特許 7254217 誘導されたトポグラフィを利用した半導体デバイスウェハの位置ずれを測定するためのシステムと方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-30

(45)【発行日】2023-04-07

(54)【発明の名称】誘導されたトポグラフィを利用した半導体デバイスウェハの位置ずれを測定するためのシステムと方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/14 20060101AFI20230331BHJP

【ＦＩ】

G01B11/14 H

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021573602

(86)(22)【出願日】2020-02-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 US2020018202

(87)【国際公開番号】W WO2020168142

(87)【国際公開日】2020-08-20

【審査請求日】2023-02-10

(31)【優先権主張番号】62/805,737

(32)【優先日】2019-02-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/864,323

(32)【優先日】2019-06-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/870,264

(32)【優先日】2019-07-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ネグリ ダリア

(72)【発明者】

【氏名】マナッセン アムノン

(72)【発明者】

【氏名】ラレド ジラド

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／００２３８５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１７１４６１６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００２－０５０５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２８６３９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２２２０８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第６９９２７６４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２００９／１２６９１０（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｂ １１／０２

Ｇ０１Ｂ １１／１４

Ｇ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体デバイスウェハの製造の位置ずれを測定する方法であって、
少なくとも第１の層及び第２の層を含む多層半導体デバイスウェハであって、前記ウェハがその上に形成された少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットを含み、前記ターゲットが前記第１の層と一緒に形成されて第１のピッチを有する第１の周期構造及び、前記第２の層と一緒に形成されて第２のピッチを有する第２の周期構造を含んでいる、多層半導体デバイスウェハを供給することと、
前記第１の層と前記第２の層を、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用する位置ずれ計測ツールを用いて第１の方向で撮像し、前記第１の周期構造の画像及び前記第２の周期構造の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させることと、
前記第１の周期構造及び前記第２の周期構造の、前記第１の方向における前記撮像の結果を分析し、それによって第１の分析結果を生成することと、
前記第１の層と前記第２の層を、前記少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用する前記位置ずれ計測ツールを用いて第２の方向で撮像し、前記第１の周期構造及び前記第２の周期構造の両方の画像を、前記少なくとも２つの平面に出現させることと、
前記第１の周期構造及び前記第２の周期構造の、前記第２の方向における前記撮像の結果を分析し、それによって第２の分析結果を生成することと、
その後、前記位置ずれ計測ツールの少なくとも１つのパラメータを、前記第１及び前記第２の分析結果に基づきパラメータ調整器を用いて調整することであり、前記少なくとも１つのパラメータはツールに起因するシフトノブの設定を含み、
その後、前記第１の層と前記第２の層との間の位置ずれを測定することと、を含む、
方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つのパラメータは、前記位置ずれ測定の不十分なテレセントリック性に起因する位置ずれ測定の誤差を相殺するように動作する、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項3】

前記第１の分析結果と前記第２の分析結果との間の差を計算することを更に含む、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つのパラメータは、第１の軸に沿って測定された位置ずれと、第２の軸に沿って測定された位置ずれに対して、別々に調整される、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項5】

前記第１の方向と前記第２の方向は、１８０°異なる、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項6】

前記第１の周期構造の前記画像はタルボ画像である、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項7】

前記第１の周期構造の前記画像はタルボ画像であり、前記第２の周期構造の前記画像はタルボ画像である、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項8】

前記第１の層及び前記第２の層の前記撮像は、単一の撮像装置によって実行される、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項9】

前記第１の層の前記撮像は、第１の撮像装置によって実行され、前記第２の層の前記撮像は、第２の撮像装置によって実行される、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項10】

前記多層半導体デバイスウェハは、少なくとも第３の層を含み、前記少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットは、前記少なくとも第３の層と一緒に形成されて第３のピッチを有する少なくとも第３の周期構造を含み、前記方法は、
前記第１の層と前記第３の層を、少なくとも１つの第３の波長を有する光を使用する前記位置ずれ計測ツールを用いて前記第１の方向で撮像し、前記第１の層及び前記第３の層の両方の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された前記少なくとも２つの平面に出現させることと、
前記第１の層及び前記第３の層の、前記第１の方向における前記撮像の結果を分析し、それによって第３の分析結果を生成することと、
前記第１の層と前記第３の層を、前記少なくとも１つの第３の波長を有する光を使用する前記位置ずれ計測ツールを用いて前記第２の方向で撮像し、前記第１の層及び前記第３の層の両方の画像を、前記少なくとも２つの平面に出現させることと、
前記第１の層及び前記第３の層の、前記第２の方向における前記撮像の結果を分析し、それによって第４の分析結果を生成することと、を更に含む、請求項１に記載の位置ずれを測定する方法。

【請求項11】

半導体デバイスウェハの製造の位置ずれを測定するためのシステムであって、
少なくとも１つの撮像装置であって、第１及び第２の方向の両方で多層半導体デバイスウェハの少なくとも第１の層及び第２の層を撮像するように構成され、前記ウェハはその上に形成された少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットを含み、前記ターゲットは前記第１の層と一緒に形成されて第１のピッチを有する第１の周期構造及び前記第２の層と一緒に形成されて第２のピッチを有する第２の周期構造を含み、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して、前記第１の周期構造の画像及び前記第２の周期構造の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させる、少なくとも１つの撮像装置と、
パラメータ調整器であって、
前記第１の層と前記第２の層の前記第１の方向における撮像の結果を分析し、それによって第１の分析結果を生成し、
前記第１の層と前記第２の層の前記第２の方向における撮像の結果を分析し、それによって第２の分析結果を生成し、
前記第１の方向と前記第２の方向の前記分析結果に基づいて前記システムの少なくとも１つのパラメータを調整するように構成され、前記少なくとも１つのパラメータはツールに起因するシフトノブの設定を含む、パラメータ調整器と、を含む、
システム。

【請求項12】

前記少なくとも１つのパラメータは、位置ずれ測定の間の前記システムの不十分なテレセントリック性に起因する位置ずれ測定の誤差を相殺するように動作する、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項13】

前記パラメータ調整器は、前記第１の分析結果と前記第２の分析結果との間の差を計算するように更に動作する、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項14】

前記パラメータ調整器は、前記少なくとも１つのパラメータを、第１の軸に沿って測定された位置ずれと第２の軸に沿って測定された位置ずれに対して、別々に調整する、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項15】

前記第１の方向と前記第２の方向は、１８０°異なる、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項16】

前記第１の周期構造の前記画像はタルボ画像である、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項17】

前記第１の周期構造の前記画像はタルボ画像であり、前記第２の周期構造の前記画像はタルボ画像である、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項18】

前記少なくとも１つの撮像装置は、単一の撮像装置を含む、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項19】

前記少なくとも１つの撮像装置は、前記第１の層を撮像するように構成される第１の撮像装置と、前記第２の層を撮像するように構成される第２の撮像装置とを含む、請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【請求項20】

前記多層半導体デバイスウェハは、少なくとも第３の層を含み、前記少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットは、前記少なくとも第３の層と一緒に形成されて第３のピッチを有する少なくとも第３の周期構造を含み、ここで、
前記撮像装置は、前記多層半導体デバイスウェハの少なくとも前記第１の層と前記第３の層を、第１及び第２の方向の両方で撮像するように構成され、前記撮像装置は、少なくとも１つの第３の波長を有する光を使用して、前記第１の周期構造及び前記第３の周期構造の両方の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させ、
前記パラメータ調整器は、前記第１の周期構造及び前記第３の周期構造の前記撮像の結果を分析し、それにより、分析結果を生成し、前記第１の周期構造と前記第３の周期構造の前記分析結果に基づいて前記システムの少なくとも１つのパラメータを調整する、
請求項１１に記載の位置ずれを測定するシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に、半導体デバイスの製造における位置ずれの測定に関する。

【背景技術】

【0002】

（関連出願の相互参照）
２０１９年７月３日に出願され、「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＭＩＳＲＥＧＩＳＴＲＡＴＩＯＮ ＩＮ ＴＨＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ ＯＦ ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＩＣ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥ ＷＡＦＥＲＳ」と題された米国仮特許出願第６２／８７０，２６４号、２０１９年２月１４日に出願され、「ＴＡＲＧＥＴ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＩＣ ＯＶＥＲＬＡＹ ＴＡＲＧＥＴＳ」と題された米国仮特許出願第６２／８０５，７３７号、及び、２０１９年６月２０日に出願され、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＭＩＳＲＥＧＩＳＴＲＡＴＩＯＮ ＩＮ ＴＨＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ ＯＦ ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＩＣ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥ ＷＡＦＥＲＳ」と題された米国仮特許出願第６２／８６４，３２３号を参照し、それらの開示の全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0003】

出願人の以下の特許及び特許出願もまた参照され、それらは本出願の主題に関連し、それらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
「ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＩＣ ＰＨＡＳＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＯＲ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ」と題された国際公開第２０１６／１８７４６８号パンフレット、
「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＭＵＬＴＩ－ＣＨＡＮＮＥＬ ＴＵＮＡＢＬＥ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＦＲＯＭ Ａ ＢＲＯＡＤ－ＢＡＮＤ ＳＯＵＲＣＥ」と題された国際公開第２０１８／０３４９０８号パンフレット、及び、
「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ ＷＩＴＨ ＬＡＹＥＲ－ＳＰＥＣＩＦＩＣ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＰＥＣＴＲＡ」と題された国際公開第２０１８／１８７１０８号パンフレット。

【0004】

様々な方法及びシステムが、半導体デバイスの製造における位置ずれの測定に対して周知である。オーバレイ測定では、前のプロセス層と現在のレジスト層との間の位置ずれが測定される。３ＤＮＡＮＤ及びＤＲＡＭなどの多くのターゲットでは、これらの層間の垂直距離は数ミクロンであり得る。

【0005】

二重グラブ(grab)は、オーバレイ測定のために以前に実行された。第１の層は、第１のグラブにおいて適切な焦点で撮像され、第２の層は、第２のグラブにおいて適切な焦点で撮像される。しかし、二重グラブで全測定不確かさ（ＴＭＵ）要件をサポートするために、集束機構は完全にテレセントリックである必要があり、ＸＹＺステージはノイズレスであり、ドリフトがないことを要する。これらの仕様を満たすのは難しい場合があるため、仕様は通常、緩和される。

【0006】

別の以前の例では、集光開口数（ＮＡ）は減少されて、オーバレイ測定中の焦点深度を増加させた。しかし、集光ＮＡを減らして焦点深度を増やすと、システムの解像度が低下し、より大きなピッチとターゲットサイズの増加が必要になる場合がある。加えて、光学システムを通過する光の透過率が低下する可能性があり、スループットを低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１６／１８７４６８号

【文献】国際公開第２０１８／０３４９０８号

【文献】国際公開第２０１８／１８７１０８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

位置ずれ測定の改善されたシステム及び方法が必要とされる。

【0009】

本発明は、半導体デバイスの製造における位置ずれを測定するための改善された方法及びシステムを提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

したがって、本発明の一実施形態によれば、半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定する方法が提供され、方法は、少なくとも第１の層及び第２の層を含む多層半導体デバイスウェハであって、ウェハがその上に形成され、第１の層と一緒に形成されて第１のピッチを有する第１の周期構造及び、第２の層と一緒に形成されて第２のピッチを有する第２の周期構造を含んでいる少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットを含んでいる、多層半導体デバイスウェハを供給することと、第１の層と第２の層を、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用する位置ずれ計測ツールを用いて、第１の方向で撮像し、第１の周期構造及び第２の周期構造の両方の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させることと、第１の周期構造及び第２の周期構造の、第１の方向における撮像の結果を分析し、それによって第１の分析結果を生成することと、第１の層と第２の層を、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用する位置ずれ計測ツールを用いて第２の方向で撮像し、第１の周期構造及び第２の周期構造の両方の画像を、少なくとも２つの平面に出現させることと、第１の周期構造及び第２の周期構造の、第２の方向における撮像の結果を分析し、それによって第２の分析結果を生成することと、その後、位置ずれ計測ツールの少なくとも１つのパラメータを、第１及び第２の分析結果に基づいて調整することと、その後、第１の層と第２の層との間の位置ずれを測定することとを含む。

【0011】

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのパラメータは、位置ずれ測定の不十分なテレセントリック性に起因する位置ずれ測定の誤差を相殺するように動作する。少なくとも１つのパラメータは、ツールに起因するシフトノブの設定を含む。

【0012】

本発明の一実施形態によれば、方法はまた、第１の分析結果と第２の分析結果との間の差を計算することを含む。

【0013】

少なくとも１つのパラメータは、第１の軸に沿って測定された位置ずれと、第２の軸に沿って測定された位置ずれに対して、別々に調整される。本発明の一実施形態によれば、第１の方向と第２の方向は、１８０°異なる。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、第１の周期構造の画像はタルボ画像である。代替的に、本発明の一実施形態によれば、第１の周期構造の画像はタルボ画像であり、第２の周期構造の画像はタルボ画像である。

【0015】

本発明の一実施形態によれば、第１の層及び第２の層の撮像は、単一の撮像装置によって実行される。代替的に、本発明の一実施形態によれば、第１の層の撮像は、第１の撮像装置によって実行され、第２の層の撮像は、第２の撮像装置によって実行される。

【0016】

本発明の一実施形態によれば、多層半導体デバイスウェハは、少なくとも第３の層を含み、少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットは、少なくとも第３の層と一緒に形成されて第３のピッチを有する少なくとも第３の周期構造を含み、ここで、方法は、第１の層と第３の層を、少なくとも１つの第３の波長を有する光を使用する位置ずれ計測ツールを用いて第１の方向で撮像し、第１の層及び第３の層の両方の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させることと、第１の層及び第３の層の、第１の方向における撮像の結果を分析し、それによって第３の分析結果を生成することと、第１の層と第３の層を、少なくとも１つの第３の波長を有する光を使用する位置ずれ計測ツールを用いて第２の方向で撮像し、第１の層及び第３の層の両方の画像を、少なくとも２つの平面に出現させることと、第１の層及び第３の層の、第２の方向における撮像の結果を分析し、それによって第４の分析結果を生成することとを更に含む。

【0017】

本発明の別の実施形態によれば、半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定するためのシステムが更に提供され、システムは、少なくとも１つの撮像装置であって、第１及び第２の方向の両方で多層半導体デバイスウェハの少なくとも第１の層及び第２の層を撮像し、ウェハはその上に形成された少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲットを含み、ターゲットは第１の層と一緒に形成されて第１のピッチを有する第１の周期構造及び第２の層と一緒に形成されて第２のピッチを有する第２の周期構造を含み、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して、第１の周期構造及び第２の周期構造の両方の画像を、０．２μｍを超える垂直距離によって相互に分離された少なくとも２つの平面に出現させる、少なくとも１つの撮像装置と、第１の層と第２の層の第１の方向における撮像の結果を分析し、それによって第１の分析結果を生成し、第１の層と第２の層の第２の方向における撮像の結果を分析し、それにより、第２の分析結果を生成し、分析結果に基づいてシステムの少なくとも１つのパラメータを調整するパラメータ調整器とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0018】

本発明は、図面と併せて、以下の詳細な説明からより完全に理解及び評価されるであろう。

【図1】半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定するためのシステムの一実施形態の簡略化された概略図である。

【図2】半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定するためのシステムの更なる実施形態の簡略化された概略図である。

【図3】半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを、図１又は図２の半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定するためのシステムのいずれかを利用して測定する方法を示す簡略化されたフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本明細書に記載するシステム及び方法は、半導体デバイスの製造プロセスの一部を形成する図１～図３を参照して理解され、図１～図３を参照して本明細書に記載するシステム及び方法によって測定された位置ずれを使用して、半導体デバイスの製造プロセスを調整し、製造されている半導体デバイスの様々な層をより厳密に位置合わせする。

【0020】

ここで、図１及び図２を参照すると、これらは半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定するためのシステムの実施形態の簡略化された概略図である。図１は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって示される３つの異なる次元の図を含み、３つの次元は、以後、それぞれ、ｘ－ｙ平面、ｘ－ｚ平面、及びｙ－ｚ平面と呼ばれる。図１は一般的にｘ－ｙ平面を示し、図１の拡大図Ａ、Ｂ及びＣはｘ－ｚ平面に平行な平面を示していることに留意する。

【0021】

図１に見られるように、第１の実施形態では、システム１００は、撮像装置１１０、ｘ方向のオフセットを定量化するための第１のオフセット量子化器１１８、及びｙ方向のオフセットを定量化するための第２のオフセット量子化器１２０を含む。本明細書で使用される場合、撮像装置１１０は照明システムの一部であることに留意する。典型的な撮像装置１１０、オフセット量子化器１１８、及びオフセット量子化器１２０は、位置ずれ計測ツールに含まれる撮像装置及びオフセット量子化器であり、例えば、ＰＣＴ公開国際公開第２０１６／１８７４６８号パンフレット、国際公開第２０１８／０３４９０８号パンフレット、及び国際公開第２０１８／１８７１０８号パンフレットに記載されているものであり、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。撮像装置１１０は、低照度の開口数、例えば０．３未満又は０．２未満を有することに留意する。

【0022】

図１に示される例示された実施形態では、第１のオフセット量子化器１１８及び第２のオフセット量子化器１２０はハードウェア構成要素として示され、そのように実装され得るが、それらはソフトウェア構成要素として実装される場合があることが理解される。更に、システム１００は、ツールに起因するシフト（ＴＩＳ）ノブ１２１を含み、それは位置ずれ測定におけるＴＩＳ誤差、特にシステム１００による位置ずれ測定の不十分なテレセントリック性に起因するＴＩＳ誤差を相殺するように調整され得ることに更に留意する。ＴＩＳノブ１２１は、ｘ方向とｙ方向のＴ１Ｓ誤差を無関係に相殺するように動作され得る。図１に示される例示された実施形態では、ＴＩＳノブ１２１は、ハードウェア構成要素として示され、そのように実装され得るが、ソフトウェア構成要素として実装される場合があることが理解される。

【0023】

撮像装置１１０は、少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲット１３０を含む多層半導体デバイスウェハ上に形成された、少なくとも第１の層１２２及び第２の層１２４を撮像するように動作する。

【0024】

一例では、撮像装置１１０は、照明源を含んで照明ビームを生成し得る。照明ビームは、１つ以上の選択された波長の光を含み得て、限定するものではないが、真空紫外線（ＶＵＶ）、深紫外線（ＤＵＶ）、紫外線（ＵＶ）放射、可視光線、又は赤外線（ＩＲ）放射を含む。照明源は、選択された波長の任意の範囲を含む照明ビームを更に生成し得る。別の実施形態では、照明源は、スペクトル的に同調可能な照明源を含み得て、同調可能なスペクトルを有する照明ビームを生成する。

【0025】

撮像装置１１０はまた、照明経路を含むか、又はそれらと結合され得て、例えば、照明ビームを変更及び／又は調整するのに適した１つ以上のレンズ又は追加の光学部品を備える照明経路である。例えば、１つ以上の光学部品は、限定するものではないが、１つ以上の偏光子、１つ以上のフィルタ、１つ以上のビームスプリッタ、１つ以上の拡散器、１つ以上のホモジナイザ、１つ以上のアポダイザ、又は１つ以上のビームシェイパを含んでもよい。別の例として、１つ以上の光学部品は、サンプル上の照明の角度を制御するための開口絞り、及び／又はサンプル上の照明の空間的範囲を制御するための視野絞りを含み得る。多層半導体デバイスウェハは、サンプルステージ上に配置され得る。サンプルステージは、多層半導体デバイスウェハを配置するのに適した任意のデバイスを含み得る。例えば、サンプルステージは、線形並進ステージ、回転ステージ、傾き／傾斜ステージなどの任意の組み合わせを含み得る。

【0026】

別の実施形態では、撮像装置１１０は、多層半導体デバイスウェハから発する放射線を、集光経路を介してキャプチャするように構成された検出器を含むか、又は検出器と結合される。例えば、集光経路は、限定するものではないが、集光レンズ（例えば、対物レンズ）又は１つ以上の追加の集光経路レンズを含み得る。集光経路は、任意の数の光学要素を更に含み得て、対物レンズによって集められた照明を方向付け、及び／又は変更し、対物レンズは限定するものではないが、１つ以上の集光経路レンズ、１つ以上のフィルタ、１つ以上の偏光子、又は１つ以上のビームブロックを含む。加えて、集光経路は、検出器上に撮像されたサンプルの空間的範囲を制御するための視野絞り、又は検出器上で画像を生成するために使用されるサンプルからの照明の角度範囲を制御するための開口絞りを含み得る。別の例として、検出器は、多層半導体デバイスウェハから反射又は散乱された（例えば、鏡面反射、拡散反射などを介して）放射線を受け取ることができる。別の例として、検出器は、多層半導体デバイスウェハによって生成された放射線（例えば、照明ビームの吸収に関連する発光など）を受け取ることができる。

【0027】

検出器は、多層半導体デバイスウェハから受け取った照明を測定するのに適した当技術分野で既知の任意のタイプの光学検出器を含んでもよい。例えば、検出器は、限定するものではないが、ＣＣＤ検出器、ＴＤＩ検出器、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などを含み得る。別の実施形態では、検出器は、サンプルから発する放射線の波長を識別するのに適した分光検出装置を含み得る。別の実施形態では、撮像装置１１０は、複数の検出器（例えば、１つ以上のビームスプリッタによって生成される複数のビーム経路に関連付けられ、撮像装置１１０による複数の計測測定を容易にする）を含み得る。

【0028】

第１の層１２２及び第２の層１２４は、一例では、それらがｚ方向に０μｍ～０．２μｍの垂直距離によって相互に分離されるように形成され得ることが理解される。第１の層１２２と第２の層１２４との間の材料は、ｎで示される屈折率を有し得て、少なくとも部分的に光子に対して透明である。

【0029】

図１の拡大図Ａ、Ｂ及びＣは、ｘ-ｚ平面に平行な平面におけるターゲット１３０の断面拡大を示す。ターゲット１３０が形成される半導体デバイスウェハの他の特徴は示されていないことに留意する。

【0030】

位置ずれ測定ターゲット１３０は、第１の周期構造１４０を含み得て、それは第１の層１２２と一緒に形成され、Ｎと示される第１のピッチによって特徴付けられ、平面１４１にある。位置ずれ測定ターゲット１３０は、第２の周期構造１４２を更に含み、それは第２の層１２４と一緒に形成され、Ｐと示される第２のピッチによって特徴付けられ、平面１４４にある。

【0031】

明確にするために、図１では、平面１４１及び１４４が、それぞれ、第１及び第２の層１２２及び１２４の上面に示されるが、平面１４１及び１４４は、それぞれの層１２２及び１２４内にある任意の平面であり得て、それらはそれぞれ、第１及び第２の層１２２及び１２４の上面に平行であることが理解される。

【0032】

ターゲット１３０は、２つの周期構造セット１４６及び２つの周期構造セット１４８を含み得て、周期構造セット１４６及び１４８のそれぞれは、周期構造１４０及び１４２の両方を含むことに留意する。周期構造セット１４６及び１４８は、異なる相互に直交する方向でターゲット１３０に出現し、ターゲット１３０に回転対称性を与える。本発明の一実施形態では、それらの方向に関して以外は、周期構造セット１４６及び１４８のそれぞれは、互いに同一であり得る。本発明の別の実施形態では、周期構造セット１４６に含まれる周期構造１４０及び１４２は、周期構造セット１４８に含まれる周期構造１４０及び１４２とは異なるピッチを有する。

【0033】

撮像装置１１０は、少なくとも１つの波長λ_１を有する光を使用することができ、それは特に図１の拡大図Ａ及びＢに見られるように、第１の周期構造１４０の少なくとも１つのタルボ画像１５０を、第１の周期構造１４０の直ぐ下で平面１５２に出現させる。平面１５２はｘ－ｙ平面に平行であり、タルボ画像１５０は第１の周期構造１４０の直ぐ下で平面１５２にあるため、タルボ画像１５０は、図１の中央領域では見られず、図１はターゲット１３０のｘ－ｙ平面図を示すことが理解される。

【0034】

本発明の一実施形態では、タルボ画像１５０を含む平面１５２は、タルボ効果のために、Ｄで示される垂直距離で、平面１４１からｚ方向に出現する。図１の拡大図Ａ及びＢでは、タルボ画像１５０は厚みがあるものとして示されているが、タルボ画像１５０はｚ方向に厚みがないことが理解される。タルボ画像１５０は、第１の周期構造１４０の直ぐ下に出現するため、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第２の周期構造１４２と第１の周期構造１４０との間のオフセットは、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第２の周期構造１４２とタルボ画像１５０との間のオフセットと同一であることが更に理解される。

【0035】

第１の周期構造１４０の平面１４１とタルボ画像１５０の平面１５２との間の垂直距離Ｄは、撮像装置１１０によって使用される光の波長λ_１によって、ならびに第１の周期構造１４０のピッチＮによって、及び第１の周期構造１４０とタルボ画像１５０との間の材料の屈折率ｎによって部分的に決定される。垂直距離Ｄ、波長λ_１、ピッチＮ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式１で定義される。

【数1】

【0036】

本発明の一実施形態では、ピッチＮ及び波長λ_１は、平面１５２及び１４４が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離１５６によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム１００によって行われる位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。本発明の一実施形態では、撮像装置１１０は、２つ以上の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像する。

【0037】

例えば、第１の層１２２と第２の層１２４が０．１μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像１５０と第２の周期構造１４２との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第１の周期構造１４０のピッチＮは１．０μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、８００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光でターゲット１３０を撮像し、その結果、平面１５２は平面１４４の１．５６μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。

【0038】

別の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が０．０５μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像１５０と第２の周期構造１４２との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第１の周期構造１４０のピッチＮは、１．６μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、８００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光でターゲット１３０を撮像し、その結果、平面１５２は平面１４４の６．０５μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。

【0039】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器１１８及び１２０は、タルボ画像１５０の画像と第２の周期構造１４２の画像間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム１００は、第１の層１２２と第２の層１２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ１２１の調整に有用なデータを提供する。

【0040】

パラメータ調整器は、ＴＩＳノブ１２１を調整するモジュールを含み得て、ＴＩＳノブ１２１は位置ずれ測定におけるＴＩＳ誤差を相殺するように調整する。

【0041】

オフセット量子化器１１８と１２０、及び／又はパラメータ調整器は、メモリ媒体上に維持されたプログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサ上で実行されるソフトウェア構成要素であり得る。これに関して、１つ以上のプロセッサは、本開示全体を通して説明される様々なプロセスステップのいずれかを実行してもよい。更に、プロセッサは、データを受信するように構成され得て、データは、限定するものではないが、計測データ（例えば、アライメント測定結果、ターゲットの画像、瞳像など）又は計測メトリック（例えば、精度、ツールに起因するシフト、感度、回折効率など）を含む。例えば、プロセッサは、撮像装置１１０からデータを受信し得る。１つ以上のプロセッサは、当技術分野で周知の任意の処理要素を含んでもよい。この意味で、１つ以上のプロセッサは、アルゴリズム及び／又は命令を実行するように構成された任意のマイクロプロセッサタイプのデバイスを含み得る。一実施形態では、１つ以上のプロセッサは、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、又は撮像装置１１０を作動するように構成されたプログラムを実行するように構成される任意の他のコンピュータシステム（例えば、ネットワークコンピュータ）の一部であり得る。「プロセッサ」という用語は、１つ以上の処理要素を有する任意のデバイスを包含するように広く定義され得て、それは非一時的なメモリ媒体からプログラム命令を実行することが更に認識される。

【0042】

代替的に、撮像装置１１０は、特に図１の拡大図Ａ及びＣに見られるように、少なくとも１つの波長λ_２を有する光を使用して、第２の周期構造１４２の少なくとも１つのタルボ画像１６０を第２の周期構造１４２の直ぐ上に、平面１６２において出現させ得る。平面１６２はｘ－ｙ平面に平行であり、タルボ画像１６０は第２の周期構造１４２に、平面１６２において直接重なるため、第２の周期構造１４２は、図１の中央領域では見ることができず、図１はターゲット１３０のｘ－ｙ平面図を示すことが理解される。

【0043】

本発明の一実施形態では、タルボ画像１６０を含む平面１６２は、タルボ効果のために、Ｅで示される垂直距離で、平面１４４からｚ方向に出現する。図１の拡大図Ａ及びＣでは、タルボ画像１６０は厚みを有するものとして示されているが、タルボ画像１６０は、ｚ方向に厚みがないことが理解される。タルボ画像１６０は、第２の周期構造１４２の上に直接出現するため、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第１の周期構造１４０と第２の周期構造１４２との間のオフセットは、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第１の周期構造１４０とタルボ画像１６０との間のオフセットと同一であることが更に理解される。

【0044】

第２の周期構造１４２の平面１４４とタルボ画像１６０の平面１６２との間の垂直距離Ｅは、撮像装置１１０によって使用される光の波長λ_２によって、ならびに第２の周期構造１４２のピッチＰによって、及び第２の周期構造１４２とタルボ画像１６０との間の材料の屈折率ｎによって決定される。垂直距離Ｅ、波長λ_２、ピッチＰ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式２で定義される。

【数2】

【0045】

本発明の一実施形態では、ピッチＰ及び波長λ_２は、平面１６２及び１４１が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離１６６によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム１００によって行われる位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。本発明の一実施形態では、撮像装置１１０は、２つ以上の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像する。

【0046】

例えば、第１の層１２２と第２の層１２４が０．１５μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の周期構造１４０とタルボ画像１６０との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第２の周期構造１４２のピッチＰは１．２４μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、７００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光でターゲット１３０を撮像し、その結果、平面１６２は平面１４１の３．０７μｍ上のｘ－ｙ平面に出現する。

【0047】

別の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が０．１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の周期構造１４０とタルボ画像１６０との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第２の周期構造１４２のピッチＰは、１．０μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、８００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光でターゲット１３０を撮像し、その結果、平面１６２は平面１４４の２．１μｍ上のｘ－ｙ平面に出現する。

【0048】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器１１８及び１２０は、第１の周期構造１４０の画像とタルボ画像１６０の画像間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム１００は、第１の層１２２と第２の層１２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ１２１の調整に有用なデータを提供する。

【0049】

本発明の追加の実施形態では、ピッチＮ及びピッチＰは、撮像装置１１０が少なくとも１つの波長λ_３を使用する場合、タルボ画像１５０及び１６０が、それぞれ平面１５２及び１６２に出現するように選択され、これら平面は、それぞれ、第１及び第２の層１２２及び１２４からのそれぞれの垂直距離Ｄ及びＥにある。そのような場合、垂直距離Ｄ及びＥは、平面１５２及び１６２が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離１６８によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム１００によって行われた位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。

【0050】

垂直距離Ｄ、波長λ_３、ピッチＮ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式３で定義される。

【数3】

【0051】

垂直距離Ｅ、波長λ_３、ピッチＰ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式４で定義される。

【数4】

【0052】

本発明の１つの実施形態では、撮像装置１１０は、２つ以上の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像する。

【0053】

例えば、第１の層１２２及び第２の層１２４が０．１μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像１５０とタルボ画像１６０との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第１の周期構造１４０のピッチＮは、１．０μｍであるように選択され、第２の周期構造１４２のピッチＰは、１．６μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、８００ｎｍの波長を有する光でターゲット１３０を撮像する。したがって、平面１５２は、１．４６μｍの垂直距離Ｄで第１の層１２２の下に出現し、平面１６２は、４．３８μｍの垂直距離Ｅで第２の層１２４の上に出現する。したがって、タルボ画像１５０及びタルボ画像１６０は５．９４μｍ離れている。

【0054】

追加の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が０．０２μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像１５０とタルボ画像１６０との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第１の周期構造１４０のピッチＮは、１．０μｍであるように選択され、第２の周期構造１４２のピッチＰは、１．６μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、８００ｎｍの波長を有する光でターゲット１３０を撮像する。したがって、平面１５２は、２．０μｍの垂直距離Ｄで第１の層１２２の下に出現し、平面１６２は、６．０μｍの垂直距離Ｅで第２の層１２４の上に出現する。

【0055】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器１１８及び１２０は、タルボ画像１５０の画像とタルボ画像１６０の画像間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム１００は、第１の層１２２と第２の層１２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ１２１の調整に有用なデータを提供する。

【0056】

図１を参照して本明細書に記載されるシステム１００は、３つ以上の層を有するターゲットを形成することを含む製造プロセスにおいても使用され得ることを理解する。システム１００が３つ以上の層を有するターゲットを含む場合、ターゲットの各層は、位置ずれが測定される半導体デバイスウェハの対応する層と一緒に形成された１つの周期構造を含む。そのようなターゲットは、２つの周期構造セットを含み得て、各周期構造セットは、ターゲット内のすべての周期構造を含むことに留意する。ターゲットを形成する、２つの周期構造セットのそれぞれは、異なる相互に直交する方向に形成され得て、ターゲットに回転対称性を付与する。それらの方向に関する以外に、周期構造セットのそれぞれは互いに同一であり得ることが理解される。そのような多層半導体デバイスウェハの任意の２つの層の位置ずれは、本明細書に記載されるように、それらの２つの層上の周期構造の位置ずれを比較することによってシステム１００によって測定され得ることが理解される。

【0057】

ここで図２に目を向けると、図２は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって示される３つの異なる次元の図を含むことが分かり、これらの３つの次元は、以下、それぞれ、ｘ－ｙ平面、ｘ－ｚ平面、及びｙ－ｚ平面と呼ばれる。図２は一般的にｘ-ｙ平面を示し、図２の拡大図Ａ、Ｂ及びＣはｘ-ｚ平面に平行な平面を示すことに留意する。

【0058】

図２に見られるように、第１の実施形態では、システム２００は、第１の撮像装置２１０、第２の撮像装置２１２、ｘ方向のオフセットを定量化するための第１のオフセット量子化器２１８、及びｙ方向のオフセットを定量化するための第２のオフセット量子化器２２０を含む。本明細書で使用される場合、撮像装置２１０は照明システムの一部であることに留意する。典型的な第１の撮像装置２１０、第２の撮像装置２１２、オフセット量子化器２１８、及びオフセット量子化器２２０は、位置ずれ計測ツールに含まれる撮像装置及びオフセット量子化器であり、例えば、ＰＣＴ公開国際公開第２０１６／１８７４６８号パンフレット、国際公開第２０１８／０３４９０８号パンフレット、及び国際公開第２０１８／１８７１０８号パンフレットに記載されているものであり、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。第１の撮像装置２１０及び第２の撮像装置２１２は両方とも、低照度の開口数、例えば０．３未満又は０．２未満を有することに留意する。第１の撮像装置２１０及び第２の撮像装置２１２は、撮像装置１１０に類似し得る。第１のオフセット量子化器２１８及び第２のオフセット量子化器２２０は、第１のオフセット量子化器１１８及び第２のオフセット量子化器１２０に類似し得る。

【0059】

図２に示される例示された実施形態では、第１のオフセット量子化器２１８及び第２のオフセット量子化器２２０はハードウェア構成要素として示され、そのように実装され得るが、それらはソフトウェア構成要素として実装される場合があることが理解される。更に、システム２００は、ツールに起因するシフト（ＴＩＳ）ノブ２２１を含み、それは位置ずれ測定におけるＴＩＳ誤差、特にシステム２００による位置ずれ測定の不十分なテレセントリック性に起因するＴＩＳ誤差を相殺するように調整され得ることに更に留意する。ＴＩＳノブ２２１は、ｘ方向とｙ方向のＴ１Ｓ誤差を無関係に相殺するように動作され得る。図２に示される例示された実施形態では、ＴＩＳノブ２２１は、ハードウェア構成要素として示され、そのように実装され得るが、ソフトウェア構成要素として実装される場合があることが理解される。

【0060】

第１の撮像装置２１０は、少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲット２３０を含む多層半導体デバイスウェハ上に形成された、少なくとも第１の層２２２を撮像するように動作する。第２の撮像装置２１２は、少なくとも１つの位置ずれ測定ターゲット２３０を含む多層半導体デバイスウェハ上に形成された、少なくとも第２の層２２４を撮像するように動作する。

【0061】

第１の層２２２及び第２の層２２４は、それらがｚ方向に０μｍ～０．２μｍの垂直距離によって相互に分離されるように形成され得ることが理解される。第１の層２２２と第２の層２２４との間の材料は、ｎで示される屈折率を有し得て、少なくとも部分的に光子に対して透明である。

【0062】

図２の拡大図Ａ、Ｂ及びＣは、ｘ-ｚ平面に平行な平面におけるターゲット２３０の断面拡大を示す。ターゲット２３０が形成される半導体デバイスウェハの別の特徴は示されていないことに留意する。

【0063】

位置ずれ測定ターゲット２３０は、第１の周期構造２４０を含み得て、それは第１の層２２２と一緒に形成され、Ｑと示される第１のピッチによって特徴付けられ、平面２４１にある。位置ずれ測定ターゲット２３０は、第２の周期構造２４２を更に含み、それは第２の層２２４と一緒に形成され、Ｒと示される第２のピッチによって特徴付けられ、平面２４４にある。

【0064】

明確にするために、図２では、平面２４１及び２４４が、それぞれ、第１及び第２の層２２２及び２２４の上面に示されるが、平面２４１及び２４４は、それぞれの層２２２及び２２４内にある任意の平面であり得て、それらはそれぞれ、第１及び第２の層２２２及び２２４の上面に平行であることを理解する。

【0065】

ターゲット２３０は、２つの周期構造セット２４６及び２つの周期構造セット２４８を含み得て、周期構造セット２４６及び２４８のそれぞれは、周期構造２４０及び２４２の両方を含むことに留意する。周期構造セット２４６及び２４８は、異なる相互に直交する方向でターゲット２３０に出現し、ターゲット２３０に回転対称性を与える。本発明の一実施形態では、それらの方向に関して以外は、周期構造セット２４６及び２４８のそれぞれは、互いに同一であり得る。本発明の別の実施形態では、周期構造セット２４６に含まれる周期構造２４０及び２４２は、周期構造セット２４８に含まれる周期構造２４０及び２４２とは異なるピッチを有する。

【0066】

第１の撮像装置２１０は、少なくとも１つの波長λ_４を有する光を使用することができ、それは特に図２の拡大図Ａ及びＢに見られるように、第１の周期構造２４０の少なくとも１つのタルボ画像２５０を、第１の周期構造２４０の直ぐ下に平面２５２において出現させる。平面２５２はｘ－ｙ平面に平行であり、タルボ画像２５０は第１の周期構造２４０の直ぐ下で平面２５２にあるため、タルボ画像２５０は、図２の中央領域では見られず、図２はターゲット２３０のｘ－ｙ平面図を示すことが理解される。

【0067】

本発明の一実施形態では、タルボ画像２５０を含む平面２５２は、タルボ効果のために、Ｆで示される垂直距離で、平面２４１からｚ方向に出現する。図２の拡大図Ａ及びＢでは、タルボ画像２５０は厚みがあるものとして示されているが、タルボ画像２５０はｚ方向に厚みがないことが理解される。タルボ画像２５０は、第１の周期構造２４０の直ぐ下に出現するため、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第２の周期構造２４２と第１の周期構造２４０との間のオフセットは、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第２の周期構造２４２とタルボ画像２５０との間のオフセットと同一であることが更に理解される。

【0068】

第１の周期構造２４０の平面２４１とタルボ画像２５０の平面２５２との間の垂直距離Ｆは、第１の撮像装置２１０によって使用される光の波長λ_４によって、ならびに第１の周期構造２４０のピッチＱによって、及び第１の周期構造２４０とタルボ画像２５０との間の材料の屈折率ｎによって決定される。垂直距離Ｆ、波長λ_４、ピッチＱ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式５で定義される。

【数5】

【0069】

本発明の一実施形態では、ピッチＱ及び波長λ_４は、平面２５２及び２４４が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離２５６によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム２００によって行われる位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。

【0070】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が０．１μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像２５０と第２の層２２４との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第１の周期構造２４０のピッチＱは０．５８μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、５００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、第２の撮像装置２１２は、任意の適切な波長を有する光で第２の層２２４を撮像し、その結果、平面２５２は平面２４４の１．１μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。

【0071】

別の例として、第１の層２２２と第２の層２２４が０．０７μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像２５０と第２の層２２４との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第１の周期構造２４０のピッチＱは１．０μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、６００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、第２の撮像装置２１２は、任意の適切な波長を有する光で第２の層２２４を撮像し、その結果、平面２５２は平面２４４の２．２６μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。

【0072】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器２１８及び２２０は、第１の撮像装置２１０によって撮影されたタルボ画像２５０の画像と、第２の撮像装置２１２によって撮影された第２の周期構造２４２の画像との間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム２００は、第１の層２２２と第２の層２２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ２２１の調整に有用なデータを提供する。

【0073】

代替的に、第２の撮像装置２１２は、特に図２の拡大図Ａ及びＣに見られるように、少なくとも１つの波長λ_５を有する光を使用して、第２の周期構造２４２の少なくとも１つのタルボ画像２６０を第２の周期構造２４２の直ぐ上で、平面２６２において出現させ得る。平面２６２はｘ－ｙ平面に平行であり、タルボ画像２６０は第２の周期構造２４２に平面２６２において直接重なるため、第２の周期構造２４２は、図２の中央領域では見ることができず、図２はターゲット２３０のｘ－ｙ平面図を示すことが理解される。

【0074】

本発明の一実施形態では、タルボ画像２６０を含む平面２６２は、タルボ効果のために、Ｇで示される垂直距離で、平面２４４からｚ方向に出現する。図２の拡大図Ａ及びＣでは、タルボ画像２６０は厚みを有するものとして示されているが、タルボ画像２６０は、ｚ方向に厚みがないことが理解される。タルボ画像２６０は、第２の周期構造２４２の上に直接出現するため、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第１の周期構造２４０と第２の周期構造２４２との間のオフセットは、１つ以上のｘ－ｙ平面で撮像された場合の、第１の周期構造２４０とタルボ画像２６０との間のオフセットと同一であることが更に理解される。

【0075】

第２の周期構造２４２の平面２４４とタルボ画像２６０の平面２６２との間の垂直距離Ｇは、第２の撮像装置２１２によって使用される光の波長λ_５によって、ならびに第２の周期構造２４２のピッチＲによって、及び第２の周期構造２４２とタルボ画像２６０との間の材料の屈折率ｎによって決定される。垂直距離Ｇ、波長λ_５、ピッチＲ、及び屈折率ｎの間の関係は、方程式６で定義される。

【数6】

【0076】

本発明の一実施形態では、ピッチＲ及び波長λ_５は、平面２６２及び２４１が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離２６６によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム２００によって行われる位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。

【0077】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が０．０５μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２とタルボ画像２６０との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第２の周期構造２４２のピッチＲは１．２μｍであるように選択され、第２の撮像装置２１２は、５５０ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光で第２の層２２４を撮像し、第１の撮像装置２１０は、任意の適切な波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、その結果、平面２６２は平面２４１の３．７μｍ上のｘ－ｙ平面に出現する。

【0078】

別の例として、第１の層２２２と第２の層２２４が０．１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２とタルボ画像２６０との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第２の周期構造２４２のピッチＲは１．０μｍであるように選択され、第２の撮像装置２１２は、６００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する光で第２の層２２４を撮像し、第１の撮像装置２１０は、任意の適切な波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、その結果、平面２６２は平面２４１の３．１μｍ上のｘ－ｙ平面に出現する。

【0079】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器２１８及び２２０は、第２の撮像装置２１２によって撮影されたタルボ画像２６０の画像と、第１の撮像装置２１０によって撮影された第１の周期構造２４０の画像との間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム２００は、第１の層２２２と第２の層２２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ２２１の調整に有用なデータを提供する。

【0080】

本発明の追加の実施形態では、ピッチＱ及びピッチＲは、第１の撮像装置２１０が波長λ_４を使用し、第２の撮像装置２１２が波長λ_５を使用する場合、タルボ画像２５０及び２６０が、それぞれ平面２５２及び２６２に出現するように選択され、これらの平面は、それぞれ、第１及び第２の層２２２及び２２４から、それぞれ垂直距離Ｆ及びＧにある。そのような場合、垂直距離Ｆ及びＧは、平面２５２及び２６２が、ｚ方向において、０．２μｍを超える垂直距離２６８によって相互に分離されるように選択され、それにより、システム２００によって行われた位置ずれ測定のＴＩＳ誤差に対する感度を高める。

【0081】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が１．０μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像２５０とタルボ画像２６０との間の材料の屈折率ｎが１．４６である場合、第１の周期構造２４０のピッチＱは０．５８μｍであるように選択され、第２の周期構造２４２のピッチＲは１．２４μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、５００ｎｍの波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、第２の撮像装置２１２は、７００ｎｍの波長を有する光で第２の層２２４を撮像する。これにより、平面２５２は０．７３μｍの垂直距離Ｆで第１の層２２２の下に出現し、平面２６２は２．９２μｍの垂直距離Ｇで第２の層２２４の上に出現する。

【0082】

更なる例のように、第１の層２２２と第２の層２２４が１．５μｍの垂直距離によって相互に分離され、タルボ画像２５０とタルボ画像２６０との間の材料の屈折率ｎが２．０である場合、第１の周期構造２４０のピッチＱは１．２４μｍであるように選択され、第２の周期構造２４２のピッチＲは１．２μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、７００ｎｍの波長を有する光で第１の層２２２を撮像し、第２の撮像装置２１２は、５５０ｎｍの波長を有する光で第２の層２２４を撮像する。これにより、平面２５２は４．０μｍの垂直距離Ｆで第１の層２２２の下に出現し、平面２６２は５．０μｍの垂直距離Ｇで第２の層２２４の上に出現する。

【0083】

本明細書に記載の２つの例では、オフセット量子化器２１８及び２２０は、第１の撮像装置２１０によって撮影されたタルボ画像２５０の画像と、第２の撮像装置２１２によって撮影されたタルボ画像２６０の画像との間の、それぞれｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定する。したがって、システム２００は、第１の層２２２と第２の層２２４との間の、ＴＩＳ誤差に敏感である位置ずれデータをキャプチャするように動作し、ＴＩＳノブ２２１の調整に有用なデータを提供する。

【0084】

図２を参照して本明細書に記載されるシステム２００は、３つ以上の層を有するターゲットを形成することを含む製造プロセスにおいても使用され得ることを理解する。システム２００が３つ以上の層を有するターゲットを含む場合、ターゲットの各層は、位置ずれが測定される半導体デバイスウェハの対応する層と一緒に形成された１つの周期構造を含む。そのようなターゲットは、２つの周期構造セットを含み得て、各周期構造セットは、ターゲット内のすべての周期構造を含むことに留意する。ターゲットを形成する２つの周期構造セットのそれぞれは、異なる相互に直交する方向に形成され得て、ターゲットに回転対称性を付与する。それらの向きに関する以外に、周期構造セットのそれぞれは互いに同一であり得ることが理解される。そのような多層半導体デバイスウェハの任意の２つの層の位置ずれは、本明細書に記載されるように、それらの２つの層上の周期構造の位置ずれを比較することにより、システム２００によって測定され得ることが理解される。

【0085】

ここで、図３を参照すると、半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定する方法３００を示す簡略化されたフローチャートであり、図１及び図２を参照して本明細書に記載されるように、システム１００又は２００のいずれかを利用して、半導体デバイスウェハの製造における位置ずれを測定する。

【0086】

第１のステップ３０２に見られるように、少なくとも１つの適切なターゲット、例えばターゲット１３０又は２３０を有する多層半導体デバイスウェハが供給される。適切なターゲットは、多層半導体デバイスウェハの第１の層と一緒に形成される、第１のピッチを有している少なくとも第１の周期構造、及び多層半導体デバイスウェハの第２の層と一緒に形成される、第２のピッチを有している第２の周期構造を含み得る。同様に、図１及び図２の代替の実施形態を参照して本明細書に記載されるように、３つ以上の層を有するターゲットが供給されてもよい。

【0087】

次のステップ３０４に見られるように、ステップ３０２で供給されるターゲットは、第１の方向で撮像される。図１及び図２を参照して本明細書に記載されるように、本発明の一実施形態では、ターゲット及びターゲットを撮像するために使用される光の特性は、ターゲットの少なくとも１つの層の少なくとも１つのタルボ画像が、ターゲットの別の層の画像から０．２μｍを超える垂直距離で離れた平面に出現するように選択される。

【0088】

また、ステップ３０４では、ステップ３０４で実行された撮像の結果が分析され、これは、第１の分析結果を生じ得て、第１の分析結果は半導体デバイスウェハの第１の層と第２の層との間の第１の位置ずれ値を含む。

【0089】

ステップ３０４に続いて、次のステップ３０６で、ステップ３０２において供給されたターゲットが、第２の方向で撮像される。第２の方向は、ステップ３０４の第１の方向から、ｘ-ｙ平面において１８０°回転で異なってもよい。図１及び図２を参照して本明細書に記載されるように、本発明の一実施形態では、ターゲット及びターゲットを撮像するために使用される光の特性は、ターゲットの少なくとも１つの層の少なくとも１つのタルボ画像が、ターゲットの別の層の画像から０．２μｍを超える垂直距離で離れた平面に出現するように選択される。

【0090】

また、ステップ３０６では、ステップ３０６で実行された撮像の結果が分析され、これは、半導体デバイスウェハの第１の層と第２の層との間の第２の位置ずれ値を含む第２の分析結果を生じる。

【0091】

次のステップ３０８において、それぞれ、ステップ３０４及び３０６で生成された第１及び第２の位置ずれ値が比較される。第１の位置ずれ値と第２の位置ずれ値との間の差が所定の閾値を超えない場合、方法３００は次のステップ３１０で終了する。

【0092】

第３及び第４の分析結果は、それぞれ、第１の方向又は第２の方向での第１の層及び第３の層の分析から生成され得る。第３と第４の分析結果は、第１と第２の分析結果と類似し得る。

【0093】

第１の位置ずれ値と第２の位置ずれ値との間の差が所定の閾値を超える場合、方法３００は、次のステップ３１２に進み、ここで、ＴＩＳノブ１２１又は２２１は、第１と第２の位置ずれ値の差によって示されるように、位置ずれ測定におけるＴＩＳ誤差を、例えばパラメータ調整器を使用して相殺するように調整される。具体的には、ステップ３１２でのＴＩＳノブ１２１又は２２１の調整は、システム１００又は２００による位置ずれ測定の不十分なテレセントリック性に起因するＴＩＳ誤差を相殺する。ＴＩＳノブ１２１は、ｘ方向とｙ方向のＴＩＳ誤差を個別に相殺するように調整され得る。ＴＩＳノブ１２１又は２２１を調整することによって、システム１００又は２００の少なくとも１つのパラメータが調整されることが理解される。

【0094】

ステップ３１２に続いて、次のステップ３１４で、システム１００又は２００は、ステップ３０２で供給される多層半導体デバイスウェハの位置ずれを測定し得る。本発明の別の実施形態では、次のステップ３１４で、システム１００又は２００は、ステップ３０２で供給された多層半導体デバイスウェハと同一であることを意図した多層半導体デバイスウェハの位置ずれを測定する。ステップ３１４に続いて、方法３００はステップ３１０で終了してもよい。

【0095】

本発明が本明細書で特に示され、説明されたものに限定されないことは、当業者によって理解されるであろう。本発明の範囲は、本明細書に記載の様々な特徴の組み合わせ及びサブ組み合わせの両方、ならびにそれらの変更を含み、これらはすべて先行技術にはない。

【図1】

【図2】

【図3】