(57)【要約】【課題】半導体ウェハ（１）上のパターンのアライメントまたは重ね合わせ測定において、露光フィールド（１０）の対応する所定のセットの露光フィールド（２）において、所定の数のアライメント構造（２０）の１つの測定を実行する間に生じるエラーは、代替的露光フィールド（１１）におけるアライメント構造（２１ｂ）を選択することによって処理され得る。この露光フィールド（１１）は、露光フィールド（１０）の所定のセットの一部分である必要がない。従って、ウェハ上のアライメント測定値の数は、一定であり、かつ、質が向上する。あるいは、同じ露光フィールド（１０、１１）において別のアライメント構造（２１ａ）を用いる場合、この方法は、代替的ターゲット（２１ａ）について異なる最小構造サイズが考えられる場合に特に有利になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ（１）上の異なった層において、２つのパターンのアライメント測定を実行する方法であって、該半導体ウェハは、該アライメント測定のために選択された定数を有する露光フィールド（１０）のセットを備え、該露光フィールド（１０）の各々には、少なくとも１つのアライメント構造（２０）が提供され、該方法は、
該アライメント測定を実行するために、該半導体ウェハ（１）を処理ツールに提供する工程と、
定数を有する露光フィールド（１０）の該セットの第１の露光フィールド（１０）において、第１のアライメント構造（２０）を選択する工程と、
該第１のアライメント構造（２０）を用いて、オフセット測定を実行する工程であって、該オフセット測定は、アライメント構造の質が悪いために実現可能でないか、または、許容誤差範囲（２００）を越えたオフセットを提供することを表すエラー信号を発する、工程と、
該エラー信号に応答して、代替物として第２の露光フィールド（１１）を選択する工程であって、該第２の露光フィールドは、該第１の露光フィールド（１０）を除いて、該半導体ウェハ（１）上の露光フィールドの該セットに含まれない、工程と、
該第２の露光フィールド（１１）において、第２のアライメント構造（２１ａ、２１ｂ）を選択する工程と、
該第２のアライメント構造（２１ａ、２１ｂ）を用いて、オフセット測定を実行する工程と、
露光フィールド（１０）の該セットの次の露光フィールドにおいて、アライメント構造の第２の相対的オフセットの測定を継続する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
前記第２の露光フィールド（１１）は、前記第１の露光フィールド（１０）と同じであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の露光フィールド（１１）は、前記第１の露光フィールド（１０）とは異なることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記同じ露光フィールド（１０、１１）における前記第２のアライメント構造（２１ａ）は、前記第１のアライメント構造（２０）と該第２のアライメント構造（２１ａ）との間の相対距離が１０ミクロンよりも大きく、かつ、１００ミクロンよりも小さいように選択されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のアライメント構造（２１ａ）は、その最小線幅の寸法が、前記第１のアライメント構造（２０）の最小線幅とは、少なくとも２０パーセント異なるように選択されることを特徴とする、請求項２または４に記載の方法。
【請求項６】
前記オフセット測定は、前記第２のアライメント構造（２１ａ）を用いて前記オフセット測定を実行する場合、アライメント構造の質が悪いために実行可能でないか、または、許容誤差範囲を越えたオフセットを提供することを表すエラー信号を発する工程と、
該エラー信号に応答して、代替物として第３の露光フィールド（１２）を選択する工程であって、該第３の露光フィールドは、該第１の露光フィールド（１０）を除いて、該半導体ウェハ上の露光フィールドの該セットに含まれない、工程と、
第３のアライメント構造（２１ｂ）を用いて、オフセット測定を実行する工程と
を特徴とする、請求項２〜５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記処理ツールは露光ツールであって、前記アライメント測定は、ウェハステージ調整を提供するために実行されることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
【請求項８】
前記処理ツールは重ね合わせ計測ツールであり、前記アライメント測定は、前記半導体ウェハ（１）上で実行された最近の製造プロセスの質を制御するために実行されることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。
【請求項９】
半導体ウェハ（１）上の異なった層において、２つのパターンの各々の一連のアライメント測定を実行する方法であって、該半導体ウェハは、該アライメント測定のために選択された定数を有する露光フィールド（１０）のセットを備え、該露光フィールドの各々には、少なくとも１つのアライメント構造（２０）が提供され、該方法は、
ニューラルネットワークが、請求項１〜８のいずれかの工程を用いてトレインされることと、
該半導体ウェハ（１）の少なくとも１つの露光フィールド（１０）の異なった層において、オフセット測定においてエラー信号が繰返し検出される場合、該ニューラルネットワークによって信号が発せられることと、
露光フィールド（１０）の該セットの選択は、該信号に応答して変更されることと
を特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ上の異なった層において、２つのパターンのアライメント測定を実行する方法に関する。この半導体ウェハは、アライメント測定のために選択された定数のフィールドを有する露光フィールドのセットを備え、これらの露光フィールドの各々には少なくとも１つのアライメント構造が提供される。
【０００２】
本明細書全体にわたって、アライメント構造という用語は、半導体ウェハ上の絶対位置または相対位置を識別するために用いられる任意の測定マークのことであり、例えば、異なった層において２つのパターンのずれを比較するための露光装置または重ね合わせターゲットにおけるステージにウェハをアライメントするためのアライメントマーク、または、ライブラリまたは基準ウェハから生じ得る基準データと比較することによって、ウェハ上の絶対位置を測定するためのレジストレーションマークである。
【技術分野】
【０００３】
集積回路の最小構造サイズの縮小が急速であるため、マスクパターンを用いて半導体ウェハの微細な露光についての厳しい要件が定められる。正確な重ね合わせは、通常、最近の露光工程、すなわち、最近の層においてウェハ表面上に構造化された専用アライメントマークを、現在の工程においてウェハ上に投影されるべきマスクパターンと関連した別のアライメントマークとアライメントすることによって達成される。
【０００４】
露光ツールにおいて、半導体ウェハのこのアライメントは、最近の層の構造化されたアライメントマークと、現在の層のまだ投影されていない仮想のアライメントマークとの位置比較によって、露光の前に実行される。
【０００５】
露光の後、実行されたアライメントの精度は、重ね合わせツールにおいてモニタリングされ得、ここで、関連するアライメントマーク（両方がここで次の層に構造化される）がｘ軸方向およびｙ軸方向で測定され得、これらの間の差異が閾値と比較される。
【０００６】
現在の重ね合わせ仕様は、高額製品の場合、３５〜５０ｎｍの最大重ね合わせ誤差を要求する。露光アライメントまたは位置の差異が露光アライメントまたは重ね合わせ制御の間に測定されるアライメントマークは、通常、ウェハ上のスクライブ線、または各露光フィールドのフレームに位置調整される。露光中の通常のアライメント手順は、所定の数の位置を有する最近の露光工程においてすでに構造化された露光フィールドのセットを選択することである。これら、例えば、９つの露光フィールドの各々において、４つのアライメントマークがｘ軸方向およびｙ軸方向で測定され、それらの仮想対応物（ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ）と光学素子によって比較される。位置の差異が決定されると、投影されるべき現在の層の最近の層に対する位置の差異、シフト、縮尺および回転がわかり、ウェハステージの位置および移動が調整され得る。
【０００７】
アライメントのために決定された露光フィールドの選択されたセットと関連した情報は、通常、アライメント測定工程の各々を自動的に実行する、アライメント制御ソフトウェアによって表にされ、読み出される。
【０００８】
同様の手順が重ね合わせ制御についても当てはまる。化学的機械的研磨（ＣＭＰ）またはエッチング等のいくつかの後処理工程において、最近の露光工程において構造化されたアライメントマークが損傷を受けるか、または不明瞭になることが多く、特に、特定のプロセスの変更が行われる。このような場合、アライメントマークの構造は、そのプロセスに適合される必要があり、従って、変更がアライメントマークを劣化させ得る。従って、特に、上述のプロセスが、例えば、ウェハエッジにおいて、体系的に行われた場合、十分なアライメント手順または重ね合わせ制御が、多くの例において、実現可能でない。従って、アライメントの質が低下すると、ウェハの歩留まりが低下する。
【０００９】
これを回避するために、事前選択された露光フィールドおよびアライメントマークが検出され得ないか、または２つの弱小の測定信号を示す場合、重ね合わせまたはアライメント制御プログラムは、通常、他の信号をフラグする。残念なことに、システムは、その後、現在の場合に関して進行する方法をオペレータが入力することを必要とし、これは、貴重な時間を費やし、かつ多数の操作スタッフを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の主な目的は、半導体ウェハのアライメント測定または重ね合わせ測定のために必要とされる時間を低減し、かつ、ウェハの歩留まりを向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この方法は、アライメント測定のために選択される定数を有する露光フィールドのセットを含む、半導体ウェハ上の異なった層において２つのパターンのアライメント測定を実行する方法によって解決され、露光フィールドの各々には、少なくとも１つのアライメント構造が提供される。この方法は、アライメント測定を実行するために、半導体ウェハを処理ツールに提供する工程と、定数を有する露光フィールドのセットの第１のセットにおける第１のアライメント構造を選択する工程と、第１のアライメント構造を用いて、オフセット測定を実行する工程であって、このオフセット測定が、アライメント構造の質が悪いか、または許容誤差の範囲を越えたオフセットを提供することを表すエラー信号を発する、工程と、第１の露光フィールドを除いて、半導体ウェハ上の露光フィールドのセットに含まれない代替物におけるエラー信号に応答して、第２の露光フィールドを選択する工程と、第２の露光フィールドにおける第２のアライメント構造を選択する工程と、露光フィールドのセットの次の露光フィールドにおけるアライメント構造の第２の相対オフセットの測定を継続する工程とを包含する。
【００１２】
本発明によると、位置オフセットの測定が実行され得ない場合、異なったアライメント構造またはアライメントマークが、同様に、選択される。例えば、これは、上述のように、劣化または損傷作用のためであり得る。例えば、露光プロセスを妨害するために、例えば、オペレータに警告を信号で伝える代わりに、代替的アライメント構造が選択される。この構造は、アライメント工程の間、調整の決定、または、計測学的検出における重ね合わせの質の完全な特徴付けを実行するためになお十分な量のデータを提供する。
【００１３】
ウェハマップにわたるアライメントマークの位置を可能な限り一定に保持するために、選択された第２のアライメント構造は、エラーが生じた同じ露光フィールドから選択され得る。さらなるアライメントマークの測定は、数秒を必要とするだけなので、質全体が保持される一方で、オペレータによる操作と比較して、多くの時間が節約される。
【００１４】
最も好適には、同じ露光フィールドから選択されたアライメントマークは、損傷または劣化したアライメント構造の近傍に位置を有する。しかしながら、第２のアライメント構造は、さらに、事前選択される露光フィールドのセットの一部分ではない異なった露光フィールドから選択されてもよい。この場合、選択された露光フィールドの総数は、さらに、アライメントを実行するために必要な位置情報の量を一定のままで保持される。
【００１５】
この方法は、好適には、必要な露光フィールドおよびアライメントマークの位置を格納されたテーブルから選択する重ね合わせまたはアライメント制御プログラムで実現される。質の悪いアライメント構造、またはオフセット許容誤差の超過に関する問題を表すエラー信号が発せられた場合、好適には、同じテーブルに予め格納された代替的露光フィールドおよびアライメントマーク位置は、これにより、露光フィールドおよびアライメントマークの初期の固定セットと関連付けられる。このような実施例において、露光フィールドのセットの各露光フィールドは、固有の代替的露光フィールドを有する。
【００１６】
この方法は、半導体ウェハの製造におけるプロセスの任意のアライメントまたは重ね合わせ測定に提供可能である。露光ツールまたは重ね合わせ計測ツールに限定されるのではなく、例えば、欠陥検査、走査型電子顕微鏡、またはアライメントに必要とされる処理ツール等の他の計測ツールのアライメント手順においても用いられ得る。なぜなら、これらはウェハ表面の別個の部分に影響を及ぼすからである。
【００１７】
第１の露光フィールドに対する第２の露光フィールドの位置は、損傷または劣化プロセスによって予測される問題に有利に適合され得、例えば、それは、ウェハマップの同じ行における次の露光フィールドであり得るか、または、それは、通常、ウェハの中央への方向または逆の方向の次の露光フィールドであるように選択され得る。第２の露光フィールドが無作為に選択され、これによって、すでに、事前選択された定数の露光フィールドのメンバーである露光フィールドが２回測定されなくてよいと常に考えることがさらに可能である。さらなる局面において、第２のアライメントマークは、さらに、劣化または損傷に関する問題を明らかにすることが考えられる。本発明によると、その後、異なった層からのアライメントマークのオフセット測定を実行するために、第３のアライメント構造を有する第３の露光フィールドが選択される。代替物としての別のさらなる露光フィールドを選択する手順は、閾値数の代替的フィールドが、任意のアライメントマークが明らかに劣化されるか、またはおそらく、誤ったマスクパターンがすでに構造化されたウェハ表面に投影されたことを表すまで継続され得る。
【００１８】
ニューラルネットワークへの入力として、本発明の方法を繰返し実行した結果を用いて、自己学習システムに関する本発明の考え方を改良する方法が考えられる。ニューラルネットワークは、本発明の方法による工程を用いてトレインされる。例えば、選択された露光フィールドが繰返し、計測を間違えるか、または、フライヤがアライメントを間違えるという結果になった場合、これは、代替的フィールド、または、露光フィールドの所定のセットのセレクションすら変更することによって対応する。露光フィールドにおけるアライメントマークのセレクションについても同じことが当てはまる。この考え方は、ファジィ論理によっても実現され得る。
【００１９】
アライメントおよび重ね合わせの質は、露光フィールドおよびそれらの露光フィールドの代替物の選択に基づいて、保持または、強化すらされ得るので、ウェハの歩留まりが高くなり、システム保守または修理において費やされる時間が有利に低減される。
【００２０】
さらなる利点および局面は、従属請求項から明らかである。
【００２１】
本発明は、添付の図面と関連付けた本発明の実施形態の以下の説明を参照することによってより良好に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
最近の処理工程が原因で質が悪くなった、計測ツールで計測されるべき重ね合わせターゲットとして具体化されるアライメント構造２０が図１の上部に示される。アライメント構造２０は、半導体ウェハ１の各露光フィールド２のスクライブ線の左上の隅に位置調整される。この実施例において、アライメント構造２０は、ａ）基準ターゲット３１を形成するために、０．１４μｍのＤＲＡＭパターンの予め構造化された深いトレンチ層において形成された、矩形に構成された４つの対のトレンチ、および、ｂ）レジストターゲット３０を提供するために、ａ）において与えられた方形の内側の、ゲートコンタク層であるレジスト層において等しい構造の４つのより小さいバーからなる。
【００２３】
重ね合わせ測定は、前に形成された層の既に構造化された基準ターゲット３１に対するレジスアタターゲット３０の中心のずれを測定することを含む。レジストパターン３０が図１の上部におけるＳＥＭ画像上にはっきりと見える一方で、予め構造化された層の基準ターゲット３１は、例えば、最近の露光中に生じ、これにより取り除かれるローカルフォーカススポット、または化学的機械的研磨（ＣＭＰ）による不良構造のコントラストを明らかにする。
【００２４】
アライメント構造２０が図２に示されるように、アライメント測定のために選択された露光フィールド１０のセットの一部分である露光フィールド２に配置された場合、それぞれの層パターン３０、３１の中央部分におけるｘ軸−ｙ軸のずれの測定は、実行することが困難である。特に、予め構造化されたパターンの基準ターゲット３１の中央部分を決定することが困難である。従って、測定ツールの制御ユニットは、アライメント構造が悪い質を提供するか、または、まったく検出され得ないために、オフセット測定が実行可能でないことを示すエラー信号を生成する。その後、最近の露光フィールド１０と一意的に関連付けられた代替的露光フィールド１１における第２のアライメント構造２１ｂの位置を含むテーブルへのアクセスを有する制御プログラムによってエラー信号が評価される。露光フィールド１０、１１内の相対位置は、両方のアライメント構造２０、２１ｂについて同じである。
【００２５】
特に、フォーカススポットのような局所的現象がアライメント構造２０の消滅問題につながる場合、アライメント測定が十分に遠い露光フィールドの対応するアライメント構造２１ｂにおいて実行され得る確率は、第１の露光フィールドにおけるよりもかなり大きい。図１の右下の隅におけるアライメント構造２１ｂの場合、両方の中央部分、すなわち、レジストターゲット３０の中央部分および対のトレンチ基準ターゲット３１ｂの中央部分は、容易に測定され得、従って、正確な重ね合わせの決定が達成され得る。従って、エラー信号に応答して、測定ツール制御プログラムによって実行されるような、図１におけるフィールド内変更１０１は、高度な自動化を提供し、これにより、時間を節約し、かつ、製品の質を向上する。
【００２６】
図１において、本発明の別の実施形態が左下の隅に示される。計測ツールの制御プログラムは、アライメント構造２０における質の悪い検出から発生するエラー信号コンテンツから、対のトレンチ基準ターゲット３１に関する問題が、特に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）が原因であることを認識する。この問題は、０．４μｍの構造幅の対のトレンチ基準ターゲット３１を有するアライメントターゲット２０から、１．２μｍの構造幅の（単一トレンチの）トレンチ基準ターゲット３１ａを有する露光フィールド１０と、実質的に同じである露光フィールド１１における別のアライメント構造２１ａに切換えることによって回避され得る。
【００２７】
これは、より大きい構造サイズが、小さい構造サイズの場合ほど強く影響しない場合に有利であり得る。この実施形態において、第２のアライメント構造２１ａは、質が悪い第１のアライメント構造２０から約６０μｍの距離を有する。この第２のアライメント構造２１ａの位置は、さらに、この位置に光学素子を駆動するために、計測ツール制御プログラムによって用いられる基準テーブルに格納される。
【００２８】
従って、ＣＭＰまたは露光を含む最近のプロセスの間に生じる可能な問題の情報を提供する最新のプロセス制御の利点と組み合わされた場合、計測ツールの制御プログラムは、フィールド内変更１０１を実行するか、またはフィールド間変更１００を実行するかを決定することができる。
【００２９】
両方の変更１００、１０１を組み合わせることも可能であり、すなわち、第１は、フィールド間変更１００を試してみること、および、この変更が、改善を提供しなかった場合、第２に、フィールド間変更１０１が実行される。
【００３０】
さらなる改善が、フィールド間代替的ターゲット２１ａと標準的ターゲット２０との間の測定された再現可能なオフセットに基づいて、補正を制御重ね合わせ測定に適用することによって達成される。対応する測定は、図３に示される。ここで、代替物としてのアライメント構造２１ａのゲートコンタクトアライメントパターン３０ａと、標準的アライメント構造２０の対応するゲートコンタクトパターン３０との間の重ね合わせ精度において−１ｎｍのオフセットが決定された。ｙ軸方向における対応する差異は、＋４ｎｍになる。これらの結果は、これらのアライメント測定の入力補正として用いられ得、ここで、第１のアライメント構造２０は、質が悪いために測定され得ず、従って、代替的アライメント構造２１ａのために飛ばされる。予測されるように、これらのオフセットは、＋／−６０ｎｍになる典型的な重ね合わせ仕様２００よりもかなり小さい。上述の値は、同じロットについて測定され、ここで、両方のアライメント構造２０、２１ａには、実現可能な測定が提供される。
【００３１】
図２にも示されるように、９つの選択された露光フィールド１０の第２の代替的露光フィールド１１は、例えば、すべての場合に、右隣のフィールドに体系的に構成される、発生露光フィールド１０との相対位置を必要としない。むしろ、これらの相対位置は、経験によって、または、ニューラルネットワークをインプリメントすることによって個別に選択され得る。これは、特定の露光フィールドが誤った測定を繰返し送達する場合か、または、代替的露光フィールド１１の特定の相対位置が、高い質の重ね合わせ測定値を繰返し提供する場合に特に有利である。選択されたセットは、その後、代替的露光フィールド１１をセットに組み入れることによって、および、これと一意的に関連付けられたこれまでの露光フィールド１０を選別することによって変更され得る。
【００３２】
副産物として、オペレータには、特定の露光フィールドが問題を抱えることが明示的に通知される。これは、最近の処理が原因である。これは、例えば、工場内の露光ツールまたは任意の他のプロセスツールの粒子汚染、チャック問題、レンズ問題等を局所的に強化する等の原因をより早く同定することを支援する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、同じフィールド（左下）または別のフィールド（右下）における異なったアライメント構造の選択を開始する悪い質の第１のアライメント構造を示す。
【図２】図２は、半導体ウェハの露光フィールドマップを示し、１は、測定するために選択されたアライメントマークを有する露光フィールドを示し、２または３は、代替物を示す。
【図３】図３は、代替的ターゲットを一般的ターゲットと整合させるために作成されたグラフを示す。
【符号の説明】
【００３４】
１          半導体ウェハ
２          露光フィールド
１０        アライメント測定のために選択された露光フィールド、第１の露光フィールド
１１        代替的露光フィールド、第２の露光フィールド
１２        さらなる代替的露光フィールド、第３の露光フィールド
２０        アライメント測定のために選択されたアライメント構造
２１ａ      同じ露光フィールドにおける代替的アライメント構造、第２のアライメント構造
２１ｂ      他の露光フィールドにおける代替的アライメント構造、第２のアライメント構造
３０        第１の層におけるアライメントパターン
３１        第２の層におけるアライメントパターン
３１ａ      異なったサイズの代替的構造のアライメントパターン
３１ｂ      同じサイズの代替的構造の第２の層におけるアライメントパターン
１００      フィールド間変更
１０１      フィールド内変更
２００      重ね合わせ仕様許容誤差
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004531063.tif 000005
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2004531063.tif 000017
2004531063.tif 000018
2004531063.tif 000019
2004531063.tif 000020
【国際調査報告】
2004531063.tif 000021
2004531063.tif 000022