特表 2022-530842 トポグラフィ半導体デバイスウェハの製造における位置ずれの測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-01

(54)【発明の名称】トポグラフィ半導体デバイスウェハの製造における位置ずれの測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20220624BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20220624BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

H01L21/66 J

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021574301

(86)(22)【出願日】2020-02-14

(85)【翻訳文提出日】2021-12-14

(86)【国際出願番号】 US2020018200

(87)【国際公開番号】W WO2020168140

(87)【国際公開日】2020-08-20

(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

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】特許業務法人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

【テーマコード（参考）】

2F065

4M106

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA07

2F065BB28

2F065CC20

2F065DD03

2F065FF04

2F065GG23

2F065JJ05

2F065JJ26

2F065LL59

2F065QQ25

2F065QQ31

2F065TT02

4M106AA01

4M106BA04

4M106CA39

4M106DB04

4M106DB07

4M106DJ03

(57)【要約】

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であって、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、ターゲットが第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、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、焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させることと、少なくとも１つの平面における第１の層の画像と第２の層の画像間のオフセットを定量化して、それによって第１の層と第２の層の位置ずれを計算することとを含む、方法。

【特許請求の範囲】

【請求項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方法であって、
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、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、焦点深度の撮像装置を使用して、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、前記第１の層及び前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させることと、
前記少なくとも１つの平面における前記第１の層と前記第２の層の前記画像間のオフセットを、オフセット量子化器を使用して定量化して、それによって前記第１の層と前記第２の層の位置ずれを計算することと、を含む、
方法。

【請求項2】

前記第１の層と前記第２の層は、前記焦点深度を超える垂直距離によって相互に分離される、請求項１に記載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方法。

【請求項3】

前記撮像はシングルグラブを含む、請求項１又は２に記載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方法。

【請求項4】

前記第１の層及び前記第２の層の前記撮像は、少なくとも２つの異なる波長を有する光を使用して実行され、前記第１の層及び前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる、請求項３に記載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方法。

【請求項5】

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少なくとも第３の周期構造を前記少なくとも第３の層の上に含み、前記方法は、
前記第１の層及び前記第３の層を焦点深度で、少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して撮像し、前記第１の層及び前記第３の層の両方の画像を、前記焦点深度未満の垂直距離によって相互に分離された平面に出現させることを更に含む、
請求項１又は２に記載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方法。

【請求項6】

前記焦点深度は、開口数が０．３未満の場合、約５０ｎｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載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方法。

【請求項7】

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であって、
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、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の周期構造を含み、前記少なくとも第１の層と第２の層は２μｍを超える垂直距離によって相互に分離している、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、焦点深度の撮像装置を使用して、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、前記第１の層及び前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させることと、
前記少なくとも１つの平面における前記第１の層と前記第２の層の前記画像間のオフセットを、オフセット量子化器を使用して測定し、それによって前記第１の層と前記第２の層の位置ずれを計算することとを、含む、
方法。

【請求項8】

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７に記載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方法。

【請求項9】

前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置は、異なる波長で動作する、請求項８に記載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方法。

【請求項10】

前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置は、同一の波長で動作する、請求項８に記載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方法。

【請求項11】

前記第１の層の前記撮像と前記第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７に記載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方法。

【請求項12】

前記単一の撮像装置は、前記第１の層及び前記第２の層を前記単一の波長を有する光を用いて撮像する、請求項１１に記載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方法。

【請求項13】

前記単一の撮像装置は、前記第１の層及び前記第２の層を少なくとも２つの波長を有する光を用いて撮像する、請求項１１に記載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方法。

【請求項14】

前記単一の撮像装置は、前記第１の層及び前記第２の層をシングルグラブで撮像する、請求項１３に記載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方法。

【請求項15】

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であって、
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た撮像装置であって、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の周期構造を含み、前記撮像装置が、焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して動作し、前記第１の層及び前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる、撮像装置と、
前記少なくとも１つの平面において、前記第１の層と前記第２の層の前記画像間のオフセットを測定し、それによって位置ずれを計算するように構成される、オフセット量子化器と、を含む、
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システム。

【請求項16】

前記第１の層及び前記第２の層は、前記焦点深度よりも大きい垂直距離によって相互に分離される、請求項１５に記載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システム。

【請求項17】

前記撮像はシングルグラブを含む、請求項１５又は１６に記載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システム。

【請求項18】

前記撮像装置は、焦点深度で、少なくとも２つの異なる波長を有する光を使用して動作し、前記第１の層と前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる、請求項１７に記載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システム。

【請求項19】

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の層の上に少なくとも第３の周期構造を含み、ここで前記撮像装置はまた、前記第１の層及び前記第３の層を焦点深度で撮像し、少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して動作し、前記第１の層と前記第３の層の両方の画像を、前記焦点深度未満の垂直距離によって相互に分離される平面に出現させる、請求項１５又は１６に記載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システム。

【請求項20】

前記焦点深度は、開口数が０．３未満の場合、約５０ｎｍである、請求項１５～１９のいずれか一項に記載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システム。

【請求項21】

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であって、半導体デバイスウェハは、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、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の周期構造を含み、前記少なくとも第１の層と第２の層は２μｍを超える垂直距離で相互に分離している、多層半導体デバイスウェハを含み、システムは、
少なくとも１つの撮像装置であって、前記第１の層及び前記第２の層を少なくとも１つの焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、前記第１の層及び前記第２の層の両方の画像を前記焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させるように構成された、撮像装置と、
前記少なくとも１つの平面において、前記第１の層と前記第２の層の前記画像間のオフセットを測定し、それによって位置ずれを計算するように構成された、オフセット量子化器と、を含む。
システム。

【請求項22】

前記少なくとも１つの撮像装置は、前記第１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して撮像する第１の撮像装置と、前記第２の層を少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して撮像する第２の撮像装置を含み、前記第１の層と前記第２の層の両方の画像を、前記焦点深度内の前記少なくとも１つの平面に出現させる、請求項２１に記載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システム。

【請求項23】

前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置は、異なる波長で動作する、請求項２２に記載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システム。

【請求項24】

前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置は、同一の波長で動作する、請求項２２に記載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。
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、２０１６年１１月２４日に公開された、出願人の国際公開第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、２０１８年２月２２日に公開された、出願人の国際公開第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、２０１８年１０月１１日に公開された、出願人の国際公開第２０１８／１８７１０８号パンフレット。

【0003】

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。

【0004】

ダブルグラブ(double 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、ダブル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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１８７４６８号

【特許文献2】国際公開第２０１８／０３４９０８号

【特許文献3】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】

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】

【0009】

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１つの位置ずれ測定ターゲットを含んでいる少なくとも第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、ターゲットが第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、焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させることと、少なくとも１つの平面における第１の層の画像と第２の層の画像間のオフセットを定量化して、それによって第１の層と第２の層の位置ずれを計算することとを含む。

【0010】

本発明の一実施形態によれば、第１の層と第２の層は、焦点深度を超える垂直距離によって相互に分離される。

【0011】

本発明の一実施形態によれば、撮像はシングルグラブ(single grab)を含む。

【0012】

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、少なくとも２つの異なる波長を有する光を使用して実行され、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる。

【0013】

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の周期構造を少なくとも第３の層の上に含み、方法はまた、第１の層及び第３の層を焦点深度で、少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して撮像し、第１の層及び第３の層の両方の画像を、焦点深度未満の垂直距離によって相互に分離された平面に出現させることを含む。

【0014】

本発明の一実施形態によれば、焦点深度は、開口数が０．３未満の場合、約５０ｎｍである。

【0015】

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方法が更に提供され、方法は、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、ターゲットが第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、少なくとも第１の層と第２の層は２μｍを超える垂直距離で相互に分離している、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、焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させることと、少なくとも１つの平面における第１の層の画像と第２の層の画像間のオフセットを測定して、それによって第１の層と第２の層の位置ずれを計算することとを含む。

【0016】

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。

【0017】

本発明の一実施形態によれば、第１の撮像装置及び第２の撮像装置は、異なる波長で動作する。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、第１の撮像装置及び第２の撮像装置は、同一の波長で動作する。

【0019】

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

【0020】

本発明の一実施形態によれば、単一の撮像装置は、第１の層及び第２の層を単一の波長を有する光を用いて撮像する。

【0021】

代替的に、本発明の一実施形態によれば、単一の撮像装置は、第１の層及び第２の層を少なくとも２つの波長を有する光を用いて撮像する。

【0022】

本発明の一実施形態によれば、単一の撮像装置は、第１の層及び第２の層をシングルグラブで撮像する。

【0023】

本発明の更に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つの位置ずれ測定ターゲットを含む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の層を撮像する撮像装置であって、ターゲットが第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、撮像装置が焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して動作し、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる、撮像装置と、少なくとも１つの平面において、第１の層の画像と第２の層の画像間のオフセットを測定し、それによって位置ずれを計算する、オフセット量子化器とを含む。

【0024】

本発明の一実施形態によれば、第１の層及び第２の層は、焦点深度よりも大きい垂直距離によって相互に分離される。

【0025】

本発明の一実施形態によれば、撮像はシングルグラブを含む。

【0026】

本発明の一実施形態によれば、撮像装置は、焦点深度で、少なくとも２つの異なる波長を有する光を使用して動作し、第１の層と第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる。

【0027】

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の層の上に少なくとも第３の周期構造を含み、撮像装置はまた、第１の層及び第３の層を焦点深度で、少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して動作し、第１の層と第３の層の両方の画像を、焦点深度未満の垂直距離によって相互に分離される平面に出現させる。

【0028】

本発明の一実施形態によれば、焦点深度は、開口数が０．３未満の場合、約５０ｎｍである。

【0029】

本発明の更に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、半導体デバイスウェハは、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、ターゲットが第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、少なくとも第１の層と第２の層は２μｍを超える垂直距離で相互に分離している、多層半導体デバイスウェハを含み、システムは、少なくとも１つの撮像装置であって、第１の層及び第２の層を少なくとも１つの焦点深度で、少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像し、第１の層及び第２の層の両方の画像を焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる撮像装置と、少なくとも１つの平面において、第１の層の画像と第２の層の画像間のオフセットを測定し、それによって位置ずれを計算するオフセット量子化器とを含む。

【0030】

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの撮像装置は、第１の層を少なくとも１つの第１の波長を有する光を使用して撮像する第１の撮像装置と、第２の層を少なくとも１つの第２の波長を有する光を使用して撮像する第２の撮像装置を含み、これにより、第１の層と第２の層の両方の画像を、焦点深度内の少なくとも１つの平面に出現させる。

【0031】

本発明の一実施形態によれば、第１の撮像装置及び第２の撮像装置は、異なる波長で動作する。

【0032】

代替的に、本発明の別の実施形態によれば、第１の撮像装置及び第２の撮像装置は、同一の波長で動作する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

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測定する、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に有用な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】

【0034】

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。

【0035】

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。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得て、例えば、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。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。

【0036】

一例では、撮像装置１１０は、計測デバイスの一部である。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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

検出器は、多層半導体デバイスウェハから受けと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。

【0040】

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の、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。

【0041】

本発明の一実施形態では、第１の層１２２と第２の層１２４は、撮像装置１１０の焦点深度よりも大きいｚ方向の距離によって相互に分離され、この距離は、一例では、０μｍ～３０μｍの間である。ｚ方向において第１の層１２２と第２の層１２４を分離する距離は、垂直距離であることに留意する。垂直距離は２μｍより大きくてもよい。第１の層１２２と第２の層１２４との間の材料は、屈折率ｎを有し、少なくとも部分的に光子に対して透明である。本明細書で使用される場合、焦点深度は、撮像装置１１０の光学的焦点深度内の焦平面のセットを指し、適切な位置ずれ結果を付与することが理解される。

【0042】

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。

【0043】

図１の拡大図Ｂに特に見られるように、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、第１のピッチＮ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、第２のピッチＰによって特徴付けられ、平面１４４にある。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。

【0044】

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。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ことが理解される。

【0045】

撮像装置１１０は、焦点深度で動作し、少なくとも１つの波長λ_１を有する光を使用して、特に図１の拡大図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の直ぐ上で平面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の直ぐ上で平面１５２にあるため、第１の周期構造１４０は、図１の中央領域では見られず、図１はｘ－ｙ平面に平行にとったターゲット１３０の上図を示すことが理解される。

【0046】

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、距離Ｄで、平面１４１からｚ方向に出現する。平面１４１と１５２をｚ方向に分離する距離Ｄは、垂直距離であることに留意する。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の直ぐ上に出現するため、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。

【0047】

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の層１２２と第２の層１２４との間の材料の屈折率ｎによって決定される。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】

【0048】

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、撮像装置１１０の焦点深度未満の垂直距離１５６によって相互に分離されるように選択される。したがって、システム１００は、タルボ画像１５０と第２の周期構造１４２の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。本明細書で使用される場合、シングルグラブでの撮像は、撮像装置がその焦点を変えることなく撮像することを指すことが理解される。本発明の一実施形態では、第１及び第２の周期構造１４０と１４２との間にある、半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像１５０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。本発明の一実施形態では、撮像装置１１０は、複数の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像し、画像が撮影される焦平面を変えることがない。

【0049】

例えば、第１の層１２２と第２の層１２４が５．１１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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１．２μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、４００ｎｍ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と同じｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像１５０と第２の周期構造１４２は同じｘ－ｙ平面においてシングルグラブで撮像される。

【0050】

別の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が１７．８４μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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、２．７μｍ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０．０２μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像１５０及び第２の周期構造１４２は、撮像装置１１０と同じ焦点深度内に存在し、シングルグラブで撮像される。

【0051】

オフセット量子化器１１８及び１２０はそれぞれ、タルボ画像１５０の画像と第２の周期構造１４２の画像間の、ｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、したがって、第１の層１２２と第２の層１２４との間の位置ずれデータを計算するように動作する。

【0052】

代替的に、撮像装置１１０は、特に図１の拡大図Ｃに見られるように、焦点深度で、少なくとも１つの波長λ_２を有する光を使用して動作し、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の直ぐ下で、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、タルボ画像１６０は、図１の中央領域では見ることができず、図１はｘ－ｙ平面に平行にとったターゲット１３０の上図を示すことが理解される。

【0053】

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、平面１４４からｚ方向に距離Ｅで出現する。平面１４４と平面１６２をｚ方向に分離する距離Ｅは、垂直距離であることに留意する。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。

【0054】

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１の層１２２と第２の層１２４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】

【0055】

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、撮像装置１１０の焦点深度未満である垂直距離１６６によって相互に分離されるように選択される。それにより、システム１００は、タルボ画像１６０と第１の周期構造１４０の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。本発明の一実施形態では、第１及び第２の周期構造１４０と１４２との間にある、半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像１６０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。本発明の一実施形態では、撮像装置１１０は、複数の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像し、画像が撮影される焦平面を変えることがない。

【0056】

例えば、第１の層１２２と第２の層１２４が５．１１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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１．２μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、４００ｎｍ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と同じｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像１６０と第１の周期構造１４０は、同じｘ－ｙ平面にシングルグラブで撮像される。

【0057】

別の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が１７．８４μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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、２．７μｍ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０．０２μｍの上のｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ１６０と第１の周期構造１４０は、撮像装置１１０と同じ焦点深度内に存在し、シングルグラブで撮像される。

【0058】

オフセット量子化器１１８及び１２０はそれぞれ、タルボ画像１６０の画像と第１の周期構造１４０の画像間のｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、第１の層１２２と第２の層１２４との間の位置ずれを計算するように動作する。

【0059】

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が焦点深度で動作し、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、撮像装置１１０の焦点深度未満の垂直距離１６８によって相互に分離されるように選択される。したがって、システム１００は、タルボ画像１５０とタルボ画像１６０の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。

【0060】

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】

【0061】

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】

【0062】

本発明の一実施形態では、第１及び第２の周期構造１４０と１４２との間にある、半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像１５０及び１６０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。本発明の１つの実施形態では、撮像装置１１０は、複数の波長の光を使用してターゲット１３０を撮像し、画像が撮影される焦平面を変えることがない。

【0063】

例えば、第１の層１２２及び第２の層１２４が２７．７８μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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、２．５μｍであるように選択され、第２の周期構造１４２のピッチＰは、１．２μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、４００ｎｍの波長を有する光でターゲット１３０を撮像する。これによって、平面１５２は、１０．６μｍの垂直距離Ｄで第１の層１２２の上に出現し、平面１６２は、２．４μｍの垂直距離Ｅで第２の層１２４の下に出現する。したがって、第１のタルボ画像１５０及び第２のタルボ画像１６０は、０．０１μｍだけ離れており、それは撮像装置１１０の焦点深度内であり、これによりタルボ画像１５０及びタルボ画像１６０は、シングルグラブで撮像される。

【0064】

追加の例として、第１の層１２２及び第２の層１２４が３２．２１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層１２２と第２の層１２４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、２．１μｍであるように選択され、第２の周期構造１４２のピッチＰは、２．７μｍであるように選択され、撮像装置１１０は、６００ｎｍの波長を有する光と８００ｎｍの波長を有する光の両方でターゲット１３０を撮像する。６００ｎｍの波長を有する光を用いて撮像されると、平面１５２は、３．５μｍの距離Ｄで第１の層１２２の上に出現し、８００ｎｍの波長を有する光を用いて撮像されると、平面１６２は、４．５μｍの距離Ｅで第２の層１２４の下に出現する。したがって、第１のタルボ画像１５０及び第２のタルボ画像１６０は、同じｘ－ｙ平面にシングルグラブで撮像される。

【0065】

オフセット量子化器１１８及び１２０はそれぞれ、タルボ画像１５０の画像とタルボ画像１６０の画像間の、ｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、それによって、第１の層１２２と第２の層１２４との間の位置ずれを計算するように動作する。

【0066】

オフセット量子化器１１８及び１２０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別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。

【0067】

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も含み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。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出現され得て、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つの層の上の周期構造の位置ずれを比較することでシステム１００によって測定され得ることが理解される。

【0068】

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。

【0069】

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。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。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得る。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。

【0070】

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の少なくとも第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の少なくとも第２の層２２４を撮像するように動作する。

【0071】

本発明の一実施形態では、第１の層２２２及び第２の層２２４は、第１の層２２２及び第２の層２２４の両方がそれぞれ第１の撮像装置２１０の焦点深度及び第２の撮像装置２１２の焦点深度内に入ることを可能にするには大きすぎるｚ方向の距離によって相互に分離され、一例では、距離は０μｍ～６０μｍの間の場合がある。第１の層２２２と第２の層２２４を分離するｚ方向の距離は垂直距離であることに留意する。垂直距離は２μｍを超える場合がある。第１の層２２２と第２の層２２４との間の材料は、屈折率ｎを有し、光子に対して少なくとも部分的に透明である。本明細書で使用される場合、焦点深度は、それぞれ第１及び第２の撮像装置２１０及び２１２の光学焦点深度内の焦平面のセットを指し、適切な位置ずれの結果を与えることが理解される。

【0072】

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。

【0073】

図２の拡大図Ｂで特に見られるように、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、第１のピッチＱ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、第２のピッチＲによって特徴付けられ、平面２４４にある。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ってもよく、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。

【0074】

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。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ことが理解される。

【0075】

第１の撮像装置２１０は、焦点深度で動作し、少なくとも１つの波長λ_４を有する光を使用して、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の直ぐ上に平面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に平面２５２において直接重なるため、第１の周期構造２４０は、図２の中央領域では見られず、図２はｘ－ｙ平面に平行にとったターゲット２３０の上図を示すことが理解される。

【0076】

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、垂直距離Ｆで、平面２４１からｚ方向に出現する。平面２４１と平面２５２をｚ方向に分離する距離Ｆは、垂直距離であることに留意する。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の直ぐ上に出現するため、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。

【0077】

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の層２２２と第２の層２２４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】

【0078】

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方向に垂直距離２５６によって相互に分離されるように選択され、垂直距離２５６は、平面２５２及び２４４に対して、それらの両方を第１及び第２の撮像装置２１０及び２１２の焦点深度内とするために十分に小さい。したがって、システム２００は、タルボ画像２５０と第２の周期構造２４２の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。本発明の一実施形態では、第１の周期構造２４０と第２の周期構造２４２との間にある半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像２５０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。

【0079】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が５．１１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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１．２μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、４００ｎｍ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と同じｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像２５０と第２の周期構造２４２は、それぞれ、第１の撮像装置２１０と第２の撮像装置２１２によって、同じｘ－ｙ平面のシングルグラブで撮像される。

【0080】

別の例として、第１の層２２２と第２の層２２４が１８．８２μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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２．７μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、８００ｎｍ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１．０μｍ下のｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像２５０と第２の周期構造２４２は、それぞれ、第１の撮像装置２１０の焦点深度内と第２の撮像装置２１２の焦点深度内に存在し、シングルグラブで撮像される。

【0081】

オフセット量子化器２１８及び２２０はそれぞれ、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ｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、それによって、第１の層２２２と第２の層２２４との間の位置ずれを計算するように動作する。

【0082】

代替的に、第２の撮像装置２１２は、特に図２の拡大図Ｃに見られるように、焦点深度で、少なくとも１つの波長λ_５を有する光を使用して動作し得て、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の直ぐ下で、平面２６２において出現させる。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の下に平面２６２で直接重なるため、タルボ画像２６０は、図２の中央領域では見ることができず、図２はｘ－ｙ平面に平行にとったターゲット２３０の上図を示すことが理解される。

【0083】

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、距離Ｇで、平面２４４からｚ方向に出現する。平面２４４と平面２６２をｚ方向に分離する距離Ｇは、垂直距離であることに留意する。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。

【0084】

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１の層２２２と第２の層２２４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】

【0085】

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方向に垂直距離２６６によって相互に分離されるように選択され、垂直距離２６６は、平面２６２及び２４１に対して、それらの両方を第２及び第１の撮像装置２１２及び２１０の焦点深度内にするために十分に小さい。したがって、システム２００は、タルボ画像２６０と第１の周期構造２４０の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。本発明の一実施形態では、第１の周期構造２４０と第２の周期構造２４２との間にある半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像２６０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。

【0086】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が５．１１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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、４００ｎｍ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と同じｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像２６０と第１の周期構造２４０は、それぞれ、第２の撮像装置２１２と第１の撮像装置２１０によって、同じｘ－ｙ平面にシングルグラブで撮像される。

【0087】

別の例として、第１の層２２２と第２の層２２４が１８．８２μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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２の周期構造２４２のピッチＲは２．７μｍであるように選択され、第２の撮像装置２１２は、８００ｎｍ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１．０μｍ上のｘ－ｙ平面に出現する。したがって、タルボ画像２６０と第１の周期構造２４０は、それぞれ、第２の撮像装置２１２の焦点深度内と第１の撮像装置２１０の焦点深度内に存在し、シングルグラブで撮像される。

【0088】

オフセット量子化器２１８及び２２０はそれぞれ、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ｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、それによって、第１の層２２２と第２の層２２４との間の位置ずれを計算するように動作する。

【0089】

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が焦点深度で動作し、波長λ_４を使用し、第２の撮像装置２１２が焦点深度で動作し、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、それぞれの垂直距離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方向に垂直距離２６８によって、相互に分離されるように選択され、垂直距離２６８は、平面２５２及び２６２に対して、それらの両方を第１及び第２の撮像装置２１０及び２１２の焦点深度内にするために十分に小さい。したがって、システム２００は、タルボ画像２５０及びタルボ画像２６０の両方をシングルグラブで撮像するように動作する。本発明の一実施形態では、第１の周期構造２４０と第２の周期構造２４２との間にある半導体デバイスウェハ上の特徴は、タルボ画像２５０及び２６０の可視性への干渉を最小限に抑えるように形成される。

【0090】

例えば、第１の層２２２と第２の層２２４が２７．９７μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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２．５μｍ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、４００ｎｍ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、４００ｎｍ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１０．６μｍの距離Ｆで第１の層２２２の上に出現し、平面２６２は２．４μｍの距離Ｇで第２の層２２４の下に出現する。これにより、第１のタルボ画像２５０と第２のタルボ画像２６０は、０．２μｍだけ離れており、したがって、第１の撮像装置２１０と第２の撮像装置２１２のそれぞれの焦点深度内に存在し、シングルグラブで撮像される。

【0091】

更なる例のように、第１の層２２２と第２の層２２４が３２．２１μｍの垂直距離によって相互に分離され、第１の層２２２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２．１μｍであるように選択され、第２の周期構造２４２のピッチＲは２．７μｍであるように選択され、第１の撮像装置２１０は、６００ｎｍ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、８００ｎｍ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３．５μｍの距離Ｆで第１の層２２２の上に出現し、平面２６２は４．５μｍの距離Ｇで第２の層２２４の下に出現する。これにより、第１のタルボ画像２５０と第２のタルボ画像２６０は、同じｘ－ｙ平面に撮像され、したがって、タルボ画像２５０とタルボ画像２６０は、それぞれ第１の撮像装置２１０と第２の撮像装置２１２によって、シングルグラブで撮像される。

【0092】

オフセット量子化器２１８及び２２０はそれぞれ、タルボ画像２５０の画像とタルボ画像２６０の画像との間のｘ方向及びｙ方向のオフセットを測定し、これによって、第１の層２２２と第２の層２２４との間の位置ずれデータを計算するように動作する。

【0093】

図２を参照して本明細書に記載されるシステム２００はまた、３つ以上の層を有するターゲットを含み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。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でターゲットに出現でき、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つの層の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。

【0094】

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、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、システム１００又は２００によって有用である。

【0095】

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、例えば少なくとも第１の層と第２の層を含んでいる、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。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。

【0096】

次のステップ３０４に見られるように、ステップ３０２で供給されたターゲットが、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１つの実施形態では、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、少なくとも１つのタルボ画像が、撮像装置の焦点を変えることなく、両方の層の画像の測定に適した平面に出現するように選択される。本発明の別の実施形態では、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、少なくとも１つの層のタルボ画像が、別の層から、タルボ画像である実際の層よりも離れた平面に現れるように選択される。

【0097】

ステップ３０４に続いて、次のステップ３０６で、オフセットは、一方の層のタルボ画像と別の層の画像又はタルボ画像との間で測定され、それによって第１の層と第２の層との間の位置ずれが計算される。

【0098】

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】

【国際調査報告】