(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の少なくとも１つの誤差を補正する方法であって、
ａ．ウェーハ処理サイトにおいてウェーハ上の前記少なくとも１つのオーバーレイ誤差を測定する段階と、
ｂ．線形変換をすることによって前記少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクの前記少なくとも１つのオーバーレイ誤差の広域オーバーレイ誤差を修正する段階と、
ｃ．前記少なくとも１つのフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することによって前記少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクの前記少なくとも１つのオーバーレイ誤差の局所オーバーレイ誤差を修正する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの誤差を測定する段階は、チップの有効区域内（ダイ内）の該少なくとも１つの誤差を測定する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの誤差をダイ内測定する段階は、ウェーハ上の少なくとも１つの２次元構造及び／又は少なくとも１つの３次元構造のシフトを測定する段階、及び／又は画像ベース又はモデルベースの計測法を用いた少なくとも１つの２次元構造及び／又は少なくとも１つの３次元構造の楕円率を測定する段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのオーバーレイ誤差を補正する段階は、前記少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの第１の局所的持続性修正配列を導入する段階、及び／又は前記少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの第２の局所的持続性修正配列を導入する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのオーバーレイ誤差は、多重パターン化リソグラフィ工程における前記第１のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つの臨界寸法均一性誤差及び／又は前記第２のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン配置誤差を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ウェーハ上の前記少なくとも１つの誤差を測定する段階は、
ａ．試験パターンを有する試験マスクを生成する段階と、
ｂ．前記ウェーハ上に前記試験マスクの前記試験パターンを印刷してエッチングする段階と、
ｃ．前記ウェーハの前記試験パターン上にフォトリソグラフィマスクパターンを印刷してエッチングする段階と、
ｄ．前記少なくとも１つの誤差を前記フォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン要素と前記試験マスクの少なくとも１つのそれぞれの前記試験パターン要素との差として決定する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記試験マスクを印刷及びエッチングする段階、及び前記フォトリソグラフィマスクを印刷及びエッチングする段階は、単一パターン化又は多重パターン化リソグラフィ工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記単一又は多重パターン化リソグラフィ工程に使用される前記フォトリソグラフィマスクのパターン要素に対する前記試験マスクの複数の試験パターン要素のシフトからオーバーレイ誤差を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
自己整列二重パターン化工程に使用される前記ウェーハ上の犠牲層に前記少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の少なくとも１つの誤差を補正するための装置であって、
ａ．ウェーハ処理サイト及び／又はマスク工場に位置付けられ、かつウェーハ上の前記少なくとも１つの誤差を測定するようになった少なくとも１つの計測システムと、
ｂ．前記少なくとも１つの誤差に基づいて少なくとも１つの誤差補正手段に対するパラメータを計算するようになった少なくとも１つの計算手段と、
ｃ．超短光パルスを印加することによって前記フォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入するようになった前記少なくとも１つの誤差を補正する手段と、
を含み、
前記装置は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法を実行するようになっていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの計測システムは、超高精度台、少なくとも１つのレーザ源及び／又は他の光源、及び紫外波長範囲で作動する少なくとも１つの電荷結合デバイスカメラ及び／又は走査電子顕微鏡及び／又は散乱計及び／又は画像ベース又はモデルベースの計測システムを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の誤差を補正する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の縮小するサイズの結果として、フォトリソグラフィマスク又はナノインプリントリソグラフィのテンプレートは、益々小さい構造をウェーハ上に付加された感光層、すなわち、フォトレジスト上に投影する必要がある。この要求を満たすために、フォトリソグラフィマスクの露光波長は、電磁スペクトルの近紫外領域から中間紫外領域にわたって遠紫外領域に移行した。現在、ウェーハ上のフォトレジストの露光には、一般的に１９３ｎｍの波長が使用されている。フォトリソグラフィ露光系の分解能の高めるために、多くの場合に、投影対物系とウェーハの間の液浸液として水が使用される。その結果、高い分解能を有するフォトリソグラフィマスクの製造は益々複雑になってきており、従って、益々高価にもなってきている。将来、フォトリソグラフィマスクは、電磁スペクトルの極紫外（ＥＵＶ）波長範囲の有意に短い波長（約１３．５ｎｍにおける）を使用することになる。二重パターン化リソグラフィは、水ベースの１９３ｎｍ液浸リソグラフィとＥＵＶリソグラフィの間の格差を橋渡しするものである。
【０００３】
フォトリソグラフィマスクは、透過率の均一性、平面性、純粋性、及び温度安定性に関して非常に高い要求を満たさなければならない。ある程度の収量を伴ってフォトリソグラフィマスクを製作するためには、マスクの欠陥又は誤差を製造工程の終了時点で補正する必要がある。フォトリソグラフィマスクの様々な種類の誤差、及びこれらの誤差の補正の方法は、本出願人の子会社の米国特許仮出願ＵＳ  ６１  ３５１  ０５６及びＵＳ  ６１  ３６３  ３５２に説明されており、これらの文献は、これによってその全体が引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００４】
一般的に、フォトリソグラフィマスクの土台は、１つの面上に薄いクロム層又は別の光不透過材料の層を有する溶融石英又は他の低熱膨張材料の超純粋基板である。フォトリソグラフィマスクのパターン要素は、吸収材料内にパターン要素を書き込む主に電子である粒子ビーム又はそれぞれのレーザビームに基づくいわゆるパターン発生器によって生成される。その後のエッチング処理において、パターン要素は、フォトリソグラフィマスクの基板上に形成される。図１は、マスク製作工程を略示している。製作工程の詳細に対しては、本明細書の第５節に説明する。
【０００５】
生成されるマスク上のパターン要素の正確な位置は、位置合わせ計測ツールを用いて測定される。フォトリソグラフィマスクがパターン要素の最大許容可能位置決め誤差を超えた場合には、マスクに再度書込みを行わなければならない。再書込み工程中には、最初に、最初の書込み工程の位置決め誤差を補正することが試みられる。しかし、この試みは、位置決め誤差が系統的なものである場合にのみ機能する。臨界フォトリソグラフィマスクの書込み時間は非常に長い場合があり、２０時間までの期間に達することがある。従って、フォトリソグラフィマスクの繰返し書込みは、極めて時間を消費する不経済な工程である。
【０００６】
別の工程では、いわゆる位置合わせ補正（ＲｅｇＣ）工程の適用により、フォトリソグラフィマスクの位置決め誤差を最小にすることができる。文献ＵＳ  ６１  ３６１  ０５６に説明されているように、この工程は、レーザ系のフェムト秒光パルス又は超短光パルスを用いて、フォトリソグラフィマスクの基板の密度を局所的に変更し、それによってフォトリソグラフィマスクの基板面上にパターン配置のシフトがもたらされる。
【０００７】
構造化された吸収層を保護するために、吸収パターン要素を担持するフォトリソグラフィマスクの面上にペリクルが装着される。臨界マスク又はより正確にオーバーレイ臨界マスクでは、位置決め誤差に対するペリクルの影響を決定するために、パターン要素の位置の測定を繰り返さなければならない。この工程を図１に概略的に表している。
【０００８】
ウェーハ上での集積回路の生成は、異なる層又は構成要素レベルの製作のために、いくつかの異なるフォトリソグラフィマスクの連続的な適用を必要とする。集積回路の生成に必要な複数のフォトリソグラフィマスクをマスクセットと呼ぶ。高度な集積回路では、マスクセットは、２０個から５０個の異なるフォトリソグラフィマスクを含む場合がある。マスク製作工程の終了時点において、完全なマスクセットが、マスク工場からウェーハ処理サイト又はウェーハ製作サイトに移送される。
【０００９】
ウェーハ処理サイトでは、様々なマスクのパターン要素をウェーハ上のそれぞれのフォトレジスト層に転写するために、投影デバイスが、マスクセットの個々のフォトリソグラフィマスクを用いてウェーハを順次照明する。図２は、この工程を概略的に表している。リソグラフィ工程及びその後のエッチング処理により、フォトリソグラフィマスクのパターン要素はウェーハに複写され、集積回路のそれぞれの層が形成される。ウェーハ上での異なるフォトリソグラフィマスクの重ね合わせ精度をオーバーレイと呼び、オーバーレイは、オーバーレイ計測システムを用いてフォトリソグラフィマスクからウェーハ上のフォトレジスト層に同じく複写されるオーバーレイターゲットを用いて決定される。
【００１０】
連続するマスクのオーバーレイ誤差が予め決定された閾値を超えた場合には、投影デバイスは再調節され、最後のマスクの照明が繰り返され、オーバーレイ誤差が再度測定される。オーバーレイ誤差が依然としてオーバーレイ割当量を超えた場合には、誤差の根本原因を解析しなければならず、オーバーレイ仕様が引き締められる。それぞれのマスクは、そのパターン要素の再書込みのために、マスク製作サイト又はマスク工場に送り返される。既に略述したように、この修復工程又は再書込み工程は極めて時間を消費し、ウェーハ処理サイトにおけるウェーハ処理を有意に阻害する。
【００１１】
現在、ウェーハ処理サイトでは、オーバーレイは、集積回路のスクライブラインの４つのコーナに配置されたボックスインボックスオーバーレイターゲット、バーインバーオーバーレイターゲット、及びＡＩＭ（高度結像計測）オーバーレイターゲットのようないくつかの専用ターゲットにおいて決定される。Ｂ．Ｓｃｈｕｌｚ他による論文「ダイ内オーバーレイ計測を使用する未来技術ノードにおけるオーバーレイ要件を満たすこと（Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｖｅｒｌａｙ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｆｕｔｕｒｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｎｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｉｎ−ｄｉｅ  ｏｖｅｒｌａｙ  ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）」、ＳＰＩＥ会報、第６５１８巻、２００７年は、フォトリソグラフィマスクの品質をスクライブライン内の標準の位置合わせ測定によって決定するのは、ダイ内の構造の配置を少しも表すものではないことを説明している。この状況は、フォトリソグラフィマスクのパターン配置誤差の仕様が、代表的な構造、特にダイ内の場所を含む密度サンプリング計画に基づく場合にのみ改善することができる。この論文の著者は、オーバーレイ誤差に対するペリクルの影響に関する測定も報じている。著者は、この寄与が１ｎｍの範囲（３σ値）内にあるが、利用可能な手法及びオーバーレイ計測システムの精密度レベルを用いて決定するには小さすぎると結論付けている。
【００１２】
３２ｎｍ技術ノードへの１９３ｎｍＡｒＦ（フッ化アルゴン）リソグラフィの拡張により、フォトリソグラフィマスクの位置決め誤差及びウェーハ上のオーバーレイ精度に対して非常に高い要求が課せられる。３２ｎｍノードでは、オーバーレイ割当量は、生産されるデバイス又は集積回路に基づいて、約６ｎｍ（３σ値）まで低下する。更に、本出願人は、位置決め誤差へのペリクルのマウントの寄与が、上述の論文において推定されたものよりも有意に大きい場合があることを見出した。この誤差は、数ナノメートルの寸法に達する可能性があり、全オーバーレイ割当量の５０％超を占める場合がある。この誤差は、全体のウェーハ製作工程の収量を有意に低下させ、従って、許容することができない。更に、ペリクル装着工程の影響は、その不十分な系統性に起因して不完全に事前補正することができないので、状況は複雑である。
【００１３】
３２ｎｍノードよりも下では、いくつかの手法において２．５ｎｍよりも小さいオーバーレイ精度を必要とする、いわゆる二重パターン技術が適用される。二重パターン化リソグラフィ（ＤＰＬ）では、パターン分解能を制限するピッチサイズが、単一パターンに対して２倍になる。著者Ｐ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎは、その論文「二重パターン化リソグラフィ：問題を２倍にするのか、それとも喜びを２倍にするのか？（Ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：  ｄｏｕｂｌｅ  ｔｈｅ  ｔｒｏｕｂｌｅ  ｏｒ  ｄｏｕｂｌｅ  ｔｈｅ  ｆｕｎ？）」、ＳＰＩＥ  Ｎｅｗｓｒｏｏｍ、２００９年７月２０日において、様々なパターン手法を要約している。現在、３つの二重パターン変形が、リソグラフィ系における用途において有望であると思われる。
【００１４】
（ａ）図９に、リソグラフィ−エッチング−リソグラフィ−エッチング（ＬＥＬＥ）工程を略示している。ハードマスク（図９のハードマスク１番）が、パターンされる層（図９のハードマスク２番）上に堆積される。ウェーハが、第１のフォトリソグラフィマスクを用いて露光される（１回目の露光、図９の黒塗りの列）。ハードマスク２番がエッチングされる（１回目のエッチング）。次に、ウェーハが第２のマスクを用いて露光される（２回目の露光、図９の黒塗りの列）最後にハードマスク２番がエッチングされ、こうしてこの層内に第１のマスクとこのマスクとの組合せパターンが形成される。
【００１５】
（ｂ）図１０は、リソグラフィ−フリーズ−リソグラフィ−エッチング（ＬＦＬＥ）工程を略示している。この工程は、図１０の３つの列で表す１回目の露光の現像されたフォトレジストパターンをフリーズさせることによって機能する。次に、２回目の露光（図１０には示していない）の前に、第２のフォトレジストが追加される。更に、フォトレジストの現像の後に、両方のフォトリソグラフィマスクのフォトレジストパターンが、１つの段階でエッチングされる。
【００１６】
（ｃ）自己整列二重パターン化（ＳＡＤＰ）工程を図１１に示している。この工程は、エッチングされる層上へのフォトレジスト層の堆積で始まる。次の段階では、フォトレジスト層が露光されて現像される。
【００１７】
次に、リソグラフィ段階で生成されたパターンの上に、全てのパターン要素を覆うスペーサ層が堆積される。更に、覆われた層が選択的にエッチング除去され、あらゆる稜部に沿って２つの側壁が残される。次の段階では、フォトレジスト材料が除去され、残っているスペーサがエッチングマスクを形成して、層がエッチングされる。最後に残留スペーサが除去される。
【００１８】
二重パターン化工程、特にＬＥＬＥ工程及びＬＦＬＥ工程では、臨界寸法均一性（ＣＤＵ）及びオーバーレイ誤差が複雑である。更に、二重パターン化リソグラフィ工程は、ＣＤＵとオーバーレイ誤差とを混乱させる。論文「３ｎｍオーバーレイ及び臨界寸法均一性に向けて：二重パターン化リソグラフィにおける積分誤差割当量（Ｔｏｗａｒｄｓ  ３ｎｍ  ｏｖｅｒｌａｙ  ａｎｄ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ：  ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｅｒｒｏｒ  ｂｕｄｇｅｔ  ｆｏｒ  ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」において、Ｗ．Ａ．Ａｒｎｏｌｄは、誤差割当量への様々な寄与を解説している。この著者は、二重パターン化リソグラフィ工程が、ＣＤＵ、並びにオーバーレイ誤差に対して重大な関わりを有することを見出している。上述したように、二重パターン化リソグラフィ工程は、約２．５ｎｍのオーバーレイ誤差及び１ｎｍよりも小さいＣＤＵ変化を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＵＳ  ６１  ３５１  ０５６
【特許文献２】ＵＳ  ６１  ３６３  ３５２
【特許文献３】ＵＳ  ６１  ３６１  ０５６
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｂ．Ｓｃｈｕｌｚ他著「ダイ内オーバーレイ計測を使用する未来技術ノードにおけるオーバーレイ要件を満たすこと（Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｖｅｒｌａｙ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｆｕｔｕｒｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｎｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｉｎ−ｄｉｅ  ｏｖｅｒｌａｙ  ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）」、ＳＰＩＥ会報、第６５１８巻、２００７年
【非特許文献２】Ｐ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ著「二重パターン化リソグラフィ：問題を２倍にするのか、それとも喜びを２倍にするのか？（Ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：  ｄｏｕｂｌｅ  ｔｈｅ  ｔｒｏｕｂｌｅ  ｏｒ  ｄｏｕｂｌｅ  ｔｈｅ  ｆｕｎ？）」、ＳＰＩＥ  Ｎｅｗｓｒｏｏｍ、２００９年７月２０日
【非特許文献３】Ｗ．Ａ．Ａｒｎｏｌｄ著「３ｎｍオーバーレイ及び臨界寸法均一性に向けて：二重パターン化リソグラフィにおける積分誤差割当量（Ｔｏｗａｒｄｓ  ３ｎｍ  ｏｖｅｒｌａｙ  ａｎｄ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ：  ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｅｒｒｏｒ  ｂｕｄｇｅｔ  ｆｏｒ  ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って、本発明の１つの目的は、上記に解説した問題を少なくとも部分的に回避するフォトリソグラフィマスクによって照明されるウェーハ上の誤差を測定して（すなわち、「計測法」）補正する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第１の態様により、請求項１に記載の方法を提供する。一部の実施形態において、少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の少なくとも１つの誤差を補正する方法は、ウェーハ処理サイトにおいてウェーハ上の少なくとも１つの誤差を測定する段階と、少なくとも１つのフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することによって少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクを修正する段階とを含む。
【００２３】
この定められた方法は、ウェーハ処理サイト又はウェーハ製作サイトにおけるフォトリソグラフィマスクを用いた最終ウェーハオーバーレイでのウェーハの照明又は露光において生成される、ウェーハ上の誤差を測定する。従って、本発明の方法は、ウェーハ上で測定されるオーバーレイ誤差に対して影響を及ぼした全ての問題を考慮する。未来技術ノードでは、オーバーレイ割当量は、更に小さくなるので、マスクオーバーレイにおける全体的な誤差を決定するのは必須である。全体的なオーバーレイ誤差への様々な寄与を分離し、これらを個別に補正するのは益々困難になる。例えば、本発明の原理は、測定データに対するペリクル装着工程の影響を事前に考慮する。更に、フォトリソグラフィ照明系の投影デバイスの問題も自動的に考慮される。
【００２４】
本発明の原理は、異なるフォトリソグラフィマスクの照明工程によって生成されるウェーハ上の誤差を検出する。位置合わせ補正（ＲｅｇＣ）として公知であり、文献ＵＳ  ６１  ３５１  ０５６に説明されている方法は、パターン要素のシフト又は変位の計算を可能にし、それによってウェーハ上で検出される誤差をそれぞれのフォトリソグラフィマスク上のパターン配置を修正することによって補正することができる。この目的で、マスク基板密度を修正し、それによって必要とされるパターン配置シフトを誘発するために、ウェーハ処理サイトにおいて、レーザ系のフェムト秒光パルス又は超短光パルスが印加される。この工程により、集積回路の異なる層を表す個々のマスクを互いに直接に整列させることができる。従って、この定められた方法は、異なるマスクの整列誤差を低減し、オーバーレイ誤差の最小化をもたらす。従って、本発明の方法は、関わっている既存のフォトリソグラフィマスクの再書込みをかなりの程度まで回避する。
【００２５】
更に別の態様において、ウェーハ処理サイトにおいてフォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の誤差を補正する方法は、ウェーハ処理サイトにおけるウェーハ上の誤差の測定段階と、フォトリソグラフィマスクにレーザ系のフェムト秒光パルスを局所的に印加することによってフォトリソグラフィマスク上のパターン配置を修正する段階とを含む。
【００２６】
本発明の方法は、フォトリソグラフィマスクの局所ＣＤ誤差及びオーバーレイ誤差、すなわち、投影系のスキャナのスケール及び直交性（Ｓ／Ｏ）の補正によって補正することができない誤差を補償することができる。従って、本方法は、フォトリソグラフィマスク又は単純にマスクの局所誤差を補正するのに非常に適し、集積回路（ＩＣ）の製作において低いオーバーレイ誤差をもたらす。従って、本発明の方法は、厳しいオーバーレイ誤差割当量を有するＤＰＬ工程を使用する更に別の技術ノードの導入を助ける。
【００２７】
更に別の態様において、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差は、少なくとも１つのパターン配置誤差、少なくとも１つの臨界寸法誤差、及び／又は複数のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのオーバーレイ誤差を含む。
【００２８】
本発明の方法は、フォトリソグラフィマスク上のパターン配置誤差から起因するオーバーレイ誤差、及び／又はフォトリソグラフィ照明系内に使用される投影デバイスのアラインメント問題、並びにマスク加熱、パターン忠実性に影響を及ぼす機械的歪み、及びウェーハレベルでのオーバーレイ誤差への付加的な寄与要素から起因するオーバーレイ誤差の補正に限定されない。本発明の方法は、ウェーハにわたるＣＤ（臨界寸法）誤差をもたらす光学透過率変化を補正するのに使用することができる。更に、本発明の方法は、両方の種類の誤差を同時に補正することを可能にする。
【００２９】
別の態様において、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差は、少なくとも１つのペリクル装着誤差、及び／又はフォトリソグラフィ投影露光系の少なくとも１つの結像誤差を含む。
【００３０】
１つ又はいくつかのフォトリソグラフィマスクによって生成される誤差は、ウェーハ処理サイトで測定され、従って、検出される誤差は、実際の生産環境の全ての寄与を含む。それぞれのマスクの誤差に加えて、検出される誤差は、マスク上へのペリクルの装着に起因して発生する部分欠陥、及び投影露光系の補正することができない欠陥も含む。
【００３１】
別の態様により、少なくとも１つのオーバーレイ誤差は、多重パターン化リソグラフィ工程に使用される少なくとも２つのフォトリソグラフィマスクのうちの少なくとも１つが有する少なくとも１つの誤差を含む。
【００３２】
多重パターン化リソグラフィ工程は、二重、三重、四重のようなパターン化リソグラフィ工程とすることができる。多重パターン化リソグラフィは、ウェーハ上の単層の印刷に複数のフォトリソグラフィマスクを必要とする。従って、多重パターン化リソグラフィ工程は、オーバーレイ誤差への新しい寄与を付加する。この寄与は、ウェーハ上の単層においてパターンを形成するのに使用される２つ又はいくつかのマスクの配置誤差である。
【００３３】
更に別の態様において、少なくとも１つのオーバーレイ誤差は、二重パターン化リソグラフィ工程に使用される少なくとも２つのフォトリソグラフィマスクのうちの少なくとも１つが有する少なくとも１つの誤差を含む。更に別の態様において、二重パターン化リソグラフィ工程は、リソグラフィ−エッチング−リソグラフィ−エッチング（ＬＥＬＥ）工程、リソグラフィ−フリーズ−リソグラフィ−エッチング（ＬＦＬＥ）工程、又は自己整列二重パターン（ＳＡＤＰ）工程を含む。
【００３４】
既に上述したように、現在、ＤＰＬ工程は、特にＣＤＵ及びオーバーレイ誤差に関して非常に厳しい誤差割当量を満足することができる場合の更に別の技術モードの導入を可能にするリソグラフィ技術として着目されている。定められた方法の様々な特徴が、これらの誤差を有意に低減することができる。
【００３５】
別の態様により、少なくとも１つの誤差の測定段階は、チップの有効区域内（ダイ内）の少なくとも１つの誤差の測定段階を含む。
【００３６】
既に上述したように、３２ｎｍ技術ノード及び未来技術ノードは、ダイの４つのコーナにおけるスクライブライン内のパターン配置だけではなく、ダイ自体の上（ダイ内）の規則的な格子におけるパターン配置の検出を必要とすることになる。この呈示した方法は、ダイ内のパターン要素の位置決め誤差の測定をサポートする。特にこの場合、これまで検出することができなかったオーバーレイ誤差への寄与をこれからは検出することができるように、サブナノメートル範囲での位置決め誤差の測定を可能にするオーバーレイ計測システムが利用可能である。
【００３７】
更に別の態様において、少なくとも１つの誤差の測定段階は、走査電子顕微鏡及び／又は散乱計を使用する段階を含む。
【００３８】
ウェーハ上の誤差を検出するために光子、並びに電子を使用することができる総合的な計測システムの適用は、高い多項式次数を有し、すなわち、高い分解能及び精度を有するウェーハ上視野内オーバーレイ計測を可能にする。この計測は、全てのオーバーレイ計測使用事例を網羅することができる。更に、マスク内への局所的持続性修正配列の導入に一般的に使用されるレーザ源を個別のツールによって実施することができ、又は全体的な計測システム内に統合することができる。これは、上記に定めた補正法の両方の段階を単一のツール内に組み合わせることができることを意味する。従って、定める補正法は、寸法、パターン配置、及びウェーハ上に配置されるパターン間のオーバーレイに関するウェーハ製作仕様の範囲でウェーハ上に高品質パターンを得るという最終目標を提供するために、ウェーハ処理サイトにおいて完全に実施することができる。ウェーハ処理サイトにおいてウェーハ上の誤差を測定し、マスク工場又はあらゆる他の場所でマスクを修正又は補正するか又はその逆を行うことも可能である。
【００３９】
工程がウェーハデータに基づいて実施される場合には、マスク誤差とフォトリソグラフィ処理誤差の両方（すなわち、投影、マスクアラインメント、フォトレジスト処理、並びにフォトリソグラフィ工程における付加的な構成要素及び機器のモジュールの誤差）が処理される。
【００４０】
別の態様により、少なくとも１つの誤差のダイ内測定段階は、ウェーハ上の少なくとも１つの２次元構造及び／又は少なくとも１つの３次元構造のシフトの測定段階、及び／又は画像ベース又はモデル−モデルベースの計測法を用いた少なくとも１つの２次元構造及び／又は少なくとも１つの３次元構造の楕円率の測定段階を含む。更に別の態様において、少なくとも１つの誤差のダイ内測定段階は、走査電子顕微鏡を用いた少なくとも１つのコンタクトホールのシフトの測定段階、及び／又は少なくとも１つのコンタクトホールの楕円率の測定段階を含む。
【００４１】
複数のコンタクトホール又はより一般的に２次元構造及び／又は３次元構造のシフト及び楕円率の決定は、２次元パターンを使用する二重パターン化リソグラフィ工程又はより一般的に多重パターン化リソグラフィ工程において一方又は両方のマスクのオーバーレイ誤差及び／又はＣＤＵ誤差を検出することを可能にする。
【００４２】
別の態様において、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差の測定段階は、少なくとも１つのフォトリソグラフィマスク内の少なくとも１つの局所的持続性修正配列に対するダイ内フラグを与える。
【００４３】
ウェーハ上での誤差検出の精度の改善と並行して、ダイ内測定は、検出された誤差を補正又は補償する局所的持続性修正配列がフォトリソグラフィマスク内の何処に位置決めされるかに関する情報も与える。
【００４４】
更に別の態様において、少なくとも１つの誤差の測定段階は、ウェーハ上の現像されたフォトレジスト層における測定段階、及び／又はウェーハ上での測定段階を含む。
【００４５】
ウェーハ上のオーバーレイ誤差の測定段階は、ウェーハ上の現像されたフォトレジストにおいて実施することができる。従って、検出された誤差が予め決定された閾値よりも小さい場合には、ウェーハの処理を続行することができる。検出された誤差が許容可能レベルを超えた場合には、ウェーハからフォトレジストを除去し、新しいフォトレジスト層を付加することにより、最後の照明段階又は露光段階を繰り返すことができる。２回目の照明の前に、フォトリソグラフィマスクの誤差も補正される。
【００４６】
別の態様において、少なくとも１つのフォトリソグラフィマスクはペリクルを含む。
【００４７】
更に別の態様において、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階は、少なくとも１つのフォトリソグラフィマスク上にレーザ系の超短光パルスを局所的に印加する段階を含む。
【００４８】
更に別の態様により、フォトリソグラフィマスクを修正する段階は、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することにより、フォトリソグラフィマスクのパターン配置及び／又は光学透過率を修正する段階を含む。更に別の態様において、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階は、フォトリソグラフィマスクにわたる光学透過率の変化を導入しない。更に別の態様により、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階は、フォトリソグラフィマスクのパターン配置誤差及び／又は光学透過率誤差を補正する。
【００４９】
既に簡単に上述したように、レーザ系のフェムト秒光パルス又は超短光パルスは、例えば、フォトリソグラフィマスクの基板内に、フォトリソグラフィマスクの面上のパターン要素を予め決定された位置にシフトさせるピクセルと呼ぶ局所密度変化配列を書き込むことができる。誘発された基板密度変化は、フォトリソグラフィマスクの面上のパターン配置誤差を補正し、従って、マスクのオーバーレイ誤差を最小にする。その一方、フォトリソグラフィマスクの基板の面上でのパターン要素のシフトを含むことなくＣＤ誤差を補正することができるように、フォトリソグラフィマスクにわたる光学透過率の変化を補正するピクセル配列をマスク基板内に書き込むことができる。更に、パターン配置誤差と光学透過率誤差の両方を補正するピクセル配列を定めて書き込むことができる。
【００５０】
別の態様において、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階は、フォトリソグラフィマスクの基板の密度を局所的に変更する。別の態様は、少なくとも１つの局所的持続性修正配列を基板の高さの中心に導入する段階を更に含む。
【００５１】
マスク基板の中心へのピクセルの書込みは、それぞれのフォトリソグラフィマスクを用いて照明されるウェーハ上で更に別の誤差をもたらす像欠陥を導入する可能性がある基板の屈曲を回避する。
【００５２】
更に別の態様において、フォトリソグラフィマスクは、透過フォトリソグラフィマスク、反射フォトリソグラフィマスク、及び／又はナノインプリントリソグラフィのためのテンプレートを含む。
【００５３】
複数のあらゆる種類のマスクを拠り所とするウェーハ上での集積回路の生成は、異なるマスクのパターン要素を整列させるという問題を有する。従って、本発明の方法は、これらのウェーハ製作工程において発生するオーバーレイ誤差を解決するか又は少なくとも大幅に低減するのに使用することができる。
【００５４】
別の態様において、この誤差は、フォトリソグラフィマスクのうちの殆どのものが有する少なくとも１つのオーバーレイ誤差であり、本方法は、フォトリソグラフィマスクのうちの殆どのものうちの少なくとも１つの内部に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することにより、少なくとも１つのオーバーレイ誤差を補正する段階を更に含む。更に別の態様において、フォトリソグラフィマスクのうちの殆どのものは、多重パターン化リソグラフィ工程に使用される。
【００５５】
有利な態様において、この誤差は、少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク及び少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのオーバーレイ誤差であり、本方法は、少なくとも１つのオーバーレイ誤差が最小にされるように、少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク及び／又は少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することにより、少なくとも１つのオーバーレイ誤差を補正する段階を更に含む。
【００５６】
更に別の態様により、多重フォトリソグラフィ工程では、複数のフォトリソグラフィマスクが使用される。別の態様では、二重パターン化リソグラフィ工程において、少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク及び少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスクが使用される。
【００５７】
２つの先行段落において定めたオーバーレイ誤差補正法は、複数回の露光を使用する多重パターン化リソグラフィ（ＭＰＬ）工程に適用することができる。特に、このオーバーレイ誤差補正法は、２回の露光を使用するＤＰＬ工程に適用することができる。二重パターン化リソグラフィ工程では、多くの場合に、２つのマスクが、ウェーハの単層のパターンを生成するのに使用される。これらのマスクの一方又は両方は、ＤＰＬ工程のオーバーレイ誤差において出現する誤差に寄与することができる。その結果、ＤＰＬ工程に使用される両方のマスクの部分誤差が測定され、ＤＰＬ工程のオーバーレイ誤差を最小にするために、これらのマスクの一方又は両方が補正される。
【００５８】
更に別の態様において、少なくとも１つのオーバーレイ誤差を補正する段階は、少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの第１の局所的持続性修正配列を導入する段階、及び／又は少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの第２の局所的持続性修正配列を導入する段階を含む。別の態様により、少なくとも１つの第１の局所的持続性修正配列は、少なくとも１つの第２の局所的持続性修正配列とは異なる。
【００５９】
ＤＰＬ工程においてパターンの生成に使用されるマスクの一方又は両方は、修正することができる。従って、第１のマスク上のオーバーレイ誤差の第１の部分と第２のマスク上のオーバーレイ誤差の第２の部分とを補償することができる。従って、両方のマスク内の局所的持続性修正配列は、類似か又は異なるものとすることができる。
【００６０】
更に別の態様において、少なくとも１つのオーバーレイ誤差は、第１のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つの臨界寸法均一性誤差、及び／又は多重パターン化リソグラフィ工程における第２のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン配置誤差を含む。別の態様において、多重パターン化リソグラフィ工程は、１次元パターンを使用する。
【００６１】
更に別の態様により、少なくとも１つのオーバーレイ誤差は、第１のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つの臨界寸法均一性誤差、及び／又は二重パターン化リソグラフィ工程における第２のフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン配置誤差を含む。別の態様において、二重パターン化リソグラフィ工程は、１次元パターンを使用する。更に別の態様において、少なくとも１つのオーバーレイ誤差を補正する段階は、少なくとも１つの第１のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入してパターン配置修正をもたらす段階、及び／又は少なくとも１つの第２のフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入して光学透過率変化をもたらす段階を含む。
【００６２】
更に別の有利な態様において、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差を測定する段階は、（）試験パターンを有する試験マスクを生成する段階と、（ｂ）ウェーハ上に試験マスクの試験パターンを印刷してエッチングする段階と、（ｃ）ウェーハの試験パターン上にフォトリソグラフィマスクパターンを印刷してエッチングする段階と、（ｄ）少なくとも１つの誤差をフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン要素と試験マスクの少なくとも１つのそれぞれの試験パターン要素との差として決定する段階とを含む。
【００６３】
更に別の有利な態様において、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差を測定する段階は、（ａ）試験パターンを有する試験マスクを生成し、試験マスクの位置合わせ、臨界寸法、及び／又は欠陥率を測定し、測定データをウェーハ上の全体のオーバーレイ構造の全体のオーバーレイ及び臨界寸法シフトついての入力として記録する段階と、（ｂ）ウェーハ上に試験マスクの製品パターンの試験パターンを印刷してエッチングし、印刷された試験マスクの位置合わせ、臨界寸法、及び／又は欠陥率を測定し、測定データをウェーハ上の全体のオーバーレイ構造の全体のオーバーレイ及び臨界寸法シフトに関する入力として記録する段階と、（ｃ）ウェーハの試験パターン又は製品パターン上にフォトリソグラフィマスクパターンを印刷してエッチングし、試験マスクパターンが、製品マスクパターンの前に測定されるか、又はその逆が行われる段階と、（ｄ）ウェーハ上で全体のオーバーレイ構造を完成させるために印刷された各層の位置合わせシフト及び／又は臨界寸法シフトの記録された測定データに基づくフォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのパターン要素と（ｅ）試験マスクの少なくとも１つのそれぞれの試験パターン要素との差として少なくとも１つの誤差を決定する段階とを含む。
【００６４】
更に別の態様において、試験マスクの印刷及びエッチングの段階、並びにフォトリソグラフィマスクの印刷及びエッチングの段階は、単一パターン化リソグラフィ工程又は多重パターン化リソグラフィ工程を含む。
【００６５】
更に別の態様において、試験マスクの印刷及びエッチングの段階、並びにフォトリソグラフィマスクの印刷及びエッチングの段階は、二重パターン化リソグラフィ工程を含む。
【００６６】
試験マスクの試験パターンは、予め決定された形状を有し、予め決定された位置に配置されていることが詳細に調査される基準パターンを与える。従って、試験マスクと、ＭＰＬ工程の単一のものにおけるウェーハ製作工程に使用されるマスクとのオーバーレイ誤差の主要部分は、生産マスクからもたらされる。これは、フォトリソグラフィ試験マスクのパターンをフォトリソグラフィ生産マスクのパターンに適応させなければならないことを意味する。
【００６７】
更に別の態様は、単一パターン化リソグラフィ工程又は多重パターン化リソグラフィ工程に使用されるフォトリソグラフィマスクのパターン要素に対する試験マスクの複数の試験パターン要素のシフトからオーバーレイ誤差を決定する段階を更に含む。
【００６８】
別の態様は、二重パターン化リソグラフィ工程に使用されるフォトリソグラフィマスクのパターン要素に対する試験マスクの複数の試験パターン要素のシフトからオーバーレイ誤差を決定する段階を更に含む。更に別の態様は、スキャナ又はステッパのスケール及び直交性の補正機能を使用することにより、オーバーレイ誤差を補正する段階を含む。
【００６９】
マスクの局所誤差の検出に加えて、ＤＰＬ工程において試験マスクと共に使用されるフォトリソグラフィマスクのオーバーレイ誤差を検出するために、試験マスクの試験パターンを使用することができる。
【００７０】
別の態様により、試験パターンは、ダイ内試験特徴部を含む。
【００７１】
上述したように、この特徴部は、誤差決定における高い分解能を保証する。更に、この特徴部は、補正ピクセルをフォトリソグラフィマスクの基板内に導入すべきである位置の精密な決定を可能にする。
【００７２】
更に別の態様は、密パターン要素、中密パターン要素、及び単離パターン要素を有する試験パターンを含む。
【００７３】
リソグラフィにおける近接効果及びエッチング負荷効果に起因して、マスク上で等しい幅を有する密線の幅と単離線の幅とは、ウェーハ上で異なる。試験パターン上で密線及び単離線を利用可能にすることにより、パターン要素と補助特徴部の両方に対するマスクの効果を光学近接補正（ＯＰＣ）として制御することが可能になる。試験マスクパターンは、上述の考察の補正に関する入力として後に使用されることになる高品質計測データを生成するためにパターン寸法、配置、オーバーレイ、及び忠実性に関して考慮すべきである。
【００７４】
更に別の有利な態様において、試験マスクの試験パターンは、少なくとも１つのオーバーレイ臨界フォトリソグラフィマスクの少なくとも１つのオーバーレイ誤差を決定するようになったパターン要素を含む。更に別の態様は、各オーバーレイ臨界フォトリソグラフィマスクのオーバーレイ誤差を測定する段階を更に含む。
【００７５】
オーバーレイ臨界マスクの誤差を測定することにより、ＩＣ製作工程のオーバーレイ誤差の誤差割当量を制御することができる。オーバーレイ臨界マスクの誤差を補償することにより、ＭＰＬ工程又はＤＰＬ工程の厳しい誤差割当量を満足することができる。
【００７６】
更に別の態様は、自己整列二重パターン化工程に使用されるフォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階を含む。別の態様は、自己整列二重パターン化工程に使用されるウェーハ上の犠牲層内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入する段階を更に含む。更に別の態様において、少なくとも１つの局所的持続性修正配列は、ウェーハ上に配置された犠牲層の臨界寸法均一性誤差を補正する。
【００７７】
ＳＡＤＰ工程の犠牲層内のＣＤＵ誤差は、エッチングされた最終パターン内にオーバーレイ状の誤差をもたらす。この効果は、「ピッチウォーキング」として公知である。エッチングマスクを形成するスペーサ要素のダイ内測定により、ＳＡＤＰ工程の線及び間隔の変化をマスクの光学透過率を局所的に修正することで、修正又は補正を受けたマスクを用いて生成されたパターンは、線及び間隔の変化を相殺するように補正することができる。
【００７８】
更に別の態様により、フォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の少なくとも１つの誤差を補正するための装置は、（ａ）ウェーハ処理サイト及び／又はマスク工場に位置付けられ、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差を測定するようになった少なくとも１つの計測システムと、（ｂ）少なくとも１つの測定誤差に基づいて、少なくとも１つの誤差補正手段に対するパラメータを計算するようになった少なくとも１つの計算手段と、（ｃ）超短光パルスを印加することにより、フォトリソグラフィマスク内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入するようになった少なくとも１つの誤差補正手段とを含む。
【００７９】
別の態様において、ウェーハ処理サイトにおいてフォトリソグラフィマスクによって処理されるウェーハ上の誤差を補正するための装置は、（ａ）ウェーハ上の誤差を測定するようになった少なくとも１つのオーバーレイ計測システムと、（ｂ）測定誤差データからフォトリソグラフィマスクに対するフェムト秒光パルスの配列を計算するようになった少なくとも１つの計算手段と、（ｃ）フォトリソグラフィマスク上にフェムト秒光パルス配列を印加することにより、フォトリソグラフィマスク上のパターン配置を修正するようになった少なくとも１つのレーザ系とを含む。
【００８０】
更に別の態様において、装置は、上記に定めた態様のうちのいずれかによる方法を実施するようになっている。
【００８１】
更に別の態様により、少なくとも１つの誤差補正手段は、少なくとも１つのレーザ系を含む。別の態様において、少なくとも１つのレーザ系は、超短レーザパルス、特に、フェムト秒レーザパルスを生成するようになっている。
【００８２】
最後に、別の態様において、少なくとも１つの計測システムは、超高精度台、紫外波長範囲で作動する少なくとも１つのレーザ源及び電荷結合デバイスカメラ、走査電子顕微鏡、散乱計、及び／又は画像ベース又はモデルベースの計測システムを含む。
【００８３】
本発明をより明快に理解し、その実際の用途を理解するために、以下の図を提供し、かつ以下で参照する。これらの図は、単なる例として提供するものであり、本発明の範囲を限定することは決してないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】従来技術のフォトリソグラフィマスクセットの製作工程の略流れ図である。
【図２】従来技術のウェーハ処理サイトにおけるフォトリソグラフィマスクセットの使用事例の略流れ図である。
【図３】ウェーハ上のオーバーレイ誤差を測定するのに使用される装置の主要構成要素のうちの一部の略ブロック図である。
【図４】フォトリソグラフィマスクの基板内のオーバーレイ誤差を補正するのに使用される装置の略ブロック図である。
【図５】本発明の方法の実施形態によるフォトリソグラフィマスクセットの製作工程の略流れ図である。
【図６】本発明の方法の実施形態によるウェーハ処理サイトにおけるフォトリソグラフィマスクセットの使用事例の略流れ図である。
【図７】ダイのスクライブラインにおいて測定された変位ベクトルマップの略図である。
【図８】規則的な格子のノードにおいて、すなわち、ダイのスクライブラインとダイ内とにおいて測定された変位ベクトルマップの略図である。
【図９】リソグラフィ−エッチング−リソグラフィ−エッチング（ＬＥＬＥ）工程の工程段階を示す概略図である。
【図１０】リソグラフィ−フリーズ−リソグラフィ−エッチング（ＬＦＬＥ）工程の工程段階を示す概略図である。
【図１１】自己整列二重パターン（ＳＡＤＰ）工程の工程段階を示す概略図である。
【図１２】ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程を用いて生成された１次元パターンの抜粋部の臨界寸法均一性誤差とオーバーレイ誤差とを示す概略図である。
【図１３】ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程を用いて生成された２次元パターンの抜粋部を示す概略図である。
【図１４】水平パターンがオーバーレイ誤差を有する場合の図１３を再度示す図である。
【図１５】垂直パターンが臨界寸法均一性誤差を有する場合の図１３を示す図である。
【図１６】水平パターンがオーバーレイ誤差を有し、垂直パターンが臨界寸法均一性誤差を有する場合の図１３を再度示す図である。
【図１７】臨界均一性誤差に起因して楕円形に変形された図１５のコンタクトホールの略拡大図である。
【図１８】自己整列二重パターン（ＳＡＤＰ）工程の工程段階とその変形とを示す概略図である。
【図１９】試験マスクの試験パターンの概略図である。
【図２０ａ】ＬＥＬＥ工程における２回目のリソグラフィ−エッチング段階の実施後に高い精度、感度、及び精密度での高分解能計測を可能にするための面及びフォトレジスト層への高光学コントラストを有するハードマスク膜の導入に起因して実質的に平面の面を有するウェーハ上のフォトレジストの概略図である。
【図２０ｂ】ＬＥＬＥ工程における２回目のリソグラフィ−エッチング段階の実施後に有意な面トポグラフィを有するウェーハ上のフォトレジストを示す概略図である。
【図２１】垂直線間隔特徴部を有する試験マスクパターンのＬＥＬＥ工程とマスクパターンのＬＥＬＥ工程とを示す概略図である。
【図２２】試験マスクパターンのＬＥＬＥ工程とＤＰＬ工程に使用されるマスクのコンタクトホールのＬＥＬＥ工程とを示す概略図である。
【図２３】水平線間隔特徴部を有する試験マスクパターンのＬＥＬＥ工程とマスクパターンのＬＥＬＥ工程とを示す概略図である。
【図２４】図１９の試験マスクの試験パターンと図２１から図２３のマスクパターンとの重ね合わせを示す概略図である。
【図２５】図１９の試験マスクの試験パターンと図２１から図２３のマスクパターンの誤差が補正された場合の図２１から図２３のマスクパターンとの重ね合わせを示す概略図である。
【図２６】平均視野内オーバーレイ誤差の決定のための視野内ターゲットを示す概略図である。
【図２７】図２６のオーバーレイターゲットを各々が有する視野で含まれたウェーハを示す概略図である。
【図２８】ウェーハにわたるオーバーレイ誤差マップの略図である。
【図２９】ウェーハにわたる視野内誤差分布の平均化からもたらされた視野内誤差マップの略図である。
【図３０】図２８のウェーハの印刷に使用されるフォトリソグラフィマスクの基板内にそれぞれの局所的持続性修正配列を導入することによって系統的誤差が補正された後の図２９の平均視野内誤差マップの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下では、本発明の例示的な実施形態を示す添付図面を参照して、ここで本発明をより完全に説明する。しかし、本発明は、異なる形態に実施することができ、本明細書に公開する実施形態に限定されると解釈すべきではない。それとは逆にこれらの実施形態は、本発明の開示が完全なものになり、本発明の範囲を当業者に伝達するように提供するものである。
【００８６】
この第１節では、本発明の方法の実施形態を説明する。本発明の原理を示すために、フォトリソグラフィマスクセットの製作における従来技術の製作に対する差を強調する。更に、これらの差も、マスクセットの使用事例における例示的なものである。本発明の方法を透過フォトリソグラフィマスクの利用において説明する。しかし、当業者は、この透過フォトリソグラフィマスクの利用が単なる例に過ぎず、上記に定めた方法は、反射フォトリソグラフィマスクに適用することができることは理解すべきであろう。更に、本発明の方法は、ウェーハ処理サイト又はウェーハ製作サイトにおいてナノインプリントリソグラフィのためのテンプレートのオーバーレイ誤差を補正するのにも非常に適している。
【００８７】
以下では、例えば、メモリ又は論理構成要素、センサ、検出器、及びディスプレイを含むＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）、並びにレーザ及び光ダイオードを含むＰＩＣ（光集積回路）のような半導体ウェーハ上に製作される全てのデバイスに対して集積回路（ＩＣ）という用語を使用する。
【００８８】
本発明の方法は、ウェーハを照明した際に用いたフォトリソグラフィマスクにレーザ系のフェムト秒光パルスを印加することにより、ウェーハ上で検出される誤差を補正する。本発明の補正特徴に対して、本明細書は、米国特許仮出願第６１  ３６３  ３５２号明細書を参照する。この文献は、フォトリソグラフィマスクの基板内へのそれぞれのピクセル配列の書込みにより、パターン配置誤差を如何に補正することができるかを詳細に説明している。上述の文献では、フォトリソグラフィマスク及びナノインプリントリソグラフィのためのテンプレートの問題のうちの一部に対しても簡単に解説されている。
【００８９】
図１は、従来技術のマスクセットのための製作工程１００を略示している。工程は、１０５において、第１のマスク１１０のパターンの書込み１１５で始まる。次に、同じく段階１１５において、吸収体層の過剰部分が、例えば、エッチングによってマスク基板から除去される。次の段階１２０において、マスクパターンの位置決め誤差を決定するために、フォトリソグラフィマスクが測定される。決定ブロック１２５において、位置決め誤差が予め決定された仕様を満足するか否かが決定される。この決定が真であった場合には、段階１３５においてマスク上にペリクルが装着される。次に、決定ブロック１４５において、マスクがオーバーレイ臨界マスクであるか否かが決定される。製作工程は、マスクｍがオーバーレイ臨界マスクではなかった場合に完了する。マスクｍがオーバーレイ臨界のものであった場合は（決定ブロック１４５）、位置決め誤差に対するペリクル装着の効果を検査するために、段階１５５においてマスクは再度測定される。決定ブロック１６５において、マスクが仕様を満たさないと決定された場合には、段階１６０において、ペリクルは除去され、新しいマスク内にパターンが再度書き込まれる。
【００９０】
決定ブロック１２５において、マスクｍの位置決め誤差が予め決定された仕様を満たさないと決定された場合には、段階１３０において、ＵＳ  ６１  ３５１  ０５６及びＵＳ  ６１  ３６３  ３５２に詳細に説明されているいわゆるＲｅｇＣ（位置合わせ補正）工程を使用することにより、パターン配置誤差が補正される。ＲｅｇＣ工程により、マスクｍが仕様を満足するように位置決め誤差を低減することができない場合には、新しいマスク上にパターンが書き込まれ、工程は、マスクが測定される段階１２０に進む。
【００９１】
図１の工程は、マスクセットのＭ個の全てのマスクが製作されるまで繰り返される（決定ブロック１５０及び１７５）。次に、ブロック１８０において、完全なマスクセットがウェーハ処理サイトに供給される。
【００９２】
図２は、ウェーハ処理サイトにおけるＩＣの製作のためのマスク照明工程のいくつかの段階を簡単に例示している。工程２００は、２０５において、マスクセットの第１のマスク（段階２１０）を用いたウェーハ（段階２１５）の照明又は露光で始まる。ウェーハ上のフォトレジストが現像され、ウェーハは、例えば、エッチング処理の実施によって処理される。次に、フォトレジストの第２の（一般的に第ｍの）層がウェーハ上に配置される（図２には例示していない）。段階２２０において、ウェーハは、第２又は一般的に第（ｍ＋１）のマスクを用いて照明される。段階２３０において、第１のマスクと第２のマスクとの間、又は一般的に第ｍのマスクと第（ｍ＋１）のマスクの間のオーバーレイ誤差が測定される。決定ブロック２４０において、オーバーレイ誤差が予め決定されたオーバーレイ割当量よりも小さいことが決定された場合には、決定ブロック２６５において、製作されるＩＣが、その仕様に従って作動することになるか否かが検査される。この決定が真であった場合には、工程は、決定ブロック２９５を通じて段階２２５からブロック２２０に進み、ウェーハは、次の（３番目又は第（ｍ＋２）の）マスクを用いて照明される。決定ブロックにおいて、ｍがそれぞれのマスクセットにおけるマスク数であるＭに達したと決定された場合には、工程はブロック２７０で終了する。
【００９３】
決定ブロック２６５において、ＩＣがその仕様に従って作動することにはならないと決定された場合には、ブロック２８０において問題の根本原因が解析され、マスクｍ＋１に対する位置決めし仕様が引き締められる。次に、段階２９０において、新しいマスクｍ＋１が、マスク処理サイトにおいて書き込まれる。工程はブロック２７０において終了する。その後に、新しいマスクｍ＋１がマスク製作サイトからウェーハ処理サイトに供給され、工程は、図２のブロック２０５において再度始まる。
【００９４】
決定ブロック２４０においてオーバーレイ誤差が仕様を満たさないと決定された場合には、ブロック２４５において照明系の投影デバイスが再調節される。次に、段階２６０において、オーバーレイ誤差測定が繰り返される。決定ブロック２７５において、オーバーレイ誤差が依然として予め決定された誤差割当量を満たさないと決定された場合には、工程は段階２８０に進み、問題の原因が解析される。オーバーレイ誤差が仕様を満足する場合には、決定ブロック２８５において、製作されるＩＣがその仕様に従って作動することになるか否かが決定される。この決定が真である場合には、工程は、決定ブロック２９５を通じて段階２２５を通ってブロック２２０に進み、ウェーハは、マスクセットの次の（３番目又は第（ｍ＋２）の）マスクを用いて照明される。代替的に、照明されるマスクがマスクセットの最後のマスクであった場合は（ｍ＝Ｍ）、工程はブロック２７０において終了する。
【００９５】
図３は、パターン配置誤差及びオーバーレイ誤差を測定することができる位置合わせ計測ツールの機能図を示している。フォトリソグラフィマスク３１０が、高精度台３２０によって支持される。台３２０は、全ての６つの自由度で能動的に制御され、計測システムにおける唯一の移動部分である。光源として、ＤＵＶ（深紫外）波長範囲で約１９３ｎｍの光を放出するエキシマレーザ３３０が使用される。大部分のマスクは、現在、１９３ｎｍの光源を用いて照明されるので、上述のことは、フォトリソグラフィマスク３１０の検査と照明とが同じ波長で行われることを意味する。従って、位置合わせ及び／又はオーバーレイ計測システム３００は、材料特性の効果を正しく考慮する。
【００９６】
結像対物系３４０は、０．６という開口数（ＮＡ）を有するが、更に高い分解能を得るためにより高いＮＡに拡張することができる。レーザ系３３０の短い波長は、分解能を有意に改善し、同時に、ＣＤ（臨界寸法）計測に有利な中程度のＮＡを可能にし、約７．５ｍｍのペリクル対応自由作動距離を可能にする。結像対物系３４０は、光学タワーに堅固に固定され、移動不能である。フォトリソグラフィマスク３１０上へのレーザビームの集束は、ｚ方向への台移動によって行われる。
【００９７】
ＣＣＤ（電荷結合デバイス）カメラ３５０が、フォトリソグラフィマスク３１０から反射される光を測定する検出器デバイスとして使用される。ＣＣＤカメラ３５０は、信号をＣＣＤカメラ３５０によって検出された信号の像を計算する信号処理ユニット３５５に送る。
【００９８】
コンピュータシステム３６０は、信号処理ユニット３５５によって計算された像を表示することができ、測定データを格納することができる。更に、コンピュータシステム３６０は、実験データから制御信号を抽出することを可能にするハードウエア、ソフトウエア、又はその両方で達成されたアルゴリズムを含むことができる。制御信号は、フォトリソグラフィマスク３１０のパターン配置誤差を補正するための第２のレーザ系（下記の図４を参照されたい）によるフォトリソグラフィマスク３１０の基板内へのピクセル配列の書込みを制御することができる。更に、コンピュータシステム３６０は、レーザ源３３０、高精度台３２０、対物系３４０、ＣＣＤカメラ３５０、及び／又はＡＦ系３７０を制御することができる。
【００９９】
フォトリソグラフィマスク３１０の面は僅かに傾斜することができ、更に、マスク３１０自体の重量によるマスク３１０の屈曲は、最適な焦点位置の変化をもたらす。従って、位置合わせ計測ツール３００は、傾斜した格子（図３には示していない）に基づいて、測定工程を助ける自動焦点（ＡＦ）システム３７０を有する。傾斜したミラー３９０及び部分透過ミラー３９５は、レーザビームを結像対物系３４０内に誘導する。
【０１００】
更に、位置合わせ計測ツール３００は、フォトリソグラフィマスク３１０上でのパターン配置要素の大まかなアラインメントのための補助光学系３８０を含む。
【０１０１】
図４は、フォトリソグラフィマスクの基板を修正することによってウェーハ上の誤差を補正するのに使用することができる装置４００の略ブロック図を示している。更に、装置４００は、ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレートの誤差を補正することができる。装置４００は、３次元で可動とすることができるチャック４２０を含む。チャック４２０には、例えば、圧着のような様々な技術を使用することにより、フォトリソグラフィマスク４２０又はナノインプリント技術のためのテンプレートを固定することができる。
【０１０２】
装置４００は、パルス又は光パルスのビーム又は光ビーム４３５を生成するパルスレーザ源４３０を含む。レーザ源４３０は、可変持続時間を有する光パルスを生成する。レーザ４３０のいくつかの重要パラメータの調節可能範囲を以下の表に要約する。表１は、本発明の方法の実施形態に対して使用することができる周波数２倍Ｎｄ−ＹＡＧレーザ系のレーザビームパラメータの概要を表している。
【０１０３】
（表１）
0005821100.tif 000002
【０１０４】
レーザ系の別の実施形態において、光パルスは、８００ｎｍの波長で作動するＴｉ：サファイアレイザによって生成することができる。しかし、パターン配置誤差の補正はこれらのレーザ方式に限定されず、原理的に、フォトリソグラフィマスク４１０の基板に対して禁制帯幅よりも小さい光子エネルギを有し、フェムト秒範囲に持続時間を有するパルスを生成することができる全てのレーザ方式を使用することができる。
【０１０５】
ステアリングミラー４９０は、パルスレーザビーム４３５を集束対物系４４０内に誘導する。対物系４４０は、パルスレーザビーム４３５をフォトリソグラフィマスク４１０上に集束させる。適用される対物系のＮＡ（開口数）は、予め決定された焦点スポットサイズ及びフォトリソグラフィマスク４１０又はテンプレートの内側にある焦点の位置に依存する。表１に示すように対物系４４０のＮＡは最大０．９とすることができ、それによって実質的に１μｍの焦点スポット直径及び実質的に１０20Ｗ／ｃｍ2の最大強度がもたらされる。
【０１０６】
装置４００は、レーザビームに対して垂直な（ｘ方向及びｙ方向の）平面内でのサンプルホルダ４２０の２軸位置決め台の平行移動を管理するコントローラ４８０及びコンピュータシステム４６０も含む。コントローラ４８０及びコンピュータシステム４６０は、対物系４４０が固定された１軸位置決め台４５０によるチャック４２０の平面に対して垂直な（ｚ方向の）対物系４４０の平行移動も制御する。装置４００の他の実施形態において、チャック４２０に、フォトリソグラフィマスク４１０を目標の場所に移動するための３軸位置決めシステムを装備することができ、かつ対物系４４０を固定することができ、又はチャック４２０を固定し、かつ対物系４４０を３次元で可動とすることができることに注意されたい。経済的ではないが、対物系４４０とチャック４２０の両方に３軸位置決めシステムを装備するように考えることができる。パルスレーザビーム４３５の目標の場所へのマスク４１０のｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の移動のために手動位置決め台を使用することができ、及び／又は対物系４４０は、３次元移動のための手動位置決め台を有することができることに注意されたい。
【０１０７】
コンピュータシステム４６０は、マイクロプロセッサ、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＧＰＵ（グラフィック処理ユニット）などとすることができる。コンピュータシステム４６０は、コントローラ４８０に配置することができ、又はＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ワークステーション、メインフレームのような個別のユニットとすることができる。更に、コンピュータ４６０は、キーボード、タッチパッド、マウス、ビデオ／グラフィックディスプレイ、プリンタのようなＩ／Ｏ（入力／出力）ユニットを含むことができる。更に、コンピュータ４６０は、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。コンピュータ４６０は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はこれらのいずれかの組合せで達成することができる。更に、コンピュータ４６０は、レーザ源４３０を制御することができる（図４には示していない）。図３のコンピュータシステム３６０と図４のコンピュータシステム４６０とは、データを交換するために連結することができる。更に、コンピュータシステム３６０と４６０は、単一のコンピュータシステム内に組み合わせることができる。
【０１０８】
更に、装置４００は、チャック４２０に配置された光源からダイクロイックミラー４４５を通じて光を受光するＣＣＤ（電荷結合デバイス）カメラ４６５を含む視覚システムを設けることができる。視覚システムは、目標位置へのフォトリソグラフィマスク４１０のナビゲーションを容易にする。更に、視覚システムは、レーザ源４３０のパルスレーザビーム４３５によるマスク４１０の基板材料上の修正区域の形成を観察するのに使用することができる。
【０１０９】
図５は、本発明の方法によるマスクセットのフォトリソグラフィマスクの製作工程の例を略示している。本明細書の第２節で既に簡単に説明されているように、パターン発生器を用いてフォトリソグラフィマスクの基板上の吸収層上に吸収要素のパターンが書き込まれる。その後のエッチング処理において、吸収材料から吸収パターン要素が形成される（ボックス５１５）。フォトリソグラフィマスク上の吸収層において多くの場合に使用される材料はクロムである。マスク基板の面上の別の吸収体材料として、タングステンを使用することができる。本発明の方法の使用はこれらの材料に限定されず、あらゆる吸収体材料を使用することができる。
【０１１０】
パターン書込み工程が成功裡に終わったか否か、すなわち、パターン要素が予め決定されたサイズ及び形態を有し、望ましい位置にあるか否かを決定するために、生成された吸収パターン要素の位置が、図３の位置合わせ計測システムを用いて測定される（ボックス５２０）。決定された位置決め誤差が予め決定されたレベルを超えた場合は（決定ボックス５２５）、図４の装置４００のレーザ源４３０を用いたフォトリソグラフィマスクの基板へのピクセル配列の書込みによってパターン要素の位置が修正される（図５のボックス５３０）。ピクセル配列は、マスク基板の密度を局所的に変更し、従って、マスク面上のパターン要素を予め決定された位置にシフトさせる。次に、マスク修復が成功裡に終わったか否かが測定される（ボックス５２０）。測定された位置決め誤差がこの時点で予め決定された閾値よりも低かった場合は（決定ボックス５２５）、フォトリソグラフィマスクが損傷を受けることから保護するために、吸収パターン要素を担持するフォトリソグラフィマスクの面上にペリクルが装着される。マスクセットの全てのマスクをこの方式に従って処理し終わると、製作されたマスクセットは、ウェーハ処理サイトへの送出に向けて準備が整う。
【０１１１】
図５から分るように、本発明の方法によるマスク製作工程の実施形態は、フォトリソグラフィマスクの再書込みを殆ど回避する。マスクの位置決め誤差が許容可能レベルを超えた場合には、それぞれのマスクが、ＲｅｇＣ工程を使用することによって補正される。
【０１１２】
図５のマスク製作工程は、ペリクルの装着後のオーバーレイ臨界フォトリソグラフィマスクにおける位置決め誤差の測定を廃棄する。これは、図１に記載のマスク製作工程と図５に記載のマスク製作工程中の決定的な違いである。
【０１１３】
図６は、本発明の方法の実施形態によるウェーハ処理サイトでのフォトリソグラフィマスクセットの使用事例を略示している。この工程は、フォトリソグラフィ照明系の投影デバイスを用いた第１のマスクによるウェーハの照明で始まる（ボックス６１５）。第１のマスクは、マスクセットの第１のマスクとすることができ、又は一般的な場合には、マスクセットの最後のもの以外のあらゆるマスクとすることができる。フォトレジストは現像され、ウェーハは処理され、集積回路の第１の層又は一般的に第ｍの層がそれぞれ生成される。その後に、新しいフォトレジスト層がウェーハ上に付加される（図６には示していない）。
【０１１４】
次の段階（ボックス６２０）では、第１のフォトリソグラフィマスクと同様に、第２のフォトリソグラフィマスクが、ウェーハ上の整列マークに対して整列される。次に、第２のマスク又は一般的に第（ｍ＋１）のマスクは、第１のマスクと同様に、集積回路の第２の層又は一般的な第（ｍ＋１）の層における構造要素をフォトリソグラフィマスクからウェーハに転写するために照明される。その後にフォトレジストは現像される。
【０１１５】
フォトリソグラフィマスクは、第１のフォトリソグラフィマスクに対する第２のマスクのオーバーレイを決定するのに使用されるオーバーレイターゲットを有する。標準のオーバーレイターゲットは、第１のマスクに対する第２のマスクのシフト又は変位の検出を可能にするＢｉＢ（ボックスインボックス）ターゲットである。ＢｉＢターゲットは比較的大まかな構造であるので、現在ではＡＩＭ（高度結像計測）オーバーレイターゲット及びマイクロＡＩＭオーバーレイターゲットによって次第に置換されている。
【０１１６】
現在まで、オーバーレイターゲットは、集積回路のスクライブラインに位置決めされている。図７は、集積回路のスクライブラインに配置されたオーバーレイターゲットにおいて測定された変位ベクトルマップ又は変位ベクトル場を略示している。変位ベクトル場の個々のベクトルの矢印の先端は、第１のフォトリソグラフィマスクに対する第２のマスクのそれぞれの位置の変位方向を示している。ベクトルの長さは、第１のマスクに対する第２のマスクのそれぞれの位置のシフトの大きさを表している。図７から、スクライブラインへのオーバーレイターゲットの配置という制限が、ウェーハにわたるオーバーレイ測定点の不規則な分布をもたらすことを見ることができる。
【０１１７】
集積回路の構造の縮小するサイズ、及び他方で集積回路の増大するサイズと共に、ダイ上で集積回路自体の上のオーバーレイを決定する（ダイ内測定）のではなくスクライブラインにおいてオーバーレイを決定するのはもはや十分ではない。図８は、ノードがスクライブライン内のみならず、集積回路自体のダイ区域上にも配置されたオーバーレイ測定点の規則的ノードの格子を略示している。この密オーバーレイ測定点格子は、高空間分解能でのオーバーレイ誤差の決定を可能にする。密オーバーレイ測定点格子は、本発明の方法の有利な適用前提条件下である。
【０１１８】
ここで図６に戻ると、図８と類似の変位ベクトル場を決定するために、第１の（第ｍの）マスクに対する第２の（第（ｍ＋１）の）マスクのオーバーレイ誤差は、図３のオーバーレイ計測システム３００を使用することによって測定することができる。測定されたオーバーレイ誤差が予め決定された閾値を下回り、製作された集積回路が最終的に正しく機能する場合には、望ましい集積回路の製作に第１のマスク及び第２のマスクを使用することができる。
【０１１９】
測定されたオーバーレイ誤差が予め決定された仕様を満たさなかった場合には、投影デバイスは、オーバーレイ誤差を低減するように再調節される（ボックス６４５）。ウェーハからフォトレジストを除去した後に、フォトレジスト材料の新しい層がウェーハ上に付加される（図６には示していない）。次に、オーバーレイ測定が繰り返される（ボックス６６０）。測定されたオーバーレイ誤差が、予め決定されたオーバーレイ誤差に関する要件を満たす場合には、第１及び第２のマスクは、それぞれの集積回路の生産に使用する準備が整う。
【０１２０】
オーバーレイ誤差が依然として高すぎる場合には、第２のフォトリソグラフィマスクにおけるピクセル配列を決定するために、オーバーレイ誤差は、図８に示すように測定された変位ベクトルに基づいて解析される。図４の装置４００のレーザ源４３５による第２のフォトリソグラフィマスクの基板内へのピクセル配列の書込みは、第２のフォトリソグラフィマスクの面上のパターン要素をシフトさせる（ボックス６９０）。
【０１２１】
ピクセルの書込みは、フォトリソグラフィマスクの有効区域に限定することができる。フォトリソグラフィマスクの有効区域内でのパターン配置誤差の補正は、補正ピクセルを誤差位置の近くに配置することができるので非常に有効である。その一方、ピクセルの書込みが有効区域に限定されない場合には、誤差補正工程の柔軟性が改善される。ピクセルの書込みを無効区域に限定することができる場合には、ピクセル書込み工程によるフォトリソグラフィマスクの基板の有効区域内への新しい誤差の導入を回避することができる。パターン配置誤差と補正ピクセルの間の距離は大きい場合があるので、補正工程の有効性は低い場合がある。この低い有効性は、ピクセルの書込みが、光学透過率の変化を考慮しなくてもよいので、部分的に補償することができる。
【０１２２】
第２のフォトリソグラフィマスクの補正の後に、ウェーハは、上述したように、補正された第２のマスクを用いた２回目の照明又は露光に向けて準備される。補正された第２のマスクの２回目の照明では、第１のフォトリソグラフィマスクに対する２回目のマスクのオーバーレイ誤差が有意に低減し、従って、これらのマスクの組合せは、予め決定されたオーバーレイ誤差を満足する。
【０１２３】
図２とは対照的に、図６に記載のフォトリソグラフィマスクセットの使用事例は、欠陥を有するフォトリソグラフィマスクをウェーハ処理サイトからマスク製作サイトに送る必要性を排除する。更に、オーバーレイ誤差の測定と補正されたフォトリソグラフィマスクの測定とにおいて同じ計測ツールが使用されるので、測定データに対するツール関連の影響が回避される。
【０１２４】
以下に続く第２節は、本発明の原理の二重パターン化リソグラフィ（ＤＰＬ）工程への適用例を説明する。上述したように、ＤＰＬでは、ウェーハ上のパターンにおいて、一般的にパターン分解能を制限するピッチサイズを単一の照明又は露光と比較して２倍にすることができる。以下では、本発明の原理をＤＰＬ工程の状況で説明する。しかし、本発明の原理をウェーハ上の単一の層のパターンの生成に２つより多いフォトリソグラフィマスク又は２つよりも多いパターン化工程を使用するリソグラフィ工程に適用することができることが認識されている。
【０１２５】
第１の例では、リソグラフィ−エッチング−リソグラフィ−エッチング（ＬＥＬＥ）ＤＰＬ工程及びリソグラフィ−フリーズ−リソグラフィ−エッチング（ＬＦＬＥ）ＤＰＬ工程における臨界寸法均一性（ＣＤＵ）及びオーバーレイ工程の制御を説明する。図１２は、ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程によって生成された１次元パターンの抜粋部の図を略示している。図９及び図１０の説明において簡単に解説したように、１回目のリソグラフィ及びエッチングの段階は、線Ｌ1（図１２には暗灰色に示す）を生成する。第２の線Ｌ2（図１２の明灰色の矩形）は、２回目のリソグラフィ−エッチング処理で製作される。組合せＤＰＬパターンは、線Ｌ1とＬ2の間の第１の間隔Ｓ1及び線Ｌ2とＬ1の間の第２の間隔Ｓ2によって分離された線Ｌ1及びＬ2をもたらす。
【０１２６】
図１２の線条の上段の行は、線Ｌ1及びＬ2の完全な形態を示している。更に、線Ｌ1及びＬ2は、その予め決定された位置にあり、従って、更に、等しい条幅を有する間隔Ｓ1及びＳ2を自動的に生成する。
【０１２７】
図１２の中段部は、線Ｌ2が完全な形態を有し、その予め決定された位置に正確に位置する状況を示している。一方、線Ｌ1も、その予め決定された位置を有するが、その幅は、図１２の例では左から右に減少する。線Ｌ1の減少する幅は、間隔Ｓ1及びＳ2の幅の対応する増大をもたらす。線Ｌ1の減少する幅は、線Ｌ1、並びに間隔Ｓ1及びＳ2のＣＤＵ誤差をもたらす。これらのＣＤＵ誤差は、図１２の上段部の線Ｌ1のパターンを生成する局所的持続性修正配列をマスク1内に導入することによって補正することができる。
【０１２８】
ＣＤＵの問題は、ＣＤＵ変化を持たない部分において最大で数パーセントの範囲でマスク1の光学透過率を変更することにより、すなわち、マスク1の欠陥のない部分の光学透過率を意図的に低減することによって補償することができる。マスク1のうちで局所ＣＤＵ変化を有する部分は、マスク1のこれらの部分を最大ＣＤＵ誤差を有する部分（図１２の左部又は中段の行）に対して局所的に変更することによって補償される。投影系によるマスク1の露光照射量のそれぞれの増大は、マスク1のＣＤＵ変化をかなりの程度まで補正する。
【０１２９】
図１２の下段部は、線Ｌ1、並びに線Ｌ2の完全な形態又は形状を提供している。しかし、図１２の抜粋部では、線Ｌ2は、垂直な一点鎖線に示すその予め決定された位置に対してシフトされている。線Ｌ2のシフトは、図１２の上段部に示す予め決定された間隔と比較して狭い幅の間隔Ｓ1及び広い幅の間隔Ｓ2をもたらす。それによって間隔Ｓ1及びＳ2のＣＤＵ誤差がもたらされる。
【０１３０】
間隔Ｓ1及びＳ2のＣＤＵ誤差は、図１２に提供している線間隔パターンの抜粋部におけるマスク2の線Ｌ2の局所パターン配置誤差を補償する少なくとも１つの局所的持続性修正配列をＤＰＬ工程のマスク2内に導入することによって補正される。
【０１３１】
線形状パターンが、図１２の中段部と下段部との組合せ誤差を示す場合には、これらの誤差は、マスク1、並びにマスク2内に少なくとも１つのそれぞれの局所的持続性修正配列を導入することによって同じく補正することができる。
【０１３２】
図２の中段部におけるマスク1のＣＤＵ変化と、マスク2の線Ｌ2の局所シフト問題又は局所オーバーレイ誤差とは、ＤＰＬ工程におけるオーバーレイ誤差内に出現する。これは、ＤＰＬ工程が、ウェーハ上の層の組合せパターンを形成する個々のマスクの局所誤差を単一の層のパターンのオーバーレイ誤差と混乱させる。従って、３２ｎｍよりも小さい技術ノードの厳しいオーバーレイ割当量を満足するためには、ＤＰＬ工程の個々のマスクの局所誤差を補正することが必須である。
【０１３３】
上述したように、ＤＰＬ工程又は一般的に多重パターン化リソグラフィ（ＭＰＵＬ）工程における誤差補正又は誤差補償に対する前提条件は、高分解能での局所誤差の決定である。図３では、欠陥検出において光子を使用する高分解能計測ツールを提供した。更に、ウェーハ上の印刷誤差において出現するフォトリソグラフィマスクの局所欠陥を検出するために、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、並びに散乱計測、拡散計測、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、又は他の計測ツール方式を適用することができる。電子ビーム内の電子は小さいスポットに集束させることができ、従って、ＳＥＭは、ナノメートル範囲に至るまで小さい構造を分解することができる。
【０１３４】
サブナノメートル範囲に分解能を有する付加的な計測技術が利用可能である。殆どの高分解能結像技術は、高い開口数（ＮＡ）の理由から相殺関係を有し、従って、焦点深度（ＤＯＦ）において非常に制限され、ウェーハ面の近くで限られた結像機能のみを有する。その結果、そのようなツールは、整列することが予想される最上位層及び先行層の結像を実施するのに困難を有する可能性がある。試験マスク法（単一パターンと多重パターンの両方において役立つ）は、多重面層におけるこの問題を解決し、それに対して他の方法は、特定の工程段階における全ての関連の層が、同じトポグラフィ面に配置される多重パターン化に限定される。
【０１３５】
上述したように、ＭＰＬ工程は、二重、三重、四重、五重のようなパターン化リソグラフィ工程を含む。現時点では、ＤＰＬ工程が好ましい。
【０１３６】
３２ｎｍよりも小さい技術ノードのパターン製作に必要とされる高い分解能を提供するために、ウェーハ上でダイ内測定が必要である。上記に解説した計測ツールをこの目的で利用することができる。更に、同時に、ダイ内測定による高分解能誤差決定は、それぞれのフォトリソグラフィマスクの基板内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を導入することによって誤差補正の位置に桁を付与するか又は局所フラグを設定する。
【０１３７】
現時点では、単一露光リソグラフィ工程のピッチサイズは、高い均一性のパターンを有するリソグラフィ工程において約６０ｎｍに制限されている。しかし、最先端のＩＣの製作は、４０ｎｍよりも小さいピッチサイズを必要とする。図１３は、４０ｎｍよりも小さいピッチサイズを２つの垂直方向に得ることができるＤＰＬ工程において生成された２次元（２Ｄ）パターン１３００を示している。水平線１３１０は、第１のマスクによって生成された規則的な間隔１３２０によって分離された線の規則的配列である。垂直線１３３０は、ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程において第２のマスクによって生成された規則的な間隔１３４０によって分離された線の規則的配列である。円１３５０は、基準パターン要素として使用される任意のパターン要素の設計形状及び予め決定された場所を概略的に表している。要素１３５０と類似の形態を有する基準パターン要素１３５５は、例えば、コンタクトホール（ＣＨ）、ビア、メモリコンデンサー、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）要素、又はあらゆる他の２Ｄ及び／又は３次元（３Ｄ）の電子デバイスである。
【０１３８】
以下に続く図で分るように、ＣＤＵ仕様からのいずれのずれも、印刷された２Ｄパターンの歪曲をもたらすことになる。更に、第１又は第２のマスクの一方の線１３１０又は１３３０のいずれの局所シフト又は局所変位も、印刷された２Ｄパターンの歪曲を同じくもたらす。
【０１３９】
図１４の図１４００は、水平線１３１０を印刷する第１のマスクが、第１のマスクの予め決定された線位置に対する局所パターン配置問題又は局所オーバーレイ誤差を有する図１３の２Ｄパターン１３００を略示している。図１４の変位問題は、線１３１０の代わりに線１４１５の印刷をもたらす。図１４の抜粋部１４００には、線１４１５のシフトによってもたらされる変位を図１３の基準パターン要素１３５０の図１４の新しい位置１４５５への垂直方向へのシフトによって表している。基本的に、印刷された（水平）線１４１５のオーバーレイは、コンタクトホール又はあらゆる他の２Ｄ特徴部のオーバーレイ問題をもたらすことになり、同じことは、垂直線１３３０におけるあらゆるシフトにも適用される。
【０１４０】
図１４の基準パターン要素１４５５の局所シフトは、水平線１４１５を生成する第１のマスク内に局所的持続性修正の局所配列を導入することによって補償することができ、従って、水平線１４１５の局所シフトが補償される。欠陥補償は、線１４１５を図１３の線１３１０との緊密な一致に誘導し、それによって基準パターン要素１４５５は、基準パターン要素１３５０の位置にシフトされる。フォトリソグラフィ露光系のスキャナのスケール及び／又は直交性の補正により、第１のマスクの全ての特徴部要素の広域シフトを補償することができる。
【０１４１】
図１５は、垂直線１５３５の線幅が右から左に増大する図１３の２Ｄパターン１３００の抜粋部１５００を概略的に表している。この増大には、垂直線１５３５の間の間隔１５４５のそれぞれの減少が伴う。不均一な線幅１５３５は、垂直線１５３５の生成に使用される第２のマスクのパターンの臨界寸法均一性（ＣＤＵ）変化によってもたらされる。図１５に示すように、図１３の基準パターン要素１３５０は、円から楕円１５５５及び１５６０に変形され、それによってこれらの楕円の垂直半軸は、垂直線１５３５の間の変化する間隔１５４５を表している。楕円変形は単なる例に過ぎず、２Ｄ又は３Ｄ構造の元の形態からのあらゆるずれは、ＣＤＵ変化を検出するのに使用することができることを強調しておかなければならない。
【０１４２】
楕円１５５５及び１５６０は、最終的に印刷される２Ｄパターンの歪曲に対する局所ＣＤＵ変化の影響を概略的に表している。楕円１５５５及び１５６０の長軸及び短軸は、例えば、ＳＥＭによって測定することができ、オーバーレイ誤差を計算するのに、この計量値を使用することができる。
【０１４３】
図１５のオーバーレイ問題は、第２のマスクの基板内に少なくとも１つのピクセル配列を書込み、それによって図１２の状況で上述したように、第２のマスク内に光学透過率変化を導入することによって補償することができる。
【０１４４】
図１６のパターン抜粋部１６００は、図１３の理想的な線１３１０に対して図１４の水平線１６１５における局所シフトを有する図１３の２Ｄパターン１３００を示している。更に、垂直線１６２５は、図１５のＣＤＵ誤差を有する。図１６では、図１３の基準パターン要素１３５０のシフト及び変形をシフトされた楕円１６５５及び１６６０によって示している。図１７は、拡大した図１６の楕円１６５５及び１６６０を示している。
【０１４５】
２つのマスクの誤差は、図１４及び図１５の解説中に説明されているように補正される。楕円１６５５及び１６６０の長軸及び短軸のシフト及び寸法は、ここでもまた、例えば、ＳＥＭのような高分解能計測ツールによって測定することができる。図１４と同様に、垂直線１６１５の局所シフトは、例えば、コンタクトホール（ＣＨ）である基準パターン要素１３５０の配置誤差をもたらす場合がある。更に、この局所シフトは、いくつかの歪曲問題を招く場合がある。臨界寸法（ＣＤ）の不均一性は、ＣＤ歪曲をもたらすことになる。ここでもまた、図１５と同様に、垂直パターン１６３５の生成に使用される第２のマスクのＣＤＵ誤差は、一般的に、楕円１６５５及び１６６０によって略示すように基準パターン要素１３５０の歪曲をもたらす。
【０１４６】
第２部に示したＷ．Ａ．Ａｒｎｏｌｄの論文「３ｎｍオーバーレイ及び臨界寸法均一性に向けて：二重パターン化リソグラフィにおける積分誤差割当量（Ｔｏｗａｒｄｓ  ３ｎｍ  ｏｖｅｒｌａｙ  ａｎｄ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ：  ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｅｒｒｏｒ  ｂｕｄｇｅｔ  ｆｏｒ  ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」から引用した図１８は、自己整列二重パターン（ＳＡＤＰ）工程のいくつかの重要な工程段階を略示している。エッチング又はパターンされる層１８２０が、ウェーハ１８１０上に配置される。層１８２０の上部には、犠牲層１８３０のいわゆる硬質材料フォトレジストが堆積される。犠牲層１８３０はフォトレジスト層又はハードマスク層であり、窒化珪素、酸化シリコン、又はこの目的又は機能に適するあらゆる他の材料を含むことができる。犠牲層１８３０上には、フォトレジスト層１８４０が配置される。次に、ウェーハ１８１０は、密パターン要素１８５０及び単離パターン要素１８７０を形成するフォトリソグラフィマスクに露光される。図１８の例では、パターン要素１８５０及び１８７０は、それぞれ１８５５又は１８７５の公称幅を有する。ウェーハ１８１０上のパターン要素１８５０及び１８７０の実際の幅１８６０及び１８８０は、それぞれ公称又は予め決定された幅１８５５又は１８７５よりも小さい。リソグラフィ段階において生成される小さい幅１８６０及び１８８０は、エッチングされる層１８２０内にＣＤＵ誤差をもたらす。
【０１４７】
更に、スペーサの堆積及びその後のエッチング処理（図１１に示す）は、エッチング処理によって形成されるスペーサ要素１８９０内に更に別の変化を導入する。残りのフォトレジスト１８４０及び犠牲層１８３０の除去の後に、スペーサ要素１８９０によって形成されるパターンが層１８２０内にエッチングされ、この場合、スペーサ要素１８９０は、エッチング停止要素として機能する。最後に、スペーサ要素１８９０及びスペーサ要素１８９０の下の犠牲層部分が、層１８２０の生成されたパターン要素から除去される。
【０１４８】
エッチング処理では、リソグラフィパターン１８５０、１８７０の変化又はＣＤ誤差は、図１８の下段部に見ることができるように、条Ｓ2の幅の誤差に変換される。更に、エッチング処理は、スペーサ要素１８９０の変化を線Ｌ1及びＬ2の変化に変換する。線Ｌ1及びＬ2の変化は、間隔Ｓ1の変化ももたらされる。その結果、ＳＡＤＰ工程によって生成されたパターンは、「ピッチウォーキング」として公知の効果であるオーバーレイ誤差を示している。
【０１４９】
ＳＡＤＰ工程の１次元（１Ｄ）線間隔パターンにおける誤差は、ここでもまた、図３で説明した計測ツール、例えば、ＳＥＭ及び／又は散乱計を使用することによって測定することができる。
【０１５０】
この定められた方法は、図１８のＳＡＤＰパターンの欠陥を補正することを可能にする。第１の段階では、リソグラフィ工程においてパターン１８５０及び１８７０の生成に使用されるフォトリソグラフィマスク内に、少なくとも１つのピクセル配列が導入されるか、又は書き込まれる。ピクセル配列は、フォトリソグラフィマスクの基板内にそれぞれの光学透過率変化を導入することによってＣＤＵ変化を補償する。この工程は、図１８の間隔Ｓ2を予め決定された間隔との緊密な一致に誘導する。
【０１５１】
第２の段階では、犠牲層１８３０内に局所的持続性修正配列が導入される。犠牲層１８３０内の局所的持続性修正又はピクセルは、犠牲層１８３０の材料の構造変化を誘発し、従って、層１８２０のエッチング中の線の変化が回避される。修正された犠牲層１８３０は、層１８２０のエッチング段階中の「ピッチウォーキング」効果を防止する。その結果、均一な幅を有する線Ｌ1及びＬ2が生成される。ピクセルは、フォトレジスト１８４０の堆積の前に犠牲層１８３０内に書き込まれる。犠牲層１８３０が不正に配置された場合には、犠牲層１８３０の局所配置、並びに不正配置を補正するために、ＲｅｇＣ工程を適用することができ、一方、スキャナが、広域（低周波）オーバーレイ誤差のみを補正することができる。
【０１５２】
これは、犠牲層１８３０内の臨界寸法不均一性（ＣＤＮＵ）が、ＳＡＤＰ工程においてオーバーレイ誤差をもたらすことを意味する。この誤差は、ＣＤ  ＳＥＭ（臨界寸法走査電子顕微鏡）、ＡＦＭ、散乱計測、及び／又は形状測定等であるがこれらに限定されない従来のウェーハ製作計測のツール又はシステムによって測定することができる。次に、フォトリソグラフィマスクの基板に対して上述したものと同様に、犠牲層１８３０内に少なくとも１つの局所的持続性修正配列を付加することにより、識別されたオーバーレイ誤差を修復することができる。
【０１５３】
以下では、本発明の原理の適用の更に別の例を提供する。この例では、ウェーハ上の少なくとも１つの誤差が、試験マスクを用いて測定される。この目的のために、ウェーハ上でのＩＣの製作に使用される少なくとも１つのマスクと整列された試験特徴部を有する試験マスクが設計されて作成される。以下では、このマスクを生産マスクとも呼ぶ。誤差検出において高い分解能を保証するために、試験特徴部は、ダイ内試験特徴部である。
【０１５４】
図１９は、試験パターン１９１０を有する試験マスク１９００を略示している。試験マスク１９００の実際の試験パターン１９１０は、ＩＣ又はデバイスの設計者によって設計される。試験マスク１９００の試験パターン１９１０のレイアウトの決定において、光学近接補正（ＯＰＣ）設計者に助言を求めるのも有利である。図１９の試験パターン１９１０は、密パターン要素１９２０、準密（又は「密集」）パターン要素１９３０、及び単離パターン要素１９４０を含む。
【０１５５】
試験マスク１９００は、マスクレベルにおいて詳細に調査される。更に、試験マスク１９００によってウェーハ上に印刷されるパターンも、ＣＤＵ及びパターン配置誤差に関して調査される。従って、試験マスク１９００は、そのパターン要素１９１０を最小ではあるが十分にマップされて記録されたＣＤＵ及びパターン配置誤差で印刷する基準試験マスクと見なすことができる。
【０１５６】
現時点では、試験マスク１９００は、好ましくは、二重パターン化工程において、第２のマスク又は生産マスクとの組合せで適用される。しかし、試験マスク概念は、単一露光リソグラフィ技術を用いたウェーハの製作工程において適用することができることを理解すべきである。以下では、この概念をＤＰＬ工程の状況で解説する。
【０１５７】
第１の段階において、試験マスク１９００はウェーハに露光される。露光されたフォトレジストの現像の後に、試験マスク１９００の試験パターン１９１０が、ウェーハ内でエッチングされる。露光工程とエッチング処理との組合せを試験マスク１９００の印刷とも呼ぶ。第２の段階において、ウェーハ上でのＤＰＬ層の製作に使用されるフォトリソグラフィマスク又は生産マスクも、試験マスク１９００に対して上述したようにウェーハ上に印刷される。
【０１５８】
標準の超大規模集積（ＶＬＳＩ）工程は、ウェーハ上のフォトレジストの非平坦面トポグラフィに起因する焦点深度（ＤＯＦ）の問題を回避するために、面の平坦化を必要とする。提案する方法は、この難題を解消する。しかし、標準の製作工程からのずれを最小にするために、試験マスク１９００を薄層上に、この層をハードマスク、例えば、窒化珪素層のように処理することができることに起因して高い光学コントラストで印刷し、試験マスク上で完全なリソグラフィ工程及びエッチング処理を実施し、それにＤＰＬ工程に使用される生産マスクの印刷工程を続け、更にウェーハ上でオーバーレイ及びＣＤのダイ内測定を実施することが有利である。
【０１５９】
図２０ａは、ウェーハ２０００の窒化物層２０２０上に配置された試験パターン２０１０を略示している。試験パターン２０１０は、１回目のリソグラフィ−エッチング（ＬＥ）工程において生成されたものである（図２０ａの右部）。エッチング段階を実施し、第２のフォトレジスト２０３０を付加した後に、ハードマスク層２０２０は最小のトポグラフィを与え、すなわち、実質的に平坦である。これを図２０ａの左部に示している。一方、図２０ｂは、ウェーハ２００５がハードマスク層２０２０を持たず、フォトレジスト２０３５の面が明瞭なトポグラフィ２０４５を示す例を示している。このトポロジーは、フォトリソグラフィ工程と計測の分解能、精度、及び精密度との両方に悪影響を及ぼす場合がある。従って、図２０ａの方法を使用することが推奨される。
【０１６０】
次の段階では、試験マスク１９００と生産マスクの間のオーバーレイ誤差が測定される。この測定は、図３で説明した計測ツール、ＳＥＭ、散乱計、及び／又は画像ベース又はモデルベースの補助的な計測法を使用することによって実施することができる。ウェーハ全体のオーバーレイ誤差マップは、ウェーハにわたって試験マスク１９００及び生産マスクの個々の露光の関連のサンプリング視野を積み重ねることによって決定される。
【０１６１】
次に、ウェーハレベルにおけるオーバーレイ誤差は、生産マスクの基板内に１つ又はそれよりも多くのピクセル配列を書き込むことによって補償される。その後に、ピクセル配列の書込みによる補正工程が成功裡に終わったか否かを検査するために、試験マスク１９００及び補正された生産マスクの印刷及び測定の工程が繰り返される。
【０１６２】
全体のオーバーレイ誤差割当量を最小にするために、説明した手順は、全てのオーバーレイ臨界生産マスクにおいて実施される。この工程では、試験マスク１９００の試験パターン１９１０内に、可能な限り多くの生産マスクのパターンの検査を可能にするパターン要素を含めるのが有利である。この手順は、１つだけ又は非常に限られた個数の試験マスク１９００しか必要とされないので、試験マスク概念のコストを最小にする。その一方、更にこの手順は、第１の試験マスクから第２の試験マスクへの移行において導入される誤差を低減する。これを以下の例を用いて簡潔に説明する。
【０１６３】
第１の例は、ウェーハのいくつかの層のいくつかのパターンの制御のための単一の試験マスク１９００の適用を説明する。Ａ及びＢと呼ぶ２つの層をオーバーレイ臨界層と仮定する。位置ｉにおける層Ａ及びＢのパターンＰをＰＡi及びＰＢiと呼ぶ。試験マスク１９００の試験パターン１９１０は、互いに近い試験パターンＴＡiとＴＢiとを有する。それによって試験パターンＴＡiの配置誤差とＴＢiの配置誤差とが等しいという仮定が可能になる。これは、実際には１つの試験パターンＴiが、両方のパターンＰＡi及びＰＢiの試験に役立たせることができることを意味する（１）。
0005821100.tif 000003
【０１６４】
第１の段階において、ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程を使用することにより、試験マスク１９００及び層Ａに対するマスク又は生産マスクが印刷され、試験パターンに対するパターン要素の変位が測定される（２）。
0005821100.tif 000004
【０１６５】
次に、試験マスク１９００及びウェーハの層Ｂに対する生産マスクがＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程において印刷され、試験パターン１９１０とマスクＢのパターンの間に得られる変位が決定される（３）。
0005821100.tif 000005
【０１６６】
式２及び式３に与えられる２つの測定値から、パターン要素ＰＡiとＰＢiとの相対変位を決定することができる（４）。
0005821100.tif 000006
【０１６７】
上述したように、試験パターンＴＡiとＴＢiとの相対的な場所を上述の計測ツールのうちの１つ又はそれよりも多くを用いた試験マスク１９００の詳細解析から追加的に得ることができる。
【０１６８】
以下の例では、２つの試験マスクＡ及びＢが設計され、試験マスクＡは試験パターンＴＡiを含み、第２の試験マスクＢは試験パターンＴＢiを含む。各試験マスクの試験パターンは、例えば、アーチャーアラインメントマスクのようなアラインメント要素ＡＬを含む。上述の場合のように、それぞれのアラインメント要素ＡＬに対する試験パターンＴＡi及びＴＢiの配置誤差を無視することができるように、試験パターンＴＡi及びＴＢiは、アラインメントＡＬに近いと仮定する。
【０１６９】
試験マスクＡ及びＢは、ウェーハの２つのオーバーレイ臨界層Ａ及びＢを検査するために適用される。この目的のために、マスクＡの試験印刷が実施され、試験パターンＴＡiの場所が、整列マークＡＬＡiを使用することによって決定される（５）。
0005821100.tif 000007
【０１７０】
次に、マスクＢの試験印刷が実施され、試験パターンＴＢiの場所が、整列マークＡＬＢiを使用することによって決定される（６）。
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【０１７１】
１回目のＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程では、試験マスクＡの試験パターンＴＡi及び生産マスクＡのパターンＰＡiが印刷される。それによって試験パターンＴＡiに対するパターン要素ＰＡiの変位がもたらされる（７）。
0005821100.tif 000009
【０１７２】
２回目の印刷工程では、試験マスクの試験パターンＴＢi及び生産マスクＢのパターンＰiが印刷され、それによって試験マスクＢの試験パターンＴＢiに対するパターン要素ＰＢiの変位がもたらされる（８）。
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【０１７３】
２つの測定値から、相対変位ＰＡi及びＰＢiが、次式に従って把握される（９）。
0005821100.tif 000011
ここで、括弧内の項は、上述したように試験マスクＡ及びＢの試験印刷から決定される。
【０１７４】
提供した手順の可能な変形は、相対位置の測定を可能にする試験パターンＴＡi及びＴＢiの設計である。この場合、整列マークＡＬは重複し、更に別の定性化目的に役立たせることができる。
【０１７５】
図２１は、図１９の試験マスク１９００の試験パターン１９１０（暗灰色の要素）及び生産マスクの垂直パターン２１１０（明灰色の要素）がＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程において印刷された後のウェーハレイアウトの視野を略示している。生産マスクは、密垂直線２１２０、中密線２１３０、及び１つの単離線２１４０を含む。図２１の生産マスクでは、試験マスク１９００の試験パターン１９１０の垂直線のみが関わる。生産マスクパターンの密線２１２０及び単離線２１４０と、試験マスクパターン１９１０の密線２１２０及び単離線２１４０とは互いに実質的に整列され、それに対して中密線２１３０は、試験マスク１９００のそれぞれの試験パターン要素に対して局所線間隔誤差２１５０を有する。図２１の試験パターン要素と垂直線パターンとの間で検出される局所オーバーレイ誤差２１５０は、ダイ内配置又は位置合わせ誤差によってもたらされる。図２１の生産マスクの欠陥を補償するために、このオーバーレイ誤差２１５０を図２１のマスクの中密線２１３０の範囲にピクセル配列を書き込むことによって補正することができる。
【０１７６】
図２２は、試験マスク１９００の試験マスクパターン１９１０が、リソグラフィ−エッチング（ＬＥ）工程において印刷される状況を略示している。ＬＥＬＥ工程のＬＥ工程である第１の段階において、生産マスクのコンタクトホールが印刷され、エッチングされる。図２２には、コンタクトホール（ＣＨ）を円に示している。何千個ものＣＨが、最新のＩＣの層を形成するウェーハの層の視野内でエッチングされる。試験マスク１９００の試験パターン１９１０によるＣＨ配列の試験には、これらのうちの５つだけが重要である。図２２には、これらを暗灰色の円２２２０、２２３０、２２４０、２２５０、及び２２６０に示している。試験パターン１９１０の４つの小さい正方形１９１５は、ＣＨ配列の配置を検査するのに使用される。
【０１７７】
図２２から分るように、４つの試験ＣＨ２２２０、２２３０、２２４０、及び２２５０は、実質的にこれらの予め決定された位置にあり、それに対してＣＨ２２６０は、その予め決定された場所に対してシフトされる。コンタクトホール２２６０の配置誤差は、誤差を有するＣＨ２２６０の範囲にピクセル配列を書込み、それによってＣＨ２２６０をその予め決定された位置に対して実質的にシフトさせることによって補正することができる。ダイ内誤差決定は、欠陥補償に使用される少なくとも１つの局所的持続性修正配列を何処に位置決めするかの桁を与える。この場合、並びに本明細書内の他の箇所において、「実質的に」とう表現は、最先端の計測ツールの分解能の限界値の範囲での位置決めを意味する。
【０１７８】
図２１及び図２２と同様に、図２３は、図１９の試験マスク１９００の試験パターン１９１０と水平線間隔パターンを有する生産マスクとによって印刷されてエッチングされたウェーハパターンを示している。この使用事例では、試験パターン１９１０の水平バー１９２５、１９３５、及び１９４５のみが関わり、図２３の生産マスクの水平線２３２０及び２３３０の検査に使用される。図２３から分るように、生産マスクの線２３２０及び２３３０は、試験パターン要素１９２５、１９３５、及び１９４５に対して単純に垂直にシフトされる。これは、検出される誤差が広域オーバーレイ誤差であることを意味する。図１９の解説において上述したように、試験マスク１９００の試験パターン１９１０は、試験パターンを基準パターンとして採用することができるように、非常に詳細に調査される。従って、試験パターン要素１９２５及び１９３５と線２３２０との間、並びに試験パターン要素１９４５と線２３３０との間で検出されるシフトは、生産マスクの線２３２０及び２３３０のシフトに帰することができる。従って、試験マスクパターン１９１０は、生産マスクの局所誤差を検出するだけではなく、生産マスクの広域オーバーレイ誤差を解析するのにも使用することもできる。
【０１７９】
ダイ内測定によって検出される図２３のマスクの水平線２３２０及び２３３０の変位誤差は、ＤＰＬ工程に使用されるスキャナの線形変換（スケール及び直交性の補正）によって補償される。これは、ダイ内測定に基づく試験マスク概念が、広域オーバーレイ誤差を補正するのに使用することができ、従って、オーバーレイ誤差に厳しいＤＰＬ工程のオーバーレイ誤差、及びオーバーレイがウェーハ上の異なるトポグラフィ平面内の層の間で測定される単一パターン化工程の誤差が最小にされることを意味する。
【０１８０】
代替的に、線２３２０及び２３３０を試験パターン要素１９２５、１９３５、及び１９４５と一直線にするために、図２３のマスク内にピクセル配列を書き込むこともできる。
【０１８１】
図２４は、図２１から図２３の３つの様々な層のウェーハレイアウトの視野の重ね合わせを略示している。様々なマスクのオーバーレイ誤差を最小にするための個々のマスクの補正作用を様々な層の解説において示している。図２５は、個別誤差の誤差が、試験マスク１９００の試験パターン１９１０の対応するパターン要素に対して補正された後の図２４の様々な層の重ね合わせを概略的に表している。図２５から分るように、図２１から図２３の層のオーバーレイ誤差は、各マスクの補正作用によって最小にされる。
【０１８２】
これまでに提供した例は、ウェーハ上のマスクの単一の露光に関連する。しかし、ウェーハレイアウトは、製作されるＩＣの層をウェーハ上に多数回印刷するために、マスクのパターンでウェーハ区域全体を網羅するための多数回のその後のマスク露光を含む。ウェーハ上のマスクの単一の露光を視野と呼ぶ。従って、これまでに解説した誤差は視野内誤差である。
【０１８３】
以下では、ウェーハレベルでのオーバーレイ誤差の決定及び補償のためのデータ解析を解説する。より正確には、ウェーハにわたる二乗平均平方根（ＲＭＳ）オーバーレイ誤差の決定、及びその補償の方法を提供する。図２６は、マスクの単一露光又は例えば二重露光のような多重露光の視野２６００を概略的に表している。視野は、視野内オーバーレイ誤差が決定される３つの視野内計測箇所２６１０、２６２０、及び２６３０を含む。上述の方法が、実際の製品特徴部に対するダイ内オーバーレイ計測値の測定を可能にし、従って、実際のデバイス特徴部のオーバーレイと相関性を有するか又は持たない場合がある試験特徴部ではなく、製品特徴部のオーバーレイを制御する独特の機会をもたらすことを強調しておくのは重要である。
【０１８４】
図２７は、フォトリソグラフィマスクのその後の露光の視野２７２０によって含まれるウェーハ２７００を略示している。ＬＥＬＥ工程又はＬＦＬＥ工程では、単一の視野内露光に２つのマスクが必要である。ウェーハ２７００上の視野２６００、２７２０の各々は、図２６のオーバーレイ視野内ターゲット２６１０、２６２０、及び２６３０を有する。図２７に×印を付けたオーバーレイターゲットによって示すように、ウェーハの縁部２７１０からサブミリメートル範囲にある区域から最大で数ミリメートルの区域が、ウェーハ２７００にわたるオーバーレイ誤差の決定から除外される。この解決法は、ウェーハレベルにおけるオーバーレイ誤差の決定において縁部ずれ効果を除外する。ウェーハ製作の経験に基づいて、縁部ダイ効果をリソグラフィ工程によって補償することはできず、従って、この効果は、全ての視野の計測データをＲｅｇＣ工程及びＣＤＣ工程の入力として平均化する間に考慮してはならない。
【０１８５】
次の段階では、視野レベルにおけるオーバーレイ誤差が、視野毎に複数の点で測定され、図２６には３つの位置２６１０、２６２０、及び２６３０を示している。視野内オーバーレイ誤差の決定に、上記に提供した方法のうちの１つを使用することができる。統計的に有意な視野内誤差決定に十分な実験データを有するように、視野内計測は、マスクの露光区域内のホットスポットに着目する。サンプリングする視野におけるターゲットの各々の平均化に基づいて平均視野レベル誤差を作成するために、完全なウェーハサンプリング又はフィールドサンプリングを使用することができる。
【０１８６】
次に、個々の視野２６００、２７２０の視野内オーバーレイ誤差マップが積み重ねられる。次に、マスクは、マスクの基板内に少なくとも１つのピクセル配列を書き込むことによって補正される。縁部による影響を受ける視野を除く全てのウェーハ視野の平均計測値に基づいて補正されたマスクを用いて新しいウェーハが印刷され、この補正工程は、ウェーハにわたって最小誤差を得るために、この平均値に対して適用される。誤差補償による改善を検査するために、視野内レベルとウェーハレベルの両方において、補正されたマスクからもたらされるオーバーレイ誤差が測定される。
【０１８７】
より多くの測定箇所は、より長い計測時間及び最終製品のより高いコストを意味するので、視野毎の測定点の個数は、補正効率と計測生産率の間の相殺を最適化するために、工程のウェーハから製作されるデバイスの製造業者が定義すべきであることに注意することは重要である。解説した方法は、デバイス製造業者のいずれかの予め決定されたサンプリング計画と共に機能するのに適している。
【０１８８】
インターネット公開から引用した図２８は、ウェーハ２８００にわたるオーバーレイ誤差マップの例２８１０を提供している。スケール又は直交性（Ｓ／Ｏ）の補正によって補償することができない誤差寄与を得るために、これらの誤差が図２８のオーバーレイ誤差マップ２８１０から除去される。得られるオーバーレイ誤差マップ２９００を図２９に提供している。図２９の視野内誤差マップ２９００では、視野内で系統的誤差を有する区域の例として３つの領域２９１０、２９２０、及び２９３０を識別することができる。
【０１８９】
図３０は、系統的誤差２９１０、２９２０、及び２９３０が、フォトリソグラフィマスクの基板内にそれぞれの局所的持続性修正配列を導入することによって補正された後の図２９の残りの視野内誤差分布３０１０を示している。それぞれのオーバーレイ誤差の増大をもたらす組合せマスク及びリソグラフィ工程の系統的誤差２９１０、２９２０、及び２９３０は、実質的に排除される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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