特許 6073832 次数選択されたオーバレイ測定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6073832

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】次数選択されたオーバレイ測定

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20170123BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   G03F9/00 H

   G01B11/00 G

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-110715(P2014-110715)

(22)【出願日】2014年5月29日

(62)【分割の表示】特願2009-513282(P2009-513282)の分割

【原出願日】2007年5月31日

(65)【公開番号】特開2014-160874(P2014-160874A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2014年6月25日

(31)【優先権主張番号】60/810,560

(32)【優先日】2006年6月1日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/897,637

(32)【優先日】2007年1月26日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】11/754,892

(32)【優先日】2007年5月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー−テンカー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カンデル・ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】レビンスキ・ブラディミル

(72)【発明者】

【氏名】アデル・マイケル・イー．

(72)【発明者】

【氏名】セリグソン・ジョエル・エル．

【審査官】 新井 重雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０７１３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８３８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００３６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５３０５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ９／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、前記下側のグレーティングは、前記上側および前記下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するために、前記上側のグレーティングとは異なる層において形成されている半導体ターゲットの特性を測定するための光学装置であって、
照射線を生成し、照射経路を介して半導体ターゲットに対して前記照射線を向けるための照射システムと、
前記照射線に応じて、前記半導体ターゲットから散乱した光を方向付けるための画像化システムと
を備え、前記画像化システムは、
散乱した光から画像を形成するための画像センサと、
画像化経路を介して、散乱した光を前記センサに向けるように構成された１つ以上の光学部品と、
前記散乱した光の特定の回折次数を前記画像センサに選択的に向け、他方で、前記散乱した光のうちの、選択された他の回折次数を遮断して前記画像センサに到達しないようにするための調節可能な空間変調装置と
を備え、
前記半導体ターゲットは、前記グレーティングの２種類のピッチのうち粗い方のピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数を用いて画像化され、
前記調節可能な空間変調装置は、前記画像化経路の瞳と実質的に共役する平面に配置される、光学装置。

【請求項2】

前記画像化システムは、前記散乱した光を受けて、前記画像化経路の瞳と実質的に共役する前記平面を形成するためのリレー光学系をさらに備える、請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

前記照射システムは、１つ以上の前記照射線を、特定の照射角度および開口数で前記半導体ターゲットに選択的に向けるための第２の調節可能な空間変調装置を含み、前記第２の調節可能な空間変調装置は、前記照射経路の前記瞳と実質的に共役する平面に配置される、請求項１又は請求項２に記載の光学装置。

【請求項4】

前記照射システムは、前記半導体ターゲットに対して実質的に垂直で、且つ様々な開口数で、照射線を前記半導体ターゲットに選択的に向けるための第２の調節可能な空間変調装置を含み、前記第２の調節可能な空間変調装置は、前記照射経路の前記瞳と実質的に共役する平面に配置される、請求項１又は請求項２に記載の光学装置。

【請求項5】

前記調節可能な空間変調装置は、交換可能な機械的開口部、空間光変調器（ＳＬＭ）、または回折光学素子（ＤＯＥ）の１つ以上を備える、請求項１又は請求項２に記載の光学装置。

【請求項6】

前記第２の調節可能な空間変調装置は、交換可能な機械的開口部、空間光変調器（ＳＬＭ）、または回折光学素子（ＤＯＥ）の１つ以上を備える、請求項３又は請求項４に記載の光学装置。

【請求項7】

前記画像化経路の前記瞳は前記調節可能な空間変調装置を配置できない位置にあり、前記調節可能な空間変調装置は、前記画像化経路の前記瞳に対して最も接近した、配置できる平面に配置される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学装置。

【請求項8】

前記２種類のピッチのうち細かい方のピッチは分解されないままである、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学装置。

【請求項9】

前記半導体ターゲットは、さらに、前記２種類のピッチのうち細かい方のピッチの±ｍ（ｍはゼロではない整数である）の回折次数を用い、且つ前記粗いピッチのゼロの次数を用いて、画像化される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学装置。

【請求項10】

前記半導体ターゲットは、さらに、前記２種類のピッチのうち細かい方のピッチの±ｍ（ｍはゼロではない整数である）の回折次数を用いて、画像化される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学装置。

【請求項11】

前記上側のグレーティングは、第１の特性を有する第１のセットのグレーティングであり、前記下側のグレーティングは、前記第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２のセットのグレーティングである、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光学装置。

【請求項12】

前記第１の特性および前記第２の特性は第１のピッチの値および第２のピッチの値に対応する、請求項１１に記載の光学装置。

【請求項13】

前記第１の特性および前記第２の特性は第１の回転角度および第２の回転角度に対応する、請求項１１に記載の光学装置。

【請求項14】

グレーティングの前記第１のセットのターゲットの対称中心が、グレーティングの前記第２のセットのターゲットの対称中心と実質的に同じ整列配置された配置である場合、オーバレイエラーは存在しないと判定される、請求項１１に記載の光学装置。

【請求項15】

ｍはｎとは異なる、請求項９又は請求項１０に記載の光学装置。

【請求項16】

ｍがｎと等しい、請求項９又は請求項１０に記載の光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体の構造物のオーバレイ測定を実行するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、オーバレイ測定は、第１のパターン化された層が、その第１の層の上か下に配置された第２のパターン化された層に対して、どの程度正確に整列配置（アライメント）されているか、または、第１のパターンが、同じ層の上に配置された第２のパターンに対してどの程度正確に整列配置されているかを特定する。通常、オーバレイエラーは、ワークピース（例えば、半導体ウエハ）のうちの１つ以上の層上に形成された構造物を有するオーバレイターゲットを用いて判定される。その構造物はグレーティングの形態をとってもよく、これらのグレーティングは周期的であってよい。２つの層またはパターンが適切に形成されている場合、１つの層またはパターン上の構造物は他の層またはパターン上の構造物に対して整列している（アライメント）傾向にある。２つの層またはパターンが適切に形成されていない場合、１つの層またはパターン上の構造物は他の層またはパターン上の構造物に対してオフセットされているか、または整列されていない（ミスアライメント）傾向にある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

オーバレイを測定および判定する改良された技術および装置の必要性が引き続き存在する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

したがって、半導体ターゲットのオーバレイなどの特性を測定する装置および方法を提供する。一般に、次数選択された画像化および／または照射が実行され、測定システムを用いてターゲットから画像を収集する。一実施において、調節可能な空間変調は本システムの画像化経路のみに提供される。他の実施において、調節可能な空間変調は本システムの照射経路および画像化経路の両方に提供される。特定の実施において、調節可能な空間変調は±ｎの回折次数を有する、隣接するグレーティングを画像化するために用いられる。隣接するグレーティングは半導体ウエハの異なる層または同一の層内であってよい。構造物間のオーバレイは通常、グレーティングの対称中心間の距離を測定することによって見出される。この実施形態の場合、ｎ（ｎはゼロではない整数）の所定の選択に対して±ｎの次数のみが選択され、グレーティングはこれらの回折次数を用いてのみ画像化される。

【0005】

一実施形態において、半導体ターゲットの特性を測定するための光学装置を提供する。本装置は、照射線を生成し、照射経路を介して半導体ターゲットに対して照射線を向けるための照射システムと、照射線に応じて、半導体ターゲットから散乱した光を方向付けるための画像化システムとを備える。その画像化システムは、散乱した光から画像を形成するための画像センサと、画像化経路を介して、散乱した光をセンサに向けるように構成された１つ以上の光学部品と、散乱した光の特定の回折次数を画像センサに選択的に向け、他方で、散乱した光のうちの、選択された他の回折次数を遮断して画像センサに到達しないようにするための調節可能な空間変調装置とを備える。

【0006】

特定の実施において、調節可能な空間変調装置は、画像化経路の瞳と実質的に共役する平面に配置される。更なる態様において、画像化システムは、散乱した光を受けて、画像化経路の瞳と実質的に共役する平面を形成するためのリレー光学系をさらに備える。更なる態様において、半導体ターゲットは１つ以上のグレーティング構造から形成され、調節可能な空間変調装置は、一つ以上の±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の対の次数のみをセンサに対して選択的に向けるように構成可能である。特定の実施において、調節可能な空間変調装置は、±１の回折次数のみをセンサに選択的に向けるように構成可能である。

【0007】

別の実施において、照射システムは、１つ以上の照射線を、特定の照射角度（または垂直）および開口数で半導体ターゲットに選択的に向けるための第２の調節可能な空間変調装置を含み、第２の調節可能な空間変調装置は、照射経路の瞳と実質的に共役する平面に配置される。別の態様において、調節可能な空間変調装置は、交換可能な機械的開口部、空間光変調器（ＳＬＭ）、または回折光学素子（ＤＯＥ）の１つ以上を備える。さらに別の特徴において、画像化経路の瞳は手の届かない位置にあり、調節可能な空間変調装置は、画像化経路の瞳に対して最も接近した、手の届く位置の平面に配置される。

【0008】

代替実施形態において、本発明は半導体ターゲットの特性を測定する方法に関連する。半導体ターゲットを画像化するために用いる回折次数のセットが判定される。測定ツールは次いで判定された回折次数のセットを用いてターゲットを画像化するように構成される。判定された回折次数のセットから形成されたターゲットの画像が収集される。オーバレイエラーはその収集された画像に基づき判定および記憶される。

【0009】

特定の例において、半導体ターゲットは、各々が異なる層において、または異なる処理によって形成され、隣接するグレーティング間のアライメントエラーを判定するために構成された、隣接するグレーティングから形成される。判定された対の回折次数は、収集された画像のコントラストを最大にするために±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを含む。さらなる態様において、半導体ターゲットは、異なる層において形成されている、下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、上側および下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するように構成されている。散乱した光はグレーティングの細かいピッチおよびモアレ効果によって生成された粗いピッチに関連する特性を有する。この例において、粗いピッチの部分は±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用いて画像化され、細かいピッチの部分は分解されないままである。特定の例において、判定された回折次数のセットは、収集された画像のコントラストを最大にするために、±１の回折次数のみを含む。

【0010】

別の例において、半導体ターゲットは、異なる層において形成されている、下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、上側および下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するように構成されている。散乱した光はグレーティングの細かいピッチおよびモアレ効果によって生成された粗いピッチに関連する特性を有する。この例において、半導体ターゲットは粗いピッチの回折次数±ｎ（ｎはゼロではない整数）のみを用いて画像化され、細かいピッチは分解されないままである。あるいは、半導体ターゲットは細かいピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用い、且つ粗いピッチの多くの次数（ゼロの次数を含む）を用いて、画像化される。さらに別の実施において、半導体ターゲットは細かいピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用い、且つ粗いピッチの±ｍ（ｍはゼロではない整数である）の回折次数のみを用いて、画像化される。

【0011】

特定の実施形態において、半導体ターゲットは、第１の特性を有する第１のセットのグレーティングおよび第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２のセットのグレーティングから形成される。例えば、第１の特性および第２の特性は第１のピッチの値および第２のピッチの値に対応する。別の例において、第１の特性および第２の特性は第１の回転角度および第２の回転角度に対応する。さらなる態様において、ターゲットの対称中心が、ターゲットの幾何学的中心と等しい場合、オーバレイエラーは存在しないと判定される。

【0012】

別の実施形態において、本発明は、上述の操作の１つ以上を実行するように構成された、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム命令を有する、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体に関連する。

【0013】

上述およびその他の特性は本発明の以下の明細書および添付の図面に詳細に示されており、それらは本発明の原則を例示する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る顕微鏡の図である。

【図2】ゲインがおよそｐ／Δｐに等しい連続的に可変のオフセット（ＣＶＯ）のターゲットの図であり、Δｐは上下のグレーティング間のピッチの差である。

【図3】ゲインがおよそ１／ｔａｎθに等しいＣＶＯのターゲットの図であり、θは上下のグレーティング線間の１／２の角度である。

【図4】所定のターゲット設計に対する最良の結果をどの回折次数が生成するかを決定する手順を示す、本発明の一実施形態に係る図である。

【図5】所定のターゲット設計に対する最良の結果をどの回折次数が生成するかを決定する手順を示す、本発明の別の実施に係る図である。

【図6】所定の回折次数±ｎに対する最良の結果を、ターゲットのセットのうちのどのターゲットが生成するかを決定する手順を示す、本発明の別の実施に係る図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るオーバレイエラーを決定する手順を示すフローチャートである。

【図8】本発明の代替の実施形態に係る、隣接するグレーティングターゲットを用いてオーバレイを測定する手順を示すフローチャートである。

【図9】隣接するグレーティングから生成された所定の対の±ｎの回折次数を用いた画像化の一例である。

【図10】本発明の一実施形態に係る、重なったグレーティングターゲットを用いてオーバレイを測定する手順を示すフローチャートである。

【図11】粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する重なったグレーティングターゲットを用いて生成された回折次数の図である。

【図12】本発明の代替の実施形態に係る、重なったグレーティングターゲットを用いてオーバレイを測定する手順のフローチャートである。

【図13】粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する重なったグレーティングターゲットを用いて生成された回折次数の図である。

【図14】本発明の一実施形態に係るオーバレイを測定する手順を示すフローチャートである。

【図15】粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する重なったグレーティングターゲットを用いて生成された回折次数の図である。

【図16】本発明の代替の実施形態に係る、手の届かない位置にある射出瞳を有する測定システムの図である。

【図17A】本発明の様々な実施形態に係る、特定の回折次数を選択するためのメカニズムを示す。

【図17B】本発明の様々な実施形態に係る、特定の回折次数を選択するためのメカニズムを示す。

【図17C】本発明の様々な実施形態に係る、特定の回折次数を選択するためのメカニズムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

ここで本発明の特定の実施形態を詳細に参照する。実施形態の例を添付の図面に示す。本発明は特定の実施形態に関連して記載するが、本発明を１つの実施形態に限定することは意図しないことを理解されたい。反対に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲内に含まれ得る、代替案、修正、および均等物を包含することを意図するものである。以下の記載において、多くの特定の詳細は本発明の完全なる理解を提供するために説明される。本発明はこれらの特定の詳細のうちの一部または全部がなかったとしても実施し得るものである。他の場合においては、本発明を不必要に曖昧にしないために、周知のプロセス操作は詳細には記載していない。

【0016】

一般に、本発明の実施形態は、次数選択された画像化および／または照射を介したオーバレイ測定を実行することに関して本明細書に記載するシステムおよび方法に関する。しかしながら、その次数選択された画像化または照射は、次数選択が所望される任意の適切な測定または検査用途に適用してよい。オーバレイ測定において、オーバレイ測定の精度、再現性、および他の面は、回折次数＋ｎおよび−ｎを用いてターゲットを画像化することによって著しく改善できることが明らかになっている。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る顕微鏡５０の図である。顕微鏡５０は主に、半導体測定および／または半導体検査ツールとして構成される。例えば、顕微鏡５０は、オーバレイ測定、ライン幅測定、欠陥測定などの測定のうちの１つ以上を実行するために用いてよい。

【0018】

顕微鏡５０は照射線を生成して、サンプルに対してその照射線を方向付けるように構成された照射システム５２を含む。照射システム５２は通常、光源５４および様々な光学部品を備え、それらは照射経路に沿って配置される。図に示す例において、照射システムは、照射線に応じてサンプルから散乱した光を方向付けるための、画像化システム６２の一部を形成する光学部品５６を備える。すなわち、光学部品５６は、光源５４によって提供される照射線を用いてサンプル５８を照射し、且つ当該サンプル５８から伝播するか、散乱した光を収集するように構成されている。もちろん、照射システム５２は、画像化システムを介して形成される散乱した光の経路から分離された照射線のための照射経路を形成するように構成してもよい。

【0019】

図に示す実施において、光学部品５６は、照射線の焦点をサンプル５８（視野内および当該領域内における）に合わせ、サンプル５８の表面から散乱する光を収集するように構成される対物レンズ６０を備える。サンプル５８から散乱する光は、画像化経路に沿って画像化システム６２の部品へ方向付けられる。

【0020】

画像化システム６２は一般に、画像センサ６４および散乱した光をセンサ６４に方向付ける光学部品を備える。画像化システム６２は、例えば、画像化経路から照射経路を分離して散乱した光を画像センサ６４に方向付けるビームスプリッタ６３を備える。ビームスプリッタは、この例においては、照射システム５２の一部を形成し、照射線をサンプルに方向付けるように構成される。

【0021】

一般に、センサ６４は、散乱した光を受けてその光を画像に変換するように形成される。この画像センサ６４は、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＣＤアレイ、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサ、ＴＤＩセンサアレイ、ＰＭＴ（光電子増倍管）、または当業者に公知の多くの他のセンサなど、散乱した光を感知する任意の適切な形態をとることができる。その画像は制御部７０によって分析され、例えば、サンプル（例えば半導体ウエハ）に関連する、オーバレイエラー、ライン幅、および欠陥を判定することができる。

【0022】

システム５０は、顕微鏡の様々な部品を制御して、その部品によって収集されたデータおよび／または画像を分析するように構成された制御部７０を備えてもよい。例えば、制御部７０は、照射システム５２と画像化システム６２とを、より詳細には、光源５４と画像センサ６４とを同期させ、サンプル５８の表面の画像を取得することができるように構成してもよい。制御部７０はまた、例えば、照射システム５２（例えば光源）の照射特性を制御するための命令を提供してもよい。制御部７０はまた、画像化システム６２（例えば画像センサ）の画像化特性（例えばフレーム捕捉時間）を制御するための命令を提供してもよい。制御部７０はまた、画像センサ６４から画像データなどの情報を受信してもよい。制御部７０はまた、対物レンズ６０およびサンプル５８を位置付けるための命令を提供してサンプル５８の所望の位置を適切に画像化することができる命令を提供してもよい。

【0023】

一実施形態によると、顕微鏡５０は、照射経路および画像化経路のいずれか一方または両方において瞳と共役する、またはおよそ共役する面において、調節可能な空間変調素子を提供する。調節可能な空間変調素子は、例えば、１つ以上の交換可能な機械的（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）開口部、１つ以上の空間光変調器（ＳＬＭ）、１つ以上の回折光学素子（ＤＯＥ）などを備えてもよい。照射経路における空間変調素子により、空間変調を用いることで、照射角度およびＮＡを選択することができる。この変調はさらに、個々の波長または波長域を独立して最適化してもよい。この画像化経路における空間変調素子により、ウエハから反射された光が画像化システムによって収集される角度を選択することができる。例えば、オーバレイ測定に用いられるグレーティング構造のために、この選択によって、あらかじめ選択された回折次数±ｎを用いて画像化することができる。

【0024】

一例において、変調素子は、画像化された光の回折次数を分離するように構成される。所望の回折次数のみが画像センサを経て、他方で、他の全ての回折次数は画像センサに届かずに遮断される。この次数選択の構成は、所定の測定および検査の状態、特に、本明細書に記載するオーバレイ測定に関していくつかの利点を提供する。

【0025】

一実施において、調節可能な空間変調は画像化側のみに提供される。他の実施において、調節可能な空間変調は照射側および画像化側の両方に提供される。もちろん他の構成もまた利用可能である。特定の実施において、調節可能な空間変調は、回折次数±ｎを用いて隣接する（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）グレーティングを画像化するために用いられる。この隣接するグレーティングは半導体ウエハの異なる層または同一の層であってもよい。構造物間のオーバレイは、通常、グレーティングの対称中心間の距離を測定することによって見出される。この実施形態において、ｎ（ｎは整数であり、ゼロと等しくない）の所定の選択としての次数±ｎのみが選択され、グレーティングはこれらの回折次数を用いて画像化されるのみである。この構成は、光学上の収差に対する感受性および焦点位置に対する感受性を低減させることを含む多くの利点を提供する。この構成はまた、正反射（例えば次数０）を除去してバックグラウンド信号を低減させるので、画像のコントラストを著しく改善する。

【0026】

他の実施において、調節可能な空間変調は、重なったグレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ−ｏｎ−ｇｒａｔｉｎｇ）のターゲット、より詳細には、連続的に可変のオフセット（ＣＶＯ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｙｉｎｇ ｏｆｆｓｅｔ）の重なったグレーティングターゲットを画像化するために使用可能である。ＣＶＯのマークは、一般に、オーバレイされた周期的な構造物を含み、それらは位置の関数として変化するオーバレイされた構造物の特性におけるオフセットを有する。例として、周期的な構造物は、下側のグレーティングのピッチとは値が異なる上側のグレーティングを含んでもよい。ピッチにおける微細な差は、中心からオーバレイされたグレーティングの端へと変化する上側グレーティングと下側グレーティングとの間のオフセットを生成する。オーバレイのグレーティングにおいて変化し得る他の例示的な特徴は、ライン幅、ピッチ、間隔、ＣＤ、回転などを含む。

【0027】

ＣＶＯのマークを利用する方法は、ＣＶＯのマークの対称中心を判定して、それをマークの幾何学的中心と比較することを含んでよい。オーバレイがゼロの場合、対称中心はマークの幾何学的中心と一致する傾向にある。オーバレイがゼロではない場合（例えば、２つの層の間のミスアライメント）、その対称中心はマークの幾何学的中心から離れている。マークに関連する、プリセットのゲイン係数Ｇ（異なるオフセット値に依存する）による移動は、オーバレイエラーεを計算するために用いられる。

【0028】

ＣＶＯのターゲットの主な利点は、オーバレイエラーεが、これらのオーバレイされたグレーティングの各々の対称中心の位置において、Ｇεのシフトに変化し得ることである（ここで、ゲイン係数Ｇは１よりも大きい（典型的には１０から５０））。このゲイン係数はモアレ効果の結果として規定することができ、ここで、グレーティングからの反射がおよそＧｐに等しい粗いピッチの周期性を有する信号を精製する。オーバレイ測定における誤差を生じさせる多くの影響は、ＣＶＯのターゲットにおけるプリセットのゲイン係数（Ｇ）によって低減することができる。さらに、焦点およびフィールド位置に対する感受性はＣＶＯのターゲットを用いることによって低減される。

【0029】

図２に示すＣＶＯのターゲットの場合、プリセットのゲインＧはおよそｐ／Δｐに等しく、ここでΔｐは上の（ｔｏｐ）グレーティングと下の（ｂｏｔｔｏｍ）グレーティングとの間のピッチの差である。図２は、第１のセットのＣＶＯのマーク５００および第２のセットのＣＶＯのマーク５１０を含み、各々が下のグレーティング５０２ｂ（実線で囲まれた白色の）の上に上のグレーティング５０２ａ（並行した斜線の）を含む。第１および第２のセットのマークはＸ方向を向いているが、それらは、任意の適切な方法で、例えばＹ方向、またはＸ方向およびＹ方向の両方（例えば、複数の周期的なクロス構造、またはＸ方向の周期的なラインのセットおよびＹ方向の周期的なラインのセットを含む複数のマークなど）などを向いていてもよい。図に示すように、２つのセットのＣＶＯのマーク５００および５１０は、同軸５０４（例えば、同じＸの位置に配置された対称中心）上に配置される。しかしながら、それらの２つのセットは、別の方法として、互いにシフトしていてもよい。

【0030】

さらに、２つのセットのＣＶＯのマークにおけるグレーティングは異なるオフセットを用いて構成されてもよい。マークのうちの１つは、下側の周期的構造よりも、例えばピッチなどの特定の属性の値がより小さい上側の周期的構造を用いて設計してもよく、もう１つのマークは、下側の周期的構造よりも、例えばピッチなどの特定の属性の値がより大きい上側の周期的構造を用いて設計してもよい。あるいは、２つのセットのマークは各々、下側の周期的構造よりも、特定の属性の値がより小さい上側の周期的構造を有してもよく、その逆でもよい。

【0031】

図に示す実施形態において、周期的な構造はグレーティングであり、特定の可変の属性はピッチに対応する。第１のセットのターゲット５００において、上のグレーティング５０２ａのピッチは下のグレーティング５０２ｂのピッチよりも小さい。例えば、上のグレーティング５０２ａのピッチは下のグレーティング５０２ｂのピッチよりも１０．０％小さくてもよい。この差により、上のグレーティング５０２ａと下のグレーティング５０２ｂとの間のオフセットは各々、位置関数として継続的に変化する。第２のセットのターゲット５１０はピッチに対して異なるバリエーションを有する。第２のセットのターゲットにおいて、上のグレーティング５０２ａのピッチは下のグレーティング５０２ｂのピッチよりも大きく（例えば１０％）されている。

【0032】

ＣＶＯのターゲットの例において、オーバレイエラーは、オーバレイターゲットのゲイン係数で、距離ΔＸ（対称中心とＣＶＯのマーク５００および５１０との間の距離）を割ることによって判定してもよい。オーバレイエラーを計算する等式は以下に対応してよい。
ＯＶＬ_error＝ΔＸ／Ｇ＝ΔＸ＊（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ１
ここで、
ＯＶＬ_error＝２つの層間のミスアライメントの量
ΔＸ＝対称中心間の距離
Ｐ１＝第１のピッチの値
Ｐ２＝第２のピッチの値
Ｇ＝図２のターゲットの各々におけるｐ／Δｐ
である。

【0033】

例示的なターゲット５００またはターゲット５１０においては、オーバレイエラーはない。なぜならば、上のグレーティングおよび下のグレーティングが軸５０４における同じ位置における対称中心を有するからである。別の方法の場合、ターゲット５００の対称中心は、ΔＸがゼロと等しくなるようにターゲット５１０の対称中心と同じであり、その結果、オーバレイエラーはゼロと等しい。

【0034】

図３に示すＣＶＯのターゲットの場合、ゲインであるＧはおよそ１／ｔａｎθと等しく、ここでθは上下のグレーティング線間の角度の１／２である。図に示すように、オーバレイ領域は第１のセットのＣＶＯのターゲット６００および第２のセットのＣＶＯのターゲット６１０を含む。ターゲットの各セットは重なったグレーティングのターゲットとして形成される。２つのセットのターゲットのグレーティング６０２ａおよび６０２ｂはＹ方向に向けられる。図に示すように、各セットのターゲットの上のグレーティング６０２ａおよび下のグレーティング６０２ｂは互いに回転している（例えば、ｙ方向のグレーティングに傾けられる）。例えば、下のグレーティングは時計回り方向に傾いてよく、上のグレーティングは反時計回り方向に傾いてよく、その逆でもよい。あるいは、グレーティングの一方のみが傾いてもよい。図において、回転の角度は強調されており、通常、回転は５度前後であることに留意されたい。あるいは、第１のセットのターゲット６００の上下のグレーティングは、（図３に示すように）第２のセットのターゲット６１０の上下のグレーティングとは反対方向に傾いてもよい。さらに、図３は、上下のグレーティングが完全なアライメントであり、対称中心において上下の構造物が整列しているグレーティングを示している。

【0035】

重なったグレーティングターゲットは、例えば、ＣＶＯの重なったグレーティングターゲットでもよい。これらのターゲットにおいて、グレーティングの細かいピッチが存在し、モアレ効果の結果として散乱した光において生成される粗いピッチもまた存在する。その粗いピッチは細かいグレーティングのピッチよりもはるかに大きい。ＣＶＯのターゲットは、散乱した光が細かいピッチの所定の回折次数に対応し、モアレ効果の結果として生成された粗いピッチの、異なるかまたは同じ回折次数に対応する様々な形で測定することができる。

【0036】

一実施形態において、ＣＶＯのターゲットは、細かいピッチが分解されず（次数０のみが捕捉される）、粗いピッチの多くの回折次数（０を含む）が捕捉される場合の形において測定できる。この形は、低いコントラストを生成する場合があるが、それは、上下のグレーティングからの複数の（光の）散乱が画像の形成に必要とされる場合があり、および次数０が存在するからである。

【0037】

しかしながら、本発明の実施形態において、粗いピッチの回折次数＋ｎおよび−ｎ（ｎは整数であり、ゼロではない）のみを用い、且つ細かいピッチ（例えば、細かいピッチは分解されていない）のための次数ゼロのみを用いて、測定結果がＣＶＯターゲットから取得される。これらの回折次数＋ｎおよび−ｎは画像の形成を確実にするために空間的にコヒーレントであることが好ましい。このアプローチは、次数０を除去することによってコントラストを著しく向上させる。さらに、結果として生じる信号は、実質的に純粋な正弦関数（位置の関数として）である。このタイプの簡略化された信号によって、不均一な光のために生じる任意の信号のひずみのアルゴリズムによる除去を著しく容易にする。このアプローチの他の利点は、信号の周期がｎの係数分減少することである。この効果は、ターゲットのサイズに妥協することなく、ターゲットのサイズを減少し、および／またはゲイン係数Ｇを増大させるために用いることができる。

【0038】

他の実施形態において、システムは、細かいピッチの±ｎの回折次数および粗いピッチの次数０を含む多数の次数を用いて、ＣＶＯの重なったグレーティングターゲットを画像化するために用いられる。ここで粗いピッチの次数０は捕捉されるが、細かいピッチが分解されるので（次数０なしで±ｎ次数の画像化を用いて）、上下のグレーティングからの複数の反射が画像形成に必要とされない。これは大いにコントラストを向上させる。細かいピッチの回折次数は測定における偏りを除去するためにコヒーレントではないことが好ましい。また、光学システムは２つの捕捉された次数（例えば＋ｎおよび−ｎの次数）の間の対称性を確保するように構成されることが好ましい。

【0039】

さらに他の実施形態において、システムは、細かいピッチの回折次数±ｎおよび粗いピッチの回折次数±ｍを用いて、連続的に可変のオフセット（ＣＶＯ）の重なったグレーティングターゲットを画像化するために用いられる。ここで、細かいピッチの回折次数はコヒーレントではなく、粗いピッチの回折次数はコヒーレントである。この測定形態は同時に、コントラストを向上し、正弦関数の信号を簡略化する。

【0040】

一部の場合において、上述の方法は散乱した光強度全体を減少させる場合がある。このように、一実施形態において、容易にコリメートされる光を生成する小さな照射ＮＡおよび光源を用いた照射システムを用いてもよい。例えば、光源はレーザのような強い光源を含んでもよい。レーザは、コリメート光が回折次数が重複しないようにするために必要とされ、レーザ光が光強度の著しい損失を被ることなくコリメートできるので、有利である。あるいは、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いてもよい。

【0041】

オーバレイ測定方法および本明細書で用いることができる異なるタイプのグレーティングターゲットについてのさらなる詳細は、（１）「ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＡＲＫＳ， ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＡＲＫ ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ」と題された、２００６年６月２７日に発行された米国特許第７，０６８，８３３号明細書、（２）「ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳＬＹ ＶＡＲＹＩＮＧ ＯＦＦＳＥＴ ＭＡＲＫ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＯＶＥＲＬＡＹ」と題された２００５年２月１６日に出願された米国特許出願第１１／０６０，５８８号明細書、（３）「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＯＶＥＲＬＡＹ ＥＲＲＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＳＣＡＴＴＥＲＯＭＥＴＲＹ」と題された２００３年１２月５日に出願された米国特許出願第１０／７２９，８３８号明細書、（４）「ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＥＴＨＯＤ」と題された２００３年２月１３日に出願された米国特許出願第１０／３６７，１２４号明細書に提供され、それらの開示を参照することによって本明細書に援用される。

【0042】

図４は、本発明の一実施形態に係る、所定のターゲット設計に対して、どの回折次数が最良の結果を生成するかを判定する手順１００を示すフローチャートである。図に示すように、公知のオーバレイエラーを有するターゲットが工程１０２に提供される。提供されたターゲットは次いで、工程１０４におけることなる回折次数±ｎを用いて測定される。オーバレイエラーは工程１０６における各々異なる回折次数±ｎに対して計算される。各々の計算されたオーバレイエラーは工程１０８における公知のオーバレイエラーと比較される。この比較は、工程１１０において、最も利点を有する結果を生成する回折次数±ｎを選択するために用いられる。例えば、所定のターゲットに対する最適な回折次数±ｎが、公知のオーバレイエラーに最も近似する測定されたオーバレイエラーから抽出できる。

【0043】

図５は、本発明の他の実施に係る、所定のターゲット設計に対して、どの回折次数が最良の結果を生成するかを判定する手順１２０を示すフローチャートである。特定のターゲットはまず工程１２２に提供される。特定のターゲットは次いで、工程１２４において異なる回折次数±ｎを用いて測定される。ターゲットに対するオーバレイエラーは工程１２６において、各測定に対して計算される。次いで、工程１２８において、どの回折次数が最も正確なオーバレイの結果を生成するかに関しての決定がなされる。例えば、測定されたオーバレイエラーの各々は公知のオーバレイエラーと比較できる。この方法はまた、処理パラメータの各々のセットに対する最良の回折次数を判定するために、可変の処理パラメータに対して実行できる。

【0044】

図６は、本発明の代替的な実施に係る、どのターゲットが所定の回折次数±ｎに対する最良の結果を生成するかを判定する手順１４０を示すフローチャートである。複数の異なるターゲットはまず、工程１４２において（所定の処理パラメータのセットに対して）提供される。各々の異なるターゲットは工程１４４において、同じ回折次数±ｎを用いて測定される。各々の異なるターゲットに対するオーバレイエラーは工程４６において計算される。次いで、工程１４８において、どのターゲットが特定の回折次数に対する最も正確なオーバレイの結果を生成するかに関して決定される。この方法は、各々の処理パラメータのセットに対する最良の回折次数／ターゲットの組合せを判定するために、可変の処理パラメータに対して実行できる。

【0045】

図７は、本発明の一実施形態に係る、オーバレイエラーを判定する手順１６０を示すフローチャートである。その方法は、例えば、生産工程に対して実行できる。所定のターゲットと共に使用する回折次数のセットは、まず、工程１６２において決定してもよい。これは、例えば、図４、図５、または図６、あるいはそれらの組合せに関して記載される、試作における試験を経て達成してもよい。例えば、所定のピッチを有するターゲットは特定の異なる回折次数における画像化を必要としてもよい。一般に、オーバレイエラーは、異なる回折次数を用いた光学的測定に基づいて、所定のターゲット構成に対して判定してよく、次いで、これらの異なる回折次数のどれがより有利であるか（例えば、公知のオーバレイエラーをより正確に一致させる）が決定される。

【0046】

例えば、最も良いコントラストを提供する回折次数および最小限の光の損失を有する最もシンプルな信号を選択してもよい。多くの場合、より低い回折次数はより高い強度を生成する。このように、次数０により近い次数が好適であってよい（例えば、次数±１、±２、±３）。しかしながら、一部の場合において、より高い次数は、より低い次数よりも、より高い光強度を有してもよい。例えば、±２が±１よりもより高い強度を有する一部の場合が存在する場合がある。このような結果は、例えば、画像化されている重なり（ｓｔａｃｋ）が構成される仕方によって生じる場合がある。

【0047】

図７を再び参照すると、工程１６４において、１つ以上の回折次数が判定された後、測定ツールが調整されて、所望の回折次数（例えば±ｎの次数）におけるターゲットを画像化できる。例えば、所望の回折次数が±１である場合、測定ツールは±１の回折次数のみを画像化することができるように設定される。例えば、±１の回折次数をセンサに送信でき、その一方で他の回折次数を遮断できる。

【0048】

さらに、照射ＮＡは、次数間のよく分離された角度を提供するために小さくなるように構成してもよい。例えば、＋１および＋２の角度が類似する場合、それらを区別することが困難な場合がある（例えば、いずれかを選択することができない）。例えば、約０．０５と約０．２の間の照射ＮＡが用いられてもよい。

【0049】

測定ツールが調整された後、画像は所望の回折次数にてターゲットから収集されてよく、次いで、そのオーバレイエラーが、個々に、工程１６６および工程１６８においてターゲットの画像から計算されてもよい。計算されたオーバレイエラーは（例えば、メモリまたは任意の適切なコンピュータ可読の記憶媒体）に保存されてもよく、リソグラフィシステムを補正するための手順など、任意の適切な目的に用いるために提示されてもよい。オーバレイエラーを計算するために適切な任意の方法が用いられてよい。一部の方法は、特定のターゲット、処理状態の特定のセット、特定の回折次数などに対してより良く適合されてよい。オーバレイエラーを判定するいくつかの技術が上述の米国特許出願文献および特許文献に提示されている。

【0050】

図８は、本発明の代替的な実施形態に係る、隣接するグレーティングターゲットを用いてオーバレイを測定する手順１８０を示すフローチャートである。隣接するグレーティングはまず、工程１８２において提供される。ｎの所定の選択に対する±ｎの回折次数が、次いで工程１８４において選択されてもよい。隣接するグレーティングは、次いで、工程１８６において、選択された±ｎの回折次数（次数０は収集されない）のみを用いて画像化してもよい。次いでこの画像は、工程１８８においてオーバレイエラーを計算するために用いてもよい。この方法の１つの利点はコントラストの著しく向上することである。

【0051】

図９は、隣接するグレーティングから生成された所定の対の±ｎの回折次数を用いて画像化する一例の図である。実線の内向きの矢印（下向き）は照射線の方向に対応する。実線の外向きの矢印（上向き）は画像化に用いられる回折波の方向に対応する。破線の外向きの矢印（上向き）は遮断された回折波の方向に対応する。四角の中の数字は回折波の次数番号に対応する。この例において、グレーティングから散乱した光は±１の回折次数のみを用いて画像化される。

【0052】

図１０は、本発明の一実施形態に係る、重なったグレーティングターゲットを用いてオーバレイを測定する手順２００を示すフローチャートである。重なったグレーティングターゲットから散乱する光に関連する粗いピッチと細かいピッチを有する重なったグレーティングターゲットは、まず工程２０２に提供される。重なったグレーティングターゲットは、例えば、ＣＶＯの重なったグレーティングターゲットでもよい。散乱した光において、グレーティングの細かいピッチに関連した回折次数が存在し、モアレ効果に基づいた粗いピッチに関連した回折次数もまた存在する。粗いピッチは細かいグレーティングのピッチよりもはるかに大きい。

【0053】

重なったグレーティングターゲットは、工程２０４において、粗いピッチの回折次数±ｎのみを用い、細かいピッチを分解しないまま用いて画像化してもよい。これらの回折次数は、適切な画像成形を確保するために空間的にコヒーレントであることが好ましい。実質的には、グレーティングのピッチは分解されないままにし、モアレグレーティングのみが分解される。

【0054】

選択された回折次数±ｎでの画像は、次いで工程２０６において、オーバレイエラーを計算するために用いられてもよい。この方法の１つの利点は、コントラストを著しく向上できることである。別の利点は、信号を簡略化することであり、これは結果として、例えば不均一な照射のために生じる信号のひずみを除去することができる。

【0055】

図１１は、粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する重なったグレーティングターゲットを用いて生成された回折次数の図である。実線の内向きの矢印（下向き）は照射線の方向に対応する。実線の外向きの矢印（上向き）は画像化に用いられる回折波の方向に対応する。破線の外向きの矢印（上向き）は遮断された回折波の方向に対応する。四角の中の数字は回折波の細かいピッチの次数番号に対応する。各々の細かいピッチの回折次数は、異なる粗いピッチの回折次数に対応する波（線）に分けられる。図に示すように、細かいピッチの次数０に対応する束、すなわち波（線）から、粗いピッチの回折次数±ｎのみが画像化される。それゆえ、細かいピッチはこの例においては分解されない。

【0056】

図１２は、本発明の一実施形態に係るオーバレイを測定する手順２２０のフローチャートである。重なったグレーティングターゲットに関連する粗いピッチと細かいピッチを有する重なったグレーティングターゲットは、まず工程２２２において提供される。次いで、工程２２４において、重なったグレーティングターゲットは、細かいピッチの回折次数±ｎ、および粗いピッチの、次数０を含む多くの次数のみを用いて画像化してもよい。ここで、粗いピッチの次数０は捕捉されるが、細かいピッチは分解されるので、上下のグレーティングから複数の反射が画像形成に必要とされない。細かいピッチの回折次数は測定における偏りを除去するためにコヒーレントでないことが好ましい。また、光学システムは、２つの捕捉された次数間において対称を確保するように構成されるのが好ましい。その画像は、次いで工程２２６において、オーバレイエラーを計算するために用いてもよい。この方法の１つの利点はコントラストを著しく向上できることである。

【0057】

図１３は、粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する重なったグレーティングターゲットを用いて生成された回折次数の図である。実線の内向きの矢印（下向き）は照射線の方向に対応する。実線の外向きの矢印（上向き）は画像化に用いられる回折波の方向に対応する。破線の外向きの矢印（上向き）は遮断された回折波の方向に対応する。四角の中の数字は回折波の細かいピッチの次数番号に対応する。

【0058】

図１４は、本発明の一実施形態に係るオーバレイを測定する手順２４０を示すフローチャートである。重なったグレーティングターゲットに関連する粗いピッチと細かいピッチを有する重なったグレーティングターゲットは、まず工程２４２に提供される。重なったグレーティングターゲットは、次いで、細かいピッチの回折次数±ｎおよび粗いピッチの回折次数±ｍのみを用いて画像化してもよい。ここで、ｎはゼロではない整数であり、同じくゼロではない整数であるｍと異なってもよく、同じでもよい。ここで、細かいピッチの回折次数はコヒーレントでないことが好ましく、これに対して、その所定の細かいピッチの次数の波（線）の束内における粗いピッチの次数はコヒーレントであるべきである。捕捉された画像は、次いで工程２４６においてオーバレイエラーを計算するために用いてもよい。この方法の１つの利点は、コントラストを著しく向上してもよいことである。他の利点は、信号を簡略化することであり、その結果として、不均一な照射などによる信号のひずみを除去することができる。

【0059】

図１５は、粗いピッチおよび細かいピッチに基づき、回折次数を有する、重なったグレーティングターゲットを用いて生成される回折次数の図である。実線の内向きの矢印（下向き）は照射線の方向に対応する。実線の外向きの矢印（上向き）は画像化に用いられる回折波の方向に対応する。破線の外向きの矢印（上向き）は遮断された回折波の方向に対応する。四角の中の数字は回折波の細かいピッチの次数番号に対応する。図に示すように、実線の外向きの矢印は、細かいピッチの次数＋１および−１に対応する波（線）の束内の粗いピッチの次数＋１および−１に対応する。

【0060】

本発明の実施形態は、選択された回折次数を用いてオーバレイターゲットの画像化を提供する。上述の所定の実施において、回折次数の選択は、特定の光学システムの射出瞳面において、１つ以上の空間変調装置を位置付けることによって達成される。しかしながら、特定の光学システムにおいて、射出瞳面は空間変調装置の容易な配置のために手の届かない位置（配置できない位置）にある場合がある。例えば、射出瞳は対象内に配置される場合がある。この場合、リレー光学系は射出瞳のために共役面を生成するために用いられ、その共役の射出瞳を手の届く位置に（配置できる位置）位置付けることができる。しかしながら、多くの理由から、手の届かない位置にある射出瞳面を用いた光学システムの製造が望まれる場合がある。例えば、リレー光学系は、コスト、複雑性、システムのサイズおよび重量などを追加する場合がある。

【0061】

したがって、射出瞳が手の届かない位置にあるような測定ツールを構成することが望まれてもよい。そのようなシステムにおいて、代わりに調節可能な空間変調装置が、射出瞳に最も近い位置であって、その射出瞳と接触しない位置に位置付けられる、手の届く平面に配置されてもよい。すなわち、この変調装置は「接近瞳面」において位置付けられる。

【0062】

図１６は、本発明の代替的な実施に係る、手の届かない位置にある射出瞳を有する測定システム３００の図である。図に示すように、システム３００は照射光をサンプル（例えばウエハ）に向けるための光源３０２を含む。このシステム３００は図１のシステムの部品と類似する部品を含んでもよい。しかしながら、このシステム３００は、手の届かない位置にあって、リレー光学系を介して共役の瞳面へとリレーされない、対物射出瞳３０８を有する。むしろ、このシステム３００は射出瞳に最も近い位置に、手の届く平面３１０を備える。調節可能な空間変調装置は、本明細書に記載したように、センサ３１２上において、選択された回折次数±ｎを画像化するように、この手の届く面に配置されてもよい。

【0063】

図示された実施形態において、手の届く面３１０は、照射経路に影響を及ぼさないように、本システム３００においてビーム分割キューブ３０６の直後に配置される。もちろん、手の届く面の位置付けは多くの要因、例えば、空間変調装置のサイズや測定ツールの特定の光学系の設計などに依存する。

【0064】

図１７Ａから図１７Ｃは、本発明の様々な実施形態に係る特定の回折次数を選択するメカニズムを示す。図１７Ａは、射出瞳面４０２における空間変調装置４０６の配置を示す。この空間変調装置はサンプルから発せられた散乱した光の、複数の回折次数４０４ａから４０４ｃのうちの特定の１つを遮断し、伝達するように構成される。図に示すように、０の次数４０４ｂは空間変調装置によって遮断され、他方で、＋１の次数４０２ａおよび−１の次数４０２ｃは瞳面を介して伝達して、センサ（図示せず）に到達させる。あるいは、空間変調装置は、＋１の次数４０２ａおよび−１の次数４０２ｂを除いて、全ての射出瞳面を遮断するように構成してもよい。

【0065】

図１７Ｂは最も接近した手に届く位置にある面４１２（例えば、図１６の面３１０）を示す。図に示すように、回折次数４１４ａから４１４ｃは、特定の回折次数が遮断される、または伝達されるように許容可能な範囲で分離している。回折次数４１４ａから４１４ｃは、理想的な射出瞳の配置よりもコンパクトではないが、選択された回折次数は変調装置４１６によって十分に遮断または伝達可能である。図に示すように、０の次数４１４ｂはセンサに届かず遮断され、他方で、＋１の次数４１４ａおよび−１の次数４１４ｃは伝達されてセンサに到達する。

【0066】

図１７Ｃは、回折次数４２４ａから４２４ｃが十分に分離されていないように、射出瞳に対して十分に接近して配置されていない、手が届く位置にある面４２２を示す。この図に示された場合において、特定の回折次数を遮断および伝達することは困難である。例えば、変調装置４２６は０の次数４２４ｂの全てではなく一部を遮断し、＋１の次数４２４ａおよび−１の次数４２４ｃの全てではなく一部を伝達するように構成してもよい。この場合、特定の回折次数を遮断および伝達することは困難である。

【0067】

このように、実質的に、１つ以上の選択された回折次数の全てを遮断し、その一方で、実質的に、他の選択された回折次数を伝達してセンサに到達するために、射出瞳に対して十分に接近した位置に変調装置を配置することが所望される。回折次数の分離の程度は、使用される光の波長、光学系の構成、変調装置のサイズ、および特定のターゲットのピッチに依存する。このように、測定ツールの波長および光学系の構成は、十分な次数の空間変調を可能にするために十分な次数の分離を提供するように選択され、その一方で、空間変調装置は射出瞳に対して可能な限り物理的に接近して配置されることが好ましい。

【0068】

特定の実施において、変調装置は、複数のクロム・オン・グラス（ＣＯＧ：ｃｈｒｏｍｅ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）パターン（または、クロムに加えて他の適切な材料）を有するガラスプレートの形態をとる。各々のパターンは、特定の手に届く平面位置（例えば、ビーム分割キューブの後）に、回折次数のサブセットを選択するように構成可能である。ガラスは、不必要な回折次数を遮断するようにそのパターンを配置し、且つ所望の回折次数を可能にするようにパターン化されていない部分を配置するように、手の届く位置の面と直交する方向において移動および／または回転してもよい。

【0069】

ガラスはまた、そのガラスから反射を低減させるために、反射防止用の材料を用いてコーティングしてもよく、残留反射を光学システムから導くことができるように傾斜させてもよい。さらに、回折次数が通過するように意図された変調装置の領域は、ガラスが所望の回折次数に影響を与えないような位置に開口を提供するように、ドリルで穴を開けてもよい。クロムのパターンはまた、次数の選択ではなく、むしろアポディゼーションの関数を実行するために修正してもよい。別の実施形態において、クロム・オン・グラスの代わりに他のアプローチが、変調装置に対して用いられてもよい。例えば、液晶の透過型または反射型のピクセル化された（ｐｉｘｅｌｌａｔｅｄ）素子またはＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が用いられてもよい。反射型のアプローチに対して、光学系の形状は、変調装置の反射表面の品質を増加させるために修正する必要があってもよい。

【0070】

本発明の技術は、ソフトウェアシステムおよび／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において実施してもよい。システムの構成に関係なく、システムの様々な部品を制御して、そのシステムを用いて検出された出力画像および信号を分析するための１つ以上のプロセッサを用いてもよい。システムは、データ、汎用の検査装置用のプログラム命令、および／または本明細書に記載した発明の技術を記憶するように構成された１つ以上のメモリまたはメモリモジュールを含む。プログラム命令は、例えば、オペレーションシステムおよび／または１つ以上のアプリケーションの動作を制御してもよい。メモリまたは複数のメモリは、レイアウトパターン、レイアウトの規制ルール、およびターゲットのルールを記憶するように構成してもよい。

【0071】

そのような情報およびプログラム命令は、本明細書に記載するシステム／方法を実施するように用いられてもよく、本発明は、本明細書に記載した様々な操作を実行するために、プログラム命令、状態情報などを含む機械可読媒体に関連する。機械可読媒体の例は、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、磁気テープなどの磁気記憶媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの磁気光学ディスク、ならびに、読み出し専用メモリ装置（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのプログラム命令を保存および実行するように構成されたハードウェア装置を含むが、それらに限定されない。本発明はまた、無線、光通信線、電気通信線などの適切な媒体を介して伝達される搬送波において実現されてもよい。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コード、およびインタプリタを用いたコンピュータによって実行可能な高次のレベルコードを含むファイルを含む。

【0072】

本発明を複数の好適な実施形態に関連して記載したが、本発明の範囲内での変更、置換、および均等物が存在する。本発明の方法および装置を実施する多くの代替方法が存在することに留意すべきである。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真なる趣旨と範囲内にある変更、置換、および均等物の全てを含むと解釈されるべきであることが意図されている。
１
半導体ターゲットの特性を測定するための光学装置であって、
照射線を生成し、照射経路を介して半導体ターゲットに対して前記照射線を向けるための照射システムと、
前記照射線に応じて、前記半導体ターゲットから散乱した光を方向付けるための画像化システムと
を備え、前記画像化システムは、
散乱した光から画像を形成するための画像センサと、
画像化経路を介して、散乱した光を前記センサに向けるように構成された１つ以上の光学部品と、
前記散乱した光の特定の回折次数を前記画像センサに選択的に向け、他方で、前記散乱した光のうちの、選択された他の回折次数を遮断して前記画像センサに到達しないようにするための調節可能な空間変調装置と
を備える、光学装置。
２
前記調節可能な空間変調装置は、前記画像化経路の瞳と実質的に共役する平面に配置される、１に記載の光学装置。
３
前記画像化システムは、前記散乱した光を受けて、前記画像化経路の瞳と実質的に共役する前記平面を形成するためのリレー光学系をさらに備える、２に記載の光学装置。
４
前記半導体ターゲットは１つ以上のグレーティング構造から形成され、前記調節可能な空間変調装置は、一つ以上の±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の対の次数のみを前記センサに対して選択的に向けるように構成可能である、１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
５
前記半導体ターゲットは１つ以上のグレーティング構造から形成され、前記調節可能な空間変調装置は、±１の回折次数のみを前記センサに選択的に向けるように構成可能である、１から３のいずれか一項に記載の光学装置。
６
前記照射システムは、１つ以上の前記照射線を、特定の照射角度および開口数で前記半導体ターゲットに選択的に向けるための第２の調節可能な空間変調装置を含み、前記第２の調節可能な空間変調装置は、前記照射経路の前記瞳と実質的に共役する平面に配置される、１から５のいずれか一項に記載の光学装置。
７
前記照射システムは、前記半導体ターゲットに対して実質的に垂直で、且つ様々な開口数で、照射線を前記半導体ターゲットに選択的に向けるための第２の調節可能な空間変調装置を含み、前記第２の調節可能な空間変調装置は、前記照射経路の前記瞳と実質的に共役する平面に配置される、１から５のいずれか一項に記載の光学装置。
８
前記調節可能な空間変調装置は、交換可能な機械的開口部、空間光変調器（ＳＬＭ）、または回折光学素子（ＤＯＥ）の１つ以上を備える、１から７のいずれか一項に記載の光学装置。
９
前記画像化経路の前記瞳は前記調節可能な空間変調装置を配置できない位置にあり、前記調節可能な空間変調装置は、前記画像化経路の前記瞳に対して最も接近した、配置できる平面に配置される、１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
１０
半導体ターゲットを画像化するために用いる回折次数のセットを判定する工程と、
測定ツールを、前記判定された回折次数のセットを用いて前記ターゲットを画像化するように構成する工程と、
前記判定された回折次数のセットから形成される前記ターゲットの画像を収集する工程と、
前記収集された画像に基づいてオーバレイエラーを判定および記憶する工程と
を含む、半導体ターゲットの特性を測定する方法。
１１
前記半導体ターゲットは、各々が異なる層において、または異なる処理によって形成され、隣接するグレーティング間のアライメントエラーを判定するために構成された、隣接するグレーティングから形成され、前記判定された対の回折次数は±ｎ（ｎは前記収集された画像のコントラストを最大にするために、ゼロではない整数である）の回折次数のみを含む、１０に記載の方法。
１２
前記半導体ターゲットは、各々が異なる層において、または異なる処理によって形成され、隣接するグレーティング間のアライメントエラーを判定するために構成された、隣接するグレーティングから形成され、前記判定された対の回折次数は、前記収集された画像のコントラストを最大にするために±１の回折次数のみを含む、１０に記載の方法。
１３
前記半導体ターゲットは、異なる層において形成されている、下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、上側および下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するように構成されており、散乱した光は前記グレーティングの細かいピッチおよびモアレ効果によって生成された粗いピッチに関連する特性を有し、前記半導体ターゲットは前記粗いピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用いて画像化され、前記細かいピッチは分解されないままである、１０に記載の方法。
１４
前記半導体ターゲットは、異なる層において形成されている、下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、上側および下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するように構成されており、散乱した光は前記グレーティングの細かいピッチおよびモアレ効果によって生成された粗いピッチに関連する特性を有し、前記半導体ターゲットは前記細かいピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用い、且つ前記粗いピッチの多くの次数（ゼロの次数を含む）を用いて、画像化される、１０に記載の方法。
１５
前記半導体ターゲットは、異なる層において形成されている、下側のグレーティングに重なる上側のグレーティングから形成され、上側および下側のグレーティング間のオーバレイエラーを判定するように構成されており、散乱した光は前記グレーティングの細かいピッチおよびモアレ効果によって生成された粗いピッチに関連する特性を有し、前記半導体ターゲットは前記細かいピッチの±ｎ（ｎはゼロではない整数である）の回折次数のみを用い、且つ前記粗いピッチの±ｍ（ｍはゼロではない整数である）の回折次数のみを用いて、画像化される、１０に記載の方法。
１６
前記半導体ターゲットは、第１の特性を有する第１のセットのグレーティングおよび前記第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２のセットのグレーティングから形成される、１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
１７
前記第１の特性および前記第２の特性は第１のピッチの値および第２のピッチの値に対応する、１６に記載の方法。
１８
前記第１の特性および前記第２の特性は第１の回転角度および第２の回転角度に対応する、１６に記載の方法。
１９
グレーティングの前記第１のセットのターゲットの対称中心が、グレーティングの前記第２のセットのターゲットの対称中心と実質的に同じ整列配置された配置である場合、オーバレイエラーは存在しないと判定される、１６に記載の方法。
２０
ｍはｎとは異なる、１５に記載の方法。
２１
ｍがｎと等しい、１５に記載の方法。
２２
コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム命令を有する、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、
半導体ターゲットを画像化するために用いる回折次数のセットを判定する工程と、
測定ツールを、前記判定された回折次数のセットを用いて前記ターゲットを画像化するように構成する工程と、
前記判定された回折次数のセットから形成される前記ターゲットの画像を収集する工程と、
前記収集された画像に基づいてオーバレイエラーを判定および記憶する工程と
を実行するように構成されている、コンピュータ可読記憶媒体。
２３
前記半導体ターゲットは、第１の特性を有する第１のセットのグレーティングおよび前記第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２のセットのグレーティングから形成される、２２に記載の少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体。
２４
前記第１の特性および前記第２の特性は第１のピッチの値および第２のピッチの値に対応する、２２に記載の少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体。
２５
前記第１の特性および前記第２の特性は第１の回転角度および第２の回転角度に対応する、２２に記載の少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体。
２６
前記ターゲットの対称中心は前記ターゲットの幾何学的中心と等しい場合、オーバレイエラーが存在しないと判定される、２２に記載の少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】