１軸に沿い第１ピッチを有し自多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている第１周期構造と、第１軸に対し非平行な第２軸に沿い第２ピッチを有し自多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている第２周期構造と、第１軸及び第２軸に対し非平行な第３軸に沿い第３ピッチを有し自多層半導体デバイスの第２層と一体に形成されている第３周期構造と、を有し、第３周期構造と第１及び第２周期構造とが互いに重なり合うものである位置ずれ計量システムであって、第１、第２及び第３周期構造の単一画像を生成することにより集合信号を提供するよう動作させうるウェハ撮像ツールと、その集合信号から第１周期構造に起因する第１成分を抽出し、その集合信号から第２周期構造に起因する第２成分を抽出し、その集合信号から第３周期構造に起因する第３成分を抽出し、それら第１、第２及び第３成分を分析することにより第１層・第２層間位置ずれを確認するよう動作させうる位置ずれアナライザと、を有するものが提供される。

本発明を、後掲の詳細記述と併せ以下の図面から、より全面的に理解及び明察頂けよう。

周期的半導体デバイス位置ずれ計量システム（ＰＳＤＭＭＳ）の概略模式図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスのある実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスのある実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスのある実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスの別の実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスの別の実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳを有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイスの別の実施形態の概略描写図である。図１のＰＳＤＭＭＳと併用しうる周期的半導体デバイス位置ずれ計量方法（ＰＳＤＭＭＭ）を描出する概略フローチャートである。図１のＰＳＤＭＭＳと併用しうる周期的半導体デバイス位置ずれ計量方法（ＰＳＤＭＭＭ）を引き続き描出する概略フローチャートである。図４Ａ及び図４ＢのＰＳＤＭＭＭのうち一部分を理解するのに役立つ概略描写図である。図４Ａ～図５のＰＳＤＭＭＭのうち一部分のある実施形態を理解するのに役立つ概略描写図である。図４Ａ～図５のＰＳＤＭＭＭのうち一部分の別の実施形態を理解するのに役立つ概略描写図である。

図１～図６Ｂを参照し後述するシステム及び方法は半導体デバイス向け製造プロセスの一部分を形成するものであり、図１～図６Ｂを参照し後述するシステム及び方法により計測される位置ずれを用いることで、それら半導体デバイスの製造プロセスを、製造中の半導体デバイスの様々な層をより密に整列させうるよう調整することができる。

まず、周期的半導体デバイス位置ずれ計量システム（ＰＳＤＭＭＳ）１００の概略模式図たる図１と、ＰＳＤＭＭＳ１００を有する製造システムを用い製造された多層半導体デバイス１０２のある実施形態の概略描写図たる図２Ａ～図２Ｃを参照する。

図１に見られる通り、ＰＳＤＭＭＳ１００はウェハ撮像ツール１１０及び位置ずれデータアナライザ１２０を有している。本発明のある好適実施形態においてはウェハ撮像ツール１１０が走査型電子顕微鏡とされる。ウェハ撮像ツール１１０として役立つ典型的な走査型電子顕微鏡は、米国カリフォルニア州ミルピタス所在のＫＬＡＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に入手可能なｅＤＲ７３８０（商標）である。図４Ａ～図６Ｂを参照して後述する通り、位置ずれデータアナライザ１２０と相俟ちウェハ撮像ツール１１０を動作させることで、ウェハ１３０上に形成された諸層、即ちそのウェハ上に形成された少なくとも１個の多層半導体デバイス１０２の一部分たる諸層間の位置ずれを、計測することができる。ウェハ撮像ツール１１０は、視野（ＦＯＶ）がある特徴的な長さ、典型的には０．１μｍ～２０μｍ、より好ましくは０．２５μｍ～１０μｍのそれを有することによって、特徴付けられるものとする。

とりわけ図２Ａ～図２Ｃに見られる通り、多層半導体デバイス１０２は、第１層１４４に付形成されており第１軸１４６沿い第１ピッチＰにより特徴付けられる少なくとも１個の第１周期構造１４２を有している。図２Ａ及び図２Ｂに描かれている本発明の実施形態においては、第１層１４４が、第２軸１４９沿い第２ピッチＱにより特徴付けられる第２周期構造１４８をも有している。本発明の際立った特徴の一つは、第１軸１４６と第２軸１４９とが互いに平行でないことである。多層半導体デバイス１０２は、更に、第２層１５４に付形成されており第３軸１５６沿い第３ピッチＲにより特徴付けられる少なくとも１個の第３周期構造１５２を有している。本発明の際立った特徴の一つは、第３軸１５６が第１軸１４６に対しても第２軸１４９に対しても平行でないことである。第３周期構造１５２は、少なくとも部分的に、第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８の上方又は下方に位置している。察せられる通り、図２Ａに示すものでは第３周期構造１５２が第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８の上方に位置しているが、別の実施形態にあっては第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８が第３周期構造１５２の上方に位置することもある。第１層１４４及び第２層１５４は隣接層とすることができるが、そうである必要はない。

先に注記した通り、本発明の際立った特徴の一つは、第１軸１４６、第２軸１４９及び第３軸１５６の何れも互いに平行でないことである。加えて、第１層１４４及び第２層１５４の一方又は双方が、更に別の軸（図示せず）に沿いあるピッチを呈する付加的な周期フィーチャ（図示せず）を有していてもよい。

本発明のある好適実施形態においてはピッチＰ、Ｑ及びＲが皆、互いに異なるものとされる。本発明の別の実施形態にあってはピッチＰ、Ｑ及びＲのうち何れか又は全てが同じ値とされうる。好ましくは、第１周期構造１４２、第２周期構造１４８及び第３周期構造１５２それぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶと少なくとも同等な大きさのエリアを有するものとする。好ましくは、ピッチＰ、Ｑ及びＲそれぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／１０００～１／４とする。より好ましくは、ピッチＰ、Ｑ及びＲそれぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／５００～１／２０とする。即ち、ピッチＰ、Ｑ及びＲそれぞれを、好ましくは１ｎｍ～２５００ｎｍ、より好ましくは２ｎｍ～５００ｎｍとする。

図３Ａ～図３Ｃに見られる通り、本発明の別の好適実施形態においては、多層半導体デバイス１０２が、第１層１４４に付形成されており第１軸１４６沿い第１ピッチＰにより特徴付けられる少なくとも１個の第１周期構造１４２を有している。図３Ａ及び図３Ｂに描かれている本発明の実施形態においては、第１層１４４が、第２軸１４９沿いピッチＱにより特徴付けられる第２周期構造１４８をも有している。本発明の際立った特徴の一つは、第１軸１４６と第２軸１４９とが互いに平行でないことである。

図３Ａ～図３Ｃに示す実施形態においては、多層半導体デバイス１０２が更に、第２層１５４に付形成されており第３軸１５６沿い第３ピッチＲにより特徴付けられる少なくとも１個の第３周期構造１５２を有している。図３Ａ及び図３Ｃに描かれている本発明の実施形態においては、第２層１５４が、第４軸１５９沿いピッチＳにより特徴付けられる第４周期構造１５８をも有している。本発明の際立った特徴の一つは、軸１４６、１４９、１５６及び１５９の何れも互いに平行でないことである。第３周期構造１５２及び第４周期構造１５８は、少なくとも部分的に、第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８の上方又は下方に位置している。察せられる通り、図３Ａに示すものでは第３周期構造１５２及び第４周期構造１５８が第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８の上方に位置しているが、別の実施形態にあっては第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８が第３周期構造１５２及び第４周期構造１５８の上方に位置することもある。第１層１４４及び第２層１５４は隣接層とすることができるが、そうである必要はない。

先に注記した通り、本発明の際立った特徴の一つは、第１軸１４６、第２軸１４９、第３軸１５６及び第４軸１５９の何れも互いに平行でないことである。加えて、第１層１４４及び第２層１５４の一方又は双方が、更に別の軸（図示せず）に沿いあるピッチを呈する付加的な周期フィーチャ（図示せず）を有していてもよい。

本発明のある好適実施形態においてはピッチＰ、Ｑ、Ｒ及びＳが皆、互いに異なるものとされる。本発明の別の実施形態にあってはピッチＰ、Ｑ、Ｒ及びＳのうち何れか又は全てが同じ値とされうる。好ましくは、第１周期構造１４２、第２周期構造１４８、第３周期構造１５２及び第４周期構造１５８それぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶと少なくとも同等な大きさのエリアを有するものとする。好ましくは、ピッチＰ、Ｑ、Ｒ及びＳそれぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／１０００～１／４とする。より好ましくは、ピッチＰ、Ｑ、Ｒ及びＳそれぞれを、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／５００～１／２０とする。即ち、ピッチＰ、Ｑ、Ｒ及びＳそれぞれを、好ましくは１ｎｍ～２５００ｎｍ、より好ましくは２ｎｍ～５００ｎｍとする。

図１～図３Ｃを参照して上述した多層半導体デバイス１０２を、３個以上の層を有するものとしてもよく、それらの間の位置ずれを、図４Ａ～図６Ｂを参照して後述する方法を用い計測してもよい。多層半導体デバイス１０２が３個以上の位置ずれ計測層を有している場合、各位置ずれ計測層を、少なくとも１個の周期構造を有するものとし、位置ずれ計測層のうち少なくとも１個を、少なくとも２個の周期構造を有するものとする。各周期構造は、その位置ずれが計測されるべき半導体デバイスウェハの対応層と一体に形成され、軸沿いピッチにより特徴付けられる。本発明のある好適実施形態においては、位置ずれが計測されるべき層に付形成される何れか２個の周期構造の軸が、平行軸でないものとされる。注記されることに、好ましくは、各周期構造を、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶと少なくとも同等な大きさのエリアを有するものとする。更に注記されることに、各周期構造を、好ましくはウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／１０００～１／４、より好ましくはウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶの長さの１／５００～１／２０である、少なくとも一通りのピッチを有するものとする。即ち、各周期構造を、好ましくは１ｎｍ～２５００ｎｍ、より好ましくは２ｎｍ～５００ｎｍである、少なくとも一通りのピッチを有するものとする。察せられる通り、そうした多層半導体デバイス１０２のどの二層の位置ずれも、図４Ａ～図６Ｂを参照し後述する通り、それら二層上の周期構造の位置ずれを比較することで、システム１００により計測することができる。

次に、ＰＳＤＭＭＳ１００により用いうる周期的半導体デバイス位置ずれ計量方法（ＰＳＤＭＭＭ）２００を共に描出する概略フローチャートたる図４Ａ及び図４Ｂと、ＰＳＤＭＭＭ２００のうち一部分の概略描写図たる図５とを参照する。

図４Ａに見られる通り、冒頭のステップ２０２では、少なくとも１個の多層半導体デバイス１０２がその上に形成されているウェハを準備する。ウェハ撮像ツール１１０がそのウェハを撮像し、単一画像を生成することにより、集合信号２０４を提供する。集合信号２０４は、第１周期構造１４２、第２周期構造１４８及び第３周期構造１５２それぞれに起因する成分を含んでいる。察せられる通り、図４に描かれている集合信号２０４は、ウェハ撮像ツール１１０により撮影された半導体デバイス１０２の像に関し、グレーレベル対位置の概略表現を示している。本発明のある好適実施形態においては、集合信号２０４が、ウェハ撮像ツール１１０のＦＯＶのエリア全てからの寄与分を含むものとなる。

図４Ａ及び図５に見られる通り、次のステップ２１２では、位置ずれデータアナライザ１２０が、ステップ２０２にて生成された集合信号２０４から、第１周期構造１４２に起因する生データ２１４を抽出する。察せられる通り、生データ２１４は、集合信号２０４のうち軸１４６沿いにある成分のみを勘案することにより、集合信号２０４から抽出される。

次のステップ２２２では、位置ずれデータアナライザ１２０が生データ２１４をクリーニングし、クリーン第１周期構造データ２２４を生成する。クリーン第１周期構造データ２２４は、好ましくは一組の周期関数例えば正弦関数の線形結合、好ましくは勘案対象ハーモニック毎に１個の周期関数を、オフセットと併せ含むものとする。ハーモニック毎の周期関数は、ピッチＰに関する情報、並びに荷重因子及び位相シフトを含むものとする。これらオフセット、荷重因子及び位相シフトを、好ましくは最小二乗誤差最小化法を用い生データ２１４に当て嵌める。

本発明のある好適実施形態においては、クリーン第１周期構造データ２２４が等式１により表される：

但し、ｆ_１（ｘ）はクリーン第１周期構造データ２２４、ｃ_１はオフセット、ｋは勘案対象ハーモニックを示す指数、ｎ_１は勘案対象ハーモニックの総数、ａ_１，ｋは荷重因子、Ｐ_１はピッチＰ、ｘはプロファイル内直線位置、φ_１，ｋは位相シフトである。

第１周期構造１４２の軸１４６沿いピッチＰが既知であることを踏まえ、位置ずれデータアナライザ１２０は、ピッチＰの周期性に対応しない成分、即ちピッチＰとその上側ハーモニックのうち少なくとも一通りとに対応しない成分を、生データ２１４から除去することにより、クリーン第１周期構造データ２２４を生成する。そうした成分は、例えば、多層半導体デバイス１０２の他のフィーチャのうち軸１４６沿いに全面的又は部分的に存するものに、起因するものであることがある。

次のステップ２３２では、位置ずれデータアナライザ１２０が、ステップ２０２にて生成された集合信号２０４から、第２周期構造１４８に起因する生データを抽出する。察せられる通り、第２周期構造１４８に起因する生データは、集合信号２０４のうち軸１４９沿いにある成分のみを勘案することにより、集合信号２０４から抽出される。

次のステップ２４２では、位置ずれデータアナライザ１２０が第２周期構造１４８に起因する生データをクリーニングし、クリーン第２周期構造データを生成する。クリーン第２周期構造データは、好ましくは一組の周期関数例えば正弦関数の線形結合、好ましくは勘案対象ハーモニック毎に１個の周期関数を、オフセットと併せ含むものとする。ハーモニック毎の周期関数は、ピッチＱに関する情報、並びに荷重因子及び位相シフトを含むものとする。これらオフセット、荷重因子及び位相シフトを、好ましくは最小二乗誤差最小化法を用い、第２周期構造１４８に起因する生データに当て嵌める。

本発明のある好適実施形態においては、クリーン第２周期構造データが等式２により表される：

但し、ｆ_２（ｘ）はクリーン第２周期構造データ、ｃ_２はオフセット、ｋは勘案対象ハーモニックを示す指数、ｎ_２は勘案対象ハーモニックの総数、ａ_２，ｋは荷重因子、Ｐ_２は第２周期構造１４８のピッチＱ、ｘはプロファイル内直線位置、φ_２，ｋは位相シフトである。

第２周期構造１４８の軸１４９沿いピッチＱが既知であることを踏まえ、位置ずれデータアナライザ１２０は、ピッチＱの周期性に対応しない成分、即ちピッチＱとその上側ハーモニックのうち少なくとも一通りとに対応しない成分を、第２周期構造に起因する生データから除去することにより、クリーン第２周期構造データを生成する。そうした成分は、例えば、多層半導体デバイス１０２の他のフィーチャのうち軸１４９沿いに全面的又は部分的に存するものに、起因するものであることがある。

次のステップ２５２では、位置ずれデータアナライザ１２０が、ステップ２０２にて生成された集合信号２０４から、第３周期構造１５２に起因する生データを抽出する。察せられる通り、第３周期構造１５２に起因する生データは、集合信号２０４のうち軸１５６沿いにある成分のみを勘案することにより、集合信号２０４から抽出される。

次のステップ２６２では、位置ずれデータアナライザ１２０が、ステップ２５２にて生成された生データをクリーニングし、ステップ２５２にて生成された生データに対応するクリーン第３周期構造データを生成する。ステップ２５２にて生成された生データに対応するクリーン第３周期構造データは、好ましくは一組の周期関数例えば正弦関数の線形結合、好ましくは勘案対象ハーモニック毎に１個の周期関数を、オフセットと併せ含むものとする。ハーモニック毎の周期関数は、ピッチＲに関する情報、並びに荷重因子及び位相シフトを含むものとする。これらオフセット、荷重因子及び位相シフトを、好ましくは最小二乗誤差最小化法を用い、ステップ２５２にて生成された生データに当て嵌める。

本発明のある好適実施形態においては、ステップ２５２にて生成された生データに対応するクリーン第３周期構造データが等式３により表される：

但し、ｆ_３（ｘ）はステップ２５２にて生成された生データに対応するクリーン第３周期構造データ、ｃ_３はオフセット、ｋは勘案対象ハーモニックを示す指数、ｎ_３は勘案対象ハーモニックの総数、ａ_３，ｋは荷重因子、Ｐ_３はピッチＲ、ｘはプロファイル内直線位置、φ_３，ｋは位相シフトである。

第３周期構造１５２の軸１５６沿いピッチＲが既知であることを踏まえ、位置ずれデータアナライザ１２０は、ピッチＲの周期性に対応しない成分、即ちピッチＲとその上側ハーモニックのうち少なくとも一通りとに対応しない成分を、ステップ２５２にて生成された生データから除去することにより、ステップ２５２にて生成された生データに対応するクリーン第３周期構造データを生成する。そうした成分は、例えば、多層半導体デバイス１０２の他のフィーチャのうち軸１５６沿いに全面的又は部分的に存するものに、起因するものであることがある。

次のステップ２７２では、ステップ２０２にて生成された集合信号２０４から、層１４４又は１５４に付形成された１個又は複数個の付加的周期構造に起因する付加的データを抽出するか否かについて、判別を行う。層１４４又は１５４に付形成された１個又は複数個の付加的周期構造に起因する付加的データを抽出する場合は、次のステップ２８２にて、位置ずれデータアナライザ１２０が、集合信号２０４の成分のうち、現在勘案中の付加的周期構造が周期性を呈する軸沿いに存するもののみを勘案することにより、集合信号２０４からの付加的生データの抽出を進める。

また、ステップ２８２では、位置ずれデータアナライザ１２０がステップ２８２にて生成された付加的生データをクリーニングし、付加的クリーン周期構造データを生成する。付加的クリーン周期構造データは、好ましくは一組の周期関数例えば正弦関数の線形結合、好ましくは勘案対象ハーモニック毎に１個の周期関数を、オフセットと併せ含むものとする。ハーモニック毎の周期関数は、現在勘案中の付加的周期構造のピッチに関する情報、並びに荷重因子及び位相シフトを含むものとする。これらオフセット、荷重因子及び位相シフトを、好ましくは最小二乗誤差最小化法を用い、ステップ２８２にて生成された付加的生データに当て嵌める。

本発明のある好適実施形態においては、付加的クリーン周期構造データが等式４により表される：

但し、ｆ_４（ｘ）は付加的クリーン周期構造データ、ｃ_４はオフセット、ｋは勘案対象ハーモニックを示す指数、ｎ_４は勘案対象ハーモニックの総数、ａ_４，ｋは荷重因子、Ｐ_４は現在勘案中の付加的周期構造のピッチ、ｘはプロファイル内直線位置、φ_４，ｋは位相シフトである。

現在勘案中の付加的周期構造のピッチＰ_４が既知であることを踏まえ、位置ずれデータアナライザ１２０は、現在勘案中の付加的周期構造のピッチの周期性に対応しない成分、即ち現在勘案中の付加的周期構造のピッチとその上側ハーモニックのうち少なくとも一通りとに対応しない成分を、ステップ２８２にて生成された付加的生データから除去することにより、付加的クリーン周期構造データを生成する。そうした成分は、例えば、多層半導体デバイス１０２の他のフィーチャのうち、現在勘案中の付加的周期構造が周期性を呈する軸沿いに全面的又は部分的に存するものに、起因するものであることがある。

ステップ２８２の後はＰＳＤＭＭＭ２００がステップ２７２に戻り、ステップ２０２にて生成された集合信号２０４から、層１４４又は１５４と一体に形成された別の周期構造に起因する付加的データを抽出するか否かについて、判別する。別の周期構造に起因する付加的データを抽出しない場合は、次のステップ２９２にて、図６Ａ及び図６Ｂを参照して後述する通り、多層半導体デバイス１０２の層１４４・層１５５間位置ずれを計算する。

次に、ＰＳＤＭＭＭ２００のうちステップ２９２の相異なる実施形態の概略描写図たる図６Ａ及び図６Ｂを参照する。

図６Ａに見られる通り、第１層１４４が第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８を有し且つ第２層１５４が第３周期構造１５２を有している場合、ステップ２９２にて、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所３１４を特定する；これは、ステップ２２２にて生成されたクリーン第１周期構造データ２２４の最大値群又は最小値群、即ち参照符号３１８により示されているそれと、ステップ２４２にて生成されたクリーン第２周期構造データの最大値群又は最小値群、即ち参照符号３２０により示されているそれと、の交差点にある。また、ステップ２９２では、位置ずれデータアナライザ１２０が第２参照個所３３４を特定する；これは、ステップ２６２にて生成されたクリーン第３周期構造データの最大値群又は最小値群、即ち参照符号３３８により示されるそれが、第１参照個所３１４の最も近くにくるところである。その上で、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所３１４・第２参照個所３３４間距離３４０を計算し、多層半導体デバイス１０２の第１層１４４・第２層１５４間一次元位置ずれとして距離３４０を報告する。

図６Ｂに見られる通り、第１層１４４が第１周期構造１４２及び第２周期構造１４８を有し且つ第２層１５４が第３周期構造１５２及び第４周期構造１５８を有している場合、ステップ２９２にて、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所３５４を特定する；これは、ステップ２２２にて生成されたクリーン第１周期構造データ２２４の最大値群又は最小値群、即ち参照符号３５８により示されるそれと、ステップ２４２にて生成されたクリーン第２周期構造データの最大値群又は最小値群、即ち参照符号３６０により示されているそれと、の交差点にある。また、ステップ２９２では、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所３５４に最も近い第２参照個所３７４を特定する；これは、ステップ２６２にて生成されたクリーン第３周期構造データの最大値群又は最小値群、即ち参照符号３７６により示されるそれと、ステップ２８２にて生成された付加的クリーン周期構造データの最大値群又は最小値群、即ち参照符号３７８により示されるそれとが交差するところである。その上で、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所３５４・第２参照個所３７４間距離３８０を計算し、多層半導体デバイス１０２の第１層１４４・第２層１５４間二次元位置ずれとして距離３８０を報告する。

同様に、第１層１４４及び第２層１５４のうち少なくとも一方が少なくとも３個の周期構造を有している場合、ステップ２９２にて、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所を特定する；これは、第１層１４４上の周期構造に起因する全てのクリーン周期構造データの最大値群又は最小値群が交差する交差点にある。また、ステップ２９２にて、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所に最も近い第２参照個所を特定する；これは、第２層１５４上の周期構造に起因する全てのクリーン周期構造データの最大値群又は最小値群が交差する交差点にある。その上で、位置ずれデータアナライザ１２０が第１参照個所・第２参照個所間距離を計算し、多層半導体デバイス１０２の第１層１４４・第２層１５４間二次元位置ずれとしてその距離を報告する。

本発明のある実施形態においては、図４Ａ～図６Ｂを参照して上述したＰＳＤＭＭＭ２００が、多層半導体デバイス１０２の第１層１４４及び第２層１５４のうち少なくとも一方と第３層との間の位置ずれを計測しうるように、修正される。そうした実施形態においては、ＰＳＤＭＭＭ２００が、第１周期構造１４２、第２周期構造１４８及び第３周期構造１５２のうち少なくとも１個、並びに第３層に付形成された少なくとも１個の周期構造の、単一画像を生成することにより、集合信号を提供する。ＰＳＤＭＭＭ２００は、また、第３層に付形成された周期構造に起因する成分をその集合信号から抽出してクリーニングし、第１周期構造１４２、第２周期構造１４８及び第３周期構造１５２のうち少なくとも１個と第３層に付形成された周期構造とに対応するその生成クリーンデータにより、第１層１４４及び第２層１５４のうち少なくとも一方と第３層との間の位置ずれを確認する。

本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）には理解される通り、本発明は、具体的に図示及び上述したものに限定されるものではない。本発明の技術的範囲内には、上述した様々な特徴並びにそれらの修正物のコンビネーション及びサブコンビネーションの双方、但し従来技術に属していないもの全てが包含される。

Claims

多層半導体デバイスの製造に際する位置ずれの計測のための位置ずれ計量方法であり、前記多層半導体デバイスが、第１軸に沿い第１ピッチを有する第１周期構造であって前記多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている前記第１周期構造と、第２軸に沿い第２ピッチを有し前記第２軸が前記第１軸に対し平行ではない第２周期構造であって、前記多層半導体デバイスの前記第１層と一体に形成されている前記第２周期構造と、第３軸に沿い第３ピッチを有し前記第３軸が前記第１軸に対し平行ではなく且つ前記第３軸が前記第２軸に対し平行ではない第３周期構造であって、前記多層半導体デバイスの第２層と一体に形成されている前記第３周期構造と、を有し、前記第３周期構造と前記第１及び第２周期構造とが互いに重なり合うものである前記位置ずれ計量方法であって、
前記第１周期構造、前記第２周期構造及び前記第３周期構造の単一画像を生成することにより集合信号を提供し、
前記集合信号から第１成分を抽出し、前記第１成分が前記第１周期構造に基づくものであり、
前記集合信号から第２成分を抽出し、前記第２成分が前記第２周期構造に基づくものであり、
前記集合信号から第３成分を抽出し、前記第３成分が前記第３周期構造に基づくものであり、
前記第１成分、前記第２成分及び前記第３成分を分析することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量方法。
請求項１に係る位置ずれ計量方法であって、更に、
クリーン第１周期構造データを生成し、
クリーン第２周期構造データを生成し、
クリーン第３周期構造データを生成する位置ずれ計量方法。
請求項２に係る位置ずれ計量方法であって、前記クリーン第１周期構造データが前記第１成分、前記第１ピッチ、並びに前記第１ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量方法。
請求項２に係る位置ずれ計量方法であって、前記クリーン第２周期構造データが前記第２成分、前記第２ピッチ、並びに前記第２ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量方法。
請求項２に係る位置ずれ計量方法であって、前記クリーン第３周期構造データが前記第３成分、前記第３ピッチ、並びに前記第３ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量方法。
請求項２に係る位置ずれ計量方法であって、前記第１成分、前記第２成分及び前記第３成分の前記分析による前記第１層・前記第２層間の位置ずれの前記確認に際し、
前記クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、
前記クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方が前記第１参照個所の最も近くにくる第２参照個所を特定し、
前記第１参照個所・前記第２参照個所間の差異を計算することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量方法。
請求項２に係る位置ずれ計量方法であって、
前記第２層が、第４軸に沿い第４ピッチを有する第４周期構造をも備え、前記第４軸が前記第１軸、前記第２軸又は前記第３軸に対し平行ではないものであり、
前記集合信号から前記第４周期構造に基づく第４成分を抽出し、
前記第４成分からクリーン第４周期構造データを生成する位置ずれ計量方法であり、
前記第１層・前記第２層間の位置ずれの前記確認に際し、
前記クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、
前記クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第４周期構造データのそれとが交差するところであり前記第１参照個所の最も近くで交差する第２参照個所を特定し、
前記第１参照個所・前記第２参照個所間の差異を計算することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量方法。
請求項１に係る位置ずれ計量方法であって、前記第１ピッチ、前記第２ピッチ及び前記第３ピッチが、それぞれ、ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／１０００～１／４である位置ずれ計量方法。
請求項１に係る位置ずれ計量方法であって、前記第１ピッチ、前記第２ピッチ及び前記第３ピッチが、それぞれ、ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／５００～１／２０である位置ずれ計量方法。
請求項１に係る位置ずれ計量方法であり、前記多層半導体デバイスが、第３層軸に沿い第３層ピッチを有する少なくとも１個の第３層周期構造が一体に形成された少なくとも１個の第３層をも備え、前記第３層軸が前記第１軸に対し平行ではなく、前記第３層軸が前記第２軸に対し平行ではなく且つ前記第３層軸が前記第３軸に対し平行ではないものである前記方法であって、
前記第３層周期構造と前記第１及び第２周期構造との単一画像を生成することにより第２集合信号を提供し、
前記第２集合信号から第３層成分を抽出し、前記第３層成分が前記第３層周期構造に基づくものであり、
前記第３層成分、前記第１成分及び前記第２成分を分析することにより前記第３層・前記第１層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量方法。
多層半導体デバイスの製造に際する位置ずれの計測のための位置ずれ計量システムであり、前記多層半導体デバイスが、第１軸に沿い第１ピッチを有する第１周期構造であって、前記多層半導体デバイスの第１層と一体に形成されている前記第１周期構造と、第２軸に沿い第２ピッチを有し前記第２軸が前記第１軸に対し平行ではない第２周期構造であって、前記多層半導体デバイスの前記第１層と一体に形成されている前記第２周期構造と、第３軸に沿い第３ピッチを有し前記第３軸が前記第１軸に対し平行ではなく且つ前記第３軸が前記第２軸に対し平行ではない第３周期構造であって、前記多層半導体デバイスの第２層と一体に形成されている前記第３周期構造と、を有し、前記第３周期構造と前記第１及び第２周期構造とが互いに重なり合うものである前記位置ずれ計量システムであって、
前記第１周期構造、前記第２周期構造及び前記第３周期構造の単一画像を生成することにより集合信号を提供するよう動作させうるウェハ撮像ツールと、
位置ずれアナライザであり、
前記集合信号から第１成分を抽出し、前記第１成分が前記第１周期構造に基づくものであり、
前記集合信号から第２成分を抽出し、前記第２成分が前記第２周期構造に基づくものであり、
前記集合信号から第３成分を抽出し、前記第３周期構造に基づくものであり、
前記第１成分、前記第２成分及び前記第３成分を分析することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認するよう、
動作させうる位置ずれアナライザと、
を備える位置ずれ計量システム。
請求項１１に係る位置ずれ計量システムであって、前記位置ずれアナライザを、更に、
クリーン第１周期構造データを生成し、
クリーン第２周期構造データを生成し、
クリーン第３周期構造データを生成するよう、
動作させうる位置ずれ計量システム。
請求項１２に係る位置ずれ計量システムであって、前記クリーン第１周期構造データが前記第１成分、前記第１ピッチ、並びに前記第１ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量システム。
請求項１２に係る位置ずれ計量システムであって、前記クリーン第２周期構造データが前記第２成分、前記第２ピッチ、並びに前記第２ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量システム。
請求項１２に係る位置ずれ計量システムであって、前記クリーン第３周期構造データが前記第３成分、前記第３ピッチ、並びに前記第３ピッチのハーモニックの関数である位置ずれ計量システム。
請求項１２に係る位置ずれ計量システムであって、前記第１成分、前記第２成分及び前記第３成分の前記分析による前記第１層・前記第２層間の位置ずれの前記確認に際し、
前記クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、
前記クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方が前記第１参照個所の最も近くにくる第２参照個所を特定し、
前記第１参照個所・前記第２参照個所間の差異を計算することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量システム。
請求項１２に係る位置ずれ計量システムであって、
前記第２層が、第４軸に沿い第４ピッチを有する第４周期構造をも備え、前記第４軸が前記第１軸、前記第２軸又は前記第３軸に対し平行ではないものであり、
前記集合信号から前記第４周期構造に基づく第４成分を抽出し、
前記第４成分からクリーン第４周期構造データを生成する位置ずれ計量システムであり、
前記第１層・前記第２層間の位置ずれの前記確認に際し、
前記クリーン第１周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第２周期構造データのそれとが交差する第１参照個所を特定し、
前記クリーン第３周期構造データの最大値群及び最小値群のうち少なくとも一方と前記クリーン第４周期構造データのそれとが交差するところであり前記第１参照個所の最も近くで交差する第２参照個所を特定し、
前記第１参照個所・前記第２参照個所間の差異を計算することにより前記第１層・前記第２層間の位置ずれを確認する位置ずれ計量システム。
請求項１１に係る位置ずれ計量システムであって、前記第１ピッチ、前記第２ピッチ及び前記第３ピッチが、それぞれ、前記ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／１０００～１／４である位置ずれ計量システム。
請求項１１に係る位置ずれ計量システムであって、前記第１ピッチ、前記第２ピッチ及び前記第３ピッチが、それぞれ、前記ウェハ撮像ツールの視野の長さの１／５００～１／２０である位置ずれ計量システム。
請求項１１に係る位置ずれ計量システムであって、前記多層半導体デバイスが、第３層軸に沿い第３層ピッチを有する少なくとも１個の第３層周期構造が一体に形成された少なくとも１個の第３層をも備え、前記第３層軸が前記第１軸に対し平行ではなく、前記第３層軸が前記第２軸に対し平行ではなく且つ前記第３層軸が前記第３軸に対し平行ではないものであり、前記ウェハ撮像ツールを、更に、
前記第３層周期構造と前記第１及び第２周期構造との単一画像を生成することにより第２集合信号を提供するよう、
動作させることができ、前記位置ずれアナライザを、更に、
前記第２集合信号から第３層成分を抽出し、前記第３層成分が前記第３層周期構造に基づくものであり、
前記第３層成分、前記第１成分及び前記第２成分を分析することにより前記第３層・前記第１層間の位置ずれを確認するよう、
動作させうる位置ずれ計量システム。