(57)【要約】【解決手段】順応性のある対称性を持ったオーバレイターゲット及びかようなターゲットの二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差、或は同一の層の上の二つのセットの構成体の間のズレを計測するメトロロジ技術を提供するものである。或る実施例によれば、ターゲットにはx方向とy方向両方に沿ったオーバレイ誤差（或はズレ）を測定する構成体が含まれ、ここでx構成体はy構成体と異なる対称中心を持つ。別の実施例では、x構成体とy構成体の中の一つは１８０度の回転によって不変であり、他の一つは鏡面対称である。又、発明の一様相に於いて、１８０度の回転によって x構成体とy構成体共に変形である。更に別の例では、x方向及び／或はy方向でオーバレイを測定するためのターゲットは、 第一層の上の１８０度の回転対称の構成体と第二層の上の鏡面対称の構成体を含む。別の実施例に於いて、x方向及び／或はy方向のオーバレイを確定するターゲットは、第一層の上の構成体と第二層の上の構成体を含み、第一層の上の構成体の対称中心は第二層の上の構成体の対称中心から既知の量だけオフセットされて居る。或る特別の実施例として、開示された実施例のいずれのターゲットも装置構成体の形態をとってよい。使用の場合、第一と第二の各々の層で内在的に１８０度回転対称或は鏡面対称を持つ装置構成体が第一層と第二層でのオーバレイの測定に使用される。順応性のある対称性を持ったターゲットの撮像して取得した画像を解析してオーバレイや整列に関する誤差を確定する技術を開示する。【選択図】図６
2009500863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の二枚以上連続した層の間、或いは基板の唯一の層の上に離れて生成された２個以上のパタンの間のズレを確定するための半導体ターゲットであって、
第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体であって、その第一構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第一構成体と、
第二対称中心或いは第二対称直線を有する複数の第二構成体であって、その第二構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第二構成体とから成り、
第一対称中心或いは対象直線が第二対称中心或いは対象直線とは異なる位置にある、ターゲット。
【請求項２】
第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、
第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である、請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である、請求項１或いは２に記載のターゲット。
【請求項４】
第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する、請求項２に記載のターゲット。
【請求項５】
第一構成体と第二構成体とは１８０度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである、請求項４に記載のターゲット。
【請求項６】
基板の二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差を確定するための半導体ターゲットであって、
第一半導体層の中に生成され、第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体と、
第二半導体層の中に生成され、第二対称中心或いは対称直線を有する複数の第二構成体とから成り、
第一対称中心或いは対象直線は上記第二対称中心或いは対象直線から既知のオフセットがあるように設計され、第一構成体と第二構成体の画像を得てから、画像の中で第一と第二の対称中心或いは対称直線の間のズレを解析し、このズレをこの既知のオフセットと比較することにより、オーバレイ誤差を確定ことができる、ターゲット。
【請求項７】
第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、
第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である、請求項６に記載のターゲット。
【請求項８】
第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である、請求項６或いは７に記載のターゲット。
【請求項９】
第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する、請求項７に記載のターゲット。
【請求項１０】
第一構成体と第二構成体とは１８０度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである、請求項９に記載のターゲット。
【請求項１１】
基板の二枚以上連続した層の間、或いは基板の唯一の層の上に離れて生成された２個以上のパタンの間のズレを確定する方法であって、
第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体であって、その第一構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第一構成体の第一画像を取得するステップと、
第二対称中心或いは第二対称直線を有する複数の第二構成体であって、第一の対称中心或いは対象直線は第二の対称中心或いは対象直線より異なる位置にあり、その第二構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第二構成体の第一画像を取得するステップと、
第一構成体の対称中心の第一画像を解析して、第一構成体の仕様から外れたｘ方向のズレの有無を確定するステップと、
第二構成体の対称中心の第二画像を解析して、第二構成体の仕様から外れたｙ向のズレの有無を確定するステップと、から成る方法。
【請求項１２】
第一と第二の画像が、同一の視野から得られるものである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第一画像を解析するステップが、
第一構成体が１８０度回転対称或いは鏡面対象でない場合に、第一構成体は仕様から外れて居ると確定するステップと、
第二構成体が１８０度回転対称或いは鏡面対象でない場合に、第二構成体は仕様から外れて居ると確定するステップとから成る、請求項１１或いは１２に記載の方法。
【請求項１４】
第一画像を解析するステップと第二画像を解析するステップの夫々が、
第一画像或いは第二画像の各問題領域の外縁を使用して、基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線とを確定するステップと、
基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線との相違が、既知の量以上であった場合に、対応する構成体が仕様から外れて居ると確定するステップとから成る、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第一画像を解析するステップと第二画像を解析するステップの夫々が、
(i) 第一セットの基礎構成体に関して、複数の問題領域の間に初期対称中心或いは対称直線を選択するステップと、    
(ii)  第一セットの基礎構成体に関して、第一と第二の画像の夫々につき、その１８０度回転対称或いは鏡面対象のカウンターパートを、夫々初期対称中心或いは初期対称直線に基づいて、自動的に位置付けるステップと、  
(iii)   第一セットの基礎構成体に関して、第一基礎構成体とそのカウンターパートの間の最善の相関が見つかるまで、初期対称中心或いは初期対象直線を連続的に移動させるステップと、
(iv)  (i)から(iii)までのステップを、第二セットの基礎構成体に関して繰り返すステップと、
(v)  第一と第二双方の基礎構成体に関して最善の相関が見つかり、基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線との相違が、既知の量以上であった場合に、対応する第一構成体が仕様から外れて居ると確定するステップとから成る、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
第一セットの基礎構成体が第一層から生成され、第二セットの基礎構成体が第二層から生成される、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
基板の二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差を確定する方法であって、
第一半導体層の中に生成され、第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体と、第二半導体層の中に生成され、第二対称中心或いは対称直線を有する複数の第二構成体との画像を取得するステップであって、第一対称中心或いは対象直線は上記第二対称中心或いは対象直線から既知のオフセットがあり、第一構成体と第二構成体の画像を得てから、画像の中で第一と第二の対称中心或いは対称直線の間のズレを解析し、このズレをこの既知のオフセットと比較することにより、オーバレイ誤差を確定ことができるように設計されて居るステップと、
第一と第二構成体の対称中心或は対称直線の画像を解析して、第一と第二構成体の間に仕様から外れたオーバレイ誤差があるか確定するステップとから成る方法。
【請求項１８】
第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、
第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である、請求項１７或いは１８に記載の方法。
【請求項２０】
第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
第一構成体と第二構成体とは１８０度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この発明は一般的には半導体製造プロセスに使用されるオーバレイ測定技術に関し、殊には半導体ウエハスタックの異なる層或いは同じ層の上の異なるパタンの間の整列誤差の測定技術に関する。
【０００２】
ウエハ上に連続的にパタンされた層の間のオーバレイ誤差の測定は、集積回路乃至装置の製造に使用されるプロセス制御技術の中で最も重要なものの一つである。オーバレイの精度は、一般に、第一のパタン層がその上或いは下に設置された第二のパタン層に対して如何に正確に整列されて居るかの決定、及び第一のパタン層がそれと同じ層の上の第二のパタン層に対して如何に正確に整列されて居るかの決定に関する。現在、オバーレイの測定は、ウエハの層と共にプリントされたテストパタンによって行われて居る。これらテストパタンの画像は撮像器具によって獲得され、解析アルゴリズムによって獲得された画像からのパタンの相対的ズレが計算される。
【０００３】
最も普遍的に使用されるオーバレイターゲットパタンは所謂ボクスインボクス型(box-in-box)ターゲットであって、これにはウエハの連続した層の上に形成された一対の同心の正方形（ボクス）が含まれる。オーバレイ誤差は通常一方の正方形と他方の正方形の位置を比較することによって決定される。
【０００４】
説明を簡素化するため、図１に典型的なボクスインボクス型ターゲット１０の平面図を示す。示される如く、ターゲット１０は中央の開いた外側の函体１４の内部に内側の函体１２を有する。内部の函体１２はウエハの最上層にプリントされる一方、外部の函体１４はウエハの最上層のすぐ下の層にプリントされる。周知の如く、二つの函体間の，例えばx軸に沿ったオーバレイ誤差は外部函体１４の線c１、c２の縁の位置と内部函体１２の線c３、c４の縁の位置とを計算し、線c１とc３の間の平均距離と線c２とc４の間の平均距離とを比較することによって決定される。c１とc３の間の平均距離とc２とc４の間の平均距離の相違の半分が、（x軸に沿った）オーバレイ誤差である。従って、もし線c１とc３の間の平均間隔が線c２とc４の間の平均間隔と同じであるならば、対応するオーバレイ誤差はゼロとなる。別記されないけれども、これら二個の函体のy軸に沿ったオーバレイ誤差も、上記の技術によって決定される。
【０００５】
この種類のターゲットは、x構成体とy構成体両方について、更にまた第一と第二の層構成体の両方について、同じ対象中心（COS)を持つものである。これらターゲット構成体がこの COS を中心に１８０度回転させられても、これらは、同様な外観を呈する。従来、これら x構成体とy構成体両方も、これら第一と第二の層構成体両方も同じ COS を持つことが要求されて居た。しかし、これらの要求が厳しきに過ぎる場合も存在する。例えば、ウエハの上のスペースに限りがあり、同じ COS を持つ x構成体とy構成体（或は第一と第二の層構成体）を持つターゲットが存在するスペースに収まらない場合があるかも知れない。更には、オーバレイ決定用の装置構成体を使用するのが望ましいのに、装置構成体がこの厳しい要求を満たさない場合もあるかも知れない。
【発明の開示】
【０００６】
一般論として、順応性のある対称性を持ったオーバレイターゲット及びかようなターゲットの二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差、或は同一の層の上の二つのセットの構成体の間のズレを計測するメトロロジ技術を提供するものである。或る例によれば、ターゲットにはx方向とy方向両方に沿ったオーバレイ誤差（或はズレ）を測定する構成体が含まれ、ここでx構成体はy構成体と異なる対称中心を持つ。別の例では、x構成体とy構成体の中の一つは１８０度の回転によって不変であり、他の一つは鏡面対称である。又、発明の一様相に於いて、１８０度の回転によって x構成体とy構成体共に変形である。更に別の例では、x方向及び／或はy方向でオーバレイを測定するためのターゲットは、 第一層の上の１８０度の回転対称の構成体と第二層の上の鏡面対称の構成体を含む。別の例に於いて、x方向及び／或はy方向のオーバレイを確定するターゲットは、第一層の上の構成体と第二層の上の構成体を含み、第一層の上の構成体の対称中心は第二層の上の構成体の対称中心から既知の量だけオフセットされて居る。或る具体的な例として、開示された例のいずれのターゲットも装置構成体の形態をとってよい。使用の場合、第一と第二の各々の層で内在的に１８０度回転対称或は鏡面対称を持つ装置構成体が第一層と第二層でのオーバレイの測定に使用される。順応性のある対称性を持ったターゲットの撮像で取得した画像を解析してオーバレイや整列に関する誤差を確定する技術を開示する。
【０００７】
或る例として、基板の二枚以上連続した層の間、或いは基板の唯一の層の上に離れて生成された２個以上のパタンの間のズレを確定するための半導体ターゲットを開示する。このターゲットは、第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体であって、その第一構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第一構成体を含む。このターゲットは更に、第二対称中心或いは第二対称直線を有する複数の第二構成体であって、その第二構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第二構成体を含む。第一対称中心或いは対象直線と第二対称中心或いは対象直線とは異なる位置にある。
【０００８】
発明の別の様態として、第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である。別の様態として、第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である。更に別の様態として、 第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する。尚、更に別の様態として、第一構成体と第二構成体とは180度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである。
【０００９】
別の例として、基板の二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差を確定するための半導体ターゲットが開示される。このターゲットは、第一半導体層の中に生成され、第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体と、第二半導体層の中に生成され、第二対称中心或いは対称直線を有する複数の第二構成体とから成る。第一対称中心或いは対象直線は上記第二対称中心或いは対象直線から既知のオフセットがあるように設計され、第一構成体と第二構成体の画像を得てから、画像の中で第一と第二の対称中心或いは対称直線の間のズレを解析し、このズレをこの既知のオフセットと比較することにより、オーバレイ誤差を確定することができる。
【００１０】
発明の別の様態として、第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である。別の様態として、第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である。 更に別の様態として、第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する。
【００１１】
尚、更に別の様態として、第一構成体と第二構成体とは180度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである。
【００１２】
別の例として、本発明は、基板の二枚以上連続した層の間、或いは基板の唯一の層の上に離れて生成された２個以上のパタンの間のズレを確定する方法に関する。第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体であって、その第一構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第一構成体の第一画像が取得される。第二対称中心或いは第二対称直線を有する複数の第二構成体であって、第一の対称中心或いは対象直線は第二の対称中心或いは対象直線より異なる位置にあり、その第二構成体の画像を解析することによってｘ方向の相対的ズレを確定するように配置された複数の第二構成体の第一画像も取得される。第一構成体の対称中心の第一画像を解析して、第一構成体の仕様から外れたｘ方向のズレの有無が確定され、第二構成体の対称中心の第二画像を解析して、第二構成体の仕様から外れたｙ向のズレの有無が確定される。
【００１３】
発明の特別な様態として、第一と第二の画像が、同一の視野から得られる。別の様態として、第一画像を解析するステップは、第一構成体が１８０度回転対称或いは鏡面対象でない場合に、第一構成体は仕様から外れて居ると確定するステップと、第二構成体が１８０度回転対称或いは鏡面対象でない場合に、第二構成体は仕様から外れて居ると確定するステップとから成る。更に別の様態として、第一画像を解析するステップと第二画像を解析するステップの夫々が、第一画像或いは第二画像の各問題領域の外縁を使用して、基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線とを確定するステップと、基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線との相違が、既知の量以上であった場合に、対応する構成体が仕様から外れて居ると確定するステップとから成る。更に別の様態として、 第一セットの基礎構成体は第一層から生成され、第二セットの基礎構成体は第二層から生成される。
【００１４】
発明の更に別の例として、第一画像を解析するステップと第二画像を解析するステップの夫々が、(i) 第一セットの基礎構成体に関して、複数の問題領域の間に初期対称中心或いは対称直線を選択するステップと、(ii)第一セットの基礎構成体に関して、第一と第二の画像の夫々につき、その１８０度回転対称或いは鏡面対象のカウンターパートを、夫々初期対称中心或いは初期対称直線に基づいて、自動的に位置付けるステップと、(iii) 第一セットの基礎構成体に関して、第一基礎構成体とそのカウンターパートの間の最善の相関が見つかるまで、初期対称中心或いは初期対象直線を連続的に移動させるステップと、(iv)(i)から(iii)までのステップを、第二セットの基礎構成体に関して繰り返すステップと、(v)第一と第二双方の基礎構成体に関して最善の相関が見つかり、基礎構成体の第一セットの対称中心或いは対称直線と、基礎構成体の第二セットの対称中心或いは対称直線との相違が、既知の量以上であった場合に、対応する第一構成体が仕様から外れて居ると確定するステップとから成る。その別の様態として、第一セットの基礎構成体は第一層から生成され、第二セットの基礎構成体は第二層から生成される。
【００１５】
尚、更に，本発明は，基板の二枚以上連続した層の間のオーバレイ誤差を確定する方法に関する。第一半導体層の中に生成され、第一対称中心或いは第一対称直線を有する複数の第一構成体と、第二半導体層の中に生成され、第二対称中心或いは対称直線を有する複数の第二構成体との画像が取得される。第一対称中心或いは対象直線は上記第二対称中心或いは対象直線から既知のオフセットがあり、第一構成体と第二構成体の画像を得てから、画像の中で第一と第二の対称中心或いは対称直線の間のズレを解析し、このズレをこの既知のオフセットと比較することにより、オーバレイ誤差を確定ことができるように設計されて居る。第一と第二構成体の対称中心或は対称直線の画像が解析され、第一と第二構成体の間に仕様から外れたオーバレイ誤差があるか確定される。
【００１６】
発明の特別な様態では、第一構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第一対称中心のまわりに１８０度回転対称であり、第二構成体は第一対称直線を有してそのまわりに鏡面対象であるか、第二対称中心のまわりに１８０度回転対称である。別の様態では、第一構成体と第二構成体とは装置構成体の形態である。更に別の様態では、第一構成体と第二構成体の中の一つはその対称中心に関して１８０度の回転対称を有し、第一構成体と第二構成体の中の他方の一つはその対称直線に関して鏡面対象を有する。尚、更に別の様態では、第一構成体と第二構成体とは180度の回転非対称を持つ変形であるか、鏡面非対称を持つものである。
【００１７】
上記以外の発明の様態と利点とは、より詳細に、 以下明細書に記載される。
本発明は次に例によって記述されるが、これらの例は発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
具体的な実施例を参照して発明を詳細に説明する。発明の実施例は図に示されて居る。発明はこの実施例について説明されるが、発明はこの実施例に限定される意図ではない。その反対として、各種の代替、変形、相当例などは本発明の範囲に含まれるものと理解されたい。以下の記述に於いて、多くのを特別な細部事項が徹底的な理解の目的で提出される。本発明を実施するに当たっては、これらの詳細事項がすべて必要とは限らない。その他の場合には、本発明の内容を不必要な程度までに不明確にしないために、周知の手順の実施などについては、詳細な記述は省略される。
【００１９】
一般論として、本発明は，ターゲット構成が既知の対称関係を以て設計された場合に於いて、同じ層の上の二つのプロセス層間のオーバレイ誤差或は二つの構成体間のズレを確定するための半導体ターゲットを提供するものである。オーバレイ測定用の構成体が二つの層にあるターゲットの例が次に示されるが、各ターゲットが各構成体間の移動誤差決定用の二つの構成体を同じ層に有することは明らかである。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に従って、x方向とy方向両方の二つの異なるプロセス層の間のオーバレイ誤差を測定するためのオーバレイターゲットの平面図である。示される如く、第一ターゲット２０２は、第一の層にある一組の第一構成体２０６と第二の層にある一組の第二構成体２０８との間の、x軸に関するオーバレイ誤差を測定するように配列されて居る。 第二ターゲット２０４は、第一の層にある一組の第一構成体２１２と第二の層にある一組の第二構成体２１４との間の、y軸に関するオーバレイ誤差を測定するように配列されて居る。
【００２１】
この実施例に於いて、xターゲットとyターゲットの各々は、x方向ターゲット２０２がy方向ターゲット２０４の対称中心 COS２１４と異なる位置に対称中心 COS ２１０を持って居るのであるが、その第一構成体はその第二構成体と同じ１８０度回転中心を持つように設計されてある。例えば、x方向ターゲット２０２の第一構成体は二つのグループ２０６aと２０６bに分けられ、これらは対称中心２１０の周りを１８０度回転させられた場合、第一構成体は回転の前後に於いて同じ様相を示すような相対的位置関係にある。x方向ターゲット２０２は 第二構成体２０８をも含み、これは 二つのグループ２０８aと２０８bに分けられ、これらは対称中心２１０の周りを１８０度回転させられた場合、第一構成体は回転の前後に於いて同じ様相を示すような相対的位置関係にある。この図示に於いて、第一構成体の対称中心は第二構成体の対称中心と同じ位置にある。ターゲット内にオーバレイ誤差がある場合には、そのようなターゲットの第一構成体の対称中心は第二構成体の対称中心から移動して居る。このズレをオーバレイ誤差と称する。
【００２２】
各々のxとyターゲットのオーバレイ誤差は、各ターゲットの各層に於ける構成体が同じ対称中心に関して１８０度の回転対称を持つと言う先天的推測的知識から求められる。第一と第二層構成体の対称中心間のズレはオーバレイ誤差として撮像され、計測され得る。他の実施例として、図２でのx及び／或はyターゲットは、第一構成体と第二構成体が既知のオフセットを持つように配置することが出来る。この場合、もしズレが既知のオフセットと一致しなければ、この相違がオーバレイ誤差に相当する。
【００２３】
図３は、本発明の他の実施形態に従い、x方向構成体とy方向構成体の中の一方が１８０度の回転対象であり、 x方向構成体とy方向構成体の中の他方が鏡面対象であるオーバレイターゲット３００の概略平面図である。示された如く、ターゲット３００はx方向構成体３０６，３０８とy方向構成体３０２，３０４を含む。x方向構成体は，第一層上の第一セットの構成体３０６a、３０６bと、 第二層上の第二セットの構成体３０８a、３０８bを含む。 y方向構成体は，第一層上の第一セットの構成体３０２a、３０２bと、 第二層上の唯一の構成体３０４を含む。x方向ターゲットの第一及び第二構成体が同一の対称中心（COS) ３１０に関して１８０度回転対称に設計されて居る一方、 y方向ターゲットの第一及び第二構成体は同一の対称直線（LOS) ３１２に関して鏡面対称に設計されて居る。第一及び第二層構成体の対称中心或は対称直線間のズレは撮像され計測されて、夫々x方向或はy方向のオーバレイ誤差が決定される。他の実施形態によれば、図３に於けるx及び／或はyターゲットは、第一構成体と第二構成体が既知のオフセットを持つ対称中心か対称直線を有するように設定されてもよい。この場合、もしズレが既知のオフセットに合致しないならば、その相違はオーバレイ誤差に相当する。
【００２４】
順応性のある対称性を有するターゲットは、装置構成の形態であってもよい。換言すれば、生来の対称性、例えば第一及び第二層内の構成体の１８０度回転対称及び／或は鏡面対称を有する装置構成体を使用してもよい。かかる構成体も、対称中心とか対称直線の間に既知のオフセットを有してよい。変形例として、かかる「ターゲット」装置は製造後に手動或は自動的に位置付けられてもよい。
【００２５】
本発明のターゲット構成体は、順応性ある対称性を有するために、如何なる適宜な形態をとり、如何に設置されてもよい。 図４Ａと図４Ｂとは、ターゲットの形態と設置の例を示す。これらの図でのターゲットは、第一層の上の構成体が第二層の上の構成体と同じ対称中心を持って居るように示されてあるが、第一と第二層構成体とを異なる対称中心を持つように設計することは容易である。図４Ａと図４Ｂとは、単に本発明のターゲットが取り得る異った形態を示すためのものである。
【００２６】
図４Ａは、本発明の特別な実施例のオーバレイターゲットの概略平面図である。各層のターゲット構成体の各セットには、如何なる形態の構成体が如何なる個数含まれてもよい。第一層（黒色陰影）内の 第一セットの構成体には、対称中心４１０を持つ構成体４０２a乃至４０２dが含まれる。構成体４０２aと４０２cは辺数７の多角形であり、構成体４０２bと４０２dは三角形である。 第二層（灰色陰影）内の 第二セットの構成体には、 第一層内の 第一セットの構成体の如くに対称中心４１０を持つ構成体４０４a乃至４０４dが含まれる。構成体４０４aと４０４cは星形の多角形であり、構成体４０４bと４０４dは十字架形の多角形である。本発明の或る（図示されて居ない）実施例によれば、 第一層構成体の対称中心は第二層構成体の対称中心から既知の距離だけオフセットされて居る。
【００２７】
図４Ｂは、本発明の別の実施例のオーバレイターゲットの概略平面図である。この実施例での各構成体は、異なる二つの層に、複数の水平或は鉛直な線が含まれて居る。第一層は黒色に、第二層は灰色に陰影されて居る。これら水平線と鉛直線とは、夫々複数の（図示されて居ない）線分から成ってもよい。図示の如く、水平構成体４５２a、４５２b、４５２e、４５２f及び鉛直構成体４５２b、４５２c、４５２d、４５２g、４５２hは同一の対称中心を持って居る。更に、鉛直と水平構成体の各セットの異なる層は同一の対称中心を持つように図示されて居る。本発明の或る特別な実施例では、水平構成の対称中心は垂直構成体の対称中心から既知の（図示されて居ない）距離だけオフセットされて居る。本発明の別の実施例では、（水平及び／或は垂直構成体から）の第一層構成体の対称中心は、（水平及び／或は垂直構成体から）の第二層構成体の対称中心から既知の（図示されて居ない）距離だけオフセットされて居る。
【００２８】
ターゲットルールは、 ターゲットが或る特殊なツールによって計測或は検査可能である層の中にあることを必要とすることが望ましい。例えば、光学的ツールによって検査可能であるように、ターゲットが最上部の層或は光学的に透明な層によってのみ覆われて居ることである。その他の応用例によれば、ターゲットが不透明層の下にあり、この不透明層と、その下にあるターゲットとの相似関係の検査及び／或は計測出来るにようにすることである。更に、検査用、検討用、或はメトロロジ用の各ツールは、計測或は検査される構成に関して大きさについての限定がある。即ち、或る大きさより小さい構成体は見えないと言うことである。従って、ターゲットは当該ツールによって計測或は検査出来る大きさにされなくてはならない。
【００２９】
此処に記載された本発明のターゲットは、ウエハ上の如何なる適宜な空間に位置されてもよい。例として、ターゲットはスクライブ線内とかダイそのものの内部に位置されてもよい。ターゲットがダイの内部に位置される場合には、ダイのレイアウトも解析し、或る特別な部分とか領域が、ダイレイアウトの他の部分に比して、メトロロジ的或は検査の結果に肯定的或は否定的な影響があるのでないか、決定してもよい。例えば、特別なレイアウトの特徴として、より信頼性の高い、正確なメトロロジ的或は検査結果が得られるかも知れない。或る特殊な場合として、ターゲットはメトロロジや検査に肯定的に影響する特徴を有する箇所に設置されるかも知れない。そのような典型的な例として、化学機械研磨（CMP）工程では特別な密度の領域に於いて優秀な精度を達成することがある。従って、最適なCMP工程の目的で、オーバレイターゲットのようなターゲットは、特別な密度領域内のレイアウト領域に位置されてもよい。
【００３０】
回路設計者は、ダイレイアウトで誤差とか欠陥に最も影響されやすい特徴箇所を心得て居り、かかる特徴の箇所をターゲット設置用のソフトウエアとかレイアウト技師に通告し、ターゲットがかような特徴の問題点の近くに設置されるようにする。この設置技術により、欠陥を捉える率は上昇し、信頼性の高い製品が結果的に得られるであろう。
【００３１】
ターゲットはダミー層内に設置されてもよい。現在半導体の製造に於いて、均一なパタンの密度を保証する為に、ダミー構成を回路レイアウト内のオープン領域に導入することが一般化されて居る。一般的に、ダミー構成は化学機械研磨とかその他の半導体製造工程に於いて、最適の結果を得るために使用される。
【００３２】
チップ領域に於いてターゲットを動作可能にするため、特殊なメトロロジ（或は検査）ターゲットの機能とダミー構成の目的とを組み合わせる利点が有意義となる。即ち、ダミー構成体とメトロロジ（或は検査）ターゲットの両方の目的を果たす二つの部品を持つ構成体は、CMPの均一性（及び場合によってはその他のダミーの必要条件）を増加し、又、メトロロジ或は検査ターゲットを供給するように、ダイ領域のオープン空間を有効的に使用するであろう。更に、このような組み合わせマークと共に、新しい種類のメトロロジ或は検査が使用されるかも知れない。例えば、特殊な設計パタンの忠実度が、かような組み合わせターゲットによって監視されることも出来る。即ち、或る特別なパタンの機能或は構成に関する設計者の意図が、ダミー構成体で組み合わされて計測されたり、検査されたりするパタンに関して実証することも可能である。
【００３３】
ターゲットとダミー構成体との組み合わせは、数々の異なる様式で達成出来る。ダミーとオーバレイ構成体の組み合わせの一例として、構成体はインタレース方式の周期的構成体を形成するように二つのマスクの上に設計することが出来る。適当な種類のオーバレイ構成体を変更して上記のような順応性のある対称中心や対称直線を得ることが出来る。適宜に変更可能なオーバレイターゲットや、それを持つオーバレイを決定する技術については、以下の米国特許及び出願明細書に記載されて居る。（１）米国特許６４６２８１８号、２００２年１０月８日発行（発明の題目：OVERLAY ALIGNMENT MARK DESIGN; 発明者：Bareket); （２）米国特許６０２３３３８号、２００２年２月８日発行（発明の題目：OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT OF WAFER; 発明者：Bareket); （３）米国特許出願０９／８９４９８７号、２００１年６月２７日出願（発明の題目：OVERLAY MARKS, METHODS OF OVERLAY MARK DESIGN AND METHODS OF OVERLAY MEASUREMENTS; 発明者：Ghinovker et al.); （４）米国特許６４８６９５４号、２００２年１１月２６日発行（発明の題目：OVERLAY ALIGNMENT MEASUREMENT MARK; 発明者：Levy et al.); （５）米国特許出願１０／３６７１２４号、２００４年２月１３日出願（発明の題目：OVERLAY METROLOGY AND CONTROL METHOD; 発明者：Mike Adel et al.); （６）米国特許出願１０／７８５３９６号、２００４年２月２３日出願（発明の題目：APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING OVERLAY ERRORS USING SCATTEROMETRY; 発明者：Walter D. Mieler, et al.); （７）米国特許出願１０／７２９８３８号、２００３年１２月５日出願（発明の題目：APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING OVERLAY ERRORS USING SCTTEROMETRY; 発明者： Walter D. Mieler, et al.); （８）米国特許出願１０／８５８８３６号、２００４年６月１日出願（発明の題目：APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING IN-CHIP MICROTARGETS FOR METROLOGY OR INSPECTION; 発明者： Avi Cohen, et al.)
【００３４】
オーバレイ型の組み合わせとダミー構成体には部品が二つあり、その一つは第一層或はマスクの上に、その他の一つは第二層或はマスクの上にある。各部品は望ましくはその層或はマスクに関するプロセス行程のダミー構成体に関する条件に応じるものである。その更なる例としては、マスクが正確に整列された場合に於いて、第一のマスクの上の部品が第二のマスクの上の部品に対して対称に位置されるように、これらの周期的構成体が整列された場合である。又、第一のマスクの上の部品は、第二のマスクの上の部品内のオープン空間にはまり込むように、或はその逆のように設計されてもよい。更に特別の例として、二個のマスクの上の周期的部品は同様であって、x軸とy軸との両方に沿って周期的部品の単位セルの半分オフセットされて居てもよい。他の例として、第一のマスクの上の部品は第二のマスクの上の部品と異なる構成体ながら、尚上記のように部品の単位セルの半分オフセットされて居てもよい。オーバレイ型の組み合わせターゲットの例は図４Ｃから図４Ｅに亘って示されて居る。
【００３５】
各部品は更に追加的な粗いセグメンテイションを含んでもよく、これは周期的であって、上記米国特許出願１０／３６７１２４号(発明者：Mike Adel et al)に開示された如く、コントラストとメトロロジツールの内容情報を向上させるように設計されたものである。
【００３６】
図４Ｃから図４Ｅまでは、本発明の特別な実施例のダミーとオーバレイ構成体の組み合わせを編成する方法と構成の例を示す。オープン空間は、適当な大きさと形状のダミーとターゲットの組み合わせ構成体（此処ではターゲットと言及）によって満たされてよい。 図４Ｃに示される如く、ターゲットの列がオープン空間の中に形成される。ターゲットには、第一層の上の第一セットの構成体（例えば十字架形「＋」の構成体）とか、第二層の上の第二セットの構成体（例えば六角形の構成体）が含まれる。第一セットの構成体には対称中心４１０がある一方、第二セットの構成体には第一の対称中心４１０からオフセットされた第二の対称中心４１２のあることに留意されたい。
【００３７】
他の技術に於いて、ターゲットの列を概念的に使用して実際の装置構成の周りを満たすことも出来る。図４Ｄに示すように、六角形と「＋」の形の構成体の列が二個の装置構成体の上へと重ねられる。図示の目的上、装置構成体の中の一つは星形であって六角形のターゲット構成体と同じ層にある一方、他方の装置構成体は矢印形であり、「＋」の形のターゲット構成体と同じ層の上にある。ターゲットの列が装置構成体に重ねられた後、ターゲット構成体の中の幾つかは、装置構成体の調達の為に除去される。即ち、或る層の上のターゲット構成体の中で、その層の上の装置個性を包含する領域にあるものが除去される。図示の如く、「＋」の形のターゲット構成体が、矢形の装置構成体を包含する領域から除去され、六角形の構成体が星形の装置構成体を包含する領域から除去される。ターゲット構成体は、各層の対称中心が維持されるように除去される。例えば、第一層構成体の第一対称中心 COS ４２０は、第二層構成体の第二対称中心 COS ４２２ とは異なる。
【００３８】
しかし、もし異なる二つの層の上の装置構成体が重なって居る場合には、図４Ｅに示される如く、両方の層のターゲットが、重なった装置構成体を包含する領域から除去される。この例の場合、各層の対称中心が維持されるようにターゲット構成体は除去される。例えば、 第一層構成体の第一対称中心 COS ４３０は、第二層構成の第二対称中心 COS ４３２ とは異なる。
【００３９】
かかるダミーとターゲットの組み合わせの例に於いては、図４Ｃから第４E 図に示される如く、視野（FOV）から信号が検出される。第一層と第二層の対称中心が決定される。本発明の実施例に於いては、これらの対称中心は、食い違いがオーバレイの値へと翻訳可能のように、互いの間に既知のオフセットがあるように位置される。別の実施例によれば、構成体の第一セットがx方向のオーバレイ測定に使用され、構成体の第二セットがy方向のオーバレイ測定に使用される。x方向構成体とy方向構成体とは異なる対称中心或は対称直線を持って居る。
【００４０】
図４Ｄ及び第４E 図に示される如く、ターゲットと装置と両方が視野に含まれる場合、信号のどの部分がノイズ（或は装置構成体）であり、どの部分がターゲット構成体に対応するか、最初に決定される。この決定は適宜に行われてよい。或る実施例によれば、信号（若しくはかような信号から生成された画像）と装置構成体を同定する設計ファイルとを比較して、装置構成体からの信号（若しくは画像）への貢献部分を信号（若しくは画像）から引算する。その結果残る信号（若しくは画像）が、上記の如くに査定されるターゲットに相当する。別の方法として、メトロロジツールを手動で既知のターゲット位置へ移動させてターゲットを認知させることにより、ツールをターゲットの探索用に教育してもよい。かようにして同定されたターゲットは、更にメトロロジツールが既知の標準的パタン認知技術により、その他の同様な外観を持つターゲットを探索するのに使用される。別の方法として、設計ファイルに記載された代表的ターゲットを使用してメトロロジツールを教育してもよい。かかる代表的ターゲットはスクライブラインの様な、容易に見出せる場所にも存在し得る。
【００４１】
一般に、ダミーとターゲットの組み合わせ構成体を生成する場合には、ダミー構成体と特別なターゲットの種類に関する規則が従われる。例えば、ダミー構成体に関する規則が、CMPの均一性に関して特別な水準を確保されるべく、特別なパタン密度とか、 オープン空間の大きさについての最大値を必要とするかも知れない。更に、ターゲットに関して、特殊なメトロロジとか検査の手続きがとられる。或る種のオーバレイメトロロジ技術では、二つの異なる層の構成体を評価して、これらの対称中心が然るべき位置にあるか（例えば、整列して居るかとか、既知の距離だけオフセットされて居るか）確定し、それによってオーバレイを決定する。この例での構成体は、二つの異なる層に設計され、対称中心は同じか、既知の距離だけオフセットされて居る。
【００４２】
ダイとターゲットとが製造された後、ターゲットの検査、検定、測定などは適宜に行われてよい。 図５は、本発明の方法によって生成されたレイアウトパタンから製造されたターゲットの検査作業工程５００を示すフローチャートである。先ずステップ５０２に於いて、 工程が仕様通りであるか確認するために、各ターゲットが検査或は測定される。次にステップ５０３で、工程が仕様通りであるか確認する。もし工程が仕様通りである場合には、検査、検定、測定は終了する。
【００４３】
もし工程が仕様より外れて居る場合には、問題を軽減すべく、数多くの技術が実施され得る。第一の技術では、ステップ５０４に於いて、後続の工程を調節することにより、仕様から外れた工程の補償をする。例えば、もし 整列状態 のフォトレジストパタンが何処かの部分で不正と確認されたら、そのフォトレジストを除去して正しいパタンに新たに置き換え、不正な整列状態を除去すればよい。それ以後の工程は、ステップ５０６に於いて、同じダイの製造が続行される。例えば、ウエハにパタニングが成される。第二の技術としては、ステップ５０８に於いて、ダイの処理を中止させてもよい。ステップ５１０に於いて、ダイは破棄されてもよい。仕様から外れた工程はその後ステップ５１２に於いて後続のダイのために調節される。
【００４４】
順応性のある対称中心及び／或は対称直線を持つ本発明のターゲットが仕様通りであるか否かの確認は、如何なる適当な様式で行ってもよい。図６は、本発明の特別の実施例により、ターゲットが規格外でないか決定するための図５のステップ５０３を示すフローチャートである。この作業工程は１８０度回転対称中心を持つ構成のターゲットに関して記述されが、この作業工程が鏡面対称性の構成体用に容易に変更され得ることは勿論である。又、この作業工程は、例示されるような異なる二つの層の上のオーバレイ誤差でなく、同一の層の上の二つのセットの構成の間の整列誤差の確定にも適用出来る。
【００４５】
図６に示された例の場合、xターゲットかyターゲットかの中心が、先ずステップ６０２に於いて、検査ツールの視野の中心へと移動される。次のステップ６０４に於いては、各層の問題の対象領域（ROI = Region of interest)が確定される。図６の工程は図２でのxターゲット構成を例にして説明する。例えば、図２で点線によって示されるように、x方向ターゲット構成体２０６a、２０６b、２０８a、２０８bに４個の対象領域が形成される。点線２０２は検査ツールの視野を示し、十字２１０はxターゲット構成体の中心を示す。
【００４６】
第一層と第二層の夫々の構成体のセット２０６、２０８の対象中心は、どのような適当な技術で確定してもよい。例えば、縁技術を使用して各層の構成の対象中心を確定出来る。図示の実施例の場合、ステップ６０６に於いて、各層の各対象領域の外縁を使用して、各層の対称中心が確定される。構成２０６と２０８の場合、各対象領域の外縁が確定され、構成の各セットの外縁間（例えば構成２０６ a と２０６bの間）の中心位置を見出す。サブリソリューションの特徴を有する構成体（例えば図４Ｂのターゲット）の場合、各セットのサブリソリューション線（例えばセット４５２ a の第一層線）の縁が一本の線として測定される。
【００４７】
これと別の対象中心確定の技術で、相関技術と呼ばれるものがある。この技術では、ステップ６０８に於いて、対象中心の初期位置が、各層の構成の対象領域の間で予想される。構成体２０６に関して示される如く、対象中心２１０の初期予想は構成体２０６ a と２０６b間の位置であり得る。そして、初期対象中心から等距離の位置の二つの構成のセットに亘って計測することにより、２本の線形列（アレイ）が得られる。構成体２０６ a と２０６bとは夫々３個のピーク強度値を持つ周期的信号となる傾向がある。得られた２本の線形列は水平方向と鉛直方向にひっくり返され、照合されて、相関の計量、例えば積が計算される。これらの列は相対的に移動させられて各々のオフセットについて計量が計算される。この計量は作図されて、相関計量の最大値を見出すことによって正しい対象中心が位置付けられる。インテリジェントな探索アルゴリズム（例えば二値化探索）を使用して、効率的に正しい対象中心の位置付けをすることも可能である。
【００４８】
換言すれば、各層の各対象領域につき、その１８０度回転された対応する片方は、ステップ６１０に於いて、自動的に初期対称中心に基づいて位置される。ステップ６１２に於いては、各層で回転された画像と元の画像との間の最善の相関が見出されるまで、各層の対称中心は連続的に移動させられる。最善の相関が見出された後、対称中心が見出される。
【００４９】
いずれかの適宜な技術によって対称中心が見出された後、ステップ６１４に於いて、第一層構成体の対称中心と第二層構成体の対称中心との相違が、予め決定された値以上であるか確定する。これらの相違が予め決定された値以上でない場合には、ステップ６１８に於いて、解析中のxターゲット或はyターゲットが仕様から外れて居ないか確認される。もしこれらの相違が予め決定された量以上でない場合には、ステップ６１６に於いて、解析中の xターゲット或はyターゲットが仕様から外れて居ないか確認される。ターゲットが仕様通りか否かを確認する工程はここで終了する。
【００５０】
本発明の技法はソフトウエア及び／或はハードウエアシステムの適宜な組み合わせによって実施出来る。システムの構成如何に拘らず、データとか汎用検査工程及び／或は 此処に開示された発明の技巧のためのプログラム命令などを保持するように構成された一個以上のメモリとかメモリモジュールが使用可能である。プログラム命令は、例えばオペレイティングシステム及び／或は一つ以上のアプリケイションを運行を制御可能である。メモリやメモリモジュールはレイアウトパタン、レイアウト限定に関する規則、ターゲットに関する規則などをも保持するように構成されてもよい。
【００５１】
かかる情報とかプログラム命令とは、此処に開示されたシステム乃至方法を実施するに際して使用可能であるため、本発明は、此処に開示された各種の工程を実施するためのプログラム命令、状態情報などを含む、コンピュータによって解読可能な手段（媒体）に関する。コンピュータによって解読可能な手段（媒体）の例には、ハードディスク、フロッピディスク、磁気テープのような磁気的手段（媒体）、CD−ROM ディスクのような光学的手段（媒体）、フロプティカル(floptical)ディスクのような光磁学的手段（媒体）、ROM, RAMのようなプログラム命令を保持して実行するように特別に構成したハドウエア装置が含まれるが、それに限られるものではない。本発明は更に空気波のような適当な媒体を通じて伝播する搬送波、導光線、導電線などで実現することも出来る。プログラム命令の例には、コンパイラによって作成されたマシンコード、インタプレタを使用することによってコンピュタによって実行される高レベルコードを持つファイルなどが含まれる。
【００５２】
上述の発明の開示は理解の明確を目的としたものであるが、以降のクレームの範囲内に於いて各種の変更や変化が可能であることは明らかであろう。従って、記述された実施例は例示を目的としたもので、限定を目的としたものではなく、発明はここに記述された細目に限定されるものではなく、以下のクレーム及びその均等を内容とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ボクスインボクスの種類のオバーレイマークの平面図である。
【図２】本発明の実施形態に従って、x方向とy方向両方の二つの異なるプロセス層の間のオーバレイ誤差を測定するためのオーバレイターゲットの平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従い、x方向構成体とy方向構成体の中の一方が１８０度の回転対象であり、 x方向構成体とy方向構成体の中の他方が鏡面対象であるオーバレイターゲットの概略平面図である。
【図４Ａ】本発明の特別な実施例のオーバレイターゲットの概略平面図である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施例のオーバレイターゲットの概略平面図である。
【図４Ｃ】本発明の特別な実施例のダミーとオーバレイ構成体の組み合わせを編成する方法と構成の例を示す。
【図４Ｄ】本発明の特別な実施例のダミーとオーバレイ構成体の組み合わせを編成する方法と構成の例を示す。
【図４Ｅ】本発明の特別な実施例のダミーとオーバレイ構成体の組み合わせを編成する方法と構成の例を示す。
【図５】本発明の方法によるターゲットの検査作業工程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の特別の実施例により、ターゲットが規格外でないか決定するための図５のステップを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2009500863.tif 000013