(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】2024-10-30
(45)【発行日】2024-11-08
(54)【発明の名称】オーバレイ計量の性能拡張
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 J
【請求項の数】
30
(21)【出願番号】P 2023557388
(86)(22)【出願日】2021-06-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-25
(86)【国際出願番号】 US2021039472
(87)【国際公開番号】W WO2022211835
(87)【国際公開日】2022-10-06
【審査請求日】2024-03-26
(31)【優先権主張番号】17/219,869
(32)【優先日】2021-03-31
(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】マナセン アムノン
(72)【発明者】
【氏名】ヒル アンドリュー ヴイ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァクニン ヨナタン
(72)【発明者】
【氏名】シモン ヨッシ
(72)【発明者】
【氏名】ネグリ ダリア
(72)【発明者】
【氏名】レヴィンスキー ウラジミール
(72)【発明者】
【氏名】パスコバー ユーリ
(72)【発明者】
【氏名】ゴロツバン アンナ
(72)【発明者】
【氏名】ロートマン ナション
(72)【発明者】
【氏名】レディ ニレクシャン ケー
(72)【発明者】
【氏名】ベン ダビッド ニル
(72)【発明者】
【氏名】アブラモフ アヴィ
(72)【発明者】
【氏名】ヤアコフ ドロール
(72)【発明者】
【氏名】ウジエル ヨーラム
(72)【発明者】
【氏名】グットマン ナダヴ
【審査官】小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２０－５１９９２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０３８４７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３１００８０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０４６６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３３３９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７３１１２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２０４７５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５２６９７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０１Ｂ １１／００
Ｇ０３Ｆ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
計量方法であって、その上に少なくとも第１及び第２パターン化層が相次いで堆積されており、前記第１パターン化層内に第１ターゲットフィーチャ、前記第２パターン化層内に第２ターゲットフィーチャが備わり、その第２ターゲットフィーチャが前記第１ターゲットフィーチャ上に重なっている半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明し、
前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの画像のシーケンスを、そのシーケンスに亘り１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させつつ捕捉し、
前記画像のシーケンスの捕捉は、相互レジストレーション状態の第１及び第２カメラを用い前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの第１及び第２画像の捕捉を含み、前記第１及び前記第２画像の捕捉は、前記第１及び第２カメラの方に格子画像を投射しその格子画像に対しそれら第１及び第２カメラを位置合わせすることを含み、
前記シーケンス内の前記画像を処理することで、それら画像内の前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャ各自の対称中心を識別し且つそれら対称中心の変動を前記変化するイメージングパラメタの関数として計測し、前記画像の処理は、前記第１及び第２画像を比較することで前記対称中心の前記変動を計測することを含み、且つ
前記第１・第２パターン化層間のオーバレイ誤差を計測する際に前記変動を適用する方法。
【請求項2】
請求項１に係る方法であって、前記第１パターン化層がプロセス層を含み、前記第２パターン化層がそのプロセス層の上方に堆積されたレジスト層を含む方法。
【請求項3】
請求項１に係る方法であって、前記格子画像を投射する際に、前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像と並べて、格子パターンを生成し前記第１及び第２カメラ各自の検出器アレイ上へと投射する方法。
【請求項4】
請求項１に係る方法であって、前記第１及び第２画像を捕捉する際に、前記イメージングパラメタのうち前記１個又は複数個を前記第１画像では第１セッティングに設定し前記第２画像では第２セッティングに設定する方法。
【請求項5】
請求項１に係る方法であって、前記イメージングパラメタのうち前記１個又は複数個を設定する際に、前記第１及び第２カメラを個々別々な第１及び第２焦点位置に設定すること、並びに、前記第１及び第２焦点位置各自の第１及び第２シーケンス内を経てそれら第１及び第２カメラをステッピングすることで、前記対称中心の変動をそれら第１及び第２焦点位置の関数として計測する方法。
【請求項6】
請求項５に係る方法であって、前記第１及び第２焦点位置が一定の焦点距離Δｚで以て分離されていて、前記第１及び第２シーケンスの各段階にてそれら第１及び第２焦点位置双方がΔｚ分だけインクリメントされる方法。
【請求項7】
請求項１に係る方法であって、前記少なくとも１本の照明ビームが、個々別々な第１及び第２偏光状態にある第１及び第２照明ビームを含み、且つ、前記第１及び第２画像を捕捉する際に、偏光ビームスプリッタを適用することで、前記第１偏光状態にて前記半導体ウェハから反射されてきた光を前記第１カメラの方に差し向け且つ前記第２偏光状態にて前記半導体ウェハから反射されてきた光を前記第２カメラの方に差し向ける方法。
【請求項8】
請求項１に係る方法であって、前記画像の前記シーケンスを捕捉する際に、相異なるイメージングパラメタにて前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉し、前記画像を処理する際に、前記対称中心の前記変動をそのイメージングパラメタの関数として計測する方法であり、そのイメージングパラメタが焦点セッティング、波長又は偏光状態である方法。
【請求項9】
請求項１に係る方法であって、前記画像の前記シーケンスを捕捉する際に、前記少なくとも１本の照明ビームの少なくとも１個のアパーチャを複数通りの別々なオフセットにして前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉し、且つ、前記画像を処理する際に、前記対称中心の前記変動をそのアパーチャのそれらオフセットの関数として計測する方法。
【請求項10】
請求項１に係る方法であって、前記画像の前記シーケンスを捕捉する際に、カメラを用い、またそのカメラに対し前記半導体ウェハを様々な角度方位にして、前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉し、且つ、前記画像を処理する際に、前記対称中心のツール誘起シフトをそれら角度方位の関数として計測する方法。
【請求項11】
請求項１に係る方法であって、前記計測された変動を適用する際に、その計測された変動に応じ前記１個又は複数個のイメージングパラメタの最適範囲を探索し、且つ、その最適範囲内の値にその１個又は複数個のイメージングパラメタを設定することにより前記オーバレイ誤差を計測するためのレシピを生成する方法。
【請求項12】
請求項１１に係る方法であって、前記画像の前記シーケンスを捕捉する際に、前記半導体ウェハ上にある複数個の別々な個所にて複数個のターゲットフィーチャの前記画像を捕捉し、且つ、前記最適範囲を探索する際に、それら別々な個所にて計測された前記変動を適用することで前記半導体ウェハのあるエリアに亘り最適となる範囲を選択する方法。
【請求項13】
請求項１に係る方法であって、前記画像を処理する際に、前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャのうち少なくとも１個の非対称性を計測する方法。
【請求項14】
計量方法であって、その上に少なくとも１個のパターン化層が堆積されており、所定の軸に対し平行に方位決めされた複数本のバーを有する格子がそれに備わる半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明し、
前記格子の１枚又は複数枚の画像を捕捉し、前記１枚又は複数枚の画像の捕捉は、相互レジストレーション状態の第１及び第２カメラを用い前記格子の第１及び第２画像の捕捉を含み、前記第１及び前記第２画像の捕捉は、前記第１及び第２カメラの方に格子画像を投射しその格子画像に対しそれら第１及び第２カメラを位置合わせすることを含み、
前記１枚又は複数枚の画像を処理することで、前記所定の軸周りで前記バーのうち１本又は複数本の非対称性を解明し、前記画像の処理は、前記第１及び第２画像を比較することで対称中心の変動を計測することを含み、且つ
前記パターン化層の計量的評価を行う際に前記解明された非対称性を適用する方法。
【請求項15】
請求項１４に係る方法であって、前記１枚又は複数枚の画像を捕捉する際に、様々な焦点セッティングにて前記格子の前記画像のシーケンスを捕捉し、且つ、前記１枚又は複数枚の画像を処理する際に、さらに前記画像における前記格子の対称中心の前記変動をそれら焦点セッティングの関数として計測し且つその計測された変動に基づき前記非対称性を解明する方法。
【請求項16】
請求項１４に係る方法であって、前記１枚又は複数枚の画像を処理する際に、前記バーのうち前記１本又は複数本の画像とその画像の反射バージョンとの間の相関を計算し且つその相関をもとに前記非対称性の度合いを導出する方法。
【請求項17】
光学検査装置であって、その上に少なくとも第１及び第２パターン化層が相次いで堆積されており、前記第１パターン化層内に第１ターゲットフィーチャ、前記第２パターン化層内に第２ターゲットフィーチャが備わり、その第２ターゲットフィーチャが前記第１ターゲットフィーチャ上に重なる半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明するよう構成された照明アセンブリと、
前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの画像のシーケンスを捕捉するよう構成されたイメージングアセンブリであり、前記イメージングアセンブリは、相互レジストレーション状態にあり前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの第１及び第２画像を捕捉するように構成された第１及び第２カメラを含み、前記イメージングアセンブリは、さらに前記第１及び第２カメラの方に格子画像を投射するように構成されたプロジェクタを含み、
前記シーケンスに亘り本装置の１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させるよう、前記シーケンス内の前記画像を処理することで前記画像内の前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャ各自の対称中心を識別してそれら対称中心の変動を前記変化するイメージングパラメタの関数として計測するよう、且つ前記第１・第２パターン化層間のオーバレイ誤差を計測する際に前記変動を適用するよう、構成されたコントローラであり、前記コントローラは、前記第１及び第２画像を比較することで前記対称中心の前記変動を計測し、前記格子画像に対し前記第１及び第２カメラを位置合わせするよう構成されている装置。
【請求項18】
請求項１７に係る装置であって、前記プロジェクタが、前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像と並べ、格子パターンを生成して前記第１及び第２カメラ各自の検出器アレイ上へと投射するよう、構成されている装置。
【請求項19】
請求項１７に係る装置であって、前記コントローラが、前記イメージングパラメタのうち前記１個又は複数個を前記第１画像では第１セッティングに設定し前記第２画像では第２セッティングに設定するよう、構成されている装置。
【請求項20】
請求項１７に係る装置であって、前記コントローラが、前記第１及び第２カメラを個々別々な第１及び第２焦点位置に設定するよう、且つ、前記第１及び第２焦点位置各自の第１及び第２シーケンス内を経て前記第１及び第２カメラをステッピングすることで前記対称中心の変動をそれら焦点位置の関数として計測するよう、構成されており、且つ、それら第１及び第２焦点位置が一定の焦点距離Δｚで以て分離されており且つ前記第１及び第２シーケンスの各段階にてそれら第１及び第２焦点位置双方がΔｚ分だけインクリメントされる装置。
【請求項21】
請求項１７に係る装置であって、前記少なくとも１本の照明ビームが、個々別々な第１及び第２偏光状態の第１及び第２照明ビームを含み、且つ、前記イメージングアセンブリが、前記第１偏光状態にて前記半導体ウェハから反射されてきた光を前記第１カメラの方に差し向け且つ前記第２偏光状態にて前記半導体ウェハから反射されてきた光を前記第２カメラの方に差し向けるよう構成された、偏光ビームスプリッタを備える装置。
【請求項22】
請求項１７に係る装置であって、前記イメージングアセンブリが、相異なるイメージングパラメタにて前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉するよう構成されており、前記コントローラが、前記対称中心の前記変動をそのイメージングパラメタの関数として計測するよう構成されており、且つ、そのイメージングパラメタが焦点セッティング、波長又は偏光状態である装置。
【請求項23】
請求項１７に係る装置であって、前記照明アセンブリが、前記少なくとも１本の照明ビームの少なくとも１個のアパーチャを備え、且つ、前記イメージングアセンブリが、その少なくとも１個のアパーチャを複数通りの別々なオフセットにして前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉するよう構成されており、且つ、前記コントローラが、前記対称中心の前記変動をそのアパーチャのそれらオフセットの関数として計測するよう構成されている装置。
【請求項24】
請求項１７に係る装置であって、前記イメージングアセンブリが、前記半導体ウェハを様々な角度方位にして前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャの前記画像を捕捉するよう、構成されており、且つ、前記コントローラが、前記対称中心のツール誘起シフトをそれら角度方位の関数として計測するよう構成されている装置。
【請求項25】
請求項１７に係る装置であって、前記コントローラが、前記計測された変動に応じ前記１個又は複数個のイメージングパラメタの最適範囲を探索するよう、且つその最適範囲内の値にその１個又は複数個のイメージングパラメタを設定することにより前記オーバレイ誤差を計測するためのレシピを生成するよう、構成されている装置。
【請求項26】
請求項２５に係る装置であって、前記イメージングアセンブリが、前記半導体ウェハ上の複数個の別々な個所にて複数個のターゲットフィーチャの前記画像を捕捉するよう構成されており、且つ、前記コントローラが、前記複数通りの別々な個所にて計測された前記変動を適用することで前記半導体ウェハのあるエリアに亘り最適となる範囲を選択することにより前記最適範囲を探索するよう、構成されている装置。
【請求項27】
請求項１７に係る装置であって、前記コントローラが、前記第１ターゲットフィーチャ及び前記第２ターゲットフィーチャのうち少なくとも１個の非対称性を計測するよう構成されている装置。
【請求項28】
光学検査装置であって、その上に少なくとも１個のパターン化層が堆積されており、所定の軸に対し平行に方位決めされた複数本のバーを有する格子がそれに備わる半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明するよう、構成された照明アセンブリと、
前記格子の１枚又は複数枚の画像を捕捉するよう構成されたイメージングアセンブリであり、前記イメージングアセンブリは、相互レジストレーション状態にあり前記格子の第１及び第２画像を捕捉するように構成された第１及び第２カメラを含み、前記イメージングアセンブリは、さらに前記第１及び第２カメラの方に格子画像を投射するように構成されたプロジェクタを含み、
前記１枚又は複数枚の画像を処理することにより前記所定の軸周りで前記バーのうち１本又は複数本の非対称性を解明するよう、且つ、前記パターン化層の計量的評価を行う際にその解明された非対称性を適用するよう、構成されたコントローラであり、前記コントローラは、前記第１及び第２画像を比較することで対称中心の変動を計測し、前記格子画像に対し前記第１及び第２カメラを位置合わせするよう構成されている装置。
【請求項29】
請求項２８に係る装置であって、前記イメージングアセンブリが、様々な焦点セッティングにて前記格子の前記画像のシーケンスを捕捉するよう構成されており、且つ、前記コントローラが、さらに前記画像における前記格子の対称中心の前記変動をそれら焦点セッティングの関数として計測するよう且つその計測された変動に基づき前記非対称性を解明するよう構成されている装置。
【請求項30】
請求項２８に係る装置であって、前記コントローラが、前記バーのうち前記１本又は複数本の画像とその画像の反射バージョンとの間の相関を計算するよう、且つ、その相関をもとに前記非対称性の度合いを導出するよう、構成されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般に半導体デバイスの製造に関し、とりわけ半導体回路計量（メトロロジ）用の装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体回路は、一般にフォトフォトリソグラフィ的な方法を用い製造される。フォトリソグラフィでは、感光性ポリマ（フォトレジスト）の薄層が半導体ウェハの上方に堆積され、その層が光学輻射その他の輻射（ラディエーション、放射、照射）を用いパターン化され、ウェハのうちそのフォトレジストにより覆われた部分が存置される。パターン化後は、エッチング、イオン爆射等の方法によりそのウェハを修正することでそのウェハの素材特性やトポグラフィが改変される一方、そのウェハのうちフォトレジストにより覆われた部分には影響が及ばない。
【0003】
半導体回路計量は、パターン化されたフォトレジストの特性、例えばパターン化フィーチャのトポグラフィ及び所在個所の計測に、広く用いられている。先行プロセス層に対するフォトレジストのパターン化フィーチャ（特徴）の正確な位置特定は、フォトフォトリソグラフィ的プロセスにて高い歩留まりを確保する上で重要である。何であれ、下地をなすプロセス層に対するパターン化フォトレジストの位置合わせ（レジストレーション）の誤差（ミスレジストレーション）は、「オーバレイ誤差」と呼ばれる。一例としては、最小線幅が１０～１４ｎｍである（いわゆる１０ｎｍデザインルールの）典型的な半導体回路では、最大許容オーバレイ誤差が２～３ｎｍとなる。最先端の半導体回路では線幅が５ｎｍへと縮小されつつあり、それに伴い最大許容オーバレイ誤差が減らされてきている。
【0004】
可視及び近赤外波長の光学輻射であればフォトレジスト層内やフォトレジスト下の誘電体層を通り抜けうるため、オーバレイ誤差は一般に光学式オーバレイ計量ツールを用い計測されている。光学式オーバレイ計量ツール、例えばＫＬＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国カリフォルニア州ミルピタス）によるＡｒｃｈｅｒ（商標）シリーズツールでは、半導体ウェハのスクライブライン（隣り合う半導体チップを分ける線）内に所在するプロキシターゲット（例えばＫＬＡによるＡＩＭ（商標）オーバレイターゲット）がイメージングされる。獲得された画像に画像分析アルゴリズムを適用することで、プロセス層内の一組のターゲットフィーチャの対称中心（ＣｏＳ）と、パターン化フォトレジスト層内の対応するターゲットフィーチャのＣｏＳとが、位置特定される。オーバレイ誤差が、それら２個の層のターゲットフィーチャの対称中心間の距離として計算される。
【0005】
語「光線（オプティカル レイ）」、「光学輻射（オプティカル ラディエーション）」、「光（ライト）」及び「輻射のビーム（ビーム オブ ラディエーション）」は、本明細書及び特許請求の範囲での用法によれば、一般に、可視、赤外及び紫外輻射全般のことを指している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
後述される本発明の諸実施形態では、半導体回路計量用の改善された装置及び方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
すなわち、本発明のある実施形態により提供される計量方法では、その上に少なくとも第１及び第２パターン化層が相次いで堆積されており、第１パターン化層内に第１ターゲットフィーチャ、第２パターン化層内に第２ターゲットフィーチャが備わり、その第２ターゲットフィーチャが第１ターゲットフィーチャ上に重なっている半導体ウェハが、少なくとも１本の照明ビームを差し向けることで照明される。第１及び第２ターゲットフィーチャの画像のシーケンスが、そのシーケンスに亘り１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させつつ捕捉される。そのシーケンス内の画像群を処理することで、それら画像内の第１及び第２ターゲットフィーチャ各自の対称中心が識別され、それら対称中心の変動がその変化するイメージングパラメタの関数として計測される。計測された変動が、第１・第２パターン化層間オーバレイ誤差を計測する際に適用される。
【0008】
ある開示実施形態では、第１パターン化層にプロセス層が含まれ、第２パターン化層に、そのプロセス層の上方に堆積されたレジスト層が含まれる。
【0009】
ある種の実施形態では、画像のシーケンスを捕捉する際に、相互レジストレーション状態の第１及び第２カメラを用いターゲットフィーチャの第１及び第２画像が捕捉され、画像を処理する際に、第１及び第２画像を比較することで対称中心の変動が計測される。ある実施形態では、第１及び第２画像を捕捉する際に、第１及び第２カメラの方にレジストレーション画像が投射され、そのレジストレーション画像に対し第１及び第２カメラが位置合わせされる。ある例示的実施形態では、レジストレーション画像を投射する際に、ターゲットフィーチャの画像と並べ格子パターンが生成され第１及び第２カメラ各自の検出器アレイ上へと投射される。
【0010】
これに加え又は代え、第１及び第２画像を捕捉する際に、イメージングパラメタのうち前記１個又は複数個が、第１画像では第１セッティングに設定され第２画像では第２セッティングに設定される。ある開示実施形態では、イメージングパラメタのうち１個又は複数個を設定する際に、第１及び第２カメラが個々別々な第１及び第２焦点位置に設定され、且つ、第１及び第２焦点位置各自の第１及び第２シーケンス内を経る態で第１及び第２カメラをステッピングすることで対称中心の変動が焦点位置の関数として計測される。ある例示的実施形態では、第１及び第２焦点位置が一定の焦点距離Δｚで以て分離され、第１及び第２シーケンスの各段階にて第１及び第２焦点位置双方がΔｚだけインクリメントされる。
【0011】
更にこれに加え又は代え、前記少なくとも１本の照明ビームが、個々別々な第１及び第２偏光状態の第１及び第２照明ビームを含むものとされ、第１及び第２画像を捕捉する際に、偏光ビームスプリッタを適用することで、第１偏光状態にてウェハから反射されてきた光が第１カメラの方に差し向けられ、且つ、第２偏光状態にてウェハから反射されてきた光が第２カメラの方に差し向けられる。
【0012】
ある実施形態では、画像のシーケンスを捕捉する際に、様々な焦点セッティングにてターゲットフィーチャの画像が捕捉され、画像を処理する際に、対称中心の変動が焦点セッティングの関数として計測される。
【0013】
これに加え又は代え、画像のシーケンスを捕捉する際に、複数通りの別々な波長にてターゲットフィーチャの画像が捕捉され、画像を処理する際に、対称中心の変動が波長の関数として計測される。
【0014】
更にこれに加え又は代え、画像のシーケンスを捕捉する際に、複数通りの別々な偏光状態にてターゲットフィーチャの画像が捕捉され、画像を処理する際に、対称中心の変動が偏光状態の関数として計測される。
【0015】
なおも更にこれに加え又は代え、画像のシーケンスを捕捉する際に、少なくとも１本の照明ビームの少なくとも１個のアパーチャを複数通りの別々なオフセットにしてターゲットフィーチャの画像が捕捉され、画像を処理する際に、対称中心の変動がそのアパーチャのオフセットの関数として計測される。
【0016】
また、ある実施形態では、画像のシーケンスを捕捉する際に、カメラを用い、またそのカメラに対し半導体ウェハを様々な角度方位にして、ターゲットフィーチャの画像が捕捉され、画像を処理する際に、対称中心のツール誘起シフトが角度方位の関数として計測される。
【0017】
ある種の実施形態では、計測された変動を適用する際に、その計測された変動に応じ１個又は複数個のイメージングパラメタの最適範囲が探索され、その最適範囲内の値にその１個又は複数個のイメージングパラメタを設定することでオーバレイ誤差計測用のレシピが生成される。ある開示実施形態では、画像のシーケンスを捕捉する際に、半導体ウェハ上の複数個の別々な個所にて複数個のターゲットフィーチャの画像が捕捉され、最適範囲を探索する際に、それら複数通りの別々な個所にて計測された変動を適用することで半導体ウェハのあるエリアに亘り最適となる範囲が選択される。
【0018】
これに加え又は代え、画像を処理する際に、ターゲットフィーチャのうち少なくとも１個の非対称性が計測される。
【0019】
また、本発明のある実施形態により提供される計量方法では、その上に少なくとも１個のパターン化層が堆積されており、所定の軸に対し平行に方位決めされた複数本のバーを有する格子がそれに備わる半導体ウェハが、少なくとも１本の照明ビームを差し向けることで照明される。その格子の１枚又は複数枚の画像を捕捉し処理することで、その軸周りで、バーのうち１本又は複数本の非対称性が解明される。解明された非対称性が、パターン化層の計量的評価を行う際に適用される。
【0020】
ある開示実施形態では、１枚又は複数枚の画像を捕捉する際に、様々な焦点セッティングにて格子の画像のシーケンスが捕捉され、その１枚又は複数枚の画像を処理する際に、画像における格子の対称中心の変動が焦点セッティングの関数として計測され、計測された変動に基づき非対称性が解明される。これに加え又は代え、その１枚又は複数枚の画像を処理する際に、バーのうち前記１本又は複数本の画像とその画像の反射バージョンとの間の相関が計算され、計算された相関をもとに非対称性の度合いが導出される。
【0021】
加えて、本発明のある実施形態により提供される光学検査装置では、照明アセンブリが、その上に少なくとも第１及び第２パターン化層が相次いで堆積されており、第１パターン化層内に第１ターゲットフィーチャ、第２パターン化層内に第２ターゲットフィーチャが備わり、その第２ターゲットフィーチャが第１ターゲットフィーチャ上に重なる半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明するよう構成される。イメージングアセンブリが、第１及び第２ターゲットフィーチャの画像のシーケンスを捕捉するよう構成される。コントローラが、そのシーケンスに亘り本装置の１個又は複数個のイメージングパラメタを変化させるよう、そのシーケンス内の画像を処理することでそれら画像内の第１及び第２ターゲットフィーチャ各自の対称中心を識別しそれら対称中心の変動をその変化するイメージングパラメタの関数として計測するよう、且つその計測された変動を第１・第２パターン化層間オーバレイ誤差を計測する際に適用するよう、構成される。
【0022】
更に、本発明のある実施形態により提供される光学検査装置では、照明アセンブリが、その上に少なくとも１個のパターン化層が堆積されており、所定の軸に対し平行に方位決めされた複数本のバーを有する格子がそれに備わる半導体ウェハを、少なくとも１本の照明ビームを差し向けて照明するよう、構成される。イメージングアセンブリが、その格子の１枚又は複数枚の画像を捕捉するよう構成される。コントローラが、その１枚又は複数枚の画像を処理することによりその軸周りでバーのうち１本又は複数本の非対称性を解明するよう、且つ、パターン化層の計量的評価を行う際にその解明された非対称性を適用するよう、構成される。
【0023】
本発明は、その諸実施形態についての後掲の詳細記述と併せ以下の図面から、より全面的に理解頂けよう。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態に係り半導体ウェハ上のパターン化薄膜層の光学特性を計測する光学検査装置の模式的側面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る光学検査装置にて用いられる格子プロジェクタの模式的側面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る光学検査装置内のカメラにより獲得される画像の模式的表現図である。
【図4】本発明の一実施形態に係り、オーバレイ計量プロキシターゲットのプロセス層及びレジスト層フィーチャのＣｏＳ変動を計測するプロセスが模式的に描かれているフローチャートである。
【図6A】本発明の一実施形態に係り、照明波長と関連付けオーバレイ計量プロキシターゲットのフィーチャのＣｏＳ変動を計測するプロセスが模式的に描かれているフローチャートである。
【図6B】本発明の一実施形態に係り、照明波長と関連付けオーバレイ計量プロキシターゲットのフィーチャのＣｏＳ変動を計測するプロセスが模式的に描かれているフローチャートである。
【図7A】本発明の一実施形態に係り、諸焦点セッティング及び諸波長に亘りＣｏＳのランドスケープを生成し感度を評価するプロセスが模式的に描かれているフローチャートである。
【図7B】本発明の一実施形態に係り、諸焦点セッティング及び諸波長に亘りＣｏＳのランドスケープを生成し感度を評価するプロセスが模式的に描かれているフローチャートである。
【図8A】本発明の一実施形態に係り、レジスト層でのＣｏＳのツール誘起シフト（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）のランドスケープの模式的表現図である。
【図8B】本発明の一実施形態に係り、レジスト層での補正後ＣｏＳ（ＣｏＳ＿ＣＯＲ）のランドスケープの模式的表現図である。
【図8C】本発明の一実施形態に係り、プロセス層でのＣｏＳ＿ＴＩＳのランドスケープの模式的表現図である。
【図8D】本発明の一実施形態に係り、プロセス層でのＣｏＳ＿ＣＯＲのランドスケープの模式的表現図である。
【図9A】本発明の一実施形態に係り、レジスト層での精度ランドスケープの模式的表現図である。
【図9B】本発明の一実施形態に係り、プロセス層での精度ランドスケープの模式的表現図である。
【図10】本発明の一実施形態に係り、ＣｏＳ＿ＴＩＳの変動がアパーチャオフセットの関数として模式的に描かれているプロット図である。
【図11A】本発明の一実施形態に係る光学検査装置内のカメラにより獲得されるプロキシターゲット画像の模式的表現図である。
【図12】本発明の一実施形態に係り、オーバレイプロキシターゲット内フィーチャの非対称性を監視するための画像信号相関の使用が模式的に描かれている一連のプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
［概観］
オーバレイ計量用プロキシターゲットは、半導体ウェハ上にあり相連続（互いに連続）しているパターン化層間のオーバレイの精密計測に、広く用いられている。これらの層には、例えばプロセス層及びレジスト層が含まれうるし、エッチング後アプリケーションでは２個のプロセス層間でも用いられうる（即ち、プロセス層及びレジスト層との関わりで例示的諸実施形態を後述するけれども、それら実施形態の諸原理を、必要な変更を加えつつ第１プロセス層及び第２プロセス層に適用することができる）。
オーバレイ計量用プロキシターゲットは、半導体ウェハ上にあり相連続（互いに連続）しているパターン化層間のオーバレイの精密計測に、広く用いられている。これらの層には、例えばプロセス層及びレジスト層が含まれうるし、エッチング後アプリケーションでは２個のプロセス層間でも用いられうる（即ち、プロセス層及びレジスト層との関わりで例示的諸実施形態を後述するけれども、それら実施形態の諸原理を、必要な変更を加えつつ第１プロセス層及び第２プロセス層に適用することができる）。
【0026】
しかしながら、プロキシターゲット内フィーチャ（レジスト層ターゲットフィーチャ及びプロセス層ターゲットフィーチャの双方）は、デバイスエリア内の対応するフィーチャとは異なっている：プロキシターゲットのフィーチャは、通常はデバイス内のそれらより幅広な線を有しているので、可視又は近赤外スペクトルの光で動作する計量ツールにより分解・解像することができ、またそれらターゲットがその設計上対称的であるので、パワフルな対称性ベース画像処理アルゴリズムの実行によりオーバレイ値を計算することが可能である。更に、プロキシターゲットは、通常、そのデバイスエリアの価値ある「不動産：リアルエステート」が奪われないよう半導体ウェハのスクライブライン内に配置される。フォトリソグラフィ的露出システム（スキャナ）の光学歪は、スクライブライン内ではデバイスエリア内でのそれらと異なっており、それが、プロキシターゲット内のパターンとデバイス内の対応するパターンとの間の空間変動性差動性（空間的に変動する差分としての）シフトにつながっている。
【0027】
こうした設計的及び計量的配慮（検討）により、プロキシターゲットのフィーチャが、リソグラフィ的効果及びプロセス効果に対し、チップエリア内のデバイスフィーチャとは別様に反応することとなり、プロキシターゲットをもとに計測されたオーバレイ誤差が、実デバイスフィーチャにおけるオーバレイ誤差ついてのオフセットを有することとなりうる。校正機能を適用することで、プロキシターゲットをもとに計測されたオーバレイ誤差から、デバイスエリアにおけるオーバレイ誤差の正確な度合いを、導出してもよい。しかしながら、正確な校正には、プロキシターゲットをもとにした安定で再現性のあるオーバレイ計測が必要となる。それらがひいてはプロセス誘起効果、例えばフィーチャ非対称性を被ることとなる。
【0028】
更に、各プロキシターゲットにはフォトレジスト内ターゲットフィーチャ及び先行プロセス層内ターゲットフィーチャの双方が備わっているので、それら二組のターゲットフィーチャを、その半導体ウェハに対し垂直な方向に沿い数μｍに上る距離を以て分離させることができる。それら二組のターゲットフィーチャは、そうした場合、その計量ツールをレジスト層とプロセス層とに別々に合焦させ各自の焦点セッティングにて画像を獲得することによって、イメージングされる。しかしながら、プロセス変動効果とトポグラフィとの結合により、最適な計量「レシピ」、即ちプロキシターゲットから安定で再現性のあるオーバレイ計測結果がもたらされる一組の計量条件（例えば焦点、照明の数値開口及び波長）を、見出すことが難しくなる。
【0029】
本願に記載されている本発明の諸実施形態では、光学オーバレイプロキシターゲットに備わる二組のターゲットフィーチャの独立解明が可能な光学式計量ツール及び方法を提供することによって、これらの問題に対処している。ある種の実施形態では、その計量ツールに備わる２個のイメージングカメラが、相互に位置合わせされつつも、そのプロキシターゲット上である固定された高さ差にて合焦される。それら２個のカメラにより捕捉された画像を比較することで、そのプロキシターゲット層の光学特性の変動、例えば焦点変動、スペクトル応答及び偏光等のイメージングパラメタに因る対称中心（ＣｏＳ）の変動が、校正及び補正される。
【0030】
ある種の実施形態では、プロジェクタによりレジストレーション画像、例えば二次元格子の画像がそれら２個のカメラの方へと投射される。その計量ツールの焦点を、それぞれその固定高さ差に等しく相連続している諸段階を経る態でステッピングすることで、一方のカメラ（ＣＡＭ１と呼ぶ）を、先行段階中に他方のカメラ（ＣＡＭ２）があった焦点セッティングに常に到来させる。ＣＡＭ１が自身の新たな焦点位置に到来したら、ＣＡＭ２がその焦点位置にあったときＣＡＭ２により獲得された画像に対し、ＣＡＭ１が位置合わせされる。各焦点位置では、各カメラによりそのプロキシターゲットの画像が獲得される。そのプロキシターゲットに備わる二組のターゲットフィーチャ各々の獲得画像の系列が、諸焦点セッティングを経る態で互いに位置合わせされる。それら２個の画像系列をもとに、焦点によるＣｏＳの変動を、二組のターゲットフィーチャ各々に関し計算することができる。焦点に対するＣｏＳの安定性から、安定なオーバレイ計測のためそれら二組のターゲットフィーチャの画像が獲得されるべき焦点セッティングがわかる。安定なオーバレイ計測により、ひいては、その半導体回路におけるオーバレイ誤差の安定で再現性のある校正が可能となる。
【0031】
これに加え又は代え、各組ターゲットフィーチャのＣｏＳの変動性を照明波長及び／又は偏光と関連付けてマッピングし、そのマッピングを用いることでも、安定なオーバレイ計測を達成することができる。即ち、現下の諸実施形態では、波長及び焦点による二次元空間内で最適な計測範囲が識別される。
【0032】
［光学検査装置の説明］
図１は、本発明の一実施形態に係り半導体ウェハ１２上のパターン化薄膜層の光学特性を計測する光学検査装置１０の模式的絵画的描写図である。
図１は、本発明の一実施形態に係り半導体ウェハ１２上のパターン化薄膜層の光学特性を計測する光学検査装置１０の模式的絵画的描写図である。
【0033】
光学検査装置１０はイメージングアセンブリ１４、照明アセンブリ１６及び光学リレーアセンブリ１８を備えている。光学検査装置は更に、格子プロジェクタ２０、カメラアセンブリ２２、コントローラ２４、メモリ２５、並びにその上に半導体ウェハ１２が載置されるテーブル２６を備えている。装置１０及びその構成諸部材の向きはデカルト座標２８に従い定義される。後掲の諸図には、それと同じデカルト座標２８が相応な向きにて示されている。以下、小文字ｘ、ｙ及びｚを用い３本のデカルト座標軸を表記し、大文字Ｘ、Ｙ及びＺを用いそれら軸上の座標を表記する。
【0034】
イメージングアセンブリ１４は、単一の対物レンズ３０として模式的に示されている。これに代え、アセンブリ１４を、干渉対物系（例えばリニック干渉計）、暗視野対物系、位相差対物系、或いは他の好適な種類の対物レンズ又はレンズ及び／又は鏡の組合せが、備わるものとすることもできる。
【0035】
対物レンズ３０は、通常は、非常に高い光学品質を有する複合レンズであり、高い数値開口（ＮＡ）、例えば０．７以上のＮＡを有している。ある代替的実施形態によれば、対物レンズ３０を、可変なＮＡを有するものとし、それをコントローラ２４により制御することができる。
【0036】
図示実施形態では、照明アセンブリ１６がコントローラ２４により制御されており、２個のイルミネータ１５及び１７を備えており、それらが各自の光源３２及び３３を備えており、それらによって、１個又は複数個の離散可調波長にて、或いは連続波（ＣＷ）又はパルス形態にて一通り又は複数通りの連続スペクトルに亘り、各自のビーム３４及び３５をなす光学輻射が独立に放射される。光源３２及び３３にて、様々な偏光状態の光学輻射、例えば無偏光、直線偏光又は円偏光の輻射を放射させることもできる。
【0037】
イルミネータ１５及び１７は更に、各自の光源３２及び３３に連結された２個の個別的なアパーチャアセンブリ３６及び３７を備えている。アパーチャアセンブリ３６及び３７は各自のアクチュエータ３８及び３９により駆動され、それによりアセンブリ３６に備わる様々なアパーチャがビーム３４内へ、またアセンブリ３７に備わる様々なアパーチャがビーム３５内へと持ち込まれる。アクチュエータ３８及び３９により更に、個々のアパーチャの平面内で、各アセンブリの個々別々なアパーチャに対する精細調整を行うこともできる。イルミネータ１５及び１７からそれぞれ放射されるビーム４０及び４１は、ビームスプリッタ４２により共線的（コリニアリー：collinearly）に結合されてビーム４３となる。この種のデュアル照明アセンブリでは、２個のイルミネータが備わることで装置１０の柔軟性が増強されており、ウェハ１２上のプロセス層及びレジスト層に対し相独立な照明条件（例えば波長、偏光及び／又はＮＡ）を提供することができる。
【0038】
これに代え、照明アセンブリ１６を単一のイルミネータ、例えばイルミネータ１５が備わるものとし、プロセス層及びレジスト層向けの照明条件が光源３２及びアパーチャアセンブリ３６の相応な調整により選択されるようにしてもよい。更にそれに代え、照明アセンブリを２個超のイルミネータ、例えば３個又は４個のイルミネータが備わるものとし、個々のイルミネータから出てくるビームが相応な光学装置、例えばビームスプリッタを用い結合されるようにしてもよい。
【0039】
光学リレーアセンブリ１８は、ビームスプリッタ４４及び４５、ビームスプリッタアセンブリ４６、並びにレンズ５０及び５２を備えている。ビームスプリッタアセンブリ４６に備わるビームスプリッタ４７及び４８は、後に詳述する通り、アクチュエータ４９を用い装置１０の光路内外へと動かすことができる。カメラアセンブリ２２に備わる２個の検出器アレイ５４及び５６は「カメラ」とも呼べるものであり、それぞれＣＡＭ１及びＣＡＭ２と表記されている。カメラアセンブリ２２は更に、ＣＡＭ１及びＣＡＭ２をそれぞれｚ軸に沿い動かす２個のアクチュエータ５８及び６０を備えている。この図ではレンズ５０及び５２が単一のレンズとして示されているが、それに代えこれらを複数個のレンズ及び／又は鏡が備わるものとしてもよい。
【0040】
格子プロジェクタ２０は、図２に従い更に詳述される通り、格子画像をＣＡＭ１及びＣＡＭ２内へと投射するよう構成されている。コントローラ２４は、格子プロジェクタ２０、メモリ２５、テーブル２６、光源３２及び３３と、アクチュエータ３８、３９、４９、５８及び６０とに結合されている。コントローラ２４は、通常、本願記載の諸機能を実行するようソフトウェア及び／又はファームウェア内にプログラミングされているプログラマブルプロセッサ、並びに装置１０の他の諸要素との接続用の相応なディジタル及び／又はアナログインタフェースを、備えている。これに代え又は加え、コントローラ２４は、自コントローラの諸機能のうち少なくとも一部分を実行するハードワイヤド及び／又はプログラマブルハードウェア論理回路を備える。図１では単純性に鑑みコントローラ２４が単一単板な機能ブロックとして示されているが、実際には、コントローラを、複数個の相互接続された制御ユニット、並びに図中に描かれ文中に記載されている信号を受け取り出力する相応なインタフェースが、備わるものとすることができる。
【0041】
光学検査装置１０を動作させる前に、半導体ウェハ１２がテーブル２６上に載置される。動作中には、コントローラ２４の制御下で、テーブル２６によりウェハ１２をｘ、ｙ及びｚ軸に沿い動かすことや、ｚ軸周りで回動させることができる。ｚ軸沿いの動きのことを「合焦」と呼ぶ。
【0042】
ウェハ１２を照明すべく、照明アセンブリ１６により光学輻射のビーム４３がビームスプリッタ４４の方へと放射され、そこでそのビームが対物レンズ３０内へと反射される。次いで、対物レンズ３０によりビーム４３がウェハ１２上へと合焦される。その伝搬に対し垂直な平面（ｙｚ平面）内で、照明アセンブリ１６からの出口にてビーム４３が呈する断面は、アパーチャアセンブリ３６及び３７に備わり好適に配置及び整列されているアパーチャにより修正される。それらのアパーチャにより、ビーム４３の断面の形状が、例えば円形、正方形又はアナモルフィックなものに定まり、それと併せその断面の寸法が定まる。後に詳述する通り、ビーム４３を、相異なる波長及び／又は偏光状態を有する２本のビームを含むものとし、それら２本のビームそれぞれの断面をアパーチャアセンブリ３６及び３７により相独立に制御することができる。
【0043】
アセンブリ３６及び３７に備わるアパーチャは、通常、対物系３０の入射瞳に対し共役であり（単純性に鑑み図面から省かれている付加的な光学系によりその入射瞳上へとイメージングされ）、従って、イルミネータアセンブリ１６から出射されるビーム４３の断面により、ウェハ１２を照らす光学輻射の数値開口（開口数：numerical aperture : NA）が定まる。即ち、その照明の形状を、角度空間内で、例えば円形、正方形又はアナモルフィックなものと定めることができ、且つ、対物系３０のフルＮＡとそのフルＮＡの小部分との間で変化させることができる。ある種の構成によれば、その照明を、対物レンズ３０の集光ＮＡを上回るＮＡ値のものに制限し、ウェハ１２上のフィーチャの暗視野イメージングを実行可能とすることができる。
【0044】
ウェハ１２を照らす光学輻射はそのウェハにより対物レンズ３０の方へ、即ちそのウェハ上のフィーチャをカメラアセンブリ２２の方へとイメージングする対物系の方へと遡行反射される。その反射輻射は対物レンズ３０により受光され、更にビームスプリッタ４４及び４５を介しビームスプリッタアセンブリ４６内へと投射され、そこでその反射輻射がビームスプリッタ４７及びビームスプリッタ４８のうち何れかに射突する；何れになるかは、アクチュエータ４９によりその経路内にそれら２個のビームスプリッタのうち何れが配置されているかによる。本例におけるビームスプリッタ４７は波長ニュートラルビームスプリッタ、即ちその反射係数及び透過係数が同じスペクトル挙動を呈するものである。ビームスプリッタ４８はダイクロイックビームスプリッタであり、あるスペクトル帯Δλ１、例えば３８０～５５０ｎｍを透過させ、別の（重なっていない）スペクトル帯Δλ２、例えば５６０～８００ｎｍを反射するよう、構成されている。即ち、ビームスプリッタ４７が光路内にあるときには、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２各々により、その反射輻射のうち一部分がそのスペクトル全体に亘り受光される一方、ビームスプリッタ４８がその光路内にあるときにはその輻射のスペクトルが分割され、ＣＡＭ１ではスペクトル帯Δλ１内の輻射が、またＣＡＭ２ではスペクトル帯Δλ２内の輻射が受光されることとなる。光源３２にてスペクトル帯Δλ１内の光学輻射を放射させ光源３３にてスペクトル帯Δλ２内の光学輻射を放射させることで、それら２個の層各々に関して（照明ＮＡを含め）照明の独立制御が可能となる。
【0045】
これに代え又は加え、ビームスプリッタ４７及び４８のうち一方を、ある偏光状態を透過させそれと直交する偏光状態を反射する偏光ビームスプリッタとしてもよい。即ち、例えば光源３２及び３３にて相直交する偏光状態の光学輻射を放射させると、光源３２からの輻射がＣＡＭ１に向かい光源３３からの輻射がＣＡＭ２に向かうこととなる。前述した照明のスペクトル分割と同様に、照明の偏光を制御することで、それら２個の層各々に関して照明の独立制御が可能となる。ある実施形態では、ビームスプリッタ４８が、ダイクロイック及び偏光ビームスプリッタの組合せである。
【0046】
選択されたアセンブリ４６内ビームスプリッタにより透過及び反射された光学輻射は、レンズ５０によりＣＡＭ１上、またレンズ５２によりＣＡＭ２上へと、それぞれ合焦される。ウェハ１２の画像はこうしてＣＡＭ１及びＣＡＭ２により捕捉され、コントローラ２４により読み出されて処理される。
【0047】
図２は、本発明の一実施形態に係る格子プロジェクタ２０の模式的絵画的描写図である。格子プロジェクタ２０は、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の方へと、それら２個のカメラ間で位置基準として利用される格子画像を投射する。格子プロジェクタ２０は光源アセンブリ８０、単一モード光ファイバ８２、回折アセンブリ８４及び空間フィルタ８６を備えている。
【0048】
本例における光源アセンブリ８０は２個の高輝度（スーパールミネッセント）発光ダイオード（ｓＬＥＤ）８８及び９０を備えており、そのうちｓＬＥＤ８８により波長λ１＝４５０ｎｍの光学輻射が放射され、ｓＬＥＤ９０により波長λ２＝７５０ｎｍの光学輻射が放射される。光源８０は更に、レンズ９２、９４及び９６と、ダイクロイックビームスプリッタ９８とを備えている。これに代え、他の種類及び波長の光源を用いてもよい。
【0049】
回折アセンブリ８４は、２個のレンズ１０２及び１０４間に配置された高コントラスト透過回折格子アセンブリ１００、例えばクロムオンガラス格子のアセンブリを備えている。回折格子アセンブリ１００は相直交する格子を備えており、それらにより光がｙ及びｚ方向の双方に回折される。それらの格子の協働で、プロジェクタ２０により投射される格子パターンの諸部分が作り出される。
【0050】
ｓＬＥＤ８８及び９０により放射された光学輻射は、個別のレンズ９２及び９４によりダイクロイックビームスプリッタ９８の方へと投射される。ビームスプリッタ９８は、ｓＬＥＤ８８により放射された光学輻射を通すよう、且つｓＬＥＤ９０により放射された光学輻射を反射するよう構成されているので、それら２個のｓＬＥＤにより放射された輻射は結合され単一のビーム１０６になる。ビーム１０６は、レンズ９６により単一モード光ファイバ８２の入射端１０８内へと合焦される。ファイバ８２内を通り伝達された光学輻射が、その出射端１１０を介しそのファイバから出て回折アセンブリ８４内に入り、レンズ１０２によりビーム１１２として回折格子１００の方へと投射される。出射端１１０がレンズ１０２の焦平面に配置されているので、ビーム１１２は平行光となっている。ビーム１１２は格子アセンブリ１００により回折されて平行な諸次回折光１１４となり、レンズ１０４により焦平面１１６へと合焦される。
【0051】
空間フィルタ８６は焦平面１１６内に配置されており、格子アセンブリ１００による回折により生じた±１次回折光（諸次元回折光１１４の中の±１次回折光）のみを通すよう構成されている。この機能が差込図１１８内に詳示されており、そこにはｙｚビューでの、即ちｘ軸の方向から見た、空間フィルタ８６が示されている。空間フィルタ８６は、透明な環１２０を不透明なベース１２２上に備えており、例えばクロムオンガラスベースからクロムを除去することでその環が形成されている。±１次回折光は、環１２０内に、ｓＬＥＤ８８により放射された輻射に係るものが正方形１２４として、またｓＬＥＤ９０により放射された輻射に係るものが正方形１２６として示されている。０次回折光は空間フィルタの中央部１２８により阻止され、±１次超の回折光は空間フィルタ８６の周辺部１３０により阻止される。
【0052】
空間フィルタ８６通過後の±１次回折光により、拡大していくビーム１３２が形成される。それらのビームの相互干渉により、伝搬する正弦格子が（それら±１次回折光間の干渉パターンとして）もたらされ、それらがビームスプリッタ４５（図１）により反射されてビーム１３４になる。正弦格子については、図３との関連で後に詳述する。ビーム１３４は、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の方へと、ウェハ１２（図１）から反射されてきた光学輻射に対し共線的に伝搬するので、後に詳述する通りそれら２個のカメラの相互レジストレーションが可能である。
【0053】
ビーム１３４として伝搬する正弦格子のスペクトルコンテンツは、ｓＬＥＤ８８及び９０のうち何れの１個又は双方が励振され光学輻射を放射するかに依存する。放射波長λ１及びλ２とダイクロイックビームスプリッタ４８のスペクトル特性とをマッチさせることで、それら波長のうち一方がそのビームスプリッタにより反射され他方が透過されるようにすることができる。
【0054】
図３は、本発明の一実施形態に係りカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２のうち一方により獲得される画像１５０の模式的表現図である。本例の画像１５０には、ＡＩＭ（商標）プロキシターゲット１５２と、そのプロキシターゲットの画像沿いにあり格子プロジェクタ２０により投射された４個の格子１５４、１５６、１５８及び１６０とが、含まれている。ＡＩＭ（商標）プロキシターゲット１５２内のターゲットフィーチャには、ｘ及びｙ軸沿いにあり対をなし方位決めされている４個のレジスト格子１６２と、同じくｘ及びｙ軸沿いにあり対をなし方位決めされている４個のプロセス層格子１６４とが、含まれている。明瞭性に鑑み、レジスト格子１６２のうち２個とプロセス層格子１６４のうち２個のみを枠囲いし、各々のうち１個をｘ軸沿いに方位決めされたもの、他の１個をｙ軸沿いに方位決めされたものとしてある。
【0055】
他種のプロキシターゲットでは、これに代え他形態のターゲットフィーチャが用いられることがある。例えば、いわゆるフレームインフレームプロキシターゲット内のターゲットフィーチャには、バーで構成された正方形フレームが備わる。
【0056】
レジスト層・プロセス層間オーバレイ誤差を計算する目的で、コントローラ２４により、ターゲット１５２の画像をもとにレジスト格子１６２のＣｏＳのＸ及びＹ座標（ＣｏＳＸ，Ｒ，ＣｏＳＹ，Ｒ）が計算され、同様にプロセス層格子１６４のＣｏＳのＸ及びＹ座標（ＣｏＳＸ，Ｐ，ＣｏＳＹ，Ｐ）が計算される。（ウェハ１２上に逆投射された）対称中心のＸ座標間，Ｙ座標間の差により、Ｘ，Ｙそれぞれのオーバレイ誤差ＯＶＬＸ＝（ＣｏＳＸ，Ｒ－ＣｏＳＸ，Ｐ），ＯＶＬＹ＝（ＣｏＳＹ，Ｒ－ＣｏＳＹ，Ｐ）がもたらされる。簡略性に鑑み、以下、ＣｏＳを用い二次元ベクトル（ＣｏＳＸ，ＣｏＳＹ）を表記する。
【0057】
格子１５４、１５６、１５８及び１６０は、前述の通り格子プロジェクタ２０により投射される（図２）。それら格子の空間分割及び配列は、例えば、回折格子アセンブリ１００内の格子を２対の直交格子に分けることで達成される。カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の双方により格子１５４、１５６、１５８及び１６０を「見て」コントローラ２４（図１）によりそれら格子を用いることで、ｘ及びｙ方向の双方でそれら格子に対しそれら２個のカメラの位置を合せることができる。後に詳述される通り、この位置合わせ（レジストレーション）は、ターゲット１５２の連続画像の正確なレジストレーションのプロセスに、不可欠な部分である。
【0058】
［オーバレイ計量プロキシターゲット内のレジスト及びプロセスターゲットフィーチャの解明］
後掲の諸図には、オーバレイプロキシターゲットのターゲットフィーチャのＣｏＳ変動を、例えば焦点及び照明波長等、様々なイメージングパラメタの関数として計測する多種多様な方法が示されている。そうした方法が、簡便性及び明瞭性に鑑み、上述されており先行図面に示されているシステム構造及び部材との関連で且つある特定種類のプロキシターゲット及びそれに備わるターゲットフィーチャとの関連で記述されている。とはいえ、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）であり本明細書を一読したものには明らかな通り、それらの方法の諸原理を、必要な変更を加えつつ他のオーバレイ計量システムにて同様に応用することもでき、また他種のプロキシターゲットを用いてそうすることもできる。更に、これら様々な方法の諸要素を組み合わせ、マルチファクタＣｏＳ計測及び校正を行えるようにしてもよい。そうした代替的実現形態は皆、本発明の技術的範囲内にあるものと考えられる。
後掲の諸図には、オーバレイプロキシターゲットのターゲットフィーチャのＣｏＳ変動を、例えば焦点及び照明波長等、様々なイメージングパラメタの関数として計測する多種多様な方法が示されている。そうした方法が、簡便性及び明瞭性に鑑み、上述されており先行図面に示されているシステム構造及び部材との関連で且つある特定種類のプロキシターゲット及びそれに備わるターゲットフィーチャとの関連で記述されている。とはいえ、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）であり本明細書を一読したものには明らかな通り、それらの方法の諸原理を、必要な変更を加えつつ他のオーバレイ計量システムにて同様に応用することもでき、また他種のプロキシターゲットを用いてそうすることもできる。更に、これら様々な方法の諸要素を組み合わせ、マルチファクタＣｏＳ計測及び校正を行えるようにしてもよい。そうした代替的実現形態は皆、本発明の技術的範囲内にあるものと考えられる。
【0059】
図４は、本発明の一実施形態に係り、オーバレイ計量プロキシターゲットのプロセス層及びレジスト層ターゲットフィーチャのＣｏＳ変動を焦点の関数として計測するプロセスが、模式的に描かれているフローチャート２００である。本プロセスでは、図１記載の光学検査装置１０を参照すると共に、図２及び図３を付加的に参照する。図４に描かれているプロセスの目的は、装置１０におけるウェハ１２の焦点セッティングと関連付けて、オーバレイプロキシターゲット例えばＡＩＭ（商標）ターゲット１５２の各層のターゲットフィーチャのＣｏＳの位置を、個別に解明することにある。
【0060】
本プロセスは開始ステップ２０２にて開始される。合焦ステップ２０４では、ｚ方向に沿いテーブル２６を動かすこと及び／又はアクチュエータ５８及び６０によりカメラを動かすことで、コントローラ２４により、ウェハ１２上に合焦するようカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が設定される。それらカメラが、アクチュエータ５８及び６０の差動的運動により、ΔＺなる焦点差に設定される（本明細書における焦点セッティングは、ウェハ空間におけるＺ座標のことである。例えば焦点差ΔＺは、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が合焦されるｘｙ平面各々が、ウェハ１２上で又はその付近でΔＺを以て分離されていることを指している）。カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の焦点分離及び合焦の更なる詳細については図５との関連で後述する。
【0061】
第１格子レジストレーションステップ２０６では、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２双方が、格子プロジェクタ２０により投射された格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し位置合わせされる。このレジストレーションを実行するため、コントローラ２４によりそれら格子の獲得済画像が処理され、それによりそれら格子に対する各カメラのｘ及びｙ方向沿い相対位置が探索される。カメラを互いに位置合わせするには、それらカメラを格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し物理的に動かすか、カメラ・格子間オフセットを計算して後続処理で利用すればよい。格子が周期的形態であり且つＣＡＭ１及びＣＡＭ２内で諸画素が反復的構造をなしているため、コントローラ２４により、（ウェハ空間内ｘｙ座標に関し）０．１ｎｍより良好な正確度で、それら格子に対し各カメラを位置合わせすることができる。更に、同じ格子が各カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の方に投射されるため、投射された格子のあらゆる空間的シフト又は振動が、それらカメラの双方でコモンモードにて発生する。各カメラがそれら同じコモンモード格子に対し位置合わせされるため、それらカメラが、０．１ｎｍより良好な正確度で以て互いに位置合わせされることとなる。第１獲得ステップ２０８では、プロキシターゲット１５２の画像、具体的には格子１６２及び１６４のそれが、コントローラ２４によりカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２から読み出されメモリ２５内に格納される。
【0062】
再合焦ステップ２１０では、テーブル２６によりｚ方向に沿い距離ΔＺ分だけウェハ１２を動かすことで、ＣＡＭ１が、ステップ２１０より前にＣＡＭ２があったＺ座標へと持ち込まれる。第２格子レジストレーションステップ２１２では、コントローラ２４により再び、第１格子レジストレーションステップ２０６のように、格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し各カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が位置合わせされる。このステップの目的は、それら２個のカメラ間の持続的なレジストレーションを確実化することにある。ＣＡＭ１レジストレーションステップ２１４では、ＣＡＭ１が、前回の焦点位置にてＣＡＭ２により獲得された画像に対し位置合わせされるので、第２格子レジストレーションステップ２１２と相俟ち、前回の焦点位置との関連でｘｙ平面におけるそれら２個のカメラの位置が確立されることとなる。第２獲得ステップ２１６では、第１獲得ステップ２０８と同様、プロキシターゲット１５２の画像がカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２を通じコントローラ２４により読み出され、メモリ２５内に格納される。
【0063】
判別ステップ２１８では、コントローラ２４により、焦点段階の予設定系列を踏まえ、別の焦点段階が必要か否かが判別される。その答えが肯定であれば、本プロセスは再合焦ステップ２１０に戻りそこから継続される。全ての予設定焦点段階が採られ終えたら、計算ステップ２２０にて、コントローラ２４により、メモリ２５内に格納されている諸画像を処理することで、各格子１６２及び１６４各々のＣｏＳが、ΔＺの諸焦点段階を経る焦点セッティングの関数として計算される。本プロセスは終了ステップ２２２にて終了される。
【0064】
ある種の実施形態では、照明がウェハ１２上に射突する方向（突き当たる方向：照明の進行方向）を調整することで、その計量ツールのイメージング光学系における残留光学誤差が補償される。例えば光学検査装置１０では、コントローラ２４により、ｙｚ平面におけるアパーチャアセンブリ３６の位置をアクチュエータ３８の働きで調整することで、対物レンズ３０における残留光学誤差を補償することができる。格子１６２及び１６４各々のＣｏＳがアパーチャアセンブリ３６の位置に依存しているため、アパーチャアセンブリ３６の複数位置に関し焦点の関数としてＣｏＳを計測することで、より包括的なデータを収集することができる。ある実施形態では、フローチャート２００記載のプロセスが、アパーチャアセンブリの一連のＹ及びＺ座標、例えば（Ｙ０±ｎ＊ΔＹ，Ｚ０±ｎ＊ΔＺ）に関し実行される；但し、Ｙ０及びＺ０はアパーチャアセンブリ３６の名目中心位置、ΔＹ及びΔＺはそのアパーチャアセンブリのインクリメント増分を表しており、ｎは０から最大値たるＮまでの値が想定されている整数指数である。「計測条件の選択」と題する欄にて後述される通り、得られたデータを用い、オーバレイ計測の質を更に改善することができる。
【0065】
【0066】
ウェハ空間内Ｚ座標による２個のカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の位置、即ちウェハ１２を基準としたＺ座標が、Ｎ個の焦点段階を経る態でシフトされている。Ｚ座標軸２５１上に付記されている通り、第１段階２５０ではＣＡＭ１が平面Ｚ＝Ｚ０に合焦され、ＣＡＭ２が平面Ｚ＝Ｚ０＋ΔＺに合焦される。第２段階２５２では、そのウェハ焦点がΔＺ分だけインクリメントされ、それによりＣＡＭ１がＺ＝Ｚ０＋ΔＺ、ＣＡＭ２がＺ＝Ｚ０＋２ΔＺに持ち込まれるため、ＣＡＭ１の在処がここで、第１段階２５０にてＣＡＭ２があったのと同じ焦点位置となる。第３段階２５４では、そのウェハ焦点が再びΔＺ分だけインクリメントされ、ＣＡＭ１がＺ＝Ｚ０＋２ΔＺ、ＣＡＭ２がＺ＝Ｚ０＋３ΔＺに持ち込まれる。このプロセスは第Ｎ段階２５６まで継続され、ＣＡＭ１の在処がＺ＝Ｚ０＋（Ｎ－１）ΔＺ、ＣＡＭ２の在処がＺ＝Ｚ０＋ＮΔＺとなる。
【0067】
言い換えれば、各焦点段階にて、前段階にてＣＡＭ２が所在していた焦点にＣＡＭ１が位置決めされるので、相連続する段階間でのレジストレーションが可能となる。この連続する諸段階と、格子レジストレーションステップ２０６及び２１２（図４）との組合せにより、コントローラ２４にて、焦点縦貫的（スルー焦点的）にｘ及びｙ方向沿いで各カメラを精密に整列させること、並びに焦点縦貫的に格子１６２及び１６４各々の真正なＣｏＳを計算することが可能となる。
【0068】
図６Ａ－６Ｂは、本発明の一実施形態に係り、照明波長と関連付けてオーバレイ計量プロキシターゲットのターゲットフィーチャのＣｏＳ変動を計測するプロセスが、模式的に描かれているフローチャート３００である。本プロセスでは、図１に示されている光学検査装置１０を用いると共に、図２及び図３を付加的に参照する。図６Ａ－６Ｂに描かれているプロセスの目的は、装置１０により用いられる波長と関連付けて、オーバレイプロキシターゲット例えばＡＩＭ（商標）ターゲット１５２のターゲットフィーチャ各々のＣｏＳの位置を、個別解明することにある。フローチャート３００は、それぞれ格子１６４，格子１６２のＣｏＳが照明波長の関数として計算される第１部分３０１，第２部分３０２を有している。
【0069】
本プロセスは開始ステップ３０３にて開始される。ビームスプリッタ配置ステップ３０４では、コントローラ２４によりアクチュエータ４９を励振することでダイクロイックビームスプリッタ４８が装置１０の光路内へと持ち込まれるため、装置１０の光路内の光学輻射が、その輻射のうちスペクトル帯Δλ１内部分がＣＡＭ１により受光され且つその輻射のうちスペクトル帯Δλ２内部分がＣＡＭ２により受光されるよう、分割されることとなる。
【0070】
その後、本プロセスは第１部分３０１に入る。第１照明ステップ３０６では、半導体ウェハ１２が波長λ１及びλ２で以て照明される；但し、波長λ１はスペクトル帯Δλ１内、波長λ２はスペクトル帯Δλ２内にあり、光源３２により波長λ１にて光学輻射が放射され、光源３３により波長λ２にて光学輻射が放射される。第１合焦ステップ３０８では、コントローラ２４により、テーブル２６並びにアクチュエータ５８及び６０を用い、カメラＣＡＭ１が格子１６２上のコントラスト焦点、ＣＡＭ２が格子１６４上のコントラスト焦点に合焦される。語「コントラスト焦点」は、個々のカメラ上の格子画像が最大コントラストＣを呈する焦点位置を指している。また、コントラストＣは、所与カメラ上の格子画像の最大及び最小強度Ｉｍａｘ及びＩｍｉｎに基づき、Ｃ＝（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）として定義される。第１格子レジストレーションステップ３１０では、第１格子レジストレーションステップ２０６（図４）と同様に、投射された格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対しカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が位置合わせされる。その後、第１獲得ステップ３１２では、格子１６２及び１６４の画像がカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２により獲得され、コントローラ２４によりそれらカメラから読み出され、メモリ２５内に格納される。
【0071】
第１波長変更ステップ３１４では、コントローラ２４にて、光源３３によりスペクトル帯Δλ２内で放射される光学輻射の波長をΔλ分だけインクリメントすることで、ＣＡＭ２に達する照明の波長がλ２からλ２＋Δλへと変更される。第１再合焦ステップ３１６では、ＣＡＭ２が、そのインクリメント後波長にてコントラスト焦点へと再合焦される。第２格子レジストレーションステップ３１８では、第１格子レジストレーションステップ３１０のように、格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対しカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が位置合わせされる。再レジストレーションステップ３２０では、ＣＡＭ１が、獲得ステップ３１２にてＣＡＭ１を通じ獲得されたのと同じ、格子１６２の画像に対し、再合焦及び再位置合わせされる。即ち、同じ波長及び同じ焦点で同じ物理格子１６２に対し継続的に位置合わせされるのであり、これによりＣＡＭ１が部分３０１用の「アンカー」として確立される。第２獲得ステップ３２２では、格子１６４の画像がＣＡＭ２により獲得され、コントローラ２４によりそのカメラから読み出され、メモリ２５内に格納される。
【0072】
第１判別ステップ３２４では、コントローラ２４により、波長段階の予設定系列を踏まえ、スペクトル帯Δλ２内で別の波長段階が必要か否かが判別される。その答えが肯定であれば、本プロセスは第１波長変更ステップ３１４に戻り、ＣＡＭ２に達する照明の波長を再びΔλ分だけインクリメントさせた上で、本プロセスが継続される。全ての予設定焦点段階が使い尽くされたら、コントローラ２４により、第１計算ステップ３２６にて、メモリ２５内に格納されている諸画像に基づき、格子１６４のＣｏＳが、スペクトル帯Δλ２内の諸波長段階Δλを経る波長の関数として計算される。
【0073】
本プロセスは第２部分３０２に続いており、これは第１・第２部分間の差異を明瞭化するため詳述されている。第２部分３０２内のステップ３２８、３３０、３３２、３３４、３４０及び３４６は、第１部分３０１内の対応するステップ３０６、３０８、３１０、３１２、３１８及び３２４とそっくりである。しかしながら、第２部分３０２内のステップ３３６、３３８、３４２及び３４４は第１部分３０１内の対応ステップ３１４、３１６、３２０及び３２６と異なっており、第２部分のそれらステップでは、スペクトル走査が、第１部分でのようにスペクトル範囲Δλ２を縦貫する態で行われるのではなく、スペクトル範囲Δλ１を縦貫する態で行われている。
【0074】
第２照明ステップ３２８では、半導体ウェハ１２波長λ１及びλ２で以て照明される。第２合焦ステップ３３０では、コントローラ２４により、カメラＣＡＭ１が格子１６２上のコントラスト焦点、ＣＡＭ２が格子１６４上のコントラスト焦点に合焦される。第３格子レジストレーションステップ３３２では、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し位置合わせされる。第３獲得ステップ３３４では、格子１６２及び１６４の画像がカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２により獲得され、コントローラ２４によりそれらカメラから読み出され、メモリ２５内に格納される。
【0075】
第２波長変更ステップ３３６では、コントローラ２４によって、光源３２によりスペクトル帯Δλ１内で放射される光学輻射の波長がΔλ分だけインクリメントされる。第２再合焦ステップ３３８では、ＣＡＭ１が、そのインクリメント後波長Δλ１＋Δλにてコントラスト焦点に再合焦される。第４格子レジストレーションステップ３４０では、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し位置合わせされる。第２再レジストレーションステップ３４２では、ＣＡＭ２が、第３獲得ステップ３３４にてＣＡＭ２から読み出されたものと同じ、格子１６４の画像に対し再合焦及び再位置合わせされ、それによりＣＡＭ２が第２部分３０２用のアンカーとして確立される。第４獲得ステップ３４４では、格子１６２の画像がカメラＣＡＭ１により獲得され、コントローラ２４によりそのカメラから読み出され、メモリ２５内に格納される。
【0076】
第２判別ステップ３４６では、コントローラ２４により、波長段階の予設定系列を踏まえ、スペクトル帯Δλ１内で別の波長段階が必要か否かが判別される。その答えが肯定であれば、本プロセスは第２波長変更ステップ３３６に戻り、ＣＡＭ１に達する照明の波長を再びΔλ分だけインクリメントさせた上で、本プロセスが継続される。全ての予設定波長段階が採られ終えたら、コントローラ２４により、第２計算ステップ３４８にて、格子１６２のＣｏＳが、スペクトル帯Δλ１内の諸波長段階Δλを経る波長の関数として計算される。本プロセスは終了ステップ３５０にて終了される。
【0077】
焦点によるＣｏＳの変動の計測と同じく、波長によるＣｏＳの変動に関し得られたエータも、「計測条件の選択」と題する欄にて後述される通り、オーバレイ計測の質を更に改善するのに用いることができる。
【0078】
照明波長によるＣｏＳの変動の計測を、その光学輻射の偏光状態を付加的なパラメタとして実行してもよい。ある実施形態では、波長によるＣｏＳの変動が、ウェハ１２上に射突する照明の様々な偏光状態に関し計測される。即ち、コントローラ２４による指令を受け、光源３２及び３３により相直交する二通りの偏光状態にて光学輻射が放射され、照明波長によるＣｏＳの変動が偏光状態毎に個別計測される。これに代わる実施形態には、ウェハ１２が無偏光光学輻射で以て照明されある特定状態の偏光が２個のカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２各々に到達するものであって、その特定状態が、ポラライザとしても機能するダイクロイックビームスプリッタ４８により、或いはそのダイクロイックビームスプリッタと２個のカメラとの間に適宜配置されたポラライザにより決まるものがある。
【0079】
図７Ａ－７Ｂは、本発明の一実施形態に係り、諸焦点セッティング及び諸波長に亘りＣｏＳのランドスケープを生成し感度を評価するプロセスが、模式的に描かれているフローチャート５００である。
【0080】
スキャナ誘起オーバレイ誤差、例えばそのスキャナにおけるウェハ１２の誤配置及び回動、並びにスキャナ視野歪を捕捉するため、オーバレイ誤差が、一般にそのウェハ上の数個の計測サイトにて計測される。フローチャート５００に示されているプロセスはウェハ１２上のＮ個のサイトを対象とした計測に関するものであり、ここではそれらサイトにｎ（ｎ＝１，２，…Ｎ）と付番されている。更に、本プロセスはレジスト層及びプロセス層双方に関し実行される。
【0081】
ＣｏＳが二通りのウェハ１２方位にて焦点と関連付けて計測され、またそのうち第２方位に関してはそのウェハがＺ軸周りで１８０°回動される。焦点と関連付けられたＣｏＳのうち第１方位（０°方位に任意設定）でのものをＣｏＳ０（Ｚ）、第２方位でのものをＣｏＳ１８０（Ｚ）と表記すると、コントローラ２４により計算されるＣｏＳのツール誘起シフト（ＴＩＳ）即ちＣｏＳ＿ＴＩＳは、ＣｏＳ＿ＴＩＳ（Ｚ）＝（ＣｏＳ０（Ｚ）＋ＣｏＳ１８０（Ｚ））／２となる。ＣｏＳ＿ＴＩＳにより記述されるＣｏＳ誤差は、装置１０のイメージング経路内光学部材の非対称性、例えば対物レンズ３０の非対称性に因るものである。補正後ＣｏＳ、即ち計測ＣｏＳからＣｏＳ＿ＴＩＳを減じたものを、コントローラ２４により、ＣｏＳ＿ＣＯＲ（Ｚ）として計算することができる；但し、ＣｏＳ＿ＣＯＲ（Ｚ）＝[ＣｏＳ０（Ｚ）－ＣｏＳ１８０（Ｚ）]／２であり、「ＣＯＲ」は「補正後」を表している。前述の通り、ＣｏＳは二次元ベクトル（ＣｏＳＸ，ＣｏＳＹ）を表しており、「ＣｏＳ」なる表記にはそのＸ及びＹ座標の双方が包含される。
【0082】
装置１０の機械的振動を原因とするＣｏＳ計測の不正確性は、プロキシターゲット１５２の画像を複数回獲得しそれら計測結果を平均することで、低減させることができる。
【0083】
本プロセスは開始ステップ５０２にて開始される。偏光選択ステップ５０４では、照明アセンブリ１６により放射された照明の（一通り又は複数通りの）偏光状態が選択される。サイト選択ステップ５０６ではウェハ１２上のサイトｎが選択される。波長選択ステップ５０７では波長λが選択される。０度ＣｏＳスルー焦点ステップ５０８では、図４及び図５との関連で記述された通り、ＣｏＳが焦点Ｚ縦貫的に計測される。１８０度ＣｏＳスルー焦点ステップ５１０では上掲の計測が反復されるが、ウェハ１２の方位はステップ５０８でのそれに対し１８０°回動させる。第１ＣｏＳ＿ＴＩＳステップ５１２では、ＣｏＳ＿ＴＩＳが、コントローラ２４により、焦点セッティングＺ毎に０°方位及び１８０°方位での個々のＣｏＳ値をもとに、ＣｏＳ＿ＴＩＳ＝（ＣｏＳ０＋ＣｏＳ１８０）／２として計算される。単純性に鑑み、焦点Ｚ、波長λ、偏光Ｐ及びサイトｎに対する明白な依存性が、これらの式では省略されている。第１ＣｏＳ＿ＣＯＲステップ５１４では、ＣｏＳ＿ＣＯＲが、コントローラ２４により、焦点セッティングＺ毎に０°及び１８０°での個々のＣｏＳ値をもとに、ＣｏＳ＿ＣＯＲ＝（ＣｏＳ０－ＣｏＳ１８０）／２として計算される（ここでも諸変数に対する明示的参照が省略されている）。波長判別ステップ５１６では、コントローラ２４により、波長の予設定リストを踏まえ、ステップ５０７～５１４を再実行すべきか否かが判別される。肯定的回答の場合、波長インクリメントステップ５１７にて波長λがインクリメントされ、本プロセスがステップ５０７から継続される。
【0084】
全ての予設定波長が使い尽くされたら、本プロセスでは、続いて、図６Ａ－６Ｂとの関連で記述された通り、最良コントラスト焦点にて波長と関連付けてＣｏＳが計測される。先行ステップにおいて、全ての所要波長にて焦点と関連付けてＣｏＳが計測済であるけれども、装置１０のドリフトによって、焦点との関連でのＣｏＳの計測結果の一部が、焦点座標Ｚ沿いにドリフトすることがある。以下詳述される通り、波長との関連でのＣｏＳ計測を使用し、その種のドリフトを補正することができる。
【0085】
０度ＣｏＳスルー波長ステップ５１８では、ＣｏＳが、最良コントラスト焦点にて波長の予設定スペクトルを縦貫する態で計測される。１８０度ＣｏＳスルー波長ステップ５２０では上述の計測が反復されるが、ウェハ１２の方位はステップ５１６でのそれに対し１８０°回動させる。第２ＣｏＳ＿ＴＩＳステップ５２２及び第２ＣｏＳ＿ＣＯＲステップ５２４では、ＣｏＳ＿ＴＩＳ及びＣｏＳ＿ＣＯＲが、コントローラ２４により、ステップ５１８及び５２０にて獲得されたデータをもとに、前掲のステップ５１２及び５１４各々との関連で記述された通り計算される。
【0086】
ＣｏＳ＿ＴＩＳ縫合ステップ５２６では、コントローラ２４により、波長λ毎に、焦点Ｚを最良コントラスト焦点としてステップ５０７～５１６から焦点縦貫的なＣｏＳ＿ＴＩＳに関しもたらされた結果が、ステップ５２２からＣｏＳ＿ＴＩＳに関しもたらされた結果と比較される。それら二通りの結果間に食い違いがある場合、波長λでの焦点縦貫的ＣｏＳ＿ＴＩＳに係る結果を焦点座標Ｚに沿いシフトさせることで、その食い違いが除去される。これにより、後掲の図８Ａとの関連で更に詳述される通り、隣り合う波長での焦点縦貫的ＣｏＳ＿ＴＩＳの結果が「縫合」され、二次元Ｚλ空間におけるＣｏＳ＿ＴＩＳの一貫表現となる。ＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープステップ５２８では、コントローラ２４によりこの表現が収集され、２個の変数Ｚ及びλに対するＣｏＳ＿ＴＩＳ値の集合体となる。この集合体のことをＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープと呼ぶ。
【0087】
ＣｏＳ＿ＴＩＳ導関数ステップ５３０では、コントローラ２４により、変数Ｚ及びλの変動に対するＣｏＳ＿ＴＩＳの感度を示す二次導関数∂２ＣｏＳ＿ＴＩＳ／∂Ｚ∂λの値が計算される。最小ＣｏＳ＿ＴＩＳステップ５３２では、コントローラ２４により、そのＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープ内で、（Ｚ，λ）平面内にありＣｏＳ＿ＴＩＳの絶対値が所定限度未満となる（１個又は複数個の）二次元エリアが識別され、それによりＣｏＳに係るツール誘起シフトが最小なエリア即ちＣｏＳ誤差が最小なエリアが指し示される（ＣｏＳ＿ＴＩＳのＸ及びＹ成分に別々な限度を割り当ててもよい）。最小ＣｏＳ＿ＴＩＳ導関数ステップ５３３では、コントローラ２４により、そのＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープ内で、（Ｚ，λ）平面内にあり∂２ＣｏＳ＿ＴＩＳ／∂Ｚ∂λの絶対値が別の所定限度未満となる（１個又は複数個の）二次元エリアが識別され、ひいてはＣｏＳ＿ＴＩＳの安定性が最高なエリアが指し示される。
【0088】
ＣｏＳ＿ＴＩＳ縫合ステップ５２６と同様、ＣｏＳ＿ＣＯＲ縫合ステップ５３４では、コントローラ２４により、波長λ毎に、焦点Ｚを最良コントラスト焦点としステップ５０７～５１６から焦点縦貫的ＣｏＳ＿ＣＯＲに関しもたらされた結果が、ステップ５２４からＣｏＳ＿ＣＯＲに関しもたらされた結果と比較される。それら二通りの結果間に食い違いがある場合、波長λに係る焦点縦貫的ＣｏＳ＿ＴＩＳの結果を焦点座標Ｚに沿いシフトさせることで、その食い違いが除去される。これにより、隣り合う波長に係る焦点縦貫的ＣｏＳ＿ＣＯＲの結果が「縫合」され、Ｚλ空間におけるＣｏＳ＿ＣＯＲの一貫表現となる。
【0089】
ＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープステップ５２８と同様、ＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープステップ５３６では、コントローラ２４によりこの表現が収集され、２個の変数Ｚ及びλに対するＣｏＳ＿ＣＯＲ値の集合体、即ち本願でＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープと呼ばれるものとなる。ＣｏＳ＿ＣＯＲ導関数ステップ５３８では、コントローラ２４により、変数Ｚ及びλの変化に対するＣｏＳ＿ＣＯＲの感度を示す二次導関数∂２ＣｏＳ＿ＣＯＲ／∂Ｚ∂λの値が計算される。
【0090】
最小ＣｏＳ＿ＣＯＲ導関数ステップ５４０では、コントローラ２４により、そのＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープ内で、∂２ＣｏＳ＿ＣＯＲ／∂Ｚ∂λの絶対値が更に別の所定限度未満となる（１個又は複数個の）二次元エリアが識別され、それによりＣｏＳ＿ＣＯＲの安定性が最高なエリアが指し示される（ＣｏＳ＿ＣＯＲは０に対し任意なオフセットを有するものとされうるので、ＣｏＳ＿ＣＯＲが所定限度未満であるエリアを識別することに理論的根拠はない）。
【0091】
サイト判別ステップ５４２では、コントローラ２４により、ウェハ１２上の別のサイトｎを計測する必要があるか否かが確認される。その結果が肯定であれば、本プロセスはステップ５０６に戻り、次のサイトが選択される。（現在の偏光に関し）全てのサイトが計測され終えたら、コントローラ２４により、偏光判別ステップ５４４にて、付加的な偏光状態の照明にて計測を実行する必要があるか否かが確認される。その結果が肯定であれば、本プロセスはステップ５０６に戻り、新たな偏光状態の照明を用いてＮ個のサイト全てが再び計測される。全ての必要な偏光状態が使い尽くされたら、終了ステップ５４６にて本プロセスが終了される。
【0092】
図８Ａ～図８Ｄは、本発明の一実施形態に係り、レジスト及びプロセス層に係るＣｏＳ＿ＴＩＳ及びＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープの模式的表現図である。図８Ａに示されているのはレジスト層に係るＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープ６００、図８Ｂに示されているのはレジスト層に係るＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープ６０２、図８Ｃに示されているのはプロセス層に係るＣｏＳ＿ＴＩＳランドスケープ６０４、図８Ｄに示されているのはプロセス層に係るＣｏＳ＿ＣＯＲランドスケープ６０６である。各ランドスケープ６００、６０２、６０４及び６０６は所与サイトｎ及び所与偏光Ｐに係るものである。同様のランドスケープが、Ｎ個のサイト全てに関し且つ全ての偏光状態の照明に関し生成される。各ランドスケープにより、ある波長範囲（λｍｉｎ，λｍａｘ）及びある焦点範囲（Ｚｍｉｎ，Ｚｍａｘ）におけるＣｏＳ＿ＴＩＳ又はＣｏＳ＿ＣＯＲの個別値が表されている。曲線６０８、６１０、６１２及び６１４により、個々のランドスケープ６００、６０２、６０４及び６０６に関し、波長との関連で最良コントラスト焦点の焦点位置が示されている。
【0093】
図７Ａのステップ５３２、５３３及び５４０にて識別されたエリアがランドスケープ６００～６０６内に示されている。即ち、エリア６１６内では∂２ＣｏＳ＿ＴＩＳ／∂Ｚ∂λが所定限度Ｌ１未満であり、エリア６１８内ではＣｏＳ＿ＴＩＳが所定限度Ｌ２未満である。エリア６２０内では∂２ＣｏＳ＿ＣＯＲ／∂Ｚ∂λが所定限度Ｌ３未満である。エリア６２２内では∂２ＣｏＳ＿ＴＩＳ／∂Ｚ∂λが所定限度Ｌ４未満であり、エリア６２４内ではＣｏＳ＿ＴＩＳが所定限度Ｌ５未満である。エリア６２６内では∂２ＣｏＳ＿ＣＯＲ／∂Ｚ∂λが所定限度Ｌ６未満である。このように、エリア６１６，６２２は、それぞれレジスト，プロセス層に関し、ＣｏＳ＿ＴＩＳの安定性が高いエリアを示しており、エリア６１８及び６２４は、それらの層に関しＣｏＳ＿ＴＩＳの値が小さいところ、即ち計測ツール誤差が少ないところを示している。エリア６２０，６２６は、それぞれレジスト層，プロセス層に関し、ＣｏＳ＿ＣＯＲの安定性が高いところを示している。
【0094】
図７Ａのステップ５２６及び５３４にて導入された「縫合」の概念が、図８Ａにて模式的に描かれている。３本の線６２８、６３０及び６３２は、焦点Ｚの関数たるＣｏＳ＿ＴＩＳが個々の波長λｉ－１、λｉ及びλｉ＋１にて図７Ａのステップ５０７～５１６に従い計測された３本の経路を、表している。曲線６０８上の３個の点６３４、６３６及び６３８は、波長λの関数たるＣｏＳ＿ＴＩＳが図７Ｂのステップ５１８～５２２にて計測されたところを指し示している。線６２８上にありその線が曲線６０８と交わるところでのＣｏＳ＿ＴＩＳ値が、点６３４でのＣｏＳ＿ＴＩＳ値と比較される。それら２個の値が同じであれば、線６２８はシフトされない。逆に、それらの値が一致していなければ、線６２８（及びそのＣｏＳ＿ＴＩＳ値）が、曲線６０８と交わるところでの線６２８上の値が点６３４での値と一致するまで、Ｚ方向に沿いシフトされる。同様のプロセスが、点６３６との関連で線６３０に関し、また点６３８との関連で線６３２に関し、反復される。
【0095】
それら３本の線６２８、６３０及び６３２が必要に応じシフトされ、各線と曲線６０８とが交わるところでの値が個々の点６３４、６３６及び６３８での値と一致したとき、それらの線は、いわば一体に「縫合」された状態にある。本プロセスは、全ての同様な線に関しλｍｉｎからλｍａｘまで反復され、それにより焦点縦貫的なＣｏＳ＿ＴＩＳ値の計測中に装置１０に生じうるドリフトが補正される。同様の縫合演算がランドスケープ６０２、６０４及び６０６にも適用される。
【0096】
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の一実施形態に係り、レジスト及びプロセス層に係る精度ランドスケープの模式的表現図である。本実施形態ではＣｏＳ計測の精度が評価される。精度計測に際してはＣｏＳの数回連続計測、例えば５回、１０回又は１５回の計測が行われ、その精度の指標が計算される。一般的な指標にはそれら計測の３σ値（標準偏差の３倍）がある。ある実施形態では、前述した計測（図５～図７）中にＣｏＳの精度（ＣｏＳ＿Ｐｒｅｃと付号する）を計測しておき、焦点Ｚ及び波長λなる２個の変数と関連付けて精度ランドスケープが生成される。
【0097】
図９Ａ中のランドスケープ７００はレジスト層のＣｏＳの精度を表しており、図９Ｂ中のランドスケープ７０２はプロセス層のＣｏＳの精度を表している。各ランドスケープは、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｄ各々のランドスケープ６００、６０２、６０４及び６０６と同様、ある波長範囲（λｍｉｎ，λｍａｘ）及びある焦点範囲（Ｚｍｉｎ，Ｚｍａｘ）におけるＣｏＳ＿Ｐｒｅｃの個別値を表している。ランドスケープ７００及び７０２は各自の曲線７０４及び７０６を有しており、それにより波長との関連で最良コントラスト焦点の焦点位置が示されている。ランドスケープ７００内にありレジスト層に係るＣｏＳ＿Ｐｒｅｃ値をもとに、コントローラ２４により、ＣｏＳ＿Ｐｒｅｃが予設定限度Ｌ７未満の値を有しているエリア７０８及び７１０が識別されている。同様に、ランドスケープ７０２内にありプロセス層に係るＣｏＳ＿Ｐｒｅｃ値をもとに、コントローラ２４により、ＣｏＳ＿Ｐｒｅｃが予設定限度Ｌ８未満の値を有しているエリア７１２、７１４及び７１６が識別されている。
【0098】
［計測条件の選択］
計量レシピ、即ちオーバレイ計量中における装置１０の様々なパラメタ（例えば焦点、波長、偏光）のセッティングは、計量結果の質に多大な影響を及ぼしうる。以下詳述する通り、装置１０のユーザは、例えば安定性及び正確性等、諸要因間が所望バランスに到達するように、変更する計測条件を選ぶことができる。図４～図９に描かれた層別の計量結果解明は洗練された一組のツールをユーザに与えるものであり、それで以て、そのユーザの具体的目標を念頭に置きつつ計測条件を選択することができる。以下、それらのツールの用法が例証される２個の例示的実施形態を提示する。
計量レシピ、即ちオーバレイ計量中における装置１０の様々なパラメタ（例えば焦点、波長、偏光）のセッティングは、計量結果の質に多大な影響を及ぼしうる。以下詳述する通り、装置１０のユーザは、例えば安定性及び正確性等、諸要因間が所望バランスに到達するように、変更する計測条件を選ぶことができる。図４～図９に描かれた層別の計量結果解明は洗練された一組のツールをユーザに与えるものであり、それで以て、そのユーザの具体的目標を念頭に置きつつ計測条件を選択することができる。以下、それらのツールの用法が例証される２個の例示的実施形態を提示する。
【0099】
実施形態１ － 本実施形態では、指標Ｍ１が、コントローラ２４により、全ての計測サイト及び全ての偏光に関し、ランドスケープ６００、６０２、６０４及び６０６（図８Ａ～図８Ｄ）並びにランドスケープ７００及び７０２（図９Ａ及び図９Ｂ）をもとにして、層毎に計算される。
【数1】
【0100】
本指標及びその成分内の変数には、照明の波長λ、焦点座標Ｚ、偏光状態Ｐ、並びに層Ｌ（レジスト層かそれともプロセス層か）がある。ＡＶＧＮはＮ個の計測サイトに亘る平均のこと、３σＮはそれらＮ個のサイトに亘る標準偏差の３倍のことであり、ＡＶＧＮ及び３σＮには諸サイト及び諸偏光に亘るランドスケープ上でのプロセス変動の影響が算入されている。簡略性に鑑み、精度が「Ｐｒｅｃ」と表記されている。
【0101】
指標Ｍ１はその寄与因子としてＣｏＳ＿ＴＩＳを含んでおり、従って計測の正確性（ツール誘起誤差）の評価に重きを置いている。ＬＩＭＩＴ（Ｍ１）をＭ１向けの所定限度とし、
Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌ）＜ＬＩＭＩＴ（Ｍ１）
となる計測条件を見つけることで、計測されるオーバレイ誤差が、最小のツール誘起誤差を呈することとなる。
Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌ）＜ＬＩＭＩＴ（Ｍ１）
となる計測条件を見つけることで、計測されるオーバレイ誤差が、最小のツール誘起誤差を呈することとなる。
【0102】
２個のイルミネータ１５及び１７を有する装置１０（図１）の場合、計測条件を、層別指標Ｍ１の使用を通じ、層毎に独立に最適化することができる。仮に装置１０がイルミネータを１個しか備えていないのであれば、２個の層の計測条件間の妥協点が探されることとなろう。例えば、単一イルミネータ装置向けの潜在的必要条件は、
Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌｒｅｓｉｓｔ）＋Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌｐｒｏｃｅｓｓ）＜ＬＩＭＩＴ’（Ｍ１）
となる；但し、Ｌｒｅｓｉｓｔ，Ｌｐｒｏｃｅｓｓはそれぞれレジスト，プロセス層のことであり、ＬＩＭＩＴ’（Ｍ１）は（別の）所定限度である。
Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌｒｅｓｉｓｔ）＋Ｍ１（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌｐｒｏｃｅｓｓ）＜ＬＩＭＩＴ’（Ｍ１）
となる；但し、Ｌｒｅｓｉｓｔ，Ｌｐｒｏｃｅｓｓはそれぞれレジスト，プロセス層のことであり、ＬＩＭＩＴ’（Ｍ１）は（別の）所定限度である。
【0103】
仮にＣｏＳ＿ＴＩＳがツールに係る一定の補正因数であるのなら、１回型校正手順によりそれを校正できるかもしれない。しかしながら、プロキシターゲットのターゲットフィーチャの局所幾何と計量ツール光学系の光学応答との間につながりがあるため、ウェハ上の複数個所が計測される場合、ＣｏＳ＿ＴＩＳがターゲット毎に変わりかねない。この種のＣｏＳ＿ＴＩＳ変動は、そのウェハに亘るプロセス変動の結果として生起しうる。
【0104】
指標Ｍ１に対するＣｏＳ＿ＴＩＳの寄与分は、各アパーチャアセンブリ３６及び３７のアパーチャの横シフトにより、層毎に低減することができる。
【0105】
実施形態２ － 本実施形態では、指標Ｍ２が、コントローラ２４により、指標Ｍ１でのそれらと同じランドスケープを用い層毎に計算される。但し、指標Ｍ２の式は指標Ｍ１のそれと異なっている。
【数2】
【0106】
指標Ｍ２にＣｏＳ＿ＣＯＲ及びＣｏＳ＿ＴＩＳ双方の（二次）導関数が入っているので、これによりオーバレイ誤差計測中におけるＣｏＳの安定性が表される。即ち、ＬＩＭＩＴ（Ｍ２）をＭ２向けの所定限度とし、
Ｍ２（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌ）＜ＬＩＭＩＴ（Ｍ２）
であることを要求することによって、計測されるオーバレイ誤差が高度な安定性を呈することとなり、ひいては計測オーバレイ誤差の正確な校正とロバストなオーバレイ計量をサポートすることができる。
Ｍ２（λ，Ｚ，Ｐ，Ｌ）＜ＬＩＭＩＴ（Ｍ２）
であることを要求することによって、計測されるオーバレイ誤差が高度な安定性を呈することとなり、ひいては計測オーバレイ誤差の正確な校正とロバストなオーバレイ計量をサポートすることができる。
【0107】
指標Ｍ２に関してもＭ１でのそれと同じ変数が用いられており、ＡＶＧＮ及び３σＮは指標Ｍ１でのそれと同様にＮ個のサイトに適用される。照明アセンブリ１６がイルミネータを１個有する構成か２個有する構成かを踏まえつつ、Ｍ１でのそれと同様の考察が指標Ｍ２にも適用される。
【0108】
これに代え又は加え、ランドスケープ６００、６０２、６０４及び６０６由来やランドスケープ７００及び７０２由来のデータを用い他の指標を生成し、様々なユーザ別要請を反映させてもよい。
【0109】
図１０は、本発明の一実施形態に係り、ＣｏＳ＿ＴＩＳの変動がアパーチャオフセットの関数として模式的に描かれているプロット８００である。
【0110】
プロット８００には、４個の計測サイト（ｎ＝１，…，４）に関し装置１０により計測されたＣｏＳ＿ＴＩＳの変動が、アパーチャアセンブリ３６に備わるアパーチャのうち１個の横オフセットＡＯと関連付けて示されている。様々なサイトに係る個々のＣｏＳ＿ＴＩＳ値が線８０２として示されている。それら４個のサイトに亘る変動、例えば層コントラスト、フィーチャトポロジ、焦点変動、サイト傾斜及びプロセス変動があるため、線８０２は別々なオフセット及び傾斜を呈している。それら４個のサイトに亘るＣｏＳ＿ＴＩＳの平均、即ちＡＯの関数たるＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）が、線８０４として示されている。
【0111】
４個の計測サイトに亘る最適（最小）なＣｏＳ＿ＴＩＳ変動、即ち３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）１が、あるアパーチャオフセットＡＯ１にて見出されており、そこではＣｏＳ＿ＴＩＳ＝ＣｏＳ＿ＴＩＳ１となっている。非ゼロ値のＡＯ１は、ウェハ１２・イメージングアセンブリ１４間に大域的角度アライメント誤差があることを示している。
ＡＯ１より大きなアパーチャオフセットを選ぶことで、３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）が大きくなるもののＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）が小さくなることは、ＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）と３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）との間の最適化機会があることを示している。図１の装置１０のように、独立な光源及びアパーチャアセンブリを用いることで、各層に関し、ＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）と３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）との間での独立な最適化が可能となる。
ＡＯ１より大きなアパーチャオフセットを選ぶことで、３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）が大きくなるもののＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）が小さくなることは、ＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）と３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）との間の最適化機会があることを示している。図１の装置１０のように、独立な光源及びアパーチャアセンブリを用いることで、各層に関し、ＡＶＧ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）と３σ（ＣｏＳ＿ＴＩＳ）との間での独立な最適化が可能となる。
【0112】
【0113】
図１１ＡはＡＩＭ（商標）プロキシターゲット１５２の画像（図３にて示されたもの）であり、ｘ軸に沿い方位決めされたレジスト格子１６２及びプロセス層格子１６４の周りに輪郭線が付されている。格子１６２及び１６４の個々の格子バー９０２及び９０４がｙ軸に沿い決めされている。
【0114】
図１１Ｂは、図１１Ａ中の線９０８ａ及び９０８ｂに沿いプロセス層格子１６４から採取された、格子バー９０４ａ及び９０４ｂの模式的断面図である。２個の断面図を一緒に示すため、格子バーとそれらのｘ軸沿い相互間隔とが同スケールで示されていない。
【0115】
半導体製造プロセスの非対称プロセス効果、例えば非対称エッチングが原因で、図１１Ｂに示されている通り、格子バー９０４は非対称トポグラフィカル構造を有するものとなる：即ち、格子バー９０４ａの左側壁９１０ａがｘｙ平面に対し垂直である反面、右側壁９１２ａはある斜め角にてｘｙ平面と会合している。同様に、格子バー９０４ｂの左側壁９１０ｂがｘｙ平面に対し垂直である反面、その格子バーの右側壁９１２ｂはある斜め角にてｘｙ平面と会合している。通常、プロキシターゲット１５２が占めるエリアは小さく、その直線寸法が数十μｍ以下であるので、格子１６４内の全てのバー９０４が、図１１Ｂに示されているのと同じ非対称性を呈する。格子バーの非対称性があることで、焦点により格子１６４のＣｏＳがシフトすることとなるので、以下更に詳述される通り、焦点の関数たるＣｏＳ変動を利用しその非対称性を解明することができる。
【0116】
格子バー９０４ａ及び９０４ｂの非対称性（ひいては全ての格子バー９０２及び９０４の非対称性）を解明するため、コントローラ２４により、Ｚ軸９２６上に付記されている焦点個所にて３個の焦点段階９２０、９２２及び９２４でカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２により獲得された、格子１６４の３枚の画像が読み出される。コントローラ２４によって、テーブル２６のｚ方向沿い運動により及び／又はアクチュエータ５８及び６０によるカメラの運動により、コントラスト焦点（図６Ａ－６Ｂ）を用いウェハ１２上にカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２が合焦される。３個の焦点段階９２０、９２２及び９２４全てで、ＣＡＭ１が、格子１６２上のある固定なｘｙ平面内個所Ｚ＝Ｚ０に合焦され、その固定焦点にて格子１６２に対し位置合わせされる。即ち、そのＺ座標Ｚ０により計測向けの「アンカー焦点」が形成される。
【0117】
それら３個の焦点段階９２０、９２２及び９２４では、ＣＡＭ２が、それぞれＺ座標Ｚ１、Ｚ２及びＺ３を有するｘｙ平面に合焦される。画像獲得中には、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の双方が、第１格子レジストレーションステップ２０６（図４）にある通り、投射格子１５４、１５６、１５８及び１６０に対し位置合わせされるので、それらカメラ間で、既知な横レジストレーション（ｘｙ平面内レジストレーション）が確保される。ＣＡＭ１から読み出された画像をもとに、コントローラ２４により、格子１６４のＣｏＳであり図１１Ｂにて点９２８として模式的に付記されているものが計算され、それがメモリ２５内に格納される。ＣＡＭ２から読み出された、３個の焦点位置での３枚の画像をもとに、コントローラ２４により、３個の個別なＣｏＳ値であり点９３０、９３２及び９３４として模式的に付記されているものが計算され、それらがメモリ２５内に格納される。曲線９３６がコントローラ２４により点９２８、９３０、９３２及び９３４に当て嵌められており、これは焦点によるＣｏＳのシフトを示すもの、即ち格子バー９０２及び９０４の断面非対称性の物差しとなっている。曲線９３６を直線とすることもより高次な曲線とすることもできる。
【0118】
上述の方法を、ｙ方向に沿い方位決めされたプロセス層格子１６４や、ｘ及びｙ方向の両者に沿い方位決めされたレジスト格子１６２に同様に適用して、それらの断面非対称性を解明することもできる。その上で、生産ウェハを対象になされた実オーバレイ計測を補正することで、それら非対称性の結果として起こりうる明白なＣｏＳに対処することができる。
【0119】
これに代わる実施形態には、単一のカメラ例えばＣＡＭ１のみを用い、焦点と関連付けてＣｏＳが計測されるものがある。この種の計測では、ＣＡＭ１が４個の焦点位置Ｚ０、Ｚ１、Ｚ２及びＺ３を縦貫する態で合焦されていき、格子１６４の画像がコントローラ２４により各焦点位置にてＣＡＭ１から読み出され、メモリ２５内に格納される。その上で、コントローラ２４により、メモリ２５内に格納されている画像をもとに個々のＣｏＳ値が計算され、二カメラ計測に関し前述した通り、焦点と関連付けてＣｏＳが計算される。この一カメラ計測法は、固定フィーチャへのアンカー付け及びカメラの相互レジストレーションを行えないため、先に述べた二カメラ法よりも、装置１０の機械的安定性に対し敏感である。
【0120】
上述の諸方法は４個の焦点位置（「アンカー」位置Ｚ０と３個の焦点位置Ｚ１、Ｚ２及びＺ３）を用い実行されているが、これに代えより少数又は多数の焦点位置を用いてもよい。
【0121】
図１２は、本発明の一実施形態に係り、オーバレイプロキシターゲット内ターゲットフィーチャの非対称性を監視するための画像信号相関の使用が、模式的に描かれている一連のプロット図である。先に説明した通り、半導体製造プロセスの非対称プロセス効果、例えば非対称エッチングにより、オーバレイプロキシターゲットのターゲットフィーチャが非対称断面を有するものとなることがある。本実施形態では、それらの非対称性の監視を（それらを評価することさえなく）半導体製造プロセスの監視に利用している。
【0122】
図１２には、図１１Ｂと同じく格子バー９０４ａの断面外観が示されている。コントローラ２４により、例えばＣＡＭ１からバー９０４ａの獲得画像が読み出され、その画像が画像信号に変換されメモリ２５内に格納される。その画像信号のうち曲線６０８（図８Ａ）沿いの部分が、図１２中に曲線１００２として示されている。曲線１００２の画像信号をもとに、コントローラ２４により、それをｚ軸周りで反射させた反射画像信号、即ち曲線１００４として示されている反射画像信号が生成される。
【0123】
コントローラ２４により２本の相関曲線１００６及び１００８、即ち曲線１００２の自己相関（それ自体との相関）たる相関曲線１００６と曲線１００２・１００４間の相互相関たる相関曲線１００８とが計算される。曲線１００６はＣａｕｔｏ
ｍａｘなる最大値を有しており、曲線１００８はＣｃｒｏｓｓ
ｍａｘなる最大値を有している。曲線１００２には非対称性があるのでＣｃｒｏｓｓ
ｍａｘ＜Ｃａｕｔｏ
ｍａｘとなる。自己相関曲線１００６の最大値Ｃａｕｔｏ
ｍａｘに対する相互相関曲線１００８の最大値Ｃｃｒｏｓｓ
ｍａｘの比較結果を、画像信号１００２の非対称性の物差しとして、ひいてはオーバレイプロキシターゲット内ターゲットフィーチャの非対称断面プロファイルを発生させるプロセス効果の物差しとして、用いることができる。
【0124】
オーバレイプロキシターゲットのターゲットフィーチャの画像、例えばバー９０４ａの画像を、装置１０の様々な動作条件下で、例えばウェハ１２の照明の波長及び／又は偏光を変えつつ及び／又は様々な焦点セッティングで以て、獲得することができる。それら動作条件のうち１個又は複数個の関数たる比Ｃｃｒｏｓｓ
ｍａｘ／Ｃａｕｔｏ
ｍａｘの変動により「相関ランドスケープ」がもたらされることとなり、それを更に、本プロセスの実行中に半導体製造プロセスを監視するのに利用することができる。例えば、２個の相関最大値の比Ｃｃｒｏｓｓ
ｍａｘ／Ｃａｕｔｏ
ｍａｘが予設定限度、例えば０．８未満に落ちている場合、そのことを用い、許容不能なプロセス変動であることを指し示すことができる。
【0125】
上述の方法は、ｙ方向沿いに方向決めされたプロセス層格子１６４にも、ｘ及び方向の両者に沿い方向決めされたレジスト格子１６２にも、同様に適用することができ、それによりそれらの断面非対称性を解明することができる。
【0126】
上述の諸実施形態を個別に又は組み合わせて利用することで、最適なオーバレイ計量レシピ、即ちオーバレイ誤差の計測の実行時にロバストなオーバレイ計測条件をもたらすレシピを、決定することができる。そうしたレシピでは、最適な焦点セッティング、波長、偏光、照明条件及び対物レンズ瞳制御が指定される。別々な条件をプロセス層及びレジスト層に対し個別適用することもできる。
【0127】
これに加え又は代え、上述の計測技術によりもたらされる情報、例えば焦点によるＣｏＳの変動に関するものをコントローラ２４にて利用し、オーバレイ計量アルゴリズムを増強してもよい。上述の諸方法を更に、複数対の層間のオーバレイ誤差の同時計測を行うべく、付加的な照明及び集光チャネル向けに一般化することもできる。
【0128】
察せられる通り、上述の諸実施形態は一例として引用されており、本発明は、具体的に示されまた上述されたものに限定されない。寧ろ、本発明の技術的範囲には、上述した様々な特徴のコンビネーション及びサブコンビネーションの双方が包含されるし、それらの変形物及び修正物のうち、いわゆる当業者が前掲の記述を読んで想到しそうであり且つ従来技術にて開示されていないものも包含される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
