(57)【要約】【課題】直交下層ダミーフィルを有するオーバレイターゲットを設計し使用する。【解決手段】回折ベースのオーバレイターゲットは、基板に印刷され、第１の複数のセグメント化されたパターン要素５０４ａを含む第１のオーバレイターゲット構造と、基板に印刷され、第２の複数のセグメント化されたパターン要素５０４ｂを含み、第２の複数のセグメント化されたパターン要素５０４ｂの一部は第１の複数のセグメント化されたパターン要素５０４ａの一部にオーバラップするように配設された、第２のオーバレイターゲット構造を有する。少なくとも第１の複数のセグメント化されたパターン要素５０４ａの一部あるいは少なくとも第２のセグメント化されたパターン要素５０４ｂの一部は、２回以上のサイドバイサイド露光で基板上に形成される。【選択図】図５Ａ
2018128699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折ベースのオーバレイターゲットであって、
基板に印刷され、第１の複数のセグメント化されたパターン要素を含む第１のオーバレイターゲット構造と、
基板に印刷され、第２の複数のセグメント化されたパターン要素を含み、第２の複数のセグメント化されたパターン要素の一部は第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部にオーバラップするように配設された、第２のオーバレイターゲット構造と、
を有し、第１のオーバレイターゲット構造と第２のオーバレイターゲット構造の配置は４回転対称であり、少なくとも第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部あるいは少なくとも第２のセグメント化されたパターン要素の一部は、２回以上のサイドバイサイド露光で基板上に形成され、前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素は同一であり、前記第２の複数のセグメント化されたパターン要素は同一である、
回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記２回以上のサイドバイサイド露光は、連続する露光間において光排除ゾーンが存在しない露光である、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項３】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造の前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素は、第１のセグメンテーション軸に沿い、前記第２のオーバレイターゲット構造の前記第２の複数のセグメント化されたパターン要素は、前記第１のセグメンテーション軸に直交する第２のセグメンテーション軸に沿う、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項４】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記基板の第１の層に印刷され、前記第２のオーバレイターゲット構造は、前記基板の前記第１の層と異なる第２の層に印刷される、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項５】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造は、ダミーフィルから形成される、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項６】
請求項５に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記第２のオーバレイターゲット構造により定義される境界内に形成される、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項７】
請求項６に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造により定義される境界と前記第１のオーバレイターゲット構造の間の距離は、選択された光排除ゾーンよりも長い、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項８】
請求項６に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造は、少なくとも１つの共通境界を共有する、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項９】
請求項５に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記第１のオーバレイターゲット構造を露光するために構成された露光ツールにより特定される最小設計ルールよりも大きい選択されたピッチまたはフィーチャサイズに従ってセグメント化される、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項１０】
請求項５に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造は、前記基板上に配設された層の大部分を覆う、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項１１】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の少なくともいずれかは、前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素と前記第２のセグメント化されたパターン要素の少なくともいずれかの位置決定を可能とする内部エッジを有するアパーチャを備える、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項１２】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の各々は、２回転対称である、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項１３】
請求項１に記載のオーバレイターゲットにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の各々は、４回転対称である、回折ベースのオーバレイターゲット。
【請求項１４】
オーバレイ計測を実行するシステムであって、
オーバレイターゲットを備える基板を支持するように構成されたサンプルステージであり、前記オーバレイターゲットは、
基板に印刷され、第１の複数のセグメント化されたパターン要素を含む第１のオーバレイターゲット構造と、
前記基板に印刷され、第２の複数のセグメント化されたパターン要素を含み、第２の複数のセグメント化されたパターン要素の一部は第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部にオーバラップするように配設された、第２のオーバレイターゲット構造と、を有し、第１のオーバレイターゲット構造と第２のオーバレイターゲット構造の配置は４回転対称であり、少なくとも第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部あるいは少なくとも第２のセグメント化されたパターン要素の一部は、２回以上のサイドバイサイド露光で基板上に形成され、前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素は同一であり、前記第２の複数のセグメント化されたパターン要素は同一である、サンプルステージと、
前記オーバレイターゲットを照明するように構成された少なくとも１つの照明源と、
前記オーバレイターゲットから反射、散乱、あるいは放射された照明を検出するように構成された少なくとも１つの検出器と、
前記検出器に接続され、前記オーバレイターゲットから反射、散乱あるいは放射された照明に関連する情報を用いて前記基板上に配設された少なくとも２つの層の間のミスアライメントを決定するように構成された１つ以上のプロセッサを備える少なくとも１つのコンピューティングシステムと、
を備えるシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記２回以上のサイドバイサイド露光は、連続する露光間において光排除ゾーンが存在しない露光である、システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造の前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素は、第１のセグメンテーション軸に沿い、前記第２のオーバレイターゲット構造の前記第２の複数のセグメント化されたパターン要素は、前記第１のセグメンテーション軸に直交する第２のセグメンテーション軸に沿う、システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記基板の第１の層に印刷され、前記第２のオーバレイターゲット構造は、前記基板の前記第１の層と異なる第２の層に印刷される、システム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造は、ダミーフィルから形成される、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記第２のオーバレイターゲット構造により定義される境界内に形成される、システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造により定義される境界と前記第１のオーバレイターゲット構造の間の距離は、選択された光排除ゾーンよりも長い、システム。
【請求項２１】
請求項１９に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造は、少なくとも１つの共通境界を共有する、システム。
【請求項２２】
請求項１８に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造は、前記第１のオーバレイターゲット構造を露光するために構成された露光ツールにより特定される最小設計ルールよりも大きい選択されたピッチまたはフィーチャサイズに従ってセグメント化される、システム。
【請求項２３】
請求項１８に記載のシステムにおいて、
前記第２のオーバレイターゲット構造は、前記基板上に配設された層の大部分を覆う、システム。
【請求項２４】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の少なくともいずれかは、前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素と前記第２のセグメント化されたパターン要素の少なくともいずれかの位置決定を可能とする内部エッジを有するアパーチャを備える、システム。
【請求項２５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の各々は、２回転対称である、システム。
【請求項２６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記第１のオーバレイターゲット構造と前記第２のオーバレイターゲット構造の各々は、４回転対称である、システム。
【請求項２７】
オーバレイ計測を実行する方法であって、
基板上に配設されたオーバレイターゲットを照明することであり、前記オーバレイターゲットは、
基板に印刷され、第１の複数のセグメント化されたパターン要素を含む第１のオーバレイターゲット構造と、
前記基板に印刷され、第２の複数のセグメント化されたパターン要素を含み、第２の複数のセグメント化されたパターン要素の一部は第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部にオーバラップするように配設された、第２のオーバレイターゲット構造と、を有し、第１のオーバレイターゲット構造と第２のオーバレイターゲット構造の配置は４回転対称であり、少なくとも第１の複数のセグメント化されたパターン要素の一部あるいは少なくとも第２のセグメント化されたパターン要素の一部は、２回以上のサイドバイサイド露光で基板上に形成され、前記第１の複数のセグメント化されたパターン要素は同一であり、前記第２の複数のセグメント化されたパターン要素は同一である、照射することと、
前記オーバレイターゲットから反射、散乱または放射された照明を検出することと、
検出された照明に関連する情報を用いて前記基板上に配設された少なくとも２つの層の間のミスアライメントを決定することと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、オーバレイ計測のためのオーバレイターゲットの分野に関し、より詳細には、直交下層ダミーフィルを有するオーバレイターゲットを設計し使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、シリコンウェハなどの基板上に配設される複数の層を生成することによって製造されることが多い。種々のプロセス層間のアライメントは、通常、結果として得られるデバイスの適切な機能および性能を保証するように制御される。２つ以上の連続する層内に形成されるデバイスフィーチャまたは構造間のミスアライメントは、オーバレイエラーと呼ばれることが多い。ウェハ上のパターン化された層間のオーバレイエラーを検出し補正する能力は、集積回路および他の半導体デバイスの製造にとって非常に重要である。
【０００３】
オーバレイ計測は、通常、１つまたは複数の関心デバイス層に近接して配設されるオーバレイ「ターゲット(target)」または「マスク(mask)」を解析することによって、パターン化されたデバイス層間のミスアライメントまたはオーバレイエラーを決定するための知られている技法である。たとえば、オーバレイ測定は、ウェハ上の種々のパターン化されたデバイス層と共に印刷された試験パターン（すなわち、１つまたは複数のオーバレイターゲット構造）によって実施することができる。オーバレイ計測システムは、画像フレームを収集するように構成される撮像ツールを含むことができ、画像フレームは、処理ユニットによって解析されて、デバイスおよびターゲット層を構成するパターン要素の相対的な変位またはミスアライメントが決定される。
【０００４】
オーバレイターゲットを支持する基板のプロセス適合性を維持または改善するために、いくつかの技法が現在適用される。たとえば、ダミーフィル（すなわち、非機能的構造またはフィーチャ）の１つまたは複数のパターン化層が基板上に配設されて、ある半導体製造機器または半導体試験機器用の設計ルールの下で必要とされる空間的属性または物理的特徴を達成することができる。さらに、計測ターゲットのターゲット構造または層を形成するパターン要素は、プロセス適合性を改善するために、選択されたセグメンテーションまたはサブパターンより名目上は小さいフィーチャから構築することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１８６７３号
【特許文献２】米国出願公開第２００７／００９６０９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存の解決策があるが、当技術分野内の欠点は、オーバレイ計測ターゲットに対するプロセス損傷または半導体製造上の設計ルールに関するターゲット適合性の欠如をもたらし続ける。当技術分野の現在の状態におけるいくつかの欠点は、化学機械的研磨によるターゲット内またはその近傍におけるディッシング、不適合パターン密度によるターゲットの近傍におけるエッチバイアス、ターゲットにおける設計ルール違反による製造済みデバイスにおけるその後の寄生容量、オーバレイ測定において計測バイアスをもたらすターゲットのリソグラフィ的不適合、過剰なターゲットサイズに対するレチクルおよびウェハ上の計測フットプリントの増加を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、当技術分野の現在の状態における１つまたは複数の欠点を取除くための、直交下層ダミーフィルを含むオーバレイターゲット設計を対象とする。
【０００８】
一態様では、本開示は、少なくとも１つのオーバレイターゲット構造を形成する１つまたは複数のセグメント化されたオーバレイパターン要素を含むオーバレイターゲットを対象とする。オーバレイターゲットは、少なくとも１つのダミーフィルターゲット構造を形成する１つまたは複数の不活性パターン要素をさらに含む。１つまたは複数の不活性パターン要素のそれぞれは、少なくとも１つの近位に配設されるオーバレイパターン要素のセグメンテーション軸に直交する軸に沿ってセグメント化されたダミーフィルを含むことができる。いくつかの実施形態によれば、ターゲット構造または層のそれぞれは、シリコンウェハなどの基板上に連続して配設される別個のプロセス層から形成することができる。
【０００９】
別の態様では、本開示は、基板上でオーバレイ測定を実施するためのオーバレイ計測システムを対象とする。システムは、基板であって、オーバレイターゲットが基板上に配設される、基板を支持するように構成されるサンプルステージを含むことができ、オーバレイターゲットは、少なくとも１つのオーバレイターゲット構造を形成する１つまたは複数のセグメント化されたオーバレイパターン要素を含み、オーバレイターゲットは、少なくとも１つのダミーフィルターゲット構造を形成する１つまたは複数の不活性パターン要素をさらに含み、１つまたは複数の不活性パターン要素のそれぞれは、少なくとも１つの近位に配設されるオーバレイパターン要素のセグメンテーション軸に直交する軸に沿ってセグメント化されるダミーフィルを含む。システムは、オーバレイターゲットを照明するように構成される少なくとも１つの照明源と、オーバレイターゲットから反射される、散乱させる、または放射される照明を受取るように構成される少なくとも１つの検出器とをさらに含むことができる。少なくとも１つの検出器に通信可能に結合したコンピューティングシステムは、オーバレイターゲットから反射される、散乱させる、または放射される照明に関連する情報（たとえば、１つまたは複数の画像フレームあるいはコントラストデータ）を利用して、基板上に配設される少なくとも２つの層の間のミスアライメントを決定するように構成することができる。いくつかの実施液体では、オーバレイおよびダミーフィルターゲット構造は、製造上のまたは計測上の一定の利点を可能にするために、２回転対称または４回転対称とすることができる。しかし、２回転対称または４回転対称は、散乱計測オーバレイ(scatterometry overlay)（ＳＣＯＬ）または回折ベースオーバレイ(diffraction based overlay)（ＤＢＯ）計測ターゲットを使用するような全ての用途によって必要とされるわけではない。
【００１０】
さらに別の態様では、本開示は、基板上でオーバレイ測定を実施する方法を対象とし、方法は、少なくとも以下のステップ、すなわち、基板上に配設されるオーバレイターゲットを照明するステップであって、オーバレイターゲットは、少なくとも１つのオーバレイターゲット構造を形成する１つまたは複数のセグメント化されたオーバレイパターン要素を含み、オーバレイターゲットは、少なくとも１つのダミーフィルターゲット構造を形成する１つまたは複数の不活性パターン要素をさらに含み、１つまたは複数の不活性パターン要素のそれぞれは、少なくとも１つの近位に配設されるオーバレイパターン要素のセグメンテーション軸に直交する軸に沿ってセグメント化されたダミーフィルを含む、照明するステップと、オーバレイターゲットから反射される、散乱させる、または放射される照明を検出するステップと、検出された照明に関連する情報を利用して、基板上に配設される少なくとも２つの層の間のミスアライメントを決定するステップとを含む。
【００１１】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明が、単に例示でかつ説明であり、必ずしも本開示を制限するわけではないことが理解される。本明細書に組込まれかつ本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の主題を示す。説明および図面は共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【００１２】
本開示のいくつかの利点を、添付図を参照して当業者がよりよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の実施形態によるオーバレイターゲットを示す図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態による、ダミーフィルパターンのセグメンテーション軸がオーバレイパターン要素のセグメンテーション軸に直交するオーバレイターゲットの一部分を示す図である。
【図２Ａ】本開示の実施形態による２回対称／４回対称オーバレイターゲットを示す図である。
【図２Ｂ】本開示の実施形態による２回対称／４回対称オーバレイターゲットのダミーフィルターゲット構造およびオーバレイターゲット構造を示す図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による２回対称／４回対称オーバレイターゲットを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による２回対称／４回対称オーバレイターゲットのダミーフィルターゲット構造およびオーバレイターゲット構造を示す図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による２回対称／４回対称オーバレイターゲットを示す図である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態による、ターゲット構造のそれぞれが複数のパターン要素を含む２回対称／４回対称オーバレイターゲットのダミーフィルターゲット構造およびオーバレイターゲット構造を示す図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、オーバレイパターン要素の第１の部分が、１回目の露光に応じてダミーフィルを覆って印刷される２回対称オーバレイターゲットを示す図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、オーバレイパターン要素の第２の部分が、２回目の露光に応じてダミーフィルを覆って印刷される２回対称オーバレイターゲットを示す図である。
【図６】本開示の実施形態によるオーバレイターゲットを示す図である。
【図７】本開示の実施形態によるオーバレイ計測システムを示すブロック図である。
【図８】本開示の実施形態によるオーバレイ計測を実施する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、添付図面に示される、開示される主題が詳細に言及される。
【００１５】
図１Ａから図８は、一般に、本開示の種々の実施形態による直交下層ダミーフィルを有するオーバレイの設計および使用を示す。米国特許出願シリアル番号第１３／１８６，１４４号は、少なくとも部分的に、ダミーフィルと、ダミーフィルの下またはその上に配設されたオーバレイターゲット構造との直交アライメントを述べる。さらに、米国特許出願シリアル番号第１２／４５５，６４０号は、ダミーフィイル（その出願では、「ダミーフィールド(dummy field)」と呼ばれる）を少なくとも部分的に含む計測ターゲットを述べる。米国特許出願シリアル番号第１３／１８６，１４４号およびシリアル番号第１２／４５５，６４０号は、あたかも本明細書中に完全に記載されているように参照により組込まれる。以下の実施形態は、例証のために提供され、また、以下で述べる特徴および配置構成が組合されて、さらなる実施形態を生成することができることが理解されるべきである。たとえば、以下の実施形態の複数の部分が組合されて、製造設計ルールのセットに適合しかつ選択されたレベルのプロセス適合性を満たす、オーバレイターゲットまたはオーバレイ計測システムを達成することができることを当業者は認識するであろう。
【００１６】
図１Ａは、本開示の実施形態によるオーバレイ計測ターゲット１００を示す。オーバレイターゲット１００は、複数のターゲット構造を含む。いくつかの実施形態では、ターゲット構造は、別個のプロセス層から製造され、シリコンウェハなどの基板上に連続して配設される。ターゲット１００は、セグメント化されたダミーフィルから本質的になる不活性パターン要素１０２ａ〜１０２ｄの１つまたは複数を含むことができる。不活性パターン要素１０２ａ〜１０２ｄは、少なくとも第１の「ダミーフィル(dummyfill)」ターゲット構造を形成することができる。ターゲット１００は、米国特許出願シリアル番号第１３／１８６，１４４号および／またはシリアル番号第１２／４５５，６４０号に記載されるかまたは参照されるような当技術分野で知られているオーバレイフィーチャから形成される１つまたは複数のオーバレイパターン要素１０４ａ〜１０４ｄをさらに含むことができる。
【００１７】
オーバレイパターン要素１０４ａ〜１０４ｄは、ダミーフィルターゲット構造に近接して配設された少なくとも第２の「ダミーフィル」ターゲット構造を形成することができる。たとえば、オーバレイターゲット構造を、ダミーフィルターゲット構造を覆って基板上にその後配設することができる。したがって、ダミーフィルターゲット構造を、「ダミーフィル下層(dummyfill underlayer)」と呼ぶことができる。ダミーフィル１０２ａ〜１０２ｄおよび／またはオーバレイパターン要素１０４ａ〜１０４ｄを、製造／試験設計ルールに従ってあるいは設計ツールからの選択された範囲または選択された偏差に従ってセグメント化することができる。図１Ｂによって示すように、各ダミーフィルパターン要素１０２は、ダミーフィルパターン要素の上または下に配設された少なくとも１つのセグメント化されたオーバレイパターン要素１０４に対応する第２の「オーバレイ(overlay)」セグメンテーション軸１０８に直交する第１の「ダミーフィル」セグメンテーション軸１０６に沿ってセグメント化することができる。さらに、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のダミーフィルパターン要素１０２ａ、１０２ｃの少なくとも第１のセットは、１つまたは複数のダミーフィルパターン要素１０２ｂ、１０２ｄの第２のセットのセグメンテーション方向に直交する方向にセグメント化される。
【００１８】
セグメント化されたダミーフィルパターン要素１０２は、基板の１つまたは複数の連続するプロセス層に応じてその後配設される、デバイスなどのパターン要素またはオーバレイパターン要素のために確保される空き領域上に配設されるダミーフィルを含むことができる。ダミーフィルパターン要素１０２は、オーバレイターゲット１００の一部分を構成する少なくとも１つのオーバレイまたはダミーフィルパターン要素の場所推定を可能にする内側エッジ（すなわち、１つまたは複数の長方形アパーチャ）をさらに含むことができる。図２Ａおよび図２Ｂは、複数のオーバレイパターン要素２０４ａ〜２０４ｄから形成されるオーバレイターゲット構造２０３に近接して配設される、複数のダミーフィルパターン要素２０２ａ〜２０２ｄから形成されるダミーフィルターゲット構造２０１を含む２回対称／４回対称オーバレイターゲット２００を示す。いくつかの実施形態では、各ターゲット構造２０１および２０３は、２回転対称または４回転対称であり、それにより、ダミーフィルターゲット構造２０１を覆うオーバレイターゲット構造２０３の配設から形成される結果として得られるターゲット構造２００は、相応して２回転対称または４回転対称である。いくつかの実施形態では、たとえば、ターゲット２００は４回転対称である。さらに、ダミーフィルパターン要素２０２ａ〜２０２ｄのそれぞれは、２回転対称サブパターンを形成する単一軸セグメンテーションダミーフィルを含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ダミーフィルサブパターン２０２ａ〜２０２ｄは、選択された軸に沿ってセグメント化され、セグメンテーション軸に沿うダミーフィルセグメントのサイズおよび間隔は、ダミーフィルパターン要素２０２ａ〜２０２ｄを覆って印刷されるオーバレイパターン要素２０４ａ〜２０４ｄの空間的または物理的特徴に応じて選択される。たとえば、ダミーフィルセグメンテーションが、その後印刷されるオーバレイパターン要素２０４ａ〜２０４ｄのフィーチャのサイズ、間隔、および／またはセグメンテーションに応じて選択されて、ダミーフィルセグメントに直交する、基板上に配設されるオーバレイフィーチャに関連する計測信号の汚染を回避することができる。いくつかの実施形態では、ダミーフィルセグメンテーションのピッチおよび／またはフィーチャサイズは、ダミーフィルサブパターンがその上で露光される（すなわち、基板の表面上で印刷または配設される）リソグラフィック露光ツールなどの露光ツールについての最低限の設計ルールより実質的に大きい。過大のセグメンテーションは、有利には、ライン端のプルバック（たとえば、非対称プルバック）を低減することができる。
【００２０】
図３Ａに示すように、オーバレイ計測ターゲット３００は、近位に配設されたオーバレイパターン要素３０４ａ〜３０４ｄを有する、単一軸でセグメント化されたダミーフィルパターン要素３０２ａ〜３０２ｄを含むことができる。図３Ｂは、ダミーフィルパターン要素３０２ａ〜３０２ｄから形成されたダミーフィルターゲット構造３０１およびオーバレイパターン要素３０４ａ〜３０４ｄから形成されたオーバレイターゲット構造３０３をさらに示す。いくつかの実施形態では、ダミーフィルサブパターンの境界とオーバレイされたサブパターンの境界との間の選択された距離は、所定の光排除ゾーンより大きい。境界間の距離は、ダミーフィルセグメンテーションに平行な軸または垂直な軸に沿ってだけ、あるいは、平行方向と垂直方向の両方で所定の光排除ゾーンより大きい。
【００２１】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、２回転対称／４回転対称のオーバレイターゲット４００は、各象限に複数のオーバレイおよびダミーフィルサブパターンを含むことができる。たとえば、オーバレイターゲット４００の各象限は、ダミーフィルターゲット構造４０１を形成する６つのダミーフィルパターン要素４０２ａ〜４０２ｄを含むことができる。各象限は、ダミーフィルターゲット構造４０１の上部に配設されるオーバレイターゲット構造４０３を形成する５つのオーバレイパターン要素４０４ａ〜４０４ｄをさらに含むことができる。２回転対称オーバレイターゲットは、複数のオーバレイおよびダミーフィルサブパターンが上半分と下半分または左半半分と右半分のそれぞれにある状態で同様に設計することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ダミーフィルまたはオーバレイサブパターンの複数の部分が、２回以上のサイドバイサイド(side-by-side)露光で基板上に別々に印刷される。たとえば、図５Ａおよび図５Ｂに示すオーバレイターゲット５００の実施形態では、オーバレイパターン要素５０４ａおよび５０４ｂは、１回目の露光（図５Ａ参照）と２回目の露光（図５Ｂ参照）に応じてダミーフィル下層５０２ａおよび５０２ｂを覆って印刷される。セグメント化されたダミーフィルサブパターンを、オーバレイサブパターン間に排除ゾーンが全く存在しない別個の露光で印刷することができる。さらに、ダミーフィルセグメンテーションは、ダミーフィルサブパターンのそれぞれについて同一であり、また、リソグラフィックオーバレイ公差に従って整列することができる。いくつかの実施形態では、オーバレイターゲットは、同一のセグメンテーションを有しかつリソグラフィックオーバレイ公差内で整列した、その後オーバレイされたセグメント化ダミーフィルサブパターンをさらに含むことができる。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂに示す例示的な実施形態などのいくつかの実施形態では、オーバレイターゲット２００は、オーバレイまたはダミーフィルサブパターンを画定する少なくとも１つのパターン要素の場所を推定するために測定することができる内部エッジを有する（すなわち、長方形開口または「窓(window)」を含む）オーバレイサブパターン２０４ａ〜２０４ｄおよび／またはダミーフィルサブパターン２０２ａ〜２０２ｄをさらに含むことができる。したがって、オーバレイターゲット２００は、各オーバレイまたはダミーフィルパターン要素のセグメンテーション軸に平行なおよび／または垂直な方向へのサブパターン場所推定を可能にする配置構成を含むことができる。いくつかの実施形態では、サブパターン場所推定は、ダミーフィルセグメンテーションラインに垂直な方向にだけ実施されて、特にスキャナ焦点の関数としての、エッジ場所におけるスキャナ収差感度の増大を回避することができる。代替的に、サブパターン場所推定は、ダミーフィルセグメンテーションラインに平行な方向にだけ実施されて、設計ルール違反を回避することができる。
【００２４】
オーバレイターゲットのある実施形態は、特定の計測またはプロセス適合性要件にとって有利である場合がある。一実施形態では、たとえば、４回転対称オーバレイターゲットは、複数の層（たとえば、４層）を含むことができる。オーバレイターゲットの各象限は、ダミーフィルセグメンテーションに垂直な第１の軸に沿うオーバレイの測定を可能にする２つのセグメント化されたダミーフィルサブパターンを含むことができる。各象限は、ダミーフィルパターン要素を覆ってその後配設される２つのセグメント化されたオーバレイサブパターンをさらに含むことができる。オーバレイされたサブパターンは、第１の軸（すなわち、ダミーフィルサブパターン用の測定軸）に直交する第２の軸に沿うオーバレイの測定を可能にするように配置することができる。代替的に、オーバレイされたサブパターンは、第１の軸に平行な第２の軸に沿うオーバレイの測定を可能にするように配置することができる。
【００２５】
別の例示的な実施形態では、（２層）４回転対称オーバレイターゲットの各象限は、内部エッジを有する開口（または窓）を除いて、各象限を実質的に充填する単一軸セグメント化ダミーフィルサブパターンを含むことができる。開口の内側エッジは、ダミーフィルセグメンテーションに平行な方向へのサブパターン場所推定のために測定することができる。ターゲットは、ダミーフィルサブパターンを覆ってその後配設されるセグメント化されたオーバレイサブパターンをさらに含むことができる。オーバレイサブパターンは、製造設計ルールに従ってセグメント化することができる。さらに、オーバレイサブパターンのエッジは、ダミーフィルセグメンテーション軸に平行な方向へのサブパターン場所推定のために測定することができる。
【００２６】
別の例示的な実施形態では、２回転対称（４層）オーバレイターゲットは、４つのセグメント化されたダミーフィルサブパターンを含むことができる（２つはＸ方向、２つはＹ方向）。ダミーフィルサブパターンのそれぞれは、各測定軸に沿うオーバレイの測定を可能にするように配列することができる。オーバレイターゲットは、１２のセグメント化されたオーバレイサブパターンをさらに含むことができる（６つはＸ方向、６つはＹ方向）。ダミーフィルサブパターンを覆ってその後印刷されるオーバレイサブパターンのそれぞれは、各測定軸に沿うオーバレイの測定をさらに可能にするように配列することができる。
【００２７】
当業者は、先の実施形態の例示的な特質を認識することになり、したがって、本明細書で述べる実施形態は、例証であり、本開示をいずれの点でも制限することを意図しないものであるとして理解されるべきである。いくつかの実施形態では、セグメンテーションは、最低限の設計ルールを超えるデバイスまたはオーバレイ層のフィーチャサイズに基づき、それにより、結果として得られるデバイスのプロセス窓より大きくなるようサブパターンのプロセス窓を増加させる。さらに、セグメンテーションは、サブパターン自体の幾何形状と比較して、比較的小さいとすることができる。種々の実施形態によれば、セグメント化された単一軸ダミーフィル下層は、計測性能およびプロセス適合性を改善するためにプロセス層の少なくとも５０％を覆うことができる。
【００２８】
種々の変更が、セグメンテーションの間隔／ピッチ、プロセス層の数、対称性、および計測ターゲットの他の属性において企図される。上述した実施形態は、種々の特徴を示すが、本開示をいずれの点でも制限することを意図されない。たとえば、本明細書の種々の実施形態は、２回転対称または４回転対称オーバレイ計測ターゲットを述べるが、２回対称／４回対称は、全ての用途で必要とされるわけではない。図６に示すいくつかの実施形態では、オーバレイ計測ターゲット６００は、全体として２回転対称でもなく４回転対称でもない。しかし、個々のサブパターンまたは２つ以上のサブパターンの群などのオーバレイターゲット６００の種々の部分は、少なくとも２回対称とすることができる。
【００２９】
ＳＣＯＬまたはＤＢＯ計測などのいくつかの用途は、２回対称／４回対称ターゲットを必要としない。たとえば、オーバレイターゲット６００は、第１のオーバレイターゲット構造を形成する第１の複数のオーバレイパターン要素６０２ａ〜６０２ｄおよび第２のオーバレイターゲット構造を形成する第２の複数のオーバレイパターン要素６０４ａ〜６０４ｄを含むことができ、両方のターゲット構造は、直交して整列した不活性パターン要素６０６ａ〜６０６ｄを含むダミーフィル下層を覆って連続して形成される。図６にさらに示すように、第１（Ｘ）の方向へのダミーフィルセグメンテーション（すなわち、間隔およびピッチ）は、第２（Ｙ）の方向へのダミーフィルセグメンテーションと異なるとすることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ターゲット６００は、第１の複数のオーバレイパターン要素６０２ａ〜６０２ｄによって画定される第１のターゲット構造または層に応じて第１の方向へのオーバレイ測定を可能にする。さらに、オーバレイは、第２の複数のオーバレイパターン要素６０４ａ〜６０４ｄによって画定される第２のターゲット構造または層に応じて少なくとも第２の方向に測定することができる。層およびタイプ（たとえば、デバイス、ダミーフィル、またはオーバレイ層）の数が、本開示の範囲から逸脱することなく変動する場合があることを当業者は認識するであろう。
【００３１】
図７は、本開示の実施形態によるオーバレイ計測システム７００を示すブロック図である。オーバレイ計測システム７００は、米国特許出願シリアル番号第１３／１８６，１４４号に記載されるかまたは参照されるシステムなどの光学計測システムを含むことができる。システム７００は、基板７０６上に配設されたオーバレイ計測ターゲット７０４を照明するように構成される少なくとも１つの照明源７０２を含むことができ、オーバレイターゲット７０４は先の実施形態によるターゲットを含む。基板７０６はサンプルステージ７０８によって支持することができ、サンプルステージ７０８は、選択された位置に基板を並進または回転させるための少なくとも１つの直線または回転アクチュエータを含むことができる。
【００３２】
システムは、照明源７０２から発する照明を、オーバレイターゲット７０４に至る少なくとも第１（オブジェクト）経路に沿って、また、参照ミラーなどの参照光学部品７１６によって描写される第２（参照）経路に沿って方向付けるように構成される少なくとも１つのビームスプリッタ７１２を含むことができる。オーバレイターゲット７０４を含む基板７０６の表面から反射される、散乱される、または放射される照明を、対物レンズ７１４によって収集し、収集経路に沿って少なくとも１つの検出器７１０に方向付けることができる。検出器とつながっている少なくとも１つのコンピューティングシステム７１８は、基板７０６の表面から受取られる照明に関連する撮像用データを収集するように構成することができる。コンピューティングシステム７１８は、オーバレイターゲット７０４について収集された撮像用データに関連する情報（たとえば、画像フレームまたはコントラストデータ）を利用して基板７０６上に形成される少なくとも２つの層間のオーバレイエラーまたは空間的ミスアライメントを決定するように構成することができる。
【００３３】
本開示全体を通して述べる種々のステップおよび機能を、単一コンピューティングシステムによってまたは複数のコンピューティングシステムによって実施することができることが認識されるべきである。たとえば、コンピューティングシステム７１８は、パーソナルコンピューティングシステム、メインフレームコンピューティングシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または当技術分野で知られている任意の他のデバイスを含むことができるが、それに限定されない。一般に、コンピューティングシステム７１８は、少なくとも１つのキャリア媒体７２０からのプログラム命令７２２を実行するように構成される、少なくとも１つの単一コアまたは複数コアプロセッサを含むことができる。
【００３４】
図８は、オーバレイ計測システム７００によるオーバレイ計測を実施する方法８００を一般的に示す。しかし、方法８００の１つまたは複数のステップを、本開示の本質から逸脱することなく、システム７００の先の実施形態から変動するシステムまたはデバイスによって実行することができることが認識される。ある実施形態では、方法８００は、少なくとも以下のステップを含むことができる。ステップ８０２にて、基板上に配設されたオーバレイ計測ターゲット７０４が照明される。ステップ８０４にて、ターゲットによって反射される、散乱される、または放射される照明は、対物レンズ７１４などの光学部品によって収集され、ＴＤＩカメラなどの少なくとも１つの撮像用検出器７１０に方向付けられる。ステップ８０６にて、撮像用データは、処理されて、基板上に配設された少なくとも２つの層間のミスアライメントが決定される。撮像用データを、当技術分野で知られている任意のオーバレイ計測アルゴリズムに従って処理することができることが本明細書で留意される。たとえば、デバイスフィーチャから形成されるターゲット構造および／またはパターンを形成するパターン要素間の空間的比較を、相対的変位（すなわち、オーバレイエラー）を決定するために実施することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ダミーフィルパターン要素の内側エッジだけが、研磨損傷を回避するために測定される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのダミーフィルパターン要素の場所が、第１の方向における測定によって決定され、基板７０６上にその後配設された少なくとも１つのオーバレイパターン要素の場所が、第２の方向における（たとえば、第１の方向に直交する軸に沿う）測定によって決定される。さらに、測定方向に平行であると共に垂直である、セグメント化されたオーバレイまたはダミーフィルサブパターンのエッジの場所が測定されて、セグメンテーションの方向に起因する測定のバイアスを決定することができる。
【００３６】
本明細書で述べるプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術がそれによって実施されうる種々の担体（たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、および／または、ファームウェア）が存在すること、および、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術がそこに配備される状況と共に、好ましい担体が変動することになることを当業者は認識するであろう。本明細書で述べるような方法を実装するプログラム命令を、キャリア媒体を通じて送信するかまたはキャリア媒体上に記憶することができる。キャリア媒体は、ワイヤ、ケーブル、または無線送信リンクなどの伝送媒体を含むことができる。キャリア媒体はまた、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、あるいは磁気テープを含むことができる。
【００３７】
本明細書で述べる方法の全ては、方法の実施形態の１つまたは複数のステップの結果を記憶媒体に記憶することを含む。その結果は、本明細書で述べる結果の任意の結果を含むことができ、また、当技術分野で知られている任意の方法で記憶されることができる。記憶媒体は、本明細書で述べる任意の記憶媒体または当技術分野で知られている任意の他の適した記憶媒体を含むことができる。結果が記憶された後、その結果は、本明細書で述べる方法またはシステムの実施形態の任意の実施形態によって記憶媒体内でアクセスされ使用され、ユーザに対する表示のためにフォーマットされ、別のソフトウェアモジュール、方法、またはシステムなどによって使用されうる。さらに、その結果を、「永久的に(permanently)」、「半永久的に(semi-permanently)」、一時的に、またはある期間の間、記憶することができる。たとえば、記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とすることができ、その結果は、必ずしも記憶媒体内で無期限に存続するわけではない。
【００３８】
本発明の特定の実施形態が示されたが、本発明の種々の変更形態および実施形態を、先の開示の範囲および精神から逸脱することなく、当業者によって行うことができることが明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付特許請求の範囲によってだけ制限させるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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