JP4746987B2 - 散乱計測を用いてオーバレイ誤差を検出する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、単一または複数のレイヤ内に形成された構造間のオーバレイの決定に関する。より具体的にはそのような構造と相互作用する放射の回折に基づいてオーバレイを決定することに関する。

さまざまな製造および生産環境において、試料のさまざまなレイヤ間の、またはそのような試料の特定のレイヤ内でのアライメントを制御する要求がある。例えば半導体製造産業において、電子デバイスは、一連のレイヤを基板上に作ることによって生産されえ、このレイヤの一部または全てはさまざまな構造を含む。特定のレイヤ内における、および他のレイヤ内の構造に対しての、両方について、そのような構造の相対位置は、完成後の電子デバイスのパフォーマンスに関連するか、または重要ですらある。

そのような試料内の構造の相対位置は、オーバレイと呼ばれることもある。オーバレイを計測するさまざまな技術およびプロセスが開発され、成功の程度の差はあれ採用されてきた。最近では、オーバレイ計測のための基礎として放射散乱計測を利用することに対してさまざまな努力がなされている。

散乱計測測定値からオーバレイを決定するある既存のアプローチは、モデル形状プロファイル、オーバレイ、およびフィルムスタック、および材料光学特性（ｎ，ｋ分散曲線）に基づいて計測されたスペクトルを計算された理論的なスペクトルと比較すること、または較正ウェーハからのレファレンス信号と比較することに集中する。

既存のアプローチにはいくつかの付随する欠点がある。例えば、正確にオーバレイを決定するためには、比較的多くのパラメータがプロファイル、オーバレイ、およびフィルムモデリングに含まれなければならない。例えば、上部および下部レイヤプロファイルの両方に簡単な台形モデルを用いるいくつかのアプローチにおいては、含まれなければならないパターンパラメータの最小個数は、オーバレイを含んで７個である。もしフィルムの厚さのバラツキがモデル中に含まれるなら、パラメータの個数は対応して増える。多くのパラメータは、多くの処理リソースを要求しえ、対応するエラーを招きえ、結果を遅らせることによってスループットを減少させたり非効率さおよびコストを押し上げたりするかもしれない。例えば計測されたスペクトルを計算されたレファレンススペクトルと比較することは、ライブラリベースのアプローチが用いられようが、回帰アプローチが用いられようが、パラメータが多いほど時間が長くかかる。

散乱計測に基づくオーバレイの決定へのある種の既存のアプローチの他の欠点は、正確な理論上のスペクトルを決定し、計測されたスペクトルと比較するためには、フィルムスタック、フィルム材料、およびパターンエレメントプロファイルの詳細な知識が必要となりえることである。

散乱計測に基づくオーバレイの決定へのある種の既存のアプローチの他の欠点は、正確な理論上のスペクトルを決定し、計測されたスペクトルと比較するためには、散乱計測光学系の詳細な知識が必要となりえることである。

したがって散乱計測に基づくオーバレイの決定への既存のアプローチの欠点を鑑みて、散乱計測に基づくオーバレイの決定のための改良されたシステムおよび方法に対するニーズが存在する。

したがって、試料の２つのレイヤ間のオーバレイ誤差を決定するためのメカニズムが提供される。ある実施形態において、試料の第１レイヤ内の複数の第１構造群、および前記試料の第２レイヤ内の複数の第２構造群の間のオーバレイを決定する方法が開示される。前記第１および第２構造群の一部を含むターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤが提供される。前記ターゲットＡは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸａを有するよう設計され、前記ターゲットＢは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｂを有するよう設計され、前記ターゲットＣは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｃを有するよう設計され、前記ターゲットＤは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｄを有するよう設計される。前記オフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄのそれぞれは好ましくはゼロとは異なる。ＸａはＸｂとは反対の符号で異なり、ＸｃはＸｄとは反対の符号で異なる。ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤを電磁放射で照射されることによって、ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤからそれぞれスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得る。前記得られたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dに基づいて線形近似を用いて前記第１および第２構造群の間の任意のオーバレイ誤差が決定される。

一般に、誤差オフセットＥは、少なくとも、それぞれが２つのパターン付きレイヤ間にオフセットＸａからＸｄのようなオフセットを有する、４つ以上のターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤからの計測されたスペクトルを分析することによって決定されえる。この分析は、スペクトルを既知またはレファレンスのスペクトルと比較することなく実行されえる。換言すれば、本発明の誤差決定技術は、較正操作を必要としない。

具体的な実現例において、任意のオーバレイ誤差を決定することは、（ｉ）スペクトルＳ_AおよびＳ_Bから差分スペクトルＤ１を決定すること、（ｉｉ）スペクトルＳ_CおよびＳ_Dから差分スペクトルＤ２を決定すること、および（ｉｉｉ）前記差分スペクトルＤ１およびＤ２に基づいて線形近似を実行することによって任意のオーバレイ誤差を決定することによって達成される。さらなる局面において、前記線形近似は、前記差分スペクトルＤ１の特性Ｐ１および前記差分スペクトルＤ２の特性Ｐ２に基づく。

あるターゲット構成において、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれは、少なくとも一部が前記第１レイヤ内に配置された周期Ｔａ１を持つ周期的構造を有する格子構造Ｇａ１、および少なくとも一部が前記第２レイヤ内に配置された周期Ｔａ２を持つ周期的構造を有する格子構造Ｇａ２を備える。前記第１周期Ｔａ１および前記第２周期Ｔａ２は実質的に同一であり、前記オフセットＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄは、前記構造群に対して前記格子構造Ｇａ１の前記周期Ｔａ１で、前記格子構造Ｇａ２の前記周期Ｔａ２で、第１距離Ｆおよび第２距離ｆ０の和によって、前記構造群をオフセットすることによってそれぞれ作られ、ここで前記第２距離ｆ０は、前記第１距離Ｆよりも小さい絶対値を有する。

他の局面において、本発明は、試料の２つのレイヤ間のオーバレイ誤差を決定するよう動作可能である光学システムに関する。このシステムは、上述の方法操作の１つ以上を実行するよう構成される１つ以上のプロセッサを一般に含む。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、本発明の以下の明細書および添付の図においてより詳細に示され、これらは本発明の原理を例示的に示す。

本発明の具体的な実施形態が詳細に参照される。この実施形態の例は添付の図面に示される。本発明はこの具体的な実施形態について説明されるが、本発明を一つの実施形態に限定されるよう意図されてはいないことが理解されよう。むしろ添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれる代替物、改変物、および等価物をカバーするよう意図されている。以下の記載では多くの具体的な詳細が述べられているが、これは本発明の完全な理解を促すためである。本発明は、これら特定の詳細の一部または全てがなくても実施されえる。他の場合には、よく知られたプロセス操作は詳細には記載されていないが、これは本発明の趣旨を不必要にぼかさないためである。

本発明のある局面は、半導体デバイスのような試料上に形成された４つ以上の散乱計測オーバレイターゲットのセットを提供する。パターンは、「パターンまたは層間パターン」としても記述され、これら二つの語はたいていの場合は同義である。特定の実現例において、この試料は半導体デバイスの２つ以上のレイヤを有し、このターゲットは、デバイス中に設けられたさまざまな構造の位置付けの正確さの測定値を提供するのに利用される。一般に位置付け正確性は、半導体デバイスの２つの異なるレイヤ間のオーバレイ誤差の計測値によって特徴付けられる。

具体的な実施形態において、４つのターゲットのセットが提供され、それぞれのターゲットは、２セットの構造を、互いにオフセットされている２つの異なるレイヤ上に含む。具体的な実現例において、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える。すなわち、第１距離Ｆおよび第２距離ｆ０で、Ｆがｆ０より大きい。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」と記述すると、これらターゲットのそれぞれについての対応する所定のオフセットは特定のターゲット設計について以下のように定義されえる。

Ｘａ＝＋Ｆ＋ｆ０（ターゲットＡについて）、
Ｘｂ＝−Ｆ＋ｆ０（ターゲットＢについて）、
Ｘｃ＝＋Ｆ−ｆ０（ターゲットＣについて）、および
Ｘｄ＝−Ｆ−ｆ０（ターゲットＤについて）。
ＸａからＸｄについてのこれらオフセットは、本発明の技術を実施してオーバレイを決定するための任意の適切な値でありえる。例えばＸａおよびＸｂは、ＸｃおよびＸｄとは異なるｆ０の値を持ちえる。

図１は、本発明の特定の実現例におけるｘ軸に沿ったオフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄの分布を示す。示されるようにオフセットＸａおよびＸｃは共に正で、ＸａはＸｃより大きい。対照的にオフセットＸｂおよびＸｄは共に負で、ＸｄはＸｂよりもより負である。

ターゲットの個数およびそれらの対応するオフセットの大きさと符号は、任意の適切なやり方で選ばれることによって、本発明の技術がオーバレイ誤差を決定するために実施されえる。ターゲットの特定のセットおよびそれらの対応するオフセットは、図２（ａ）から２（ｆ）に関連して以下に説明される。この技術を実施し、本発明のシステムを利用するのに用いられえるターゲットおよびオフセット値の多くの組み合わせが存在することが容易にわかるだろう。

図２（ａ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量Ｆだけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。それぞれのレイヤＬ１およびＬ２は、構造群のセット（a set of structures）中にパターン付け（patterned）されている。構造は、ライン、トレンチ、またはコンタクトのような任意の適切なフィーチャを含みえる。構造は、半導体デバイスフィーチャと同様になるよう設計されえる。構造は、異なるフィーチャの組み合わせからも形成されえる。さらに構造は、例えば、試料のトップレイヤの上に、または試料の任意のレイヤの中に、または試料のレイヤの部分的に中にまたは完全に中に、のように、試料の任意のレイヤ上に位置付けられえる。図２（ａ）の示される実施形態において、レイヤＬ１は、完全な構造２０４ａ〜ｃを含み、一方、レイヤＬ２は完全な構造２０２ａ〜ｃを含む。散乱計測オーバレイターゲット構造の構築およびそれらの作製方法は、Abdulhalimらによる「PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT」と題された２００１年４月１０日出願の米国特許出願第０９／８３３，０８４号に記載されており、この出願はその全体がここで参照によって援用される。

示されるようにトップレイヤＬ２の構造は、量ＦだけボトムレイヤＬ１からオフセットされる。２つのオフセットレイヤの構造は、隣接するレイヤ内に位置しえ、２つのオフセットレイヤ間に配置された任意の適切な個数およびタイプのレイヤを有しえる。図２（ａ）はまた、パターン付きレイヤＬ１およびＬ２間の３つのフィルムＴ１、Ｔ２、およびＴ３およびそれらの対応する構造を示す。任意の他のレイヤが、この構造を有する２つのレイヤ間に存在する限り、これらの他のレイヤは、構造を有するレイヤ間で放射の伝搬を許すために、電磁放射について少なくとも最低限の透過の程度を示す。

図２（ｂ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量−Ｆだけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。図２（ｃ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量＋Ｆ＋ｆ０だけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。図２（ｄ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量−Ｆ＋ｆ０だけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。図２（ｅ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量＋Ｆ＋ｆ０＋Ｅだけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。図２（ｆ）は、本発明のある実施形態による、パターン付きボトムレイヤＬ１から量−Ｆ＋ｆ０＋Ｅだけオフセットされているパターン付きトップレイヤＬ２の側面図である。

一般に、誤差オフセットＥは、オフセットＸａからＸｄのような２つのパターン付きレイヤ間でオフセットをそれぞれ有する少なくとも４つ以上のターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤから計測されたスペクトルを分析することによって決定されえる。この分析は、スペクトルのどれも既知またはレファレンススペクトルと比較することなく実行される。換言すれば本発明の誤差決定技術は、較正操作を必要としない。

図３（ａ）は、本発明のある実施形態によってオーバレイを決定するプロシージャ３００を示すフロー図である。この例では、上述のようにオフセットＸａからＸｄを有するように設計される４つのターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤが用いられる。すなわち、ターゲットＡはオフセット＋Ｆ＋ｆ０を持つように設計され、ターゲットＢはオフセット−Ｆ＋ｆ０を持つように設計され、ターゲットＣはオフセット＋Ｆ−ｆ０を持つように設計され、およびターゲットＤはオフセット−Ｆ−ｆ０を持つように設計される。

まず操作３０２ａから３０２ｄにおいて、入射放射ビームが４つのターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれに向けて導かれ、４つのターゲットから４つのスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dが計測される。操作３０２ａから３０２ｄは、計測システムの能力に応じて順次に、または同時に実行されえる。入射ビームは、レーザまたは広帯域放射のような電磁放射の任意の適切な形態でありえる。オーバレイを決定するために散乱計測信号を計測する光学システムおよび方法の例は、（１）Lakkapragada, Sureshらによる「METHOD AND SYSTEMS FOR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL」と題された２００１年５月４日出願の米国特許出願第０９／８４９，６２２号、および（２）Abdulhalimらによる「PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT」と題された２００１年４月１０日出願の米国特許出願第０９／８３３，０８４号に見られる。これら出願はそれらの全体がここで参照によって援用される。

適切な計測システムのさらなる実施形態およびオーバレイ誤差を決定するためのそれらの使用は、さらに以下に説明される。本発明のさまざまな実施形態において、スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_D（および存在しえる任意の追加のスペクトル）は、任意のタイプの分光学的偏光計測または反射光計測信号を含み、これらはｔａｎ（Ψ）、ｃｏｓ（Δ）、Ｒｓ、Ｒｐ、Ｒ、α（分光学的偏光計測「アルファ」信号）、β（分光学的偏光計測「ベータ」信号）、（（Ｒｓ−Ｒｐ）／（Ｒｓ＋Ｒｐ））などを含む。

スペクトルＳ_B（−Ｆ＋ｆ０）はそれからスペクトルＳ_A（＋Ｆ＋ｆ０）から引かれ、スペクトルＳ_D（−Ｆ−ｆ０）はそれからスペクトルＳ_C（＋Ｆ−ｆ０）から引かれて２つの差分スペクトルＤ１およびＤ２をそれぞれ操作３０４ａおよび３０４ｂで形成する。次に操作３０６ａおよび３０６ｂにおいてそれぞれ、差分スペクトル特性Ｐ１が差分スペクトルＤ１から得られ、差分スペクトル特性Ｐ２が差分スペクトルＤ２から得られる。差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２は、得られた差分スペクトルＤ１およびＤ２の任意の適切な特性から一般に得られる。差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２はまた、それぞれ、特定の波長におけるそれぞれの差分スペクトルＤ１またはＤ２上の単に点でありえる。他の例としては、差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２は、差分信号の平均の積分の結果でありえ、ＳＥアルファ信号の平均と等しく、オーバレイに対する器具感度、ノイズまたは信号感度を表す重み付け平均に等しくありえる。

異なるスペクトル特性Ｐ１およびＰ２が得られた後で、操作３０８において直接、差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２からオーバレイ誤差Ｅがそれから計算されえる。ある実施形態において、異なるスペクトル特性Ｐ１およびＰ２に基づいて線形近似が実行されて、オーバレイ誤差Ｅが決定され、一方、他の技術においては異なるスペクトル特性Ｐ１およびＰ２は、オーバレイ誤差Ｅを決定するのにそれから用いられる、正弦波関数または他の周期関数を近似するのに用いられる。ある線形回帰技術が図３（ｂ）について以下に示される。ある例では、オーバレイ結果は、複数の波長または複数の波長範囲の特性から得られるオーバレイ結果の統計的計算（例えば平均化または重み付け平均）によって得られうる。

この実現例の変化型において、もし全ての４つのターゲットが、オフセットを除いて、同じピッチＰ、薄膜特性、構造サイズおよび組成のような特性を有するなら、またＸａおよびＸｂの符号が反対で、同じオーダーの大きさを有する（０．１＜Ｘａ／Ｘｂ＜１０）と仮定し、かつもし０．０５＜｜Ｘａ／Ｐ｜＜０．４５および０．０５＜｜Ｘｂ／Ｐ｜＜０．４５、かつもしＸａがＸｃと同じ符号で、ＸｂがＸｄと同じ符号であるなら、層間ターゲット（interlayer targets）内の構造間に存在するオーバレイ誤差Ｅの推定値は、異なるスペクトル特性Ｐ１およびＰ２に基づく直線近似を用いて以下のように計算されえる。

または

であり、ここでオーバレイ誤差Ｅ＜ｆ０については、差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２は一般に符号が逆である。もし（Ｘａ−Ｘｂ）＝（Ｘｃ−Ｘｄ）およびＥ＝０なら、Ｐ１＝−１＊Ｐ２である。

代替として、それぞれのターゲットオフセットＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄを設計するのに、もし同じ値がＦおよびｆ０について用いられるなら、

となる。

ターゲットは、少なくとも部分的に１つより多いレイヤ内に位置する構造のオーバレイを決定するために用いられえるが、実質的に単一のレイヤ内に位置する構造のオーバレイを決定ためにも用いられえる。

図３（ｂ）は、本発明のある実施形態によってオーバレイ誤差Ｅを決定する直線的アプローチの図解表現である。示されるように、ｙ軸の正の部分は、ｆ０＋Ｅの関数としての差分スペクトル特性Ｐ１における変化を示し、ｙ軸の負の部分は、−ｆ０＋Ｅの関数としての差分スペクトルにおける変化を示す。上述のように、差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２は、差分スペクトルＤ１およびＤ２から得られる。

オーバレイ誤差Ｅは、２つの点（＋ｆ０＋Ｅ，Ｐ１）および（−ｆ０＋Ｅ，Ｐ２）を分析することによって得られうる。オーバレイ誤差Ｅは、あるアプローチにおいては２つの得られた差分スペクトル特性Ｐ１およびＰ２について直線近似を実行することによって決定されえる。グラフ上にはＥがゼロである２つの点があり、一方、グラフの他の部分はオーバレイ誤差Ｅおよびｆ０の関数であることに注意されたい。もしオフセットが直線領域にあるように注意深く選ばれるなら、グラフ（Ｐ１／（＋ｆ０＋Ｅ））のグラフの正の部分の傾きは、グラフ（Ｐ２／（−ｆ０＋Ｅ））のグラフの負の部分の傾きと等しくならなければならない。よってオーバレイ誤差は、Ｅ＝ｆ０＊（Ｐ１＋Ｐ２）／（Ｐ１−Ｐ２）によって得られる。

本発明のある実現例によれば、もし大きさが同じで符号が反対のオフセット＋Ｆおよび−Ｆを持ち、他のオーバレイ誤差を持たない２つのターゲットが存在するなら、０次の回折散乱計測ＳＥまたは反射計測スペクトルは、これら２つのターゲットから実質的に同一（良好な近似）であり、＋Ｆおよび−Ｆに対応するスペクトル間の差分信号はゼロである。もちろん差分信号の任意の特性もゼロである。もし追加のオフセット＋ｆ０を設計することによって意図的に対称性を破る（人工的にオーバレイ誤差を導く）なら、差分信号Ｄ１はもはやゼロではなく、任意の適切な差分スペクトル特性は、オーバレイ誤差Ｅと同じ関係に従う。同様にオーバレイターゲットの他のセットが追加オフセット−ｆ０を持つように設計することもできる。よって、オーバレイ誤差は、差分信号Ｄ１（＋Ｆ＋ｆ０，−Ｆ＋ｆ０）およびＤ２（＋Ｆ−ｆ０，−Ｆ−ｆ０）の特性を用いて決定されえ、したがって別個の較正ステップは必要とされない。

オーバレイ誤差Ｅがスペクトル信号から計算されるとき、それは実際のオーバレイ誤差の推定値でありえることが理解されよう。この計算されたオーバレイ誤差Ｅは、オーバレイ誤差（Ｅ）、またはオーバレイ誤差の推定値（Ｅ’）と記される。

もし構造間のピッチが比較的大きいなら、上述の直線近似技術は一般にうまく機能する。しかしピッチが比較的小さいなら、オーバレイ計測の正確性を改善するために追加のターゲットが試料上に作製されえる。用いられるターゲットの個数および対応する散乱計測技術は、ターゲットの特定の材料、実現される散乱計測信号のタイプに他のファクタの中でも依存する。４つ以上のターゲットを用いるかどうかは実験的に、またはよく知られたモデリング方法によって決定されえる。ある実施形態において、２つの追加の層間ターゲット（ターゲット「Ｈ」および「Ｊ」と記される）が試料上に作製され、これらは対応するオフセットＸｈおよびＸｊを持つ。入射放射によって照射されると、ターゲットＨおよびＪは、対応する回折された要素を作り、これらは追加の差分信号Ｄ３および差分スペクトル特性Ｐ３の決定の基礎として機能しえる。この特性Ｐ３は、オーバレイＥの決定を洗練させて、直線近似を用いることによって導入される誤差の非線形補正または計測を含ませるように、異なるスペクトル特性Ｐ１およびＰ２と関連して分析されえる。

上述の直線近似方法に対するある代替実施形態は、散乱計測オーバレイ信号を周期関数として扱い、位相検出方法を用いてオーバレイ誤差を決定することである。この実施形態は、散乱計測オーバレイターゲットピッチ、散乱計測オーバレイターゲット設計、散乱計測オーバレイ（ＳＣＯＬ）ターゲット材料、計測された散乱計測信号などを含みえる変数に依存して、ある条件下では好ましいかもしれない。

オーバレイ誤差は、プリプログラムされた追加ビルトインオーバレイオフセット（pre-programmed additional built-in overlay offsets）を持つ複数のＳＣＯＬターゲットを計測することから抽出されえる。（プリプログラムされたオフセットのある例は、図１において上述のＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄでありえる）。計測されるターゲットの個数は、２個、３個、４個、または４個より多くてもよく、または異なるオーバレイ計測位置間で変わりえる。散乱計測信号（例えば波長または入射角度の関数として）は、要求されるＳＣＯＬターゲットから得られる。任意のオーバレイそれぞれについて、この信号は、オーバレイ誤差の周期的な偶関数である。位相検出（または位相回復、位相抽出、または位相決定）アルゴリズムは、信号のこれら特性を利用する。計測された信号は、対応する個数の自由パラメータ（これら自由パラメータのうちの一つはオーバレイ誤差そのものである）を持つ偶周期関数のセットによって表される。異なるセットのこのような関数は、例えば、計測されるターゲットの個数、散乱計測信号特性、ターゲット特性、および要求される情報に依存して用いられえる。計測されるターゲットの個数は、自由未知パラメータの累積個数より大きいかまたはそれに等しくなる。いくつかの（２つ以上の）散乱計測オーバレイ（ＳＣＯＬ）ターゲット（異なるプリプログラムされたオフセットを持つ）が、互いの直近（例えば２５０ミクロン内に）に置かれるとき、オーバレイ誤差は、全てのこれらターゲットについて同じであると推定されえる。他の自由パラメータのそれぞれは、あるＳＣＯＬターゲット位置から別のものへと変わるとき（フィールド内で、および／またはウェーハにわたって）変わってもよく、変わらなくてもよい。（オーバレイは、異なるオーバレイ計測位置間で変わると推定される）。代替として、これら自由パラメータ（またはそれらの一部）は、Ｘ−およびＹ−ＳＣＯＬターゲット方向間で変わってもよく、変わらなくてもよい。要求される情報、要求される計測正確性、およびいくつかの自由パラメータが位置ごとに、および／またはＸ−およびＹ−方向間で変わらないかに基づいて、オーバレイ計測位置あたりのＳＣＯＬターゲットの総個数、およびフィールドあたり、および／またはウェーハあたりに計測されるべきＳＣＯＬターゲットの総個数が決定される。

複数のターゲットからの散乱計測信号からオーバレイ誤差を決定する位相アルゴリズムアプローチの例は、散乱計測信号のオーバレイ誤差に対する従属性を周期関数として扱うことである。この場合、複数のターゲットのプログラムされたオフセットは、初期位相オフセットとして扱われ、オーバレイ誤差は、追加位相として扱われる。オーバレイ誤差は、それからよく知られる位相決定または位相回復方法を用いて決定されえる。直交、３バケット、および４バケット位相回復アルゴリズムを含みえるよく知られる位相回復方法が、オーバレイ誤差を決定するのに用いられえる。これら位相回復方法は、例として挙げられるだけで、本発明の範囲を限定するように意図はされない。位相検出方法は、よく知られており、２、３の例を挙げれば、通信、干渉法、核磁気共鳴、電子回路のようなさまざまな領域で広く用いられる。他の実施形態において、線形、非線型、および位相回復アルゴリズムの組み合わせがオーバレイ誤差を決定するために採用されえる。

上述の技術の実現については、ある種の条件が好ましくは満たされる。計測領域は、オフセット、例えば、＋Ｆ＋ｆ０、−Ｆ＋ｆ０、＋Ｆ−ｆ０、および−Ｆ−ｆ０である点を除いて、全ての局面において実質的に同一である。これはターゲットを互いの約１００ミクロン以下の中に配置し、比較的プロセスにロバストな（すなわちそれらはデバイスフィーチャとしてプロセスのバラツキに対して同様の、またはより敏感ではない）ターゲットを選ぶことによっておそらくは達成される。実際には、製造ウェーハ上では、もし下部パターンレイヤ（群）および上部レイヤからのトポグラフィが、このトポグラフィと相互作用するのに応答して変化するなら、プロファイルは、異なるオフセットについて同一のものから偏位しえる。異なるオフセットを持つ２つのターゲット間の差分または誤差信号は、プロファイルが異なるターゲットに共通である限り、オーバレイターゲットセグメントのプロファイルのバラツキ、およびフィルムのバラツキに比較的、独立である。これは、プロファイルおよびフィルムおよび光学系によって決定される信号の一部のコモンモード除去と実質的に等価である。この技術はまた、典型的な製造プロセスで遭遇する、ある幅のプロセスバラツキに対して好ましくはロバストである。オーバレイ誤差による信号差も、近接した散乱計測オーバレイターゲット間の他のプロセスバラツキ（マスク誤差を含む）の原因による信号差よりも好ましくは大きい。

特定の実現例においてもしターゲットがラインの特性を示すようグループ化された構造を含むなら、ターゲット群の別個のセットがＸおよびＹオーバレイ計測について必要とされる。もしオーバレイターゲットが２次元構造から構成されるなら（上から下を見た図で見られるように）、ＸおよびＹオーバレイ情報の両方を得るためにターゲット群の１つのセットを用いることが可能かもしれない。斜散乱計測（oblique scatterometry）について、具体的な実現例によれば、異なるＸおよびＹオーバレイ誤差を計測するために、ウェーハの向きを光学散乱平面について回転させることが有利でありえる。真の直入射については、ウェーハまたは光学系を回転させることなく、異なる偏波からＸおよびＹオーバレイ情報を得ることが可能でありえる。

デカルト座標系は、試料内でオーバレイを計測するのに便利な座標系を提供し、ｘ−ｙ平面は試料のレイヤ内、または実質的にそれに平行に位置し、ｚ軸が試料のレイヤに実質的に垂直に位置する。デカルト座標系は、試料に対して固定されえ、または計測の複雑さを減らすために回転されえる。例えば、試料にわたって対角に起こるが、単一のレイヤ内で起こるオーバレイは、２次元ｘ−ｙオーバレイとしてデカルト座標系で記述されえ、ｘ−ｙ軸は実質的に長方形の試料の辺に平行である。しかし、この同じ対角オーバレイは、ｘ−ｙ軸を回転させて、ｘ軸が対角のオーバレイの方向と平行であるようにすることによって、単一の軸に沿って計測されえる。３次元のオーバレイは、レイヤに実質的に平行なｘ−ｙ平面内の計測値を限定し、ｚ方向内で起こる層間オーバレイを無視することによって２次元オーバレイに減らされえる。

ある実施形態において、ターゲットは、おそらくは２つのレイヤ内に位置する構造の異なるセットの間に、またはおそらくは２つより多いレイヤ内に位置する構造の異なるセット間に、１より多い予め定義されたオフセットを含む。一般の場合、ターゲットは、無限個のレイヤを含みえ、これらレイヤの全てまたは一部は予め定義されたオフセットを作る構造を有する。具体的な実施形態において、ターゲットの１つ以上の下位（underlying）パターン付きレイヤ内の構造は、１つ以上の上部レイヤ（下位パターン付きレイヤ（群）の上に配置される）の形状またはトポグラフィに変化を生む。この実現例において、１つ以上の上部レイヤは、実質的にまたは部分的に不透明または吸収的であり、回折信号の少なくとも一部は、上部レイヤのトポグラフィから起こりえ、このトポグラフィは少なくとも部分的には下位パターン付きレイヤから起こる。

ある実施形態によれば、ターゲット内に含まれる構造は、例えば、ライン、グリッド、長方形、正方形、曲線、曲線のある形状、前述のものの組み合わせを含む、さまざまな構成および形状で整理されえる。構造のこのような構成は、ターゲット内のさまざまな位置に配置されえ、ターゲットに入射する電磁放射入射に対してさまざまな角度を記述しえる。例えば、構造のセットは、ターゲット上に入射する放射線の平行にされたセット、またはビームの伝搬方向に垂直な平行なラインのセットとして整理されえる。他の場合においては、平行なラインのセットとして整理される構造は、入射放射に対して鋭角に、おそらくは４５度に、配置されえる。このような構成は、ｘおよびｙ方向の両方においてオーバレイの決定を促進し、それによって追加のオーバレイパターンまたは計測値に対する必要を減らすことによって有利となりえる。

１．散乱計測システムの実施形態およびその使用

本発明のいくつかの技術は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアシステムの任意の適切な組み合わせを用いて実現されえる。例えばこの技術は、オーバレイ計測ツール内で実現されえる。好ましくはそのような計測ツールは、本発明の操作の多くを実現するコンピュータシステムと統合される。そのような複合システムは好ましくは、オーバレイターゲットの散乱計測信号を得る散乱計測モジュール、および得られた散乱計測信号を分析することによってそのようなターゲット内でのオーバレイ誤差を決定するプロセッサを少なくとも含む。最低限、散乱計測モジュールは、（ｉ）試料の特定された位置上に放射を導くよう方向付けられた照射源、および（ｉｉ）その試料によって散乱された散乱計測信号を検出するよう方向付けられた１つ以上の検出器をふつう含む。

本発明の技術の少なくとも一部は、また、オーバレイ計測システムにおいて、従来のボックスインボックスまたはフレームインフレームオーバレイターゲットまたは他の画像化タイプのオーバレイ計測構造について用いられるもののような画像分析に基づくオーバレイ計測システムまたはサブシステムを補足する追加オーバレイ計測機能として実現されえる。画像化ベースのオーバレイ計測および散乱計測ベースのオーバレイを結合する装置の例は、上で参照された仮出願第６０／４９８，５２４号に記載され、これはここで参照によって援用される。画像化オーバレイ計測および散乱計測オーバレイ計測からのオーバレイデータは、オーバレイ補正値を計算すること、他のオーバレイ補正値を計算すること、オーバレイ誤差をウェーハの他の位置において計算することを含むさまざまな使用のために結合されえる。画像化オーバレイ計測および散乱計測オーバレイ計測の組み合わせのさらなる使用例は上で参照された仮出願第６０／４９８，５２４号に記載される。

システムの構成に関係なく、データ、汎用検査操作のためのプログラム命令および／またはここで記載の本発明の技術を記憶するよう構成される１つ以上のメモリまたはメモリモジュールを採用しえる。プログラム命令は、オペレーティングシステムおよび／または１つ以上のアプリケーションの動作を制御しえる。またメモリまたはメモリ群は、ターゲットおよびオーバレイ誤差結果から得られる散乱計測データ、およびオプションとして他のオーバレイ計測データを記憶するよう構成されえる。

このような情報およびプログラム命令は、ここで記載されるシステム／方法を実現するために採用されえるので、本発明の実施形態は、ここで記載されるさまざまな操作を実行するプログラム命令、状態情報などを含む機械で読み取り可能な媒体に関する。以下に限定されないが機械で読み取り可能な媒体の例は、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭのような光媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のようなプログラム命令を記憶し実行するために特別に構成されたハードウェアデバイスを含む。また本発明は、空間波、光学ライン、電気ラインなどのような適切な媒体上を伝搬する搬送波中でも実現されえる。プログラム命令の例は、コンパイラによって生成されるような機械語、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行されえるより高いレベルのコードを含むファイルの両方を含む。

以下に記載されるシステム実施形態のいくつかは、４つ以上のターゲットからスペクトルを得る散乱計測モジュールまたは要素について主に記載され図示されるが、プロセッサおよびメモリは示されない。

散乱構造の計測について開口数が最適化される画像化計測システム

図４は、顕微鏡画像化システムの概略図である。示されるように画像化システム４００は、電磁放射の入射ビーム４０３を作るビーム発生器４０２、入射ビーム４０５を試料４０８に導くビームスプリッタ４０４を含む。典型的には、入射ビームは、対物レンズ４０６によって試料上にフォーカシングされる。出力ビーム４０９は、入射ビームに応答してそれから試料から放出され、ビームスプリッタ４０４を通り、リレーレンズ４１０を通してイメージャまたはカメラ４１２に伝わる。カメラ４１２は、出力ビーム４０９に基づいて試料の画像を発生する。

システム４００はまた、ビーム発生器４０２、対物レンズ４０６、およびカメラ４１２のようなさまざまな要素を制御するよう構成されるプロセッサおよび１つ以上のメモリ４１４を含む。プロセッサおよびメモリはまた、上述のさまざまな散乱計測技術を用いて検出された出力ビームまたは画像を分析するよう構成される。

従来はこのような画像化システム（オーバレイのために用いられるもののような）は、画像解像度を最適化し、光学収差を最小化するために、選択された開口数（ＮＡ）を有する（例えば対物レンズを介して）。ＮＡの選択は、画像の幾何学的特性から単一のターゲット（ボックスインボックスターゲットのような）にわたっての強度の変動からオーバレイ情報を導出するために典型的には実行される。

従来の画像化システムは、０．７から０．９のような高開口数（ＮＡ）に頼ってきたが、そうすることは、振動、焦点深度、および光学収差に敏感な高価な光学系システムにつながる。これら問題は、達成可能な正確性を減らし、「ツール誘発シフト」つまりＴＩＳとして呼ばれる計測誤差を生じる。

散乱計測システムは、ｘおよびｙオーバレイの両方を計測するために、かつ膜厚のような他の試料パラメータにおけるバラツキによる効果をなくすために、複数のサイトで計測値を順次とりえる。この種の計測プロセスは、従来のオーバレイ技術に比べて散乱計測ツールの動作を大きく遅くすることにつながる。

本発明のある実施形態において、画像化光学システムの照射および画像化ＮＡは、ゼロ次の回折次数だけが集められることを確実にすることによって、散乱構造に対する機械のパフォーマンスを最適化するように選ばれる。ゼロ次の回折だけが検出システムによって集められるときには、周期的構造に関するある種の計測法または検査タスクについてはパフォーマンスの優位性が存在するという事実を利用しえる。この条件下では、鏡面反射だけが集められる。鏡面からはずれて散乱される出力は集められず、非鏡面出力は収差により敏感でありえるので、鏡面出力だけを集めることは、光学収差によって生じる効果を最小化する傾向にある。この条件はまた、以下でさらに詳述される視野内の複数のサイトの相対測光計測のために最適化されるツールにつながる。従来の画像化システムに比較して、非常に低いＴＩＳが達成されえる。従来の散乱計測システムによるよりも、より高いスループットも達成されえる。

特定の画像化システムのための照射および画像化ＮＡを選ぶことは、そのようなシステムの特定の構成に基づく。もし照射および集光の開口数ＮＡが同じで、入射ビームが試料表面の法線方向である最も簡単な画像化システムを考えるなら、「ゼロ次の回折だけ」という条件は、

なら満たされえ、ここでｄは、画像化されるターゲットの構造のピッチである。これは、画像化システムの照射ＮＡ_iの開口数および集光ＮＡ_cの開口数によって以下のように書き直せる。

この方程式は、もし照射システムの開口数を制約できるなら、集光光学系の開口数についての制約を緩和しえることを表し、これはある条件下では有利でありえる。よってスペクトル範囲は、ピッチおよびＮＡの積の２倍より大きい波長に制限されえる。現実的な条件下では、散乱された放射ビームは、照射ビームよりも広い（より発散している）。しかし現実的な条件下では、無限に周期的な格子は画像化されず、よって上の方程式は近似となり、回折された平面波はいくらか発散したものとなる。よって制約条件に安全マージンを含めるのが好ましく、以下が必要となりえる。

例としてＮＡ０．４の画像化システムについて、波長は、最も大きいピッチの０．８倍より大きい値に制限されえ、これは妥当ではない制約ではないだろう。デザインルール７０ｎｍ以下のフィーチャを有する周期的構造について、２００ｎｍまで低いピッチを持つ最も密な構造は、約２００ｎｍ以上の動作波長を持つ画像化システムのスペクトル範囲を制約せず、一方、５００ｎｍほど大きいピッチを持つより疎らなフィーチャは好ましくは４００ｎｍより大きい波長で計測される。

計測および検査の応用例のための画像化分光計を設計するときは、これら制約条件を満たすことが好ましい。画像化システムの空間解像度の限界はシステムの開口数である。計測構造のサイズを最小限まで小さくし、貴重なウェーハの面積を節約できるようにするために最高の空間解像度を達成することが有利である。換言すればこれは、画像化分光計の視野内の隣接フィーチャ間での近接効果つまり「クロストーク」の最小化を可能にする。したがって最高の可能なＮＡが達成されつつ、一方で、ゼロ次回折が検出システムによって集められるという制約を満たす。

この制約の他の興味深い結果は、最高の可能なオーバレイ空間解像度は、試験下のフィーチャを分解することなく達成されえるということである。これは、問題になるエイリアシング現象が画像化システム内で避けられることを確実にしなければならないので、さらなる優位性を有しえる。好ましい実施形態において、試験下のフィーチャ中の最大ピッチに基づいて計測システムまたはアルゴリズムによってスペクトルバンドパスが容易に変更または選択されえるアーキテクチャが提供される（後で詳述される図５Ａから５Ｄにおけるシステムのような）。代替として、照射または集光のいずれかのＮＡが、試験下のフィーチャ中の最大ピッチに依存して容易に変更されえる。代替として、これら実施形態の全ては、単一のシステム内で実現されえる。

図５Ａから５Ｅは、散乱特性に最適化された開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡画像化システムの４つの実施形態を示す。図５Ａに示されるように、システム５００は、図４のシステムの同じように名前が付けられた要素と同様に動作する要素を有しえる。システム５００は、特定の波長を選択する波長選択装置５２０を含む。波長選択装置５２０は、照射する放射のうちの一部または部分を選択的に伝達することによって、または選択的に反射することによってスペクトルバンドの変更を可能にする。スペクトルバンドを変更するためによく知られた顕微鏡フィルタリング技術のさまざまなものが採用されえ、これには、いくつか例を挙げると、バンドパス干渉フィルタのセットから選択すること、連続的にバンドパス干渉フィルタを変化させること、格子ベースの分光計、フーリエ変換干渉計、音響光学波長可変フィルタが含まれる。波長選択装置５２０は、ビーム間の入射ビームパス内に配置される。システム５００はまた、入射ビームが特定の偏光状態にあるようにする偏光子制御装置５２２、および集められたビームの偏光成分を分析または分離する偏光分析器５２４を含みえる。

図５Ｂのシステム５３０は、波長変調デバイス５３２が波長選択デバイスの代わりに用いられることを除いては図５Ａのシステム５００と同様である。図５Ｃのシステム５４０は、波長選択デバイス５４２が出力ビームパス内に配置されることを除いては図５Ａのシステム５００と同様である。図５Ｄのシステム５５０は、波長変調デバイス５３２が波長選択デバイスの代わりに用いられることを除いては図５Ｃのシステム５００と同様である。波長変調デバイス５３２は、波長変調デバイス５３２それ自身（例えば、Michelson、 Fabry-Perot、またはSagnac干渉計のような干渉計システム）の中の１つ以上の光路長を変化させることによって制御されえる。スペクトル情報は、例えばフーリエ変換またはアダマール変換のような変換分析を用いて、結果として生じる信号から導き出されえる。

図５Ｅは、本発明のある実施形態によるマルチサイト視野の例による画像化分光計の上面図である。ある実施形態において、それぞれのドット付きボックス（dotted box）中の画素からのスペクトルは、平均されて４つの計測ターゲットのそれぞれについてのスペクトルを作る。代替としてそれぞれのドット付きボックスの中心領域中に位置する画素からのスペクトルが合わせて平均される。図示されるターゲット中のラインのサイズおよび間隔は強調するために誇張されている。

ＮＡは、適切な方法でゼロ次の回折次数が集められることを確実にするよう選択されえる。ある提案される動作実施形態においては、
１．異なる特性の２つ以上のサイトが画像化システムの視野内に配置される。
２．１つ以上のスペクトル範囲にわたって画像がキャプチャされる。
３．その視野内のそれぞれの計測サイトについて、そのサイト内にあると決定された全てまたは一部の画素が加算され、または結合されて、そのスペクトル範囲における、そのサイトの測光特性を特徴付ける。
４．ステップ３がそれぞれのスペクトル範囲について反復される。
５．その試料の特性を決定するために、それぞれのスペクトル範囲にわたる、それぞれのサイトについての結果が処理される。例えば、上述のスペクトル分析技術（すなわちＦ＋ｆ０）は、それぞれのターゲットについて得られたスペクトルに対して用いられる。
６．ウェーハにわたって所望の複数の計測サイトについて、ステップ１から５が反復される。

この例示的技術は、異なるスペクトル領域にわたって画像群を順次キャプチャすることを記述するが、これは、波長依存のビームスプリッタ、フィルタ、および／またはミラーのシステムを用いて同時に達成されえる。代替として同じことは、異なる光路差において複数の画像をキャプチャするSagnac干渉計のようなデバイスを用いて実現されえ、これら画像は異なるスペクトル範囲にわたって取られた画像群と等価な情報を導き出すのに用いられる。

フィルタを用いる散乱オーバレイ

従来の画像化オーバレイツールは、高倍率および狭視野を有している。総パターニング欠陥（gross patterning defects）のための検査は、顕微鏡で手動で、または別個のマクロ検査ツールで自動でのいずれかでなされる。低倍率オーバレイツールは残念ながら複数のステップまたはツールを必要とし、そのうちのいくつかは手動である。

ある実施形態において、１つ以上の波長範囲を選択するメカニズムを持つ低倍率顕微鏡が提供される。また、このツールは好ましくは、フィルタ群を持つ１つ以上の広帯域光源（broadband sources）を用いるか、複数の光源が異なる波長範囲をカバーするか、可変フィルタを持つなどする。図６は、本発明のある実施形態による１つ以上の波長範囲を選択するシステム６００の概略図である。示されるようにシステム６００は、試料６０６に向けて複数波長入射光ビーム６０４を発生する広帯域光源６０２を含む。複数波長出力ビーム６０８は、入射ビーム６０４に応答して試料６０６から散乱される。システム６００は、波長に基づいて出力ビーム６１１の一部をカメラ６１２に選択的に透過させるフィルタ６１０も含む。ある実現例において、フィルタは、赤、緑、青、または黄のような特定の色を透過するよう構成される。カメラは、フィルタリングされた出力ビーム６１１に基づいて画像を生成するよう動作可能である。

オーバレイの計測値は、ターゲットセット内の１つ以上のターゲットが顕微鏡の視野内にある、試料上の位置へ移動することによって測られる。画像が獲得され、それぞれの個別のターゲットを含む、画像中の一部または全ての画素からの強度は、平均化または加算されて、フィルタの特定の設定におけるそのターゲットについての強度値を与える。ある実施形態において、フィルタは、ターゲット間で最大の差を与えるように調整される。これは、レファレンス表面について加算された画素の数へと後で正規化されえ、または視野内の照射均一性のマップによって補正されえる。それから試料または光学系は、ターゲットセット内の必要なターゲットの全てが計測されるまで移動されえる。そのようにして決定された強度値を用いてオーバレイ値が上述のようにそれから決定される。例えば以下のようになる。

このプロセスは、正確さ、精度、およびロバスト性を改善するために複数の波長範囲にわたって反復されえ、ここで最もよいコントラストを生む波長が散乱分析のために用いられる。

典型的な画像化オーバレイツールに比較して倍率が低く視野が大きいので、また試料の当該領域の画像が集められるので、従来の反射率計または偏光解析装置とは異なり、画像の分析は、画像を分析することによって処理の問題のうち他のタイプのものを検出するのにも用いられえる。例えばもし誤ったレチクルが１つ以上の処理ステップについて用いられたなら、画像は大きく異なるだろう。もしレジストの厚さが正しくなかったなら、画像の明るさまたはコントラストは影響されるだろう。もしレジストストリーキング（resist streaking）が存在したなら、明るさまたはコントラストのバラツキがその画像にわたって検出されえる。ＣＭＰ（化学機械研磨）プロセスにおいて、オーバポリッシュ、アンダーポリッシュなどのような処理誤差が同様に検出されえる。

この実施形態において、複数の散乱計測ターゲットが同時に計測されえ、これにより計測速度が増す。加えて、オーバレイ以外の処理条件における処理誤差または変化が、別個の検査ツールの必要なしに検出されえる。

マルチアングル、同時散乱計測

散乱計測の計測値を得る技術は、２シータアプローチを含みえ、ここで格子または他の繰り返し構造からの散乱強度は、複数の順次計測を行うことによって、複数の角度において計測される。散乱計測の計測値を作る他の技術は、分光散乱計測（spectroscopic scatterometry）である。２シータアプローチの使用は非常に遅いが、これは複数の計測値が典型的には作られるからである。分光散乱計測は高度で高価な光学系を必要とする。

本発明の具体的な実施形態において、同時複数角散乱計測（simultaneous, multi-angle scatterometry）のための技術および装置が提供される。２シータアプローチと異なり、計測値は、散乱強度が同時に多くの角度について決定されることを可能にする装置によって作られる。この技術は２シータアプローチよりもずっと速い。

このアプローチを実現するために、Spanierによる米国特許第５，１６６，７５２号に示されるようなオプションの装置が用いられえる。この特許は、その全体がここで参照によって援用される。この特許において、マルチアングルの偏光解析装置が、Spanierによる特許の例えば図３および４に示される。図７は、入射偏光解析装置７００の同時複数角の概略図である。示されるように偏光解析装置は、偏光された光を試料７１４の表面上に導くソース発生器（例えば要素７０２、７０６、７０８、７１０、および７１２）、試料から放射された出力ビームの取り扱いおよび検出をする検出光学系（例えば要素７１８から７２４）、および試料から反射された光の偏光状態を分析する分析器７２６を含む。ソース発生器は、光源７０２、偏光器７０８、可変開口を持つ補償器７１０、および光源からの光の単一のビームから偏光された光を試料の表面上に異なる入射角度において同時に導くフォーカシングレンズシステム７１２を含む。ソース発生器は、オプションの光学狭帯域フィルタを含みえる。

レンズシステム７１２は、少なくとも１つ以上の角度の角度範囲にわたって変化する入射角度で試料７１４上に光をフォーカシングする有効口径対焦点比を有する。具体的な実施形態において、入射角度の範囲は３０度である。光線を試料７１４に導くのに、より大きい角度も採用されえる。

フォーカシングレンズシステム７１２は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザからでありえる偏光された光を、試料７１４上の単一の小さなスポットまたは点へとフォーカシングする。異なる入射光線は、試料７１４上の単一の小さなスポット上でフォーカシングされる、大きく変化する入射角度を有しえる。よって、試料７１４上の小さなスポット上に導かれた光は、フォーカシングレンズを通して中央の光線の入射角度の上および下の多くの入射角度の光線を含む。入ってくる光線群のそれぞれは、その反射によって変えられる光線のそれぞれの偏光状態を持つその入射角度に等しい角度において反射される。検出器アレイ７２２は、異なる、狭い範囲の入射角度にわたって個別に試料７１４から反射される複数の光線群を検出することによって、複数の入射角度におけるデータを簡単かつ迅速に得るために採用される。

試料７１４から放射される出力ビームは、出力レンズ７１６、交換可能開口７１８、偏光分析器７２０、およびオプションの代替フィルタ７２２を通して検出器アレイ７２２上に導かれる。レンズ７１２および７１６の直径ｄは、それらの有効直径に対応する。図示された実施形態において、レンズ７１２および７１６はそれぞれ１８ｍｍの直径ｄおよび３４ｍｍの焦点距離ｌを有する。好ましくは少なくとも３０度の入射角度の範囲が提供される限り、他の有効レンズ直径および焦点距離も採用されえる。レンズ直径および焦点距離は、試料７１４に当たる光ビームの入射角度の数を最大化するような観点で選ばれる。代替の実施形態において、光は、試料の表面から反射されるのではなく、試料を通して透過される。

再フォーカシングレンズまたはレンズ群７１２は、反射された（透過された）光を検出器アレイ７２２に向けて導く。しかし再フォーカシングレンズは採用されなくてもよく、これは反射された（透過された）光が直接に検出器アレイ上に入射するようにされえるからである。レンズ７１２および７１６、それら自身は光の偏光状態を変えないことが好ましい。

検出器アレイ７２２は、直線の複数の要素の検出器でありえ、ここで検出器要素群のそれぞれは、試料を照らす光線群のうち、狭い範囲の入射角度のものを検出できる。開示された実施形態において、アレイ７２２は、固体感光検出器アレイであり、ここで別個の検出器要素群が全て回路チップ上に集積されている。具体的には、検出器要素群は、フォトダイオードのリニアアレイを備える。単一の回路チップ上に集積されているが、個別のフォトダイオードは、別個の検出器として機能しえる。開示された実施形態のリニアアレイは、一列に配置された１２８個の検出器要素を備え、アレイ全体が反射された（透過された）光によって照射されるとき、１２８の異なる入射角度についてのデータを提供する。個別検出器要素の数は、開示された実施形態のそれより多くても少なくてもよく、検出器要素は、単一のチップ上に集積されていなくてもよく、個別の検出器群であってもよい。複数の検出器要素を用いることによって、異なる入射角度のそれぞれについて表面から反射された（または試料を通して透過された）光を同時に検出することが可能である。また本発明では、検出のために反射された（透過された）光線群を機械的にスキャンするよう順次移動される、より少ない数の検出器要素を採用することもできるが、この技術は、より多くの時間を必要とし、位置決め正確性に依存して、より不正確になりえる。

検出器要素のそれぞれの物理的大きさは、それぞれの要素が照射側で入射角度のある狭い範囲だけを検出するように、好ましくは反射された光線の広がりより小さい。検出器のそれぞれの出力は、入射角度のこれら狭い範囲群のそれぞれについてのΔおよびΨについてのデータを生成するために、リアルタイムのコンピュータ技術（例えば分析器７２４を介して）のような従来のやりかたで用いられる。このデータはそれから従来のやりかたで解釈される。一般にどの方向にリニアアレイが走っているかが重要であり、リニアアレイは好ましくは光学系の平面内で走っている。開示された実施形態において、リニア検出器アレイ７２２の長軸は、中央光線の入射平面内にあり、入射角度の最大数を検出するために中央光線に直角である。

このような偏光解析装置は、ある範囲の角度にわたって同時に散乱計測ターゲットを照射するのに用いられえ、散乱された光の強度が、アレイ検出器などである範囲の角度にわたって同時に計測される。これらの角度で計測された強度からのデータを集めることによって、格子または他のターゲットのパラメータが決定されえる。例えば、データは、２００３年７月８日に発行された「SPECTROSCOPIC SCATTEROMETER SYSTEM」と題されたXuらによる米国特許第６，６９０，６５６号によって記載されるもののような技術から導出されたデータの理論的モデルに対して比較されえ、この特許は、その全体がここで参照によって援用される。このデータは、２００１年４月１０日に出願された「PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT」と題されたAbdulhalimらによる米国特許出願第０９／８３３，０８４号によって記載されるもののような技術から導出された理論的モデルと比較されえ、この出願は、その全体がここで参照によって援用される。

データは、予め生成され、ライブラリに記憶されえ、または分析のあいだにリアルタイムで生成される。散乱計測オーバレイのような技術については、さまざまなターゲットに関連付けられた計測されたスペクトルを直接に比較することも可能である。このような差分計測値は、それからオーバレイ位置ずれを決定するのに用いられえる。

この技術を、１９９１年３月１２日に発行された「METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THICKNESS OF THIN FILMS」と題されたGoldらによる米国特許第４，９９９，０１４号に記載されたもののようなビームプロファイル反射率計とともに実行することも可能であり、この特許はその全体がここで参照によって援用される。

同時偏光解析法および反射光解析法

オーバレイの散乱計測の計測値の正確さを改善するために、偏光解析装置および反射率計の組み合わせたものが採用されえる。ある実施形態において、オーバレイを計測するために２つ以上の偏光解析装置が利用される。これら偏光解析装置の１つ以上のものは、分光偏光解析装置でありえる。他の実施形態において、オーバレイを計測するために２つ以上の反射率計が散乱計測装置として利用される。これらの反射率計のうちの１つ以上は偏光反射率計でありえる。代替として、１つ以上の偏光解析装置および１つ以上の反射率計の組み合わせがオーバレイを計測するために利用される。

計測は順次（それぞれのツールが異なる時刻に計測を実行する）に、並行して（全てのツールが計測を実質的に同時に実行する）、または任意の他の構成において（例えばツール群のうちの全てのよりは少ない、少なくとも２つのツールが実質的に同時に計測を実行する）実行されえる。

ここで記載される任意の実現例において、さまざまなツールは、法線方向および斜め方向を含む異なる入射角度において計測を実行しえる。具体的な実施形態において、少なくとも２つのツールは、散乱計測の計測を実質的に同じ入射角度において、異なる方向から実行する。例えば、第１ツールは、ｘ方向における散乱計測（scatterometric measurements）のために用いられ、第２ツールはｙ方向における散乱計測のために用いられる。そのようなシステムは、ある種の共通した散乱された信号を除去しえ、それに対応して計測の正確さが増し、対称的な構成を提供する。

オーバレイの散乱計測による決定においてこのようなツール群の組み合わせを採用することの優位性は、計測の正確さが増されえることである。１つより多いツールを使用し、１つより多い入射角度（またはポイント）において計測を実行することの他の優位性は、対象となる媒体に影響を与える効果（例えばフィルム効果）をオーバレイから分離するのに役立つことである。さらなる優位性は、偏光解析装置および反射率計の組み合わせが既に現在の検査ツール中に存在することである。散乱計測を実質的に並行に異なるターゲットまたは異なるターゲット部分に対して実行するよう構成される散乱計測装置群の組み合わせを採用する他の優位性は、計測に必要とされる総時間を短くしえることである。並行計測システムの他の優位性は、それぞれの散乱計測オーバレイターゲットについての信号獲得時間が増しえ、計測の正確さが改善しえることである。

ＦＴ処理を用いる散乱計測オーバレイ決定

フーリエ変換（ＦＴ）処理を用いるオーバレイの散乱計測のためのシステムも利用されえる。ある実施形態において、広帯域ソースの実質的に全ての波長を変調するために干渉計が採用され、散乱された放射はＣＣＤカメラで検出される。変調バンドの実質的に全ての波長は、それぞれの画素について、または画素のグループについて記録される。干渉計が変調バンドにわたって段階的に進むにつれ、散乱された信号のスペクトル画像が作られる。

結果として生じるスペクトル画像は、比較的大きい視野を有しえる。例えば、画像は、いくつかの複数のターゲットを含みえる。スペクトル画像は、オーバレイを正確に決定しつつ、一方で不要な効果（例えばフィルム効果）を除去するために、画素ごとに処理されえる。代替として、処理は、速度を改善し、処理リソースを減らすために画素のグループを用いて実行されえる。例えば、上述の散乱計測プロセスでそれぞれのターゲットからの画素のグループが分析されえる。ある実現例において、それぞれの対応するペアのターゲットについての画像群は、差分画像Ｄ１およびＤ２を得るために差が取られる。平均強度のようなそれぞれの差分信号の特性がそれから得られて、Ｐ１およびＰ２になり、これらはそれからオーバレイ誤差を決定するのに用いられる。

具体的な実現例において、波長変調バンドを通してステップ状にスキャンする（step through）ためにMichelson干渉計が用いられる。代替として、Linnik干渉計、または他の干渉計が採用されえる。ミラーのそれぞれの位置について、ＣＣＤカメラは、カメラの視界内においてインターセプトされた散乱された信号を記録する。検出された信号はそれから、ディジタイズされ、画素ごとに、または画素のグループとして記憶されえる。ステップの大きさは、一般にオーバレイ計測の正確さに比例する。カメラの速度（例えばカメラがキャプチャできる秒当たりのフィールド数）は典型的には計測の速度に比例する。いったん変調バンドがカバーされると（spanned）、それぞれの画素（または画素のグループ）について記録された信号は、離散フーリエ変換（つまりＤＦＴ）のための基礎として使用されえる。ＤＦＴは、それぞれの画素（または画素のグループ）についてスペクトルプロファイルを与える。それぞれのターゲットについてのこのスペクトルプロファイルは、それから前のパラグラフで記述された散乱計測オーバレイ技術で用いられえる。オーバレイ決定は、正確さが向上してそれから実行されえる。

マルチチューナブルレーザ

チューナブルレーザ群の組み合わせを有するシステムは、さまざまな構成の偏光解析装置および反射率計によって実行される計測と組み合わせて、オーバレイの散乱計測の正確さを改善するのに用いられえる。チューナブルレーザは、対象となる表面上に入射する放射を提供する。ある実施形態において、散乱計測オーバレイの測定は、考慮されているデザインの少なくとも１つのレイヤにおいて配置されたターゲットを用いて実行され、チューナブルレーザはそのターゲット上に入射する放射ビームを提供する。

計測された信号は、処理の前または後にそれから合わせて平均されえる。ある実施形態において、計測された放射ビームは、ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤから得られる。ターゲットのそれぞれのペアからの２つの差分信号Ｄ１およびＤ２は、それから、複数のチューナブルレーザ設定において得られる。それぞれのチューナブルレーザ設定についてのそれぞれのターゲットから計測される信号は、差分信号Ｄ１およびＤ２を得る前に、合わせて平均されえる。代替として、Ｄ１およびＤ２についての差分信号のそれぞれのセットは、単一の平均差分信号Ｄ１およびＤ２を得るために、合わせて平均されえる。差分信号Ｄ１およびＤ２の特性Ｐ１およびＰ２（例えば積分）がそれから得られる。代替の実施形態において、複数の特性Ｐ１およびＰ２は、チューナブルレーザの異なる構成について得られ（計測された信号または差分信号Ｄ１およびＤ２を平均することなく）、その結果は、それぞれの信号Ｐ１およびＰ２について平均される。オーバレイ誤差は、それから、この信号Ｐ１およびＰ２に基づいて上述のように得られえる。

空間フィルタリングを用いた散乱計測オーバレイ決定

ある実施形態は、ＦＴ処理を用いる散乱計測オーバレイ決定についての上述の実施形態へと拡張する。

空間フィルタリングと関連したＦＴ処理を用いたオーバレイの散乱計測のためのシステムが提供される。より具体的には、少なくとも１つの散乱計測ターゲットによって反射された信号は、選択的に空間的にフィルタリングされ、特定の信号要素だけを処理する。

ＦＴ処理を用いたオーバレイの散乱計測のための上述の実施形態において、干渉計は、広帯域ソースの実質的に全ての波長を変調するために採用され、散乱された放射は、ＣＣＤカメラのような干渉計で検出される。それから実質的に全ての波長は、それぞれの画素について、または画素のグループについて記録されえる。干渉計が変調バンドを通して段階的に進むとき、散乱された信号の分光学的画像が作られる。この例では、完全な画像（または画像の一部）に対応する散乱された信号が集められると、画素群の単一のラインに対応するその信号の一部だけが保持される。代替として、全体の画像よりは小さい、複数の画素ライン群に対応するその信号の一部が集められる。散乱信号のこのような選択的な収集は、検出器またはＣＣＤカメラ内の画素の列に対応する、水平、垂直または斜めのストライプだけを保持するように空間的に信号をフィルタリングすることによって達成されえる。代替として、散乱された信号のより完全な部分がＣＣＤカメラにおいて集められえるが、画素の不要な列に対応する情報（例えばターゲットのエッジ、または２つのターゲット間の境界）は、収集の後に廃棄されえる。

保持された信号に対応する分光画像はそれから、不要な効果（例えばフィルム効果）を除去しつつ、オーバレイを決定するために画素単位で処理されえる。代替として、処理は、速度を改善し、処理リソースを減らすために画素のグループを用いて実行されえる。この実施形態は、従来の処理方法よりも高いＳＮＲを提供する。

本発明のある実施形態において、ＦＴ処理を用いた散乱計測オーバレイ決定の実施形態においてオーバレイを決定するための上述の技術が用いられえる。

ＦＴ処理を用いた散乱計測オーバレイ決定のための実施形態と比較して、空間フィルタリングを用いた散乱計測オーバレイ決定の実施形態の局面は、速度およびスループットを改善しつつ、一方で、処理リソースを減らしえる。

分光偏光解析装置および分光反射率計の例

図８は、本発明のある実施形態による分光反射率計システム８００の概略図である。このシステム８００は、分光偏光解析装置８０２および分光反射率計８０４の特徴を結びつけ、これらのそれぞれは、基板またはウェーハ８０８上に配置された格子構造８０６のオーバレイを計測するのに用いられえる。図にいくらか簡略化された形で示される格子構造８０６は、大きく変えられえる。格子構造８０６は、例えば、ここで記載される格子構造の任意のものに対応する。分光偏光解析装置８０２および分光反射率計８０４の両方は、水平のｘｙ方向と共に垂直のｚ方向にも基板８０８を移動するのに用いられるステージ８１０を利用しえる。このステージは、基板を回転または傾けることも行ってよい。動作のあいだ、ステージ８１０は、格子構造８０６が分光偏光解析装置８０２および／または分光反射率計８０４によって計測されるように基板８０８を移動する。

分光偏光解析装置８０２および分光反射率計８０４は、１つ以上の広帯域放射源８１２も利用する。例として、光源８１２は、少なくとも２３０から８００ｎｍの範囲の波長を有する電磁波放射を供給しえる。広帯域光源の例には、重水素放電ランプ、キセノンアークランプ、タングステンフィラメントランプ、石英ハロゲンランプが含まれる。代替として、広帯域光源の代わりに、または広帯域光源と組み合わせて１つ以上のレーザ放射源が用いられえる。

分光反射率計８０４において、レンズ８１４は、ソース８１２からの放射をビームスプリッタ８１６へ集めて導き、ビームスプリッタ８１６は、入射ビームの一部を反射し、フォーカスレンズ８１８に向けて反射し、このフォーカスレンズは、放射を格子構造８０６の近傍にある基板８０８上にフォーカシングする。基板８０８によって反射された光は、レンズ８１８によって集められ、ビームスプリッタ８１６を通って分光計８２０へ届く。

スペクトル要素が検出され、そのような要素を表す信号がコンピュータ８２２に供給され、このコンピュータがオーバレイを上述のように計算する。

分光偏光解析装置８０２において、光源８１２は、光を光ファイバーケーブル８２４を通して供給し、このケーブルは偏光をランダム化し、基板８０８を照射するための均一光源を作る。ファイバ８２４から現れると、放射は、スリット開口およびフォーカシングレンズ（不図示）を含みえる光照射器８２６を通って透過する。照射器８２６から現れる光は、偏光子８２８によって偏光され、基板８０８を照射する偏光されたサンプリングビーム８３０を作る。サンプリングビーム８３０から現れる照射は、基板８０８で反射され、分析器８３２を通って分光計８３４へ達する。反射された放射のスペクトル要素が検出され、そのような要素を表す信号は、コンピュータ８２２に供給され、このコンピュータがオーバレイを上述のように計算する。

分光偏光解析装置８０２において、偏光子８２８または分析器８３２のいずれか、またはそれら両方は、補償板または遅延板（不図示）としても知られる波長板を含みえる。波長板は、２つの偏光間の相対位相を変化させることによって、直線偏光された光を楕円偏光された光に、またはその逆に変える。

入射偏光８３０の試料との相互作用に関するより多くの情報を集めるために、光の偏光状態を変調すること、または分析器の偏光感度を変調すること、またはそれらの両方が望ましい。典型的にはこれは、光学要素を偏光子および／または分析器内で回転することによってなされる。偏光子または分析器内の偏光要素は回転されえ、またはそれら部品のうちの少なくとも１つは、波長板を含み、その波長板は回転されえる。この回転は、当業者に知られるようにコンピュータ８２２によって制御されえる。回転要素の使用はうまく機能しえるが、これはシステム８０２を制限しえる。理解されるように、回転要素の使用は低速でありえ、可動部品があるために信頼性が低くなりがちである。

したがってある実施形態によれば、高速かつ高信頼性の分光偏光解析装置（spectroscopic ellipsometer）を作るために、偏光子８２８は、光弾性変調器（ＰＥＭ）のような偏光変調器８３６を含むように構成される。偏光変調器は、回転する波長板の代わりになる。偏光変調器８３６は、回転する波長板と同じ機能を実現する光学要素であるが、高くつく速度および信頼性の問題がない。偏光変調器８３６は、光学要素を機械的に回転することなく、光の位相の電気的変調を可能にする。変調周波数は１００ｋＨｚに達するほど高いものが容易に得られる。

代替実施形態において、分析器８３２は、電気的に変調されえるＰＥＭ（光弾性変調器）のような偏光変調器を含むように構成される。さらに他の実施形態において、偏光子および分析器は、異なる周波数群において変調されるＰＥＭ群のような偏光変調器群を含む。

偏光変調器８３６は高い周波数において変調しえるので、偏光変調器８３６は、そうでなければ遅すぎてしまう、さまざまな技術を実行するのに用いられえる。例えば、２つの構造の偏光された反射率間の差が得られうる。これをするには、ＰＥＭが音響光学変調器（ＡＯＭ）と結合されえ、ここでこのＡＯＭは、２つの構造間で高速に移動し、一方で、偏光状態を異なる（ただし倍数または分周のような関連した）周波数において変調する。ＰＥＭおよびＡＯＭ変調周波数の和および差における信号は有用な情報を含み、同期検波によって高い信号対雑音比で検出されえる。代替として、入射ビームに対してＡＯＭは、ＰＥＭと組み合わせて分析器の中で用いられえる。

示されていないが、例えば偏光に敏感な反射率計のような他の散乱計測システムにおいては、回転する波長板は、偏光変調器によって置き換えもされえる。

散乱計測オーバレイデータベース

本発明のある局面は、散乱計測オーバレイ決定のために利用されえる散乱計測オーバレイ情報のデータベースを提供する。

ある実施形態において、オーバレイ情報の１つ以上のライブラリを含む１つ以上のデータベースが提供される。それからこのデータベース情報は、オーバレイ計測において用いられる。

ある実施形態において、ライブラリは、人工的に誘発されたオーバレイを持つ所定のテストパターンを用いて編集される。代替として、ライブラリは、ステッパにプログラミングされたレイヤミスレジストレーションを用いて作られる。他の実施形態において、誘発またはプログラミングされているオーバレイは、特定の範囲内で変化する、漸進的特性を有する。

データベースに記憶される情報は、テストパターンを介して、またはステッパによって誘発されるような、ウェーハ上にプリントされる実際のオーバレイに関するオーバレイデータを含みえる。代替としてこの情報は、試料上で実際に計測されたオーバレイから得られる。データベースは、オーバレイデータに関連付けられた散乱計測記録をさらに記憶しえる。このような散乱計測の記録は、オーバレイデータの実際の散乱計測を実行することによって得られえる。またデータベースは、材料、プロセス条件、光学パラメータ、および他の関係するデータも含みえる。データベース情報は、補間および他の前処理によって、さらに高められえる。

散乱計測データベース情報は、実際の計測のあいだに記録された特定の散乱計測およびプロセス条件に関連付けられた散乱計測データを読み出すことによって、オーバレイ計測の正確さおよび速度を改善するために利用されえる。計測アルゴリズムまたは方法の動的な選択もデータベースルックアップに基づいて提供されえる。さらなる実現例は、生産ラインの計測の前またはそのあいだに、散乱計測オーバレイの計測ツールを較正するためにデータベースを利用する。

散乱計測を実行する代替システム

本発明のある実施形態によれば、スペクトルＡからＤ（およびもし存在すればさらなるスペクトル）の獲得は、以下の任意のもの、または以下の装置の任意の組み合わせを備えうる光学装置を用いて実行される。すなわち、画像化反射率計、画像化分光反射率計、偏光分光画像化反射率計、走査型反射率計システム、パラレルデータ獲得が可能な２つ以上の反射率計を持つシステム、パラレルデータ獲得が可能な２つ以上の分光反射率計を持つシステム、パラレルデータ獲得が可能な２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステム、ウェーハステージを移動させることなく、または他の光学要素または反射率計ステージを移動させることなくシリアルデータ獲得が可能な２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステム、画像化分光計、波長フィルタを持つ画像化システム、ロングパス波長フィルタを持つ画像化システム、ショートパス波長フィルタを持つ画像化システム、波長フィルタを持たない画像化システム、干渉計測画像化システム（例えばLinnik顕微鏡、例えばカリフォルニア州、サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒから入手可能なＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒオーバレイ計測ツールモデル５１００、５２００、５３００、Ａｒｃｈｅｒ１０などにおいて実現されるようなLinnik顕微鏡）、画像化偏光解析装置、画像化分光偏光解析装置、走査型偏光解析装置システム、パラレルデータ獲得が可能な２つ以上の偏光解析装置を持つシステム、ウェーハステージを移動させることなく、または他の光学要素または反射率計ステージを移動させることなくシリアルデータ獲得が可能な２つ以上の偏光解析装置を持つシステム、Michelson干渉計、Mach-Zehnder干渉計、またはSagnac干渉計である。

「プッシュブルーム」アプローチに基づくフィルタのような他の画像化分光計のタイプと同様、干渉計ベースのいくつかの実施形態は、Cabibらによる「METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRAL ANALYSIS OF IMAGES」と題された１９９８年１１月１０日に発行された米国特許第５，８３５，２１４号に記載される。スペクトル画像化と共に膜厚マッピングのためのシステムおよび方法は、Cabibらによる「FILM THICKNESS MAPPING USING INTERFEROMETRIC SPECTRAL IMAGING」と題された１９９９年１月５日に発行された米国特許第５，８５６，８７１号に記載される。ＬＥＤ照射に基づくスペクトル画像化のための代替のアーキテクチャは、Adelらによる「SPECTRAL IMAGING USING ILLUMINATION OF PRESELECTED SPECTRAL CONTENT」と題された２０００年１１月７日に発行された米国特許第６，１４２，６２９号に記載される。これらの特許は、その全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。

本発明のある実施形態による４つのターゲットからスペクトルＡからＤ（およびもし存在すればさらなるスペクトル）を獲得するために用いられる画像化分光計または反射率計は、当業者によく理解されるように、フーリエ変換画像化分光計型でありえる。フーリエ変換画像化分光計の画像化システムは、異なるターゲット群（または複雑な散乱計測オーバレイターゲットの部分群）から反射または散乱された光信号を分離（解像）できなければならない。代替として、散乱計測オーバレイ信号の獲得のための画像化分光計または反射率計は、ある軸が異なる散乱計測オーバレイターゲット群（または複雑な散乱計測オーバレイターゲットの部分群）からの空間情報を含み、他の検出器軸が、プリズムシステムまたは回折格子システム、または例えばプリズムおよび格子の組み合わせであるシステムで分光学的に分離された光からスペクトル的に解像される情報を含む２次元検出器を用いえる。照射放射は、ターゲット上に入射する前に選択される波長でありえる。

画像化分光計、画像化反射率計、または本発明のさまざまな実施形態と関連して上述の任意の他の光学システムにおいて検出される４つのターゲットから得られたスペクトルＡからＤ（およびもし存在すればさらなるスペクトル）は、非偏光であってもよく、または選択的に偏光されていてもよい。ターゲットから反射または散乱された光の１つ以上の非偏光光または１つ以上の偏光成分は画像化分光計または画像化反射率計で検出されえる。

さまざまな実施形態において、以下の１つ以上の光信号を別個にまたは同時に記録するために別個の検出システムが用いられえる。すなわち、非偏光の反射された光、散乱計測オーバレイターゲットの一つのレイヤの１つの主対称軸に実質的に平行な電界を持つ偏光された光、散乱計測オーバレイターゲットの一つのレイヤの１つの主対称軸に実質的に垂直な電界を持つ偏光された光、散乱計測オーバレイターゲットの一つのレイヤの１つの主対称軸にある角度をなす電界を持つ偏光された光、右回り円偏波の放射、左回り円偏波の放射、および／または前に挙げられた偏光状態の２つ以上の組み合わせである。光ノイズモニタリング、および／または光レベル制御、および／または光ノイズ減算または正規化の目的のための光源の一部からの信号を同時に記録するために、別個の検出器システムが用いられえる。

本発明のさまざまな実施形態のさまざまな可能な実現例は、Walter D. Mieherらによる「METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING OVERLAY ERROR BASED ON SCATTEROMETRY SIGNALS ACQUIRED FROM MULTIPLE OVERLAY MEASUREMENT PATTERNS」と題された２００３年２月２２日に出願された同時係属中の米国特許仮出願第６０／４４９，４９６号に示される。この仮出願はその全体がここで参照によって援用される。

ある実施形態において、４つのターゲットのそれぞれは、光学システムによって作られる放射によって照射される。光学システムは、特に、光源、レンズシステム、フォーカシングシステム、ビーム整形システム、および／または方向付けシステムの形をとりえる。ある実施形態において、ターゲット群のうちの少なくとも１つへの放射照射は、比較的狭いビーム断面を持つ放射ビームとして整形される。具体的な実現例において、ビームはレーザビームである。ターゲットを照射する放射は、ターゲット内に存在する構造と相互作用し、それぞれのターゲットに対応する回折された放射成分を作り、これらはＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dと記される。ある実施形態において、照射ビームは、分光偏光解析装置でふつうに用いられる広いスペクトル範囲を備える広帯域の偏光されたビームである。

２．散乱計測オーバレイ技術の代替物

いくつかの関連する技術は、上の関連する同時係属米国特許仮出願に記載される。これらの関連する技術は、容易にここで記載される技術と統合されえる。

本発明のある実施形態において、上述のように異なるプログラムされたオフセット＋／−Ｆおよび＋／−ｆ０を持つターゲット群（または複合散乱計測ターゲットの部分群）、または他の同様なターゲットの組み合わせは、同時信号獲得を可能にするために一緒にグループ化される。ある実現例において、ターゲットは、散乱計測オーバレイターゲットのアレイに沿う一つの方向内においてウェーハまたは一部または全ての光学系を走査しながらデータ獲得を可能にするために一列に構成される。リニアアレイにおいてターゲットを構成することは、画像化分光計または反射率計の使用も可能にしえ、ここで一つの検出器軸は、異なるターゲット群（ターゲット部分群）から信号を分離し、他の検出器軸は、スペクトル情報を検出する。この場合、画像化システムは、リニアターゲットアレイの直線または円筒画像をプリズムまたは格子システムに画像化する。画像化分光計または画像化反射率計は、異なるターゲット群またはターゲット部分群から反射または散乱された光を分離して方向付けるために、２つ以上のレンズのアレイ（当業者にはレンズレットアレイとして知られる）を含みえる。

ある実施形態において、主オフセットＦは、オーバレイ誤差に対するより大きい、または最大感度を提供するよう最適化される。例えば、ターゲットのピッチの１／４に等しいオフセットＦは高いオーバレイ感度を提供するが、これは、オーバレイ誤差感度が最小となる２つの対称点の中間だからである。副オフセットｆ０は、仕様限界と等しいかまたはそれより外のようなｆ０がオーバレイ計測の対象の領域の外であるように選ばれえるが、仕様外の計測値が仕様内であるかのような誤差を可能にするオーバレイ計測の不確実性を生じてはならない。しかしこれはｆ０の範囲の制限ではない。大きいｆ０は、−ｆ０および＋ｆ０の間のオーバレイ誤差Ｅについてのオーバレイ計測の正確さを低減しえる。｜ｆ０｜より大きいオーバレイ誤差Ｅについて、領域−ｆ０から＋ｆ０を超えた補外のために、オーバレイ計測の正確さは低減されえ、線形近似の正確さも低減されえる。

オーバレイ計測は、半導体製造プロセス中、ウェーハ当たり５から２５フィールドにおいて、ステッパフィールドの４つの角またはその近傍において（場合によってはフィールドの中央付近のさらなる計測と共に）最もふつうになされる。本発明のある実施形態によるｘ方向におけるオーバレイを決定するのに用いられる４つのターゲット、およびｙ方向におけるオーバレイを決定するのに用いられる４つのターゲットのシステムについて、通常のオーバレイ計測サンプリングプランのためには、散乱計測オーバレイターゲットの合計８×４×５＝１６０の計測値が２次元オーバレイを決定するために用いられえる。より詳細なサンプリングプランのために、より多くの計測が行われえる。

本発明の他の実施形態によれば、試料の２次元オーバレイを決定するために合計で６つのターゲット（例えばｘについて３つ、ｙについて３つ）が用いられえる。これは、オーバレイ計測プロセスのさらなる簡略化、処理リソースの削減、および計測プロセスに用いられる時間の短縮を促進しえる。さらに他の実施形態において、追加のターゲットまたは追加のターゲットペアが試料上に作られえ、散乱計測に基づいてオーバレイの決定をするためにここで記載されたのと実質的に同様に用いられえるが、この場合は増やされたターゲット数および対応する回折放射要素の数について調整されえる。オーバレイ誤差Ｅの式におけるさらに高次の近似項を例えば表すことによって、このような追加のターゲットまたは追加のペアによって提供される増やされた情報の利用可能性を活用するために、オーバレイ誤差Ｅの決定のための数学的方法も同様に調整されえる。

制限された再フォーカシングによる散乱計測オーバレイ決定

散乱計測オーバレイ決定の正確さを改善するために、１回より多い計測が好ましくは実行される。ある実現例は、複数の散乱計測オーバレイターゲットを利用し、それぞれのターゲットについてシステムは、オーバレイの１回の散乱計測を行う。他の実現例は、単一の散乱計測ターゲット、または複数のターゲットサブ領域を備える単一の散乱計測ターゲット領域を利用し、１回より多い散乱計測オーバレイ計測がそのターゲットまたはターゲット領域について実行される。さらに他の実施形態において、複数のターゲットまたはターゲット領域が用いられ、ターゲット群またはターゲット領域群の一部または全てについて１回より多い計測が実行される。

従来は、光学系は、それぞれの個別の計測ごとに再フォーカスされる。しかしこれは多くの時間を費やしえ、よってシステムの処理速度を低下する。例えばそれぞれのフォーカスシーケンスは０．１から１秒かかりえて、それぞれのウェーハは３０から７０サイト含みえて、それぞれのサイトは８ターゲットからなる。これらの数字を用いると、再フォーカシングは、それぞれのウェーハについて５６０秒もかかりえることになる。典型的にはウェーハが検査されるために１００秒から１０００秒かかることを考慮すれば、この数字は完全に許容できないレベルにまでさらに増加しえる。

したがって本発明のある実施形態によれば、複数の散乱計測オーバレイ計測は、処理速度およびシステムのスループットを増すために制限された光学再フォーカシングで実行される。制限された光学再フォーカシングとは一般に、少なくともいくつかの新しい計測が光学系の再フォーカシングなしで実行される、すなわち複数の計測が同じフォーカス設定で行われることを意味する。例えば、光学系は、これから実行されるべき複数の散乱計測について最適化されるフォーカス設定で初期化されえ、これら個別の散乱計測のあいだこれ以上の再フォーカシングは実施されない。最適化されたフォーカス設定は、ウェーハ全体について一度見いだされえ、または周期的に見いだされえる。周期的であるとき、フォーカス設定は、ターゲットの特定の特徴（例えば同様のライン幅および間隔）について、ウェーハの特定の位置（例えばウェーハの２×２ｃｍ²ごとに）について、検査のあいだ所定の増分（例えば３０秒ごと）においてなどのように確立されえる。

ある実施形態において、ウェーハは複数のフォーカスゾーンを含む。フォーカスゾーンのそれぞれは、フォーカスゾーン内で実行されるべき全ての散乱計測について最適化されるフォーカス設定で初期化される。再フォーカシングは、フォーカスゾーン内部での個々の散乱計測のあいだでは起こらない。よってフォーカスゾーン内のそれぞれのターゲットは、同じ最適化されたフォーカス設定で計測される。任意の数のフォーカスゾーンが用いられえる。

フォーカスゾーンの構成は、大きく変えられえる。ある実現例では、フォーカスゾーンはウェーハの一部に対応する。例として、ウェーハは、ウェーハの中心から発して外側に向かう複数の半径方向フォーカスゾーンに、またはウェーハを複数の扇形に分割する複数の中心角方向フォーカスゾーンに分割されえる。他の実施形態において、フォーカスゾーンは、例えばそれぞれの半導体デバイスの角におけるターゲットのような、特定のセットのターゲットに対応する。他の実施形態において、フォーカスゾーンは、複数のターゲットを含む特定のターゲット領域（例えば図９Ａを参照）に対応する。他の実現例において、フォーカスゾーンは、ターゲット領域内の特定のターゲットサブ領域に対応する（例えば図９Ｂに示されるｘまたはｙ方向のグループのターゲットのように）。さらに他の実現例において、フォーカスゾーンは、そのターゲットそのものの中の特定のサブ領域に対応する。

オーバレイを決定する方法がこれから記載される。この方法は一般に第１ゾーンのフォーカス設定を最適化することを含む。この方法は、また、第１ゾーン内の複数のターゲット上で第１セットの計測群を実行することを含む。第１ゾーン内のターゲットのそれぞれは、第１ゾーンの最適化されたフォーカス設定を用いて計測される。すなわち、第１ターゲットが計測され、その後、第２ターゲットは、光学系を再フォーカシングすることなく計測される。任意の個数のターゲットがこのように計測されえる。この方法はさらに、第２ゾーンのフォーカス設定を最適化することを含む。加えてこの方法は、第２ゾーン内の複数のターゲットに対して第２セットの計測群を実行することを含む。第２ゾーン内のターゲットのそれぞれは、第２ゾーンの最適化されたフォーカス設定を用いて計測される。すなわち、第１ターゲットが計測され、その後、第２ターゲットは、光学系を再フォーカシングすることなく計測される。任意の個数のターゲットがこのように計測されえる。

この方法のある例において、第１および第２ゾーンは、複数のターゲットを含む異なるターゲット領域を表しえる（図９Ａ参照）。この例では、ターゲットのそれぞれは、互いにごく近傍に位置し、したがってあるターゲットから次へとフォーカスする変動は最小であると考えられえる。この方法は一般に、ターゲット領域においてフォーカス設定を最適化し、その後、ターゲット領域内のターゲット群のそれぞれを最適化されたフォーカス設定で計測することを含む。例えば、第１ターゲットが計測され、その後、近接するターゲットが計測されるというように光学系を再フォーカシングすることなく続けられる。第１ターゲット領域が計測されるとき、システムは、これらのステップを、例えばそのデバイスの、異なる角に配置されるターゲット領域のような第２ターゲット領域に対して反復しえる。

この方法の他の例において、第１および第２ゾーンは、複数のターゲットを含むターゲット領域を持つサブ領域群を表しえる。このサブ領域群は、例えば、異なるターゲットの方向を表しえる（図９Ｂ参照）。この方法は一般に、第１サブ領域群（例えばｘ軸に沿うターゲット群）におけるフォーカス設定を最適化し、その後、最適化されたフォーカス設定でそのサブ領域内のターゲット群のそれぞれを計測することを含む。例えば、第１ターゲットが計測され、その後、近接ターゲットが計測されるというように光学系を再フォーカシングすることなく続けられる。第１サブ領域が計測されるとき、この方法は、第２サブ領域（例えばｙ軸に沿うターゲット群）内のフォーカス設定を最適化することによって継続し、その後、最適化されたフォーカス設定でそのサブ領域内のターゲット群のそれぞれを計測する。例えば、第１ターゲットが計測され、その後、近接ターゲットが計測されるというように光学系を再フォーカシングすることなく続けられる。他の例では、ｘｙ散乱計測オーバレイターゲットグループ内の第１散乱計測オーバレイターゲットに対する計測の前に、システムは再フォーカスされる。ｘｙオーバレイターゲットグループ内の第１ターゲットについての散乱計測信号が計測された後、ターゲットの残りは再フォーカシングなしで計測されえる。例えば、ｘｙオーバレイターゲットグループは、ｘ方向におけるオーバレイ誤差決定のための４つの散乱計測オーバレイターゲット、およびｙ方向におけるオーバレイ誤差決定のための４つの散乱計測オーバレイターゲットを備える。

ライン画像を用いた散乱計測オーバレイ決定

ライン画像を用いたオーバレイの散乱計測のためのシステムも実現されえる。

ある実施形態において、散乱計測ターゲットは、単一の入射ラインに沿って照射される。散乱された放射は、プリズムまたは回折格子のような分散システムによってインターセプトされる。散乱された放射はそれによって波長の関数として分散される。分散された放射は、それからＣＣＤカメラのような検出器によってキャプチャされる。もしカメラが適切にアラインされるなら、視野に入る放射は、視野のＸ軸に沿って分布される入射ラインに沿った点、およびＹ軸に沿って分散されたさまざまな波長を持つ２次元プロファイルを有する。例示的入射ラインおよび視野は図１０に示される。

カメラによってキャプチャされた画像はそれから、例えばここで開示されたＦＴアプローチを用いて、画素レベルで処理されてオーバレイを決定する。いったんオーバレイが特定の入射ラインに沿って計測されると、異なる方向におけるオーバレイを計測するために、ウェーハは９０度（または任意の角度だけ）回転されえる。本発明の優位性は、単一の光学系を用いてオーバレイが１つより多い方向において計測されえることである。

単一の入射ラインを照射する代替法は、より大きな領域を照射しつつ、しかし検出ラインに沿って散乱された放射をキャプチャすることである。適切に変更することで、前述の記載はこの実施形態にもあてはまる。

アルゴリズム

散乱計測に基づいてさらに効率よく、かつ正確にオーバレイを計測するために、さまざまなアルゴリズムおよび方法が採用されえる。

このような計算を実行する古い方法は、モデルベースの方法、またはオーバレイを計算する差分法を用いる。これら従来の方法は、結果を改良しクロスチェックするための複数のアルゴリズムを結合することによって達成されえる正確さに欠ける。またこれらの方法は、既存の情報（例えばＣＤまたはプロファイルデータ）をうまく利用していない。

ある一般的なアルゴリズム実現例において、オーバレイは、異なる製品パラメータの複数の別個の計算からデータを用いて決定される。

第１実施形態において、第１技術（差分法のような）によってオーバレイの第１計算が実行される。それから第２技術（モデルベースの回帰法のような）によってオーバレイの第２計算が実行される。それからこれら結果は、２つの計算から組み合わされる。これら結果はさまざまなやりかたで結合されえる。例えば、ある計算は、他とクロスチェックするために用いられえる。またはある計算は、他の計算を加速するための初期値を与えるために用いられえる。他の組み合わせも用いられえる。

第２実施形態において、オーバレイ計測の速度および／または正確さは、他の計測されたデータを利用することによって向上される。例えば、ターゲットを構成するレイヤからの膜厚データがアルゴリズムに提供されえる。このような膜厚データは、偏光解析装置または反射率計のような適切なツールを用いて計測されえる。代替として（または加えて）、ＣＤデータがＳＣＤ計測（散乱計測微小寸法または散乱計測プロファイル計測）から提供されえ、散乱計測計算を加速または改善するために用いられえる。高さまたは３次元プロファイル情報のような散乱計測プロファイル計測からの他のデータが同様に用いられえる。ＣＤ ＳＥＭのようなＣＤデータの他のソースも用いられえる。

結合された散乱計測および画像化ターゲット群

代替の実現例において、ターゲットは、上述の散乱計測分析のためと共に、画像化ベースのオーバレイ計測の応用例のために設計される。換言すれば、散乱計測および画像化ターゲット構造が密接に統合されることによって、散乱計測が画像ベースのオーバレイ計測と併せて実行されえる。好ましくは散乱計測ターゲットペアは、視野の中心について対称的に配置される。もし画像化システムの照射および集光チャネルにおいて対称性が保存されるなら、ツールによって誘導されるシフトは最小化される。例として、ＸａおよびＸａ’はｘ方向において双子（同じ大きさだが符号が反対のオフセット）のターゲットである。（ここでＸａおよびＸａ’は、図１のターゲットＸａおよびＸｄに対応しえる。）同様に、ＸｂおよびＸｂ’は反対である。（ここでＸｂおよびＸｂ’は、図１のターゲットＸｂおよびＸｃに対応しえる。）ｙ方向において、ターゲットＹａおよびＹａ’は反対であり、一方、ＹｂおよびＹｂ’は反対である。

図１１ａは、第１コンビネーション画像化および散乱計測ターゲット実施形態の上面図である。この例では、ターゲット構成は、散乱計測を用いてオーバレイを決定する４つのｘ方向ターゲットのセット、および散乱計測を用いてオーバレイを決定する４つのｙ方向ターゲットのセットを含む。ターゲットは、近接するターゲット（オーバレイ計測方向について）が反対のオフセットを有するようにレイアウトされる。図示される例では、ターゲットＸａは、Ｘａ’と反対のオフセットを有し、ターゲットＸｂはターゲットＸｂ’と反対のオフセットを有する。同様に、ターゲットＹａおよびＹａ’は反対のオフセットを有し、ターゲットＹｂおよびＹｂ’は反対のオフセットを有する。この例ではターゲットは、画像ベースのオーバレイ決定のための構造として用いられえる構造も含む。

図示された例では、ターゲット構成は、第１レイヤ上にブラックボーダ構造１１０４を、第２レイヤ上にグレイ十字構造１１０２を含む。オーバレイ誤差（もしあるなら）を決定するために、画像解析方法を用いて、それからブラック構造１１０４の中心がグレイ構造１１０２の中心と比較されえる。

ターゲットのこのセットは、ｙ方向よりｘ方向においてより長く伸びる全体的な四角形の形状を有するが、もちろんターゲットは他の形状（例えば正方形または任意の対称的な多角形）を有しえ、および／またはｘ以外の方向により長く伸びてもよい。

他のコンビネーションターゲット構成において、画像化構造は、散乱計測ターゲットの対称的に構成されたセットの中心にレイアウトされる。図１１ｂは、第２コンビネーション画像化および散乱計測ターゲット実施形態の上面図である。示されるように、散乱計測ターゲットは、中央画像タイプターゲット１５２の周りに対称的に構成される。この例では、画像タイプターゲット１１５２は、ラインセグメントの象限から形成され、それぞれの象限はｘまたはｙ方向のいずれかである。適切な画像タイプターゲットおよび同ターゲットによるオーバレイを決定する技術は、以下の米国特許および出願に記載される。すなわち、（１）Bareketによる「OVERLAY ALIGNMENT MARK DESIGN」と題された２００２年１０月８日発行の米国特許第６，４６２，８１８号、（２）Bareketによる「OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT OF WAFER」と題された２０００年２月８日発行の米国特許第６，０２３，３３８号、（３）Ghinovkerらによる「OVERLAY MARKS, METHODS OF OVERLAY MARK DESIGN AND METHODS OF OVERLAY MEASUREMENTS」と題された２００１年６月２７日出願の米国特許出願第０９／８９４，９８７号、および（４）Levyらによる「OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT MARK」と題された２００２年１１月２６日発行の米国特許第６，４８６，９５４号に記載される。これら特許および出願は全て、その全体がここで参照によって援用される。

図１１ｃは、第３コンビネーション画像化および散乱計測ターゲット実施形態の上面図である。このターゲット構成は、ボックスインボックスタイプターゲット１１５４の周りに対称的に構成された散乱計測ターゲットを有する。ボックスインボックスターゲットは一般に、第２レイヤ内に形成される第２外側ボックスによって囲まれる第１レイヤから形成される第１内側ボックスを含む。オーバレイ誤差（もしあれば）を決定するために、内側ボックス構造の中心が外側ボックス構造の中心と比較されえる。

上記ターゲットは、オーバレイを決定するために任意の適切なやりかたで（例えばBareket、Ghinovkerら、およびLevyらによる前述の特許および出願に記載されるように）画像化されえる。ターゲット構成は、散乱計測技術を用いてオーバレイを決定するために、ここで記載されるような任意の望ましい光学ツールで同時にまたは順次に計測されえる。代替の実施形態において、散乱計測ターゲットは、画像化タイプのターゲット構造と共に同時に画像化されえる。結果として生じる画像は、別個の散乱計測ターゲット群に再分割されえ、それから散乱計測技術がそれぞれのターゲットについて画像信号に適用されえる（例えば強度）。画像は、散乱計測オーバレイ計測と同時に、またはその前後に得られうる。画像化システムは、カリフォルニア州、サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒから入手可能なＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ５３００またはＡｒｃｈｅｒオーバレイ計測システムにおけるシステムのような高解像度顕微鏡でありえる。代替として、画像化システムは、ウェーハアライメントまたはパターン認識を含みえる他の目的のために用いられる、より低解像度の画像化システムでありえる。

インプリントリソグラフィのあいだのマスクアライメント

マスクおよび試料はナノインプリントリソグラフィのあいだ典型的には直近にある（重合されるべき液体によって分離されている）ので、マスクのパターン付けされた表面、液体、およびアラインされるべきパターン付けされた試料は、散乱計測オーバレイターゲットと機能的に等価であると考えられる。よって散乱計測オーバレイのために規定される全ての方法、技術およびターゲットは、アライメントプロシージャに適用可能である。

ある実施形態において、計測器具は、放射（好ましくは光）をマスクを通して、１つ以上の散乱計測オーバレイターゲットを含むマスクおよびウェーハのエリア上に投影する。散乱または回折による反射された光の特性の変化がそれから用いられて、マスク上のパターンおよびウェーハ上のパターン間のオフセットが決定される。ウェーハはそれからマスクに対して移動され（またはその逆）、所望のオフセットを達成する。直接画像化またはモアレ技術のような従来のアライメント技術によるよりも、より正確なアライメントが達成されえる。この器具は、反射率計、偏光反射率計、分光計、画像化反射率計、画像化干渉計、またはここでまたは前述の仮出願内で記載されたような他の器具でありえる。

散乱計測オーバレイターゲットの配置

散乱計測オーバレイシステムの正確さは、対象となる表面にわたって位置する複数のターゲットにおいて計測を行うことによって改善されえる。ある実現例において、散乱計測オーバレイシステムは、対象となる表面にわたるさまざまな位置における複数の散乱計測ターゲットを利用しえ、それぞれのターゲットについてシステムは、オーバレイの１回の散乱計測の測定を行いえる。他の実現例において、散乱計測オーバレイシステムは、対象となる表面にわたるさまざまな位置における複数の散乱計測ターゲット領域を利用しえる。散乱計測ターゲット領域は、複数のターゲットを備え、それらのそれぞれは、散乱計測オーバレイシステムによって計測されえる。例として、散乱計測ターゲット群または散乱計測ターゲット領域群は、ウェーハ上に形成されている１つ以上のデバイスの角に配置されえる。加えて散乱計測ターゲットは一般に、格子構造を含みえ、これは散乱計測オーバレイシステムによって計測可能である。

ターゲットの個数は一般に、対象となる表面上の利用可能なスペースに依存する。たいていの場合、ターゲットは、ウェーハ上のデバイス間のスクライブライン内に配置される。スクライブラインは、ソーイングまたはダイシングを介してウェーハがダイに分割されるウェーハ上の場所であり、回路そのものはそこにパターン化されない。このような場合、ターゲットの数は、少なくとも部分的にはスクライブラインの狭さによって制限されえる。理解されるようにスクライブラインは、ウェーハ上のデバイスの量を最大化するよう、狭くされる傾向にある。

本発明のある実施形態によれば、ターゲットは、スペースの制約を克服しつつターゲットの数を増すために、対象となる表面上に戦略的に配置される。ある実現例において、少なくとも２つのターゲットが第１方向において実質的に同一直線上に配置される。例えば、これらはｘ方向またはｙ方向に同一直線上に配置されえる。この構成は、スクライブラインのように狭いスペースと直面するときに有用でありえる。他の実現例において、複数のターゲットが複数の方向において配置される。例えば、複数のターゲットはｘ方向およびｙ方向の両方において同一直線上に配置されえる。この構成は、二つのスクライブラインの交点におけるような、デバイスの角において有用でありえる。

ここで挙げられる例は、対象となる表面上で定義されるデカルト座標系において記載されるが、座標系は対象となる表面上で、ｘおよびｙ軸が回転されたり、または場合によっては交換されたり恣意的に方向づけられえることに注意されたい。代替として、またはデカルト座標系と組み合わせて、例えば、極座標系のような任意の他の座標系が用いられえる。

図９Ａは、本発明のある実施形態による１つ以上のターゲット９０２を有する散乱計測ターゲット領域９００の上面図である。散乱計測ターゲット９０２は一般に、基板の２つ以上の連続するレイヤ間の、または基板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提供される。例として、散乱計測ターゲットは、どの程度正確に第１レイヤがその上または下に配置される第２レイヤに対してアラインするか、またはどの程度正確に第１パターンが同じレイヤ上に配置される先行または後続する第２パターンに対してアラインするかを決定するために用いられえる。

図９Ａに示されるように、散乱計測ターゲット領域９００は、少なくとも２つの実質的に同一直線上のターゲット９０２を含む。同一直線上とは、一般に、それぞれのターゲット９０２のそれぞれについての対称の中心が同じ軸９０４上に存在することを意味する。例として、軸９０４は、従来の座標系（デカルト、極など）またはそれらの変化形とアラインしえる。ターゲット９０２を同一直線上に配置することによって、散乱計測ターゲット領域９００は、それほど幅Ｗを占有せず、したがってウェーハのスクライブライン内のような制約を受ける場所に配置されえる。

ターゲット９０２は一般に、軸９０４に沿って互いに並置される。たいていの場合、並置されたターゲット９０２は、隣接するターゲット９０２の部分とオーバラップしないように、空間的に互いに離される。したがってターゲット９０２のそれぞれは別々であり、すなわち基板上の異なる領域を表す。これは典型的には、ターゲット９０２のそれぞれが適切に計測されることを確実にするためになされる。ターゲット９０２間の間隔９０６は、光学信号における歪みを作り、したがってオーバレイ計算からは除外される。間隔９０６のサイズは、オーバレイの計測のためになるべく多くの情報を提供するように、典型的にはターゲット９０２のサイズとバランスがとられる。すなわち、一般にはより大きなターゲット９０２、およびそれらの間のより小さな間隔９０６を有することが望ましい。ターゲット９０２間の間隔９０６は、除外領域（exclusion zone）と呼ばれることもある。

ターゲット９０２は大きく変更されえ、一般には散乱計測を介して計測されえるオーバレイターゲットの任意のものに対応しえる。例として、ターゲット９０２は、一般に、平行なセグメント化されたライン（segmented lines）９１０を有する１つ以上の格子構造９０８を含みえる。必要条件ではないが、同一直線上のターゲット群９０２についてのセグメント化されたライン群９１０は、同じ方向に一般に配置され、これは軸９０４に平行または軸９０４を横切る。たいていの場合、ｘおよびｙにおけるオーバレイ計測を可能にするために、セグメント化されたライン９１０のいくつかは軸９０４に垂直であり、いくつかは軸９０４に平行である。さらにターゲット９０２は同一の構成を有しえ、またはそれらは異なる構成を有しえる。例えば構成は、ターゲット９０２の全体的な形状およびサイズ、またはおそらくはターゲット９０２内に含まれる格子構造９０８に関連付けられたセグメント化されたライン９１０のライン幅および間隔を含みえる。好ましくは、特定の方向、例えばｘ方向におけるオーバレイ計測のために用いられるターゲットは、プログラムされた、または設計されたオーバレイオフセットを除いて同じ構成を有するよう設計される。

ターゲットの個数も大きく変更されえる。理解されるように、ターゲットの個数を増すことは、データ収集点の個数を増し、したがって計測の正確さを増す。ターゲット９０２の個数は、ターゲット９０２の全体的なサイズおよび軸９０４の方向における空間的制約に一般に依存する。図示された実施形態において、８個の横に並んだターゲット９０２が散乱計測ターゲット領域９００内に配置される。散乱計測ターゲット領域は、上述のｘｙ散乱計測オーバレイターゲットグループと等価でありえる。

上述のターゲット９０２を用いて、散乱計測オーバレイ計測は、オーバレイを計測しつつ、一方で、膜厚のような他の試料パラメータにおけるバラツキによる効果を除去するために、一度に一つのターゲットずつ、順次に行われえる。これは、散乱計測ターゲット領域（例えばターゲットおよびそれらの間の間隔を含む）を連続的にスキャンすることを介して、またはターゲットのそれぞれにステップ状に移動することによって達成されえる。代替として計測は、スループットを増すために、２個のターゲット、２個より多いターゲット、または全てのターゲットについて２つ以上の散乱計測信号ビームを用いて実質的に同時に起こりえる。複数の散乱計測信号ビームは、１つより多い実質的に独立な散乱計測光学系から到来しえ、またはそれらビームは、例えば同じ光源、同じビーム方向付け光学系、または同じ検出器システムを共用するように、多くの光学系を共用しえる。

上述の方法は、ターゲットのそれぞれについての対称の中心を実質的に同一直線上に配置することを含むが、ターゲットの計測可能な部分が同じ軸上にある限り、対称の中心は軸からオフセットされえることに注意されたい。

さらに上述の方法は、同様の向きのターゲットを同じ軸に沿って配置することを含むが、ターゲットのいくつかは異なる向きに配置されえることに注意されたい。例えば、ターゲット９０２の第１グループは、ｘ次元内に配置されたセグメント化されたライン群を有しえ、ターゲット９０２の第２グループは、ｙ次元内に配置されたセグメント化されたライン群を有しえる。

さらに、ターゲット９０２は、単一の軸９０４に沿って配置されるよう示されるだけであるが、ターゲットは複数の軸上に配置されえることに注意されたい。例えば図９Ｂに示されるように、ターゲット９０２Ａの第１グループは、第１軸９０４Ａに沿って同一直線上に配置されえ、ターゲット９０２Ｂの第２グループは、第２軸９０４Ｂに沿って同一直線上に配置されえる。この実現例は、少なくとも２つの方向におけるオーバレイの独立した計測を許す。第１および第２軸は、典型的には互いに横切られ、より具体的には互いに直角をなす。図示された実施形態において、第１軸９０４ＡはＸ次元に対応し、一方、第２軸９０４ＢはＹ次元に対応する。さらにそれぞれのグループは、４つのターゲット９０２からなる。この実現例は、ＸおよびＹ方向におけるオーバレイの独立した計測を許す。

さらに、ターゲットは、実質的に一つの方向におけるフィーチャ（例えばセグメント化されたライン）を有するとして記載されてきたが、ターゲットは一つより多い方向におけるフィーチャを含みえることに注意されたい。例えばある実現例において、同一直線上に配置された１つ以上のターゲットは、第１および第２方向における散乱計測のオーバレイ計測を許すフィーチャを含む。例として、セグメント化されたラインのようなフィーチャは、ＸおよびＹ次元の両方に配置されえる。この場合、図９Ｂに示されるように１つより多い軸に沿ってターゲットを配置する必要が減るか、またはなくなる。すなわち、もしそれぞれのターゲットが２次元散乱計測測定を可能にするフィーチャを有するなら、オーバレイは、単一の軸に沿って実質的に同一直線上に配置されたターゲット群の単一セットを用いて、ＸおよびＹ軸の両方に沿って決定されえる。代替として１つ以上のターゲットが、１つ以上のサブターゲットを含みえる。もしサブターゲットが、２次元散乱計測の測定を許すフィーチャを有するなら、計測正確性の特定の度合いのために望ましいターゲットの個数は低減されえ、ターゲットは単一のラインに沿って配置されえる。

加えて、１つ以上の軸に沿って配置されるターゲットは、１つ以上のパラメータの計測について用いられえる。例えば、ターゲット群の第１セットは、Ｘ軸に沿った波長の散乱計測の測定に用いられえ、ターゲット群の第２セットは、Ｙ軸に沿った空間的解像度の散乱計測の測定に用いられえる。代替実施形態において、空間的解像度の散乱計測の測定は、Ｘ軸に沿って実行されえ、一方、スペクトルの測定は、Ｙ軸に沿って実行されえる。

結合されたＣＤおよびオーバレイマーク

散乱計測測定ターゲットは、ＣＤおよびオーバレイの両方の計測のためにウェーハの大きな面積を消費する。このウェーハ領域は、デザインルールが縮小するにしたがい、非常に貴重になる。現在、散乱計測オーバレイマークは、３５×７０μｍより大きいスペースをウェーハ上のそれぞれのｘｙ散乱計測オーバレイターゲットグループまたはマークのために消費しえる。これらは、オーバレイ計測だけのために用いられ、したがって製造者は、ウェーハスペースのロスを望ましくないと考える。したがって、計測ターゲットまたは計測フィーチャのために必要な総ウェーハ面積を小さくすることが望ましい。より小さいターゲット上の計測を可能にするための光学系設計の変更は、光学系の複雑さを増し、潜在的には計測パフォーマンスを妥協することになりえる。ここで記載される散乱計測オーバレイ測定において、ターゲット領域は、それぞれの軸（ＸおよびＹ）について典型的には４つの格子からなる。これら格子のそれぞれは典型的には１５×１５μｍより大きく、従来の技術を用いるならさらに縮小する可能性は限られている。それぞれの格子は、第１レイヤ格子（例えばＳＴＩ）および上部レイヤ格子（例えばゲート）で構成される。２つのレイヤのそれぞれは、プログラムされたオフセットを有し、これは典型的には上部格子のピッチよりも小さい。多くの場合、上部レイヤは、フォトレジストである。オーバレイ計測は、これら格子のそれぞれからの反射された光のスペクトルを分析することによって達成される。

散乱計測微小寸法（ＣＤ）測定において、ターゲット領域は、典型的には単一の格子からなり、これはいずれかの軸（ＸまたはＹ）に沿って配置されえる。場合によっては、ターゲット領域は、複数の格子の軸（ＸまたはＹ）についてそれぞれ含みえる。これらの格子のそれぞれは典型的には５０×５０μｍである。計測は典型的には、その下にパターンがない、単一のプロセスレイヤターゲット上で実行される。この計測は典型的には、リソグラフィパターニングプロセス中のレジスト現像ステップに続いて、または製造の他のモジュールにおけるエッチングまたはＣＭＰプロセスに続いてフォトレジストパターン上でなされる。ＣＤ計測は、上述のXuらによる米国特許第６，５９０，６５６号で記載されるように格子（群）から反射された光を分析することによって達成される。

本発明のある実施形態によれば、散乱計測ＣＤマークおよび散乱計測オーバレイマークは、製造でウェーハスペースを節約できるように、またウェーハスクライブラインに影響を与えることなく、より大きな散乱計測オーバレイマークをプリントできるように結合される。結合されたマークは、第１レイヤとして散乱計測ＣＤターゲットを、上部レイヤとして散乱計測オーバレイターゲットパターンを持つように構成される。この結果、散乱計測オーバレイに割り当てられるゼロまたは最小の追加スクライブラインスペースが実現できる。

図１２は、本発明のある実施形態による結合されたマーク１２００の図である。結合されたマーク１２００は、散乱計測ＣＤ計測および散乱計測オーバレイ測定（scatterometry overlay measurement）をウェーハ製造プロセスの異なるステップにおいて提供する。結合されたマーク１２００は、ウェーハの少なくとも２つのレイヤ上で形成され、特に第１レイヤＬ１および上部レイヤ（top layer）Ｌ２上で形成される。第１レイヤＬ１は、散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２を含み、上部レイヤＬ２は散乱計測オーバレイターゲット１２０４を含む。別個のレイヤとして図では示されるが、散乱計測オーバレイターゲット１２０４は散乱計測ＣＤプロファイルターゲット１２０２上に（を覆うように）作られることに注意されたい。散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２は、Ｌ１散乱計測ＣＤマークを形成し、これは、Ｌ１パターンの形成またはプロセスの後にＣＤを決定するのに計測されえる。散乱計測オーバレイターゲット１２０４は、散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２と協働して、Ｌ２−Ｌ１散乱計測オーバレイマークを形成し、これらはＬ２パターンの形成（これはＬ１パターン形成の後に来る）の後にレイヤ間のオーバレイを決定するために計測されえる。明らかなように、この方法は、レイヤ２Ｌ２散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット（群）を作ってから、Ｌ３−Ｌ２散乱計測オーバレイマークまたはターゲット領域を作るために、レイヤ３Ｌ３パターンに続くよう、反復されえる。

散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２および散乱計測オーバレイターゲット１２０４の構成は、大きく変更されえる。図示された実施形態において、Ｌ１上に配置された散乱計測ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２は、第１方向に向けられた第１格子１２０６、および第２方向に向けられた第２格子１２０８を含む。第１方向は第２方向に直交しえる。例として、第１格子１２０６は、垂直ラインを含みえ、一方、第２格子１２０８は、水平ラインを含みえる。加えて、Ｌ２上に配置された散乱計測オーバレイターゲット１２０４は、格子１２１０の第１グループおよび格子１２１２の第２グループを含む。格子１２１０、１２１２の第１および第２グループの両方は、１つ以上の格子１２１４を含む。格子１２１４の個数は大きく変更されえる。ある実現例においては、第１および第２グループ１２１０および１２１２の両方は、４つの格子１２１４を含む。第１グループ１２１０中の格子１２１４Ａは、第１方向に向けられ、第２グループ１２１２中の格子１２１４Ｂは、第２方向に向けられる。例として、第１グループ１２１０内の格子１２１４Ａは、垂直ラインを含みえ、一方、第２グループ１２１２内の格子１２１４Ｂは、水平ラインを含みえる。

Ｌ２−Ｌ１オーバレイマークを作るために、格子１２１０の第１グループは、ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２の第１格子１２０６上に配置され、格子１２１２の第２グループは、ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２の第２格子１２０８上に配置される。これは格子を、同じように向けられたライン群を併せるように配置する。すなわち垂直ラインは垂直ライン同士で、水平ラインは水平ライン同士で配置する。格子１２１０の第１グループは、ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２の第１格子１２０６と協働し、格子１２１２の第２グループは、ＣＤ／プロファイルターゲット１２０２の第２格子１２０８と協働する。レイヤ間のアライメントは、これら協働する構造の対応するライン間で作られたシフトによって決定される。垂直ラインは、例えばＸオーバレイを決定するのに用いられえ、水平ラインは、例えばＹオーバレイを決定するのに用いられえる。

ＣＤマークの第１および第２格子１２０６および１２０８は一緒に示されるが、これらは離れて配置されえることに注意されたい。離れて実現されるとき、格子１２１０の第１グループおよび格子１２１２の第２グループも離れて配置され、すなわち、格子１２１０の第１グループは第１格子１２０６と一致し、格子１２１２の第２グループは、第２格子１２０８と一致する。

オーバレイおよびＣＤマークを組み合わせる利点は多い。異なる実施形態または実現例は、以下の利点の１つ以上を有しえる。マークを組み合わせることの一つの利点は、散乱計測オーバレイターゲットのための追加のウェーハスペースの必要を減らすことができることにある。他の利点は、もしそれらがそれほど大きな追加のスクライブラインスペースを必要としないなら、より大きな散乱計測オーバレイターゲットが許されえることである。大きな散乱計測オーバレイターゲットは、小さな散乱計測オーバレイターゲットよりも、光学設計または光学製造をより簡単にしえ、より良いオーバレイ計測パフォーマンスを提供しえる。

散乱計測オーバレイおよびＣＤＳＥＭ

この実施形態の目的は、半導体ウェーハ上における電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）による微小寸法の計測、および同じ計測システム上で散乱計測を用いた、またはロボットウェーハハンドリングシステムの少なくとも一部を共用するリンクされた計測システムを用いたオーバレイの計測を可能にすることである。微小寸法およびオーバレイを計測する確立された方法は、別個の計測システム群のスケジューリングおよび操作を一般に必要とする。別個の計測システム群上で微小寸法計測値およびオーバレイを測定する確立された方法の一つの欠点は、別個の計測ツール上で別個の操作をスケジューリングし走らせるためにさらなる時間が必要とされることである。他の欠点は、共通部分の冗長性であり、それに関連付けられたコストである。

これら欠点を克服するために、散乱計測オーバレイおよびＣＤＳＥＭを結合する計測システムが提供されえる。ある実施形態において、散乱計測オーバレイ測定（scatterometry overlay measurement、ＳＣＯＬ）システムは、ＣＤＳＥＭおよびＳＣＯＬシステムがロボットウェーハハンドリングシステムおよび／またはデータシステムの少なくとも一部を共用するように、ＣＤＳＥＭシステムと統合される。代替として、ＣＤＳＥＭおよび散乱計測オーバレイシステムは、独立した操作が可能な別個のシステムでありえるが、それらがロボットウェーハハンドリングシステムの少なくとも一部を共用するようにリンクされえる。

動作において、ウェーハ、ウェーハ群のグループ、または複数のウェーハのバッチは、この結合された計測システム専用のロボットウェーハハンドリングシステム上にウェーハコンテナをロードすることによって、結合された計測システム中に導入されえる。計測レシピは、ウェーハの一部または全てについてのＣＤＳＥＭ計測値を、およびウェーハの一部または全てについてのオーバレイ計測値を特定することによって選択されえる。ＣＤＳＥＭ計測値およびＳＣＯＬ計測値は、１つ以上のレシピにおいて一緒に特定されえるか、あるいは別個のレシピにおいて特定されえる。ＣＤＳＥＭおよびＳＣＯＬ計測は、同じウェーハ上で、または異なるウェーハ上で、または一部は同じウェーハで一部は異なるウェーハ上でなされえる。ＣＤＳＥＭおよびＳＣＯＬシステムは、並列に、または直列に動作しえる。

結合された計測システムの一例は、散乱計測オーバレイ測定（scatterometry overlay measurements）が可能な散乱計測システム（分光偏光解析装置、分光偏光反射率計、または＋／−１次回折散乱計のような）を、カリフォルニア州、サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒによって製造される任意のＣＤ−ＳＥＭのようなＣＤ−ＳＥＭの中に統合することである。結合された計測システムの他の例は、散乱計測オーバレイシステム、カリフォルニア州、サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒによって製造される任意のＣＤ−ＳＥＭのようなＣＤ−ＳＥＭ、ロボットハンドラ、およびウェーハスケジューリングシステムを備えるリンクされたシステムである。工場オートメーションおよび／または工場情報への通信、および／または工場プロセス制御システムは、別個の通信またはオートメーションシステムを通じてなされえ、または少なくとも一部または完全に共用されえる。

結合されたＣＤＳＥＭおよびＳＣＯＬ計測システムの一つの利点は、ＣＤＳＥＭおよび散乱計測オーバレイ測定をスケジューリングおよび／または実行することを完了するために必要な全体的な時間の削減である。少なくとも１つのキュー遅延時間は、除去されえる。ＣＤＳＥＭおよびオーバレイ測定を並列に実行することは、別個の計測動作のために必要とされる少なくとも一部の時間を節約できる。

図１３Ａ〜１３Ｄは、本発明のある実施形態による結合された計測ツール１３００のバリエーションを示す。全ての図において、結合された計測ツール１３００は、ロボットウェーハハンドリングシステム１３０２、微小寸法スキャニング電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）１３０４、散乱計測オーバレイ（ＳＣＯＬ）測定器具１３０６、ウェーハロード位置Ａ１３０８およびウェーハロード位置Ｂおよび１３１０をそれぞれ含む。ロボットウェーハハンドリングシステム１３０２は、ウェーハをＣＤ−ＳＥＭ１３０４およびＳＣＯＬ計測器具１３０６へ、およびそれらから、またウェーハロード位置ＡおよびＢ１３０８および１３１０へ、およびそれらから搬送するよう構成される。微小寸法走査顕微鏡１３０４は、例えば線幅、上部線幅、ビア直径、側壁角、およびプロファイルを含みえる微小寸法を計測するよう構成される。散乱計測オーバレイ測定器具１３０６は、例えばウェーハ上に配置された２つのレイヤ間のオーバレイを計測するよう構成される。ウェーハロード位置Ａおよびウェーハロード位置Ｂは、１つ以上のウェーハを保持するよう構成される。たいていの場合、これらは複数のウェーハを保持する。ウェーハは、同じロットからでもよく、異なるロットからでもよい。

図１３ＡおよびＤにおいて、ＣＤ−ＳＥＭ１３０４およびＳＣＯＬ計測器具１３０６は、ロボットウェーハハンドリングシステム１３０２を介して統合される別個のシステムである。図１３Ｂにおいて、ＳＣＯＬ計測器具１３０６は、ＣＤＳＥＭ１３０４に統合される。図１３Ｃにおいて、ＳＣＯＬ計測器具１３０６は、ロボットウェーハハンドリングシステム１３０２に統合される。

ある動作において、ウェーハロード位置Ａおよび／またはＢからのウェーハの一部は、ＣＤ−ＳＥＭにおいて微小寸法が計測され、その後、オーバレイが散乱計測オーバレイ測定器具において計測される。ウェーハは、システムから取り除かれることなく両方のプロセスによって計測されえる。すなわち、ウェーハハンドリングやそれに関連するスループットの問題が少なくされる。他の動作において、ウェーハロード位置Ａおよび／またはＢからのウェーハの一部は、ＣＤ−ＳＥＭにおいて微小寸法が計測され、ウェーハロード位置Ａおよび／またはＢからのウェーハのその他は、ＳＣＯＬ計測器具においてオーバレイが計測される。これら動作のいずれにおいても、ＣＤＳＥＭおよびＳＣＯＬ計測器具は、独立して同時に進みえる。

図１４は、本発明のある実施形態による結合された計測ツールを用いたフロー図１４００である。この方法は一般に、ステップ１４０２を含み、ここでウェーハのグループが計測ツールによって受け取られる。例としてウェーハは、図１３の位置Ａにおいてロードされるウェーハロットでありえる。ステップ１４０２に続いて、プロセスフロー１４００は、ステップ１４０４に進み、ここでウェーハのグループからのウェーハの微小寸法が計測される。例として、微小寸法計測は、例えば図１３に示されるＣＤＳＥＭのようなＣＤＳＥＭによって実行されえる。プロセスフロー１４００は、またステップ１４０６に進み、ここでウェーハのグループからのウェーハのオーバレイが、例えば図１３に示される器具のようなＳＣＯＬ計測器具によって実行される。ステップ１４０４および１４０６は、同時に異なるウェーハに対して実行されえる。ステップ１４０４および１４０６は、例えばＣＤからオーバレイへ、またはオーバレイからＣＤへと一連の動作において実行されえる。ウェーハの搬送は、図１３に示されるロボットシステムによって例えば実行されえる。全ての計測が実行されるとき、プロセスフローは、ステップ１４０８に進み、ここでウェーハのグループは、計測ツールから解放される。

散乱計測オーバレイおよび他の計測または検査方法の組み合わせ

散乱計測オーバレイは、散乱計測プロファイルまたは散乱計測微小寸法システム、または他の半導体計測または検査システムと組み合わせされえる。散乱計測オーバレイは、例えばリソグラフィレジストプロセスツール（レジストトラックとしても知られる）のような半導体プロセスツールと統合されえる。計測システムのプロセスシステムとの統合、および計測システム群の組み合わせは、（１）Lakkapragada, Sureshらによる「METHOD AND SYSTEMS FOR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL」と題された２００１年５月４日出願の米国特許出願第０９／８４９，６２２号、および（２）Nikoonahadらによる「METHODS AND SYSTEMS FOR DETERMINING CRITICAL DIMENSION AND A THIN FILM CHARACTERISTIC OF A SPECIMAN」と題された２００３年１０月１４日に発行された米国特許第６，６３３，８３１号に記載され、これら出願はそれらの全体がここで参照によって援用される。

前述の本発明は、理解の明瞭さのためにある程度、詳細に記載されてきたが、添付の特許請求の範囲の範囲内である種の変更および改変が実施されえることは明らかだろう。したがって記載された実施形態は例示的であると考えられなければならず、限定的ではなく、本発明はここに与えられた詳細には限定されず、以下の特許請求の範囲およびその等価物の範囲全体によって規定されるべきである。

対応するレイヤ間パターン群（オーバレイターゲット）Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤのための本発明のある実施形態による設計されたオーバレイオフセットＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄの相対分布を示す図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量＋Ｆだけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量−Ｆだけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量＋Ｆ＋ｆ０だけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量−Ｆ＋ｆ０だけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量＋Ｆ＋ｆ０＋Ｅだけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態による、パターン付き下部レイヤＬ１から量−Ｆ＋ｆ０＋Ｅだけオフセットされているパターン付き上部レイヤＬ２の側面図である。 本発明のある実施形態によるオーバレイを決定するプロシージャを示すフロー図である。 本発明の実施形態によるオーバレイを決定するアプローチの図式表現の図である。 従来顕微鏡画像化システムの概略図である。 本発明の第１実施形態による散乱特性のために最適化された開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡画像化システムの概略図である。 本発明の第２実施形態による散乱特性のために最適化された開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡画像化システムの概略図である。 本発明の第３実施形態による散乱特性のために最適化された開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡画像化システムの概略図である。 本発明の第４実施形態による散乱特性のために最適化された開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡画像化システムの概略図である。 本発明のある実施形態による画像化分光計、複数サイトの視野の例の上面図である。 本発明のある実施形態による１つ以上の波長範囲を選択するシステムの概略図である。 同時複数入射角偏光解析装置の概略図である。 本発明のある実施形態による分光散乱計システムの概略図である。 本発明の第１実施形態による、Ｘ方向またはＹ方向のいずれかに沿って実質的に同一直線上に配置された複数のターゲットを示す図である。 本発明の第２実施形態による、Ｘ方向に沿って同一直線上に配置された４つのターゲット、およびＹ方向に沿って同一直線上に配置された４つのターゲットを示す図である。 本発明のある実施形態による入射ラインを用いて散乱計測オーバレイ決定のための技術において用いられる例示的入射ラインおよび視野を示す図である。 第１の画像化および散乱計測ターゲットの組み合わせ実施形態の上面図である。 第２の画像化および散乱計測ターゲットの組み合わせ実施形態の上面図である。 第３の画像化および散乱計測ターゲットの組み合わせ実施形態の上面図である。 本発明のある実施形態による結合されたマークの図である。 本発明の実施形態による結合された計測ツールのバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態による結合された計測ツールのバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態による結合された計測ツールのバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態による結合された計測ツールのバリエーションを示す図である。 本発明の実施形態による結合された計測ツールを用いたフロー図である。

Claims (108)

1. 試料の第１レイヤ内の複数の第１構造群、および前記試料の第２レイヤ内の複数の第２構造群の間のオーバレイを決定する方法であって、前記方法は、
   前記第１および第２構造群の一部を含むターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤを提供することであって、
   前記ターゲットＡは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸａを有するよう設計され、
   前記ターゲットＢは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｂを有するよう設計され、
   前記ターゲットＣは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｃを有するよう設計され、
   前記ターゲットＤは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｄを有するよう設計され、
   前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは散乱計測オーバレイターゲットであり、
   前記オフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄのそれぞれは予め定義されていると共にゼロとは異なり、ＸａはＸｂとは反対の符号で異なり、ＸｃはＸｄとは反対の符号で異なり、
   ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤを電磁放射で照射することによって、ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤからそれぞれスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ること、および
   前記スペクトルと既知または基準スペクトルとを比較することなく、前記得られたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_D並びに予め定義されているオフセットに基づいて散乱計測技術を用いて前記第１および第２構造群の間のオーバレイ誤差を決定すること
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、オーバレイ誤差を決定することは、
   スペクトルＳ_AおよびＳ_Bの一方から他方を差し引くことによって差分スペクトルＤ１を決定すること、
   スペクトルＳ_CおよびＳ_Dの一方から他方を差し引くことによって差分スペクトルＤ２を決定すること、
   前記差分スペクトルＤ１およびＤ２に基づいて線形近似を実行することによってオーバレイ誤差を決定すること
   を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記線形近似は、前記差分スペクトルＤ１の特性Ｐ１および前記差分スペクトルＤ２の特性Ｐ２に基づく方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれは、少なくとも一部が前記第１レイヤ内に配置された周期Ｔａ１を持つ周期的構造を有する格子構造Ｇａ１、および少なくとも一部が前記第２レイヤ内に配置された周期Ｔａ２を持つ周期的構造を有する格子構造Ｇａ２を備え、前記第１周期Ｔａ１および前記第２周期Ｔａ２は実質的に同一であり、前記オフセットＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、およびＸｄは、前記構造群に対して前記格子構造Ｇａ１の前記周期Ｔａ１で、前記格子構造Ｇａ２の前記周期Ｔａ２で、第１距離Ｆおよび第２距離ｆ０の和によって、前記構造群をオフセットすることによってそれぞれ作られ、ここで前記第２距離ｆ０は、前記第１距離Ｆよりも小さい絶対値を有する方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは実質的に直線に沿って配置される方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記ターゲットＢは、前記ターゲットＡおよびターゲットＣの間に配置され、前記ターゲットＣは、前記ターゲットＢおよび前記ターゲットＤの間に配置される方法。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは２次元構成で配置される方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記ターゲットＡおよびＢは第１軸に沿って配置され、前記ターゲットＣおよびＤは第２軸に沿って配置され、前記第１軸および前記第２軸は実質的に平行である方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の方法であって、前記方法は、
   追加のターゲットＥを作ることであって、前記追加ターゲットＥは、その間にオフセットＹを持つ前記第１および第２構造群の一部を含み、
   前記追加ターゲットＥを電磁放射で照射することによってスペクトルＳ_Eを得ること、および
   前記オーバレイ誤差を決定することは、前記スペクトルＳ_Eにさらに基づくこと
   を含む方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ることは、ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤから光学装置を用いて照射を得ることを含む方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は画像化反射率計である方法。
12. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は画像化分光反射率計である方法。
13. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は偏光分光画像化反射率計である方法。
14. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は走査反射率計である方法。
15. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の反射率計を持つシステムである方法。
16. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の分光反射率計を持つシステムである方法。
17. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステムである方法。
18. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、前記ウェーハステージを移動させることなく、または任意の他の光学要素または前記反射率計ステージを移動させることなく直列データ獲得が可能である２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステムである方法。
19. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、画像化分光計である方法。
20. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、波長フィルタを持つ画像化システムである方法。
21. 請求項２０に記載の方法であって、前記光学装置は、ロングパス波長フィルタを持つ画像化システムである方法。
22. 請求項２０に記載の方法であって、前記光学装置は、ショートパス波長フィルタを持つ画像化システムである方法。
23. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、干渉型画像化システムである方法。
24. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、画像化偏光解析装置である方法。
25. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、画像化分光偏光解析装置である方法。
26. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、走査偏光解析装置システムである方法。
27. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である複数の偏光解析装置を持つシステムである方法。
28. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、前記ウェーハステージを移動させることなく、または任意の他の光学要素または前記偏光解析装置ステージを移動させることなく直列データ獲得が可能である複数の偏光解析装置を持つシステムである方法。
29. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、Michelson干渉計である方法。
30. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、Mach-Zehnder干渉計である方法。
31. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、Sagnac干渉計である方法。
32. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射反射率計および斜方入射分光反射率計を備えるシステムである方法。
33. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射偏光反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムである方法。
34. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射偏光差分反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムである方法。
35. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光準法線入射偏光差分反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムである方法。
36. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムである方法。
37. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射偏光反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムである方法。
38. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光法線入射偏光差分反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムである方法。
39. 請求項１０に記載の方法であって、前記光学装置は、分光準法線入射偏光差分反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムである方法。
40. 請求項１〜１０のいずれかに記載の方法であって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dの少なくとも１つは、非偏光であるか、または選択的に偏光されるか、または選択的に分析される電磁放射を含む方法。
41. 請求項１〜１０のいずれかに記載の方法であって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dの少なくとも１つは、非偏光の反射された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸に実質的に平行な電界を持つ偏光された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸に実質的に直角な電界を持つ偏光された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸についてある角度をなす電界を持つ偏光された光、右回り円偏波の放射、または左回り円偏波の放射である電磁放射を含む方法。
42. 請求項３に記載の方法であって、前記差分スペクトルＤ１およびＤ２の前記特性Ｐ１およびＰ２のそれぞれは、光雑音、安定性、ドリフト、スペクトル特性、および光レベルからなるグループから選択される方法。
43. 請求項１〜４２のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは実質的に異なる時刻において行われることによって、前記対応するスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dが実質的に異なる時刻において得られる方法。
44. 請求項１〜４２のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは実質的に同時に行われることによって、前記対応するスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dが実質的に同時に作られる方法。
45. 請求項１〜４２のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤのうちの少なくとも２つについて実質的に同時に行われる方法。
46. 請求項１９に記載の方法であって、前記分光画像化システムの照射および画像化ＮＡは、ゼロ次回折次数だけが集められることを確実にすることによって、散乱構造に対する前記器具のパフォーマンスを最適化するように選ばれる方法。
47. 請求項４６に記載の方法であって、前記分光画像化システムは、画像化分光偏光解析装置である方法。
48. 請求項１〜１０のいずれかに記載の方法であって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ることは、波長フィルタを有する画像化装置を用いて前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、またはＤからの画像を獲得することを含み、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dは、前記対応するターゲット画像の１つ以上の画素の平均化または加算された１つ以上の強度値（群）であり、前記方法は、前記波長フィルタを用いて、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを間のコントラストが最大化されるようにすることをさらに含む方法。
49. 請求項４８に記載の方法であって、前記試料中の欠陥を検出するために前記ターゲットの前記画像を分析することをさらに含む方法。
50. 請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ることは、光学装置を用いて前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤからの放射を獲得することを含み、前記放射は、同時に、複数の照射角度において獲得される方法。
51. 請求項１９に記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの１つだけを照射するよう前記光学ツールをフォーカシングし、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの他の３つを照射するよう前記光学ツールを再フォーカシングしないことをさらに含む方法。
52. 請求項１〜５１のいずれかに記載の方法であって、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのうちの少なくとも１つは、画像化オーバレイ計測型ターゲットを含み、前記方法は、前記画像化オーバレイ計測型ターゲットに対する第２オーバレイ誤差を計測することをさらに含む方法。
53. 請求項５２に記載の方法であって、前記得られたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dは画像であり、前記画像化オーバレイ計測型ターゲットの前記オーバレイ誤差計測を実行するためにも用いられる方法。
54. 請求項５２に記載の方法であって、前記第１オーバレイは、前記第２オーバレイ誤差と同時に決定される方法。
55. 試料の第１レイヤ内の複数の第１構造群、および前記試料の第２レイヤ内の複数の第２構造群の間のオーバレイを決定するシステムであって、前記システムは、
    前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤを電磁放射で照射することによって、ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤからそれぞれスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得る散乱計測モジュール、および
    前記スペクトルと既知または基準スペクトルとを比較することなく、前記得られたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_D並びに前記第１および第２レイヤ条におけるターゲット構造間の予め定義されているオフセットに基づいて散乱計測技術を用いて前記第１および第２構造群の間のオーバレイ誤差を決定するよう動作可能であるプロセッサを備え、
    前記ターゲットＡは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸａを有するよう設計され、
    前記ターゲットＢは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｂを有するよう設計され、
    前記ターゲットＣは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｃを有するよう設計され、
    前記ターゲットＤは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｄを有するよう設計され、
    前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは散乱計測オーバレイターゲットであり、
    前記オフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄのそれぞれは予め定義されていると共にゼロとは異なり、ＸａはＸｂとは反対の符号で異なり、ＸｃはＸｄとは反対の符号で異なる
    システム。
56. 請求項５５に記載のシステムであって、オーバレイ誤差を決定することは、
    スペクトルＳ_AおよびＳ_Bの一方から他方を差し引くことによって差分スペクトルＤ１を決定すること、
    スペクトルＳ_CおよびＳ_Dの一方から他方を差し引くことによって差分スペクトルＤ２を決定すること、
    前記差分スペクトルＤ１およびＤ２に基づいて線形近似を実行することによってオーバレイ誤差を決定すること
    を含むシステム。
57. 請求項５６に記載のシステムであって、前記線形近似は、前記差分スペクトルＤ１の特性Ｐ１および前記差分スペクトルＤ２の特性Ｐ２に基づくシステム。
58. 請求項５５〜５７のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは実質的に直線に沿って配置されるシステム。
59. 請求項５８に記載のシステムであって、前記ターゲットＢは、前記ターゲットＡおよびターゲットＣの間に配置され、前記ターゲットＣは、前記ターゲットＢおよび前記ターゲットＤの間に配置されるシステム。
60. 請求項５５〜５７のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは２次元構成で配置されるシステム。
61. 請求項６０に記載のシステムであって、前記ターゲットＡおよびＢは第１軸に沿って配置され、前記ターゲットＣおよびＤは第２軸に沿って配置され、前記第１軸および前記第２軸は実質的に平行であるシステム。
62. 請求項５５〜６１のいずれかに記載のシステムであって、前記プロセッサは、
    追加のターゲットＥを作ることであって、前記追加ターゲットＥは、その間にオフセットＹを持つ前記第１および第２構造群の一部を含み、
    前記追加ターゲットＥを電磁放射で照射することによってスペクトルＳ_Eを得ること、および
    前記オーバレイ誤差を決定することは、前記スペクトルＳ_Eにさらに基づく
    よう動作可能であるシステム。
63. 請求項５５〜６２のいずれかに記載のシステムであって、前記散乱計測モジュールは、光学装置であるシステム。
64. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は画像化反射率計であるシステム。
65. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は画像化分光反射率計であるシステム。
66. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は偏光分光画像化反射率計であるシステム。
67. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は走査反射率計であるシステム。
68. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の反射率計を持つシステムであるシステム。
69. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の分光反射率計を持つシステムであるシステム。
70. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステムであるシステム。
71. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、前記ウェーハステージを移動させることなく、または任意の他の光学要素または前記反射率計ステージを移動させることなく直列データ獲得が可能である２つ以上の偏光分光反射率計を持つシステムであるシステム。
72. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、画像化分光計であるシステム。
73. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、波長フィルタを持つ画像化システムであるシステム。
74. 請求項７３に記載のシステムであって、前記光学装置は、ロングパス波長フィルタを持つ画像化システムであるシステム。
75. 請求項７３に記載のシステムであって、前記光学装置は、ショートパス波長フィルタを持つ画像化システムであるシステム。
76. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、干渉型画像化システムであるシステム。
77. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、画像化偏光解析装置であるシステム。
78. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、画像化分光偏光解析装置であるシステム。
79. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、走査偏光解析装置システムであるシステム。
80. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、並列データ獲得が可能である複数の偏光解析装置を持つシステムであるシステム。
81. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、前記ウェーハステージを移動させることなく、または任意の他の光学要素または前記偏光解析装置ステージを移動させることなく直列データ獲得が可能である複数の偏光解析装置を持つシステムであるシステム。
82. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、Michelson干渉計であるシステム。
83. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、Mach-Zehnder干渉計であるシステム。
84. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、Sagnac干渉計であるシステム。
85. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射反射率計および斜方入射分光反射率計を備えるシステムであるシステム。
86. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射偏光反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムであるシステム。
87. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射偏光差分反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムであるシステム。
88. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光準法線入射偏光差分反射率計および斜方入射分光偏光解析装置を備えるシステムであるシステム。
89. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムであるシステム。
90. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射偏光反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムであるシステム。
91. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光法線入射偏光差分反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムであるシステム。
92. 請求項６３に記載のシステムであって、前記光学装置は、分光準法線入射偏光差分反射率計および分光斜方入射偏光差分反射率計を備えるシステムであるシステム。
93. 請求項５５〜６３のいずれかに記載のシステムであって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dの少なくとも１つは、非偏光であるか、または選択的に偏光されるか、または選択的に分析される電磁放射を含むシステム。
94. 請求項５５〜６３のいずれかに記載のシステムであって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dの少なくとも１つは、非偏光の反射された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸に実質的に平行な電界を持つ偏光された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸に実質的に直角な電界を持つ偏光された光、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤの少なくとも１つの少なくとも１つの構造の対称軸についてある角度をなす電界を持つ偏光された光、右回り円偏波の放射、または左回り円偏波の放射である電磁放射を含むシステム。
95. 請求項５７に記載のシステムであって、前記差分スペクトルＤ１およびＤ２の前記特性Ｐ１およびＰ２のそれぞれは、光雑音、安定性、ドリフト、スペクトル特性、および光レベルからなるグループから選択されるシステム。
96. 請求項５５〜９５のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは実質的に異なる時刻において行われることによって、前記対応するスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dが実質的に異なる時刻において得られるシステム。
97. 請求項５５〜９６のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは実質的に同時に行われることによって、前記対応するスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dが実質的に同時に作られるシステム。
98. 請求項５５〜９６のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤを電磁放射で照射することは、前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣまたはＤのうちの少なくとも２つについて実質的に同時に行われるシステム。
99. 請求項７２に記載のシステムであって、前記分光画像化システムの照射および画像化ＮＡは、ゼロ次回折次数だけが集められることを確実にすることによって、散乱構造に対する前記器具のパフォーマンスを最適化するように選ばれるシステム。
100. 請求項９９に記載のシステムであって、前記分光画像化システムは、画像化分光偏光解析装置であるシステム。
101. 請求項５５〜６３のいずれかに記載のシステムであって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ることは、波長フィルタを有する画像化装置を用いて前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、またはＤからの画像を獲得することを含み、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dは、前記対応するターゲット画像の１つ以上の画素の平均化または加算された１つ以上の強度値（群）であり、前記方法は、前記波長フィルタを用いて、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを間のコントラストが最大化されるようにすることをさらに含むシステム。
102. 請求項１０１に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記試料中の欠陥を検出するために前記ターゲットの前記画像を分析するようさらに動作可能であるシステム。
103. 請求項５５〜６２のいずれかに記載のシステムであって、前記スペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得ることは、光学装置を用いて前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤからの放射を獲得することを含み、前記放射は、同時に、複数の照射角度において獲得されるシステム。
104. 請求項７２に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの１つだけを照射するよう前記光学ツールをフォーカシングし、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの他の３つを照射するよう前記光学ツールを再フォーカシングしないようさらに動作可能であるシステム。
105. 請求項５５〜１０４のいずれかに記載のシステムであって、前記ターゲットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのうちの少なくとも１つは、画像化オーバレイ計測型ターゲットを含み、前記方法は、前記画像化オーバレイ計測型ターゲットに対する第２オーバレイ誤差を計測することをさらに含むシステム。
106. 請求項１０５に記載のシステムであって、前記得られたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dは画像であり、前記画像化オーバレイ計測型ターゲットの前記オーバレイ誤差計測を実行するためにも用いられるシステム。
107. 請求項１０５に記載のシステムであって、前記第１オーバレイは、前記第２オーバレイ誤差と同時に決定されるシステム。
108. 複数の第１構造群を有する第１レイヤ、および複数の第２構造群を有する第２レイヤを備えるターゲット構成であって、前記ターゲット構成は、
     前記第１および第２構造群の一部をそれぞれ含むターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤを備え、
     前記ターゲットＡは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸａを有するよう設計され、
     前記ターゲットＢは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｂを有するよう設計され、
     前記ターゲットＣは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｃを有するよう設計され、
     前記ターゲットＤは、その第１および第２構造部分の間にオフセットＸｄを有するよう設計され、
     前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤは散乱計測オーバレイターゲットであり、
     前記オフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄのそれぞれは予め定義されていると共にゼロとは異なり、ＸａはＸｂとは反対の符号で異なり、ＸｃはＸｄとは反対の符号で異なり、
     ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤからそれぞれスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dを得るために前記ターゲットＡ、Ｂ、ＣおよびＤが電磁放射で照射されるとき、前記取得されたスペクトルＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_C、およびＳ_Dおよび前記予め定められているオフセットに基づいて散乱計測技術が前記第１レイヤおよび前記第２レイヤ構造の間のオーバレイ誤差を決定し得るように、前記オフセットＸａ、Ｘｂ、ＸｃおよびＸｄが選択され、および
     画像化オーバレイ計測を用いて第２オーバレイ誤差が決定されえる画像化オーバレイ計測型ターゲットＥ
     を備えるターゲット構成。

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