JP2008227528A - 調整可能なアライメントジオメトリ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技法の欠点を解決すべく非対称なターゲットの測定やモデル化、ターゲットジオメトリ（幾何学構造）の特殊な設計および/または微妙な調整を可能にするアライメントシステムを提供すること。
【解決手段】 １つまたは複数のサブターゲットをアライメントターゲット上に形成することによってアライメントターゲットにジオメトリデザインを持たせ、アライメントシステムにより１つまたは複数のサブターゲットの全てに関してアライメントを実施し、プロセスのキャラクタライズとアライメントシステムのアライメントの計算のためのアルゴリズムを使用する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基本的にはアライメントターゲットに係わっており、詳細にはフォトリソグラフィにおいて使用される半導体ウエハのアライメントターゲット並びにアライメントターゲットを使用するための方法に関するものである。

半導体デバイスの製造は、基本的にはフォトリソグラフィ技術を用いて行われる。この製造過程の間には多層形態の回路パターンが半導体ウエハ上に形成される。これは、感光性レジストでコーティングされたウエハ上へ、マスク又はレチクル上の回路パターン像を投影することによって達成される。半導体ウエハ上の投影像の特有サイズは、典型的には０.１５ミクロン以下の範囲にある。このように微細な特有サイズと製造プロセスの一環としての多層露光の要求から、アライメントシステムを用いて半導体ウエハ上でマスクイメージのアライメント（位置合わせ）を実施しなければならない。所要のアライメント精度は、大抵の場合０.３５ミクロンかそれ以下である。

一般的にアライメントシステムには、載置されたウエハターゲットを有するウエハと、載置されたマスクターゲットを有するマスクが含まれている。このウエハターゲットとマスクターゲットは、相互にアライメント調整される。半導体ウエハの製造においては、例えばウエハ特性や、数量、厚さ、表面層の形態などに関してプロセスが異なり、しばしばアライメントを困難にする。アライメントの信号における変化は、これらのプロセス変数の関数でもあり、故にプロセス感度と称される。このプロセス感度はしばしば、ウエハ上に配置されたアライメントマーク（又はターゲット）を正確に把握するアライメントシステムの能力に複雑な影響を与えている。

特に非対称性のプロセスは、ウエハ上に配置されたアライメントマーク（又はターゲット）を正確に把握するためのアライメントシステムの能力に複雑な影響を及ぼす。そのような非対称性プロセスとは、化学的機械研磨（ＣＭＰ）や堆積などである（但しこれは限定を意味するものではない）。これらの処理のどちらもアライメントターゲットに影響を及ぼす。一般的には、ＣＭＰとは、半導体ウエハの表面を平坦化するための研磨に用いられるプロセスである。このプロセスは、酸化物と金属の両方で実施することが可能である。ＣＭＰは、半導体ウエハ表面の平滑化のための艶出しに対して化学的スラリーの使用と研磨動作を伴う。ウエハ表面の平滑化では、後続するステップに対するフォトリソグラフィ焦点深度の維持が必要であり、つまり輪郭作成ステップを越えた変形が生じないようにアルミニウムの相互接続を保証することが要される。堆積は一般的に周知のパーティクルのタイプ/サイズ配置に基づいて半導体ウエハ上のパーティクルの堆積に係わっている。

非対称性プロセスは、アライメント共有の問題に深く関わっており、多くのアライメントシステムがアライメントターゲットにおける非対称性の検出になすすべを持たない。求められていることは、非対称なターゲットの測定やモデル化、ターゲットジオメトリ（幾何学構造）の特殊な設計および/または微妙な調整を可能にするアライメントシステムを導き出すことである。これは非対称性プロセスのための補償を可能にし、さらに対称性ターゲットや拡張された信号の形成に役立つ。またターゲットデザインによって強いられる非対称性の変動量に対するプロセスのマッピングにも用いられる。
米国特許第５，９６６，２１５号明細書

本発明の課題は、前述したような従来技法における欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことである。

前記課題は本発明により、１つまたは複数のサブターゲットをアライメントターゲット上に形成することによってアライメントターゲットにジオメトリデザインを持たせ、アライメントシステムにより１つまたは複数のサブターゲットの全てに関してアライメントを実施し、プロセスのキャラクタライズとアライメントシステムのアライメントの計算のためのアルゴリズムを使用するステップとを有するようにして解決される。

本発明は、非対称なターゲットの測定やモデル化、ターゲット幾何学構造の特別な設計および/またはチューニングを可能にするアライメントシステムを提供する。これは非対称性プロセスのための補償を可能にし、対称性ターゲットや拡張された信号を形成し、あるいはモデル化すべきプロセスに対しても寄与する。

本発明によって提供される、ウエハ基板上のプロセス（処理過程）のための所期のアライメントオフセットを供給すべく構成されたアライメントターゲットを使用するための方法には、少なくとも以下に記載するステップが含まれている。すなわち、
−１つまたはそれ以上のサブターゲットを、アライメントターゲット上に形成するステップと、；これによってアライメントターゲットはジオメトリデザインを有する
−アライメントシステムを１つまたはそれ以上のサブターゲットの全てに対してアライメントするステップと：
−プロセスをキャラクタライズするためと、アライメントシステムのアライメント量を計算するためのアルゴリズムを用いるステップを含んでいる。

具体的には本発明は、幾何学的デザインで櫛形構造を有する左方部分と右方部分とを含んだアライメントターゲットに関しており、このアライメントターゲットは、ウエハ基板上の処理過程に対して所期のアライメントオフセットを提供するような幾何学的デザインを有している。左方部分及び右方部分は、アライメントターゲットの１つ又はそれ以上のサブターゲットを含み得る。各サブターゲットは、異なる幾何学的パターンを備えた左方部分（ないし左エッジ）と、右方部分（例えば右エッジ）を有するように定めることが可能である。前記左方部分と右方部分とは、類似の若しくは異なった幾何学的密度を有し得る。

Ａ．発明の概要
本発明は、半導体デバイスの非対称性プロセスに対するモデル化、予測、補償等のためにデザインされるウエハターゲット内の幾何学的変化に用いられる技法に関している。以下では本発明が非対称性プロセスに関連して説明されているけれども、しかしながら本発明は対称性プロセスに使用することも可能である。

本発明は、異なるデザインのサブセクションからなるアライメントターゲットを含んでいる。これらのサブセクションは、化学的機械研磨ＣＭＰや析出プロセスなどを含めた非対称性プロセスに敏感に対応すべく特別にデザインされており、さらに処理エラーやアライメントターゲット内の変則性に対する補償にも対応している。本発明はアライメントターゲットのデザイン性も含んでおり、そこでは堆積における変化の測定やアライメントの補正のために、ターゲットの外側垂直ライン（又はエッジ）幅が適宜に可変である。つまり本発明は、ここでは２つの部位（例えばサイド、エッジ、セクションなど）の幅が、堆積における変化測定やアライメント補正のために適宜変更し得る。

本発明によるターゲットデザイン技法は、非対称性（例えばＣＭＰ/堆積）が多くの複雑なフォースーの結果であるという知識に基づいているが、主にラインサイズと周囲のジオメトリによってコントロールされている。ラインサイズが増大すると、非対称性の作用も同じように増大し得る。アライメントシステムの要求は、そのような非対称性プロセスと互換性のないシングル周期若しくはライン幅を強いることが可能なことである。

有利な実施例において、ライン代わりに“エッジ”を利用することにより、本発明が大きなジオメトリに関連するエラーを乗り越える。選択的な隣接構造部のセグメント化は、選択された“エッジ”の信号を増加せしめるが、非対称性プロセスの効果を選択的に調整できる。

本発明のアライメントターゲットは、異なるデザインのサブセクションからなっている。例えば、アライメントターゲットのラインエッジのジオメトリは、コーム状構造部内に形成される。この場合、コーム状ターゲットの“歯”の長さ、幅、出現頻度の調整によって、非対称性が識別でき補正が可能となる。ここで重要なのは本発明のターゲットジオメトリがコーム状構造部に限定されるものではなく、チェス盤状構造部やヘリングボーン状構造部なども可能なことである。本発明によれば、堆積における変化の測定とアライメントの補正のために、アライメントターゲットのエッジ幅が変更される。次に本発明の理解を容易にするために、半導体の製造に用いられる典型的なアライメントシステムと本発明のデザインによるアライメントターゲットを用いて本発明を図１に基づき詳細に説明する。

Ｂ．本発明に使用する典型的アライメントシステム
図１は、本発明に利用可能な半導体の製造に用いられるアライメントシステムを表わしたブロック回路図である。この図１に示されているアライメントシステムは、アライメントマーク若しくはアライメントターゲットの類似エッジ対に適合する。このアライメントシステムは、ルイス・マーコヤらによって発明されたタイトル名「二方向でのライン幅感応式ウエハターゲット検出」の米国特許第５,９６６,２１５号明細書に記載されているものであり、その全体が参考として取り入れられている。次にこのアライメントシステムを図１に基づいて簡単に説明する。

図１のアライメントシステムは、照明源１０２、レチクル１０４、光学系１０６、半導体ウエハ１０８、Ｘ−Ｙステージ１１０、ウエハアライメントマーク１１２、検出器１１４、類似エッジセレクタ１１６及び信号アナライザ１１８を含んでいる。

照明源１０２は、レチクル１０４と光学系１０６を通して半導体ウエハ１０８上に電磁放射波を投影する。半導体ウエハは、その上部に形成されている複数のウエハアライメントマーク１１２を有している。これらのウエハアライメントマーク１１２は、基本的にはギャップによって分離された凸状の部分により形成された線により構成されている。しかしながらトレンチ形状もしばしばアライメントマークに使用されており、前記凸状部分の代わりにそれらが使用されてもよい。ウエハアライメントマーク１１２は、従来方式のウエハ製造プロセスによって作成することができ、例えば格子であってもよい。

半導体ウエハ１０８は、Ｘ−Ｙステージ１１０上に配置されている。Ｘ−Ｙステージ１１０は、半導体ウエハ１０８に対する照明源１０２からの電磁放射波の走査を可能にする。この電磁波は、図示されていない予め定められた所定の照明パターンを形成すべく結像される。この所定の照明パターンは、基本的にはＸ字形であるが、ウエハアライメントマーク１１２に照射された際に検出可能な信号が得られるものであるならばその他のパターンでも構わない。所定の照明パターンは、レチクル又はマスク１０４の一部に照明源１０２からの電磁放射波を通過させて形成する。

ウエハ１０８の表面及びウエハアライメントマーク１１２により反射又は散乱された電磁放射波は、光学系１０６によって集光され、検出器１１４に供給される。この検出器１１４は、電磁放射を電気信号に変換できるものであるならばその種類を問わない。また検出器１１４は、ウエハアライメントマーク１１２の両方の側からの反射ないし散乱電磁放射波を集光するように配置させることができるし、さらに複数の検出器１１４を異なる場所に配置すべく使用してもよい。

類似エッジセレクタ１１６は、検出器１１４に接続されている。この類似エッジセレクタ１１６により、ウエハアライメントマーク１１２の類似エッジの対または組が選択される。類似エッジセレクタ１１６により選択された類似エッジを表わす信号が信号アナライザ１１８により分析される。この信号アナライザ１１８は、公知の信号分析技法を用いてウエハアライメントマーク１１２の類似エッジの位置を決定する。この情報から信号アナライザ１１８は、ウエハ１０８の位置を求め、ウエハ１０８及びレチクル１０４のアライメントを判断する。それに応じてＸ−Ｙステージ１１０を動かすことによりアライメントの達成若しくは維持がなされる。

前述したように、本発明は非対称性プロセスに対するモデル化、推測、および/または補償のためのウエハターゲットデザインにおけるジオメトリ変化に用いられる技法に関するものである。本発明は、異なったデザインのサブセクションを備えたアライメントターゲットを含む。そしてこれらのサブセクションは、非対称性プロセスに感応したり、プロセスエラーあるいはアライメントターゲット内の変則性を識別すべく特有のデザインを施されている。有利な実施例によれば、本発明は次のようなアライメントターゲットのデザイン化も含んでいる。すなわち、堆積中の変化を測定したりアライメントを補正するために、ターゲットの外側垂線（またはエッジ）の幅が変更されるようなデザイン化である。

Ｃ．アライメントターゲットの異なるデザインのサブセクション
本発明のジオメトリ変更技術には、異なるデザインのサブセクションからなるアライメントターゲットが含まれている。本発明によるターゲットジオメトリは、ここでは櫛形構造で表わされている。しかしながら本発明のターゲットジオメトリは、櫛形構造に限定されるのではなく、従って図面での描写に櫛形構造が用いられているのは本発明の限定を意味するものではない。あくまでも例示としての本発明の櫛形構造部（アライメントターゲットの１つのエッジとして表わされている）は、図２に示されている。

図２には、半導体基板でのエッチング処理による櫛形構造部若しくはコーム形状部２０２〜２０６が示されている。図２に示されているように、これらのコーム形状部２０２〜２０６の歯の出現頻度（歯数）は、コーム形状部２０２からコーム形状部２０６へ図面でみて左から右へ移るに従って減っている。したがって、左から右にいくに従ってコーム形状部２０２から２０６の歯の出現頻度が減っていくのに伴って、表面領域の量は、左方から右方へむけてコーム形状部２０２からコーム形状部２０６へ移動するごとに増加している。表面領域が減れば減るほど輪郭の出現頻度は増加する。従って櫛形構造部２０２では、櫛形構造部２０４や２０６よりも多くの輪郭が存在する。

前述したように、コーム形状部の歯の出現頻度が左方から右方に向けて減少しているのに伴って、表面領域の量は、左方から右方へ向けて増加している。表面領域が減れば減るほど輪郭の出現頻度は増える。輪郭の存在の増加は、ひずみや変形の増加も伴い、従って形成される信号の減少につながる。このことは図３に表わされている。より多くの信号を生成する能力は、リーディングフルバックオブコームエッジ（若しくはリーディングエッジ“Ａ”）３０４の近傍で第２の平行エッジ（若しくはトレーリングエッジ“Ｂ”）３０２に由来している。コーム形状部２０２から２０６への歯の出現頻度の減少に伴ってどのように信号が増加するかということと、信号がターゲットの異なる表面領域のためにどのようにぶれるかについては以下の明細書で図４に基づいて説明する。

図４には、信号生成（又はアライメントシステムソースからのイメージシフトの結果）と、半導体製造過程におけるシングル研磨プロセスがコーム形状部２０２〜２０６の輪郭形成にどのように係わっているかが表わされている。最も少ない表面領域を伴うコーム形状部２０２が最大の表面偏差を生じていることは図から明らかである。コーム形状部２０４では、その“櫛歯”の間隔をあけるためにコーム形状部２０２よりも少ない輪郭形成がなされている。このことは平滑な輪郭とアライメントシステム照明へのフィードバックの浅い角度を生み出す。コーム形状部２０６は研磨プロセスの影響が最も少ない。なぜならコーム形状部２０２、２０４よりも多くの表面領域を有しているからである。従ってコーム形状部２０６は、他のコーム形状部２０２、２０４よりも多くの信号を供給し、その戻されたアライメント信号は、３つのコーム形状部２０３〜２０６の中で最もずれが少ない。

前述したように図２に表わされている櫛形構造部の各例では、アライメントターゲットの１つのエッジが表わされている。本発明のターゲットは、左右方向の櫛形構造部（例えばシングルラインターゲット）（図５参照）からなっていてもよいし、Ｘ方向及び/又はＹ方向の多数のラインからなっていてもよいし（図８Ａ，図８Ｂ）、対角的なラインからなっていてもよい（図９Ａ，図９Ｂ）。図８Ａ，図８Ｂ、および図９Ａ，図９Ｂは、以下で説明する。

図５には、本発明によるシングルラインターゲットの例５０１〜５１１が示されている。ターゲット５０１〜５０５は、デザインに対称性を有しており（例えば右エッジと左エッジは互いに鏡面対称な関係にある）、非破壊的なプロセスで対称性の信号を生成する。ターゲット５０１は、そのターゲットジオメトリが最もシンプルに表わされている。このターゲット５０１と対照的にターゲット５０２は、そのターゲットジオメトリが２つの細い線で表わされている。ターゲット５０１〜５０５のデザインは、“スタンダード”と呼ばれている。なぜならそれらの左エッジと右エッジが同じジオメトリ濃度を有しているからである。

ターゲット５０６から５１１は、デザインに非対称性を有しており（すなわちそれらの右エッジと左エッジは互いに鏡面対称な関係にない）、故に非破壊的プロセスにおいて非対称性の信号を生成する。ターゲット５０６〜５１１のデザインは、“ハイブリッド”と呼ばれている。なぜならそれらはターゲットの左エッジと右エッジ上で異なるジオメトリデザインを有しているからである。

ターゲット５０６〜５０８では偏りがあり、そのためプロセスによってそれらの右エッジの方が左エッジよりも多くの影響を受ける。ターゲット５０９〜５１１でもターゲット５０６〜５０８とは逆方向の偏りがあり、そのためプロセスにより、それらの左エッジの方がそれらの右エッジよりも多くの影響を受ける。ターゲット５０１〜５０５では偏りが無く、従ってプロセスによりそれらの右エッジはそれらの左エッジと同じ影響を受ける。

図１に基づいて説明したアライメントシステムの例は前記情報をいくつかのやり方で利用できる。第１の手法では、その情報に依存してジオメトリ若しくはパターンがウエハ基板内にエッチングされ、アライメントターゲット及びアライメントターゲットの直接の周辺領域またはジオメトリがいくつかの半導体プロセスによって形成若しくはコントロールされる。第２の手法では、研磨が詳細には各ターゲット５０６〜５１１毎に異なって作用し、選択的に基板内の表面領域または緊張が許容される場所で行われる。表面領域が少なければ少ないほどターゲットのひどい縁そりがおおくなることを考慮しなければならず、それらの周辺領域は、図６とターゲット５０１〜５１１に基づいてさらに説明する。

図６には、ターゲット５０１〜５１１がウエハ基板内にエッチングされた場合の輪郭形成プロセスに対するウエハ基板の影響の受けやすさが表わされている。図６には、シンプルエッチングによるウエハ基板の輪郭形成に対する影響の受けやすさが断面図６０２で示されている。各ターゲット５０９〜５１１毎のエッチング断面は、それらの各ターゲットの真下にそれぞれ表わされている。ここで重要なことは、この断面６０２が単に近似化されたものに過ぎないということである。凡例６０４では、基板が研磨に対する抵抗を有していないことが白色で表わされており、基板が研磨に対して軽い抵抗を有していることは僅かな暗色で表わされており、基板が研磨に対して中程度の抵抗を有していることはさらなる暗色で表わされており、基板が研磨に対して最も大きい抵抗を有していることはダークグレイないし完全な暗色で表わされている。但しこれらの凡例におけるカラーコードは、あくまでも大まかな目安を表わしたものにすぎず、種々異なる櫛歯スペースないしライン幅の変化によって生じる抵抗の厳密な度合いを表わしたものではない。このプロセスの作用は繊細でもあり、研磨に対する抵抗の補償のやり方も繊細なものから大まかなものまで種々存在し得る。

ターゲット５０１〜５０５は、デザインに対称性を有しており、ターゲット５０１〜５０５の右エッジも左エッジも共に同じ抵抗を研磨に対して有している。このことは断面図６０２に表わされており、そこではターゲット５０１〜５０５毎のエッチング断面がその全体に亘って一貫したカラーを有している。

ターゲット５０６〜５０８は、デザインに非対称性を有しており、それらの右エッジはそれらの左エッジよりも密集したジオメトリを有している。ここではターゲット５０６〜５０８の右エッジは、研磨に対してそれらの左エッジよりも少ない抵抗を有している。このことは断面図６０２に表わされており、そこではターゲット５０６〜５０８毎のエッチング断面が当該各断面の右側が明るい色を有していることで表わされている。

ターゲット５０９〜５１１もデザインに非対称性を有しており、この場合はそれらの左エッジが右エッジよりも密集したジオメトリを有している。ここではターゲット５０９〜５１１の左エッジが、研磨に対してそれらの右エッジよりも少ない抵抗を有している。このことは断面図６０２に表わされており、この場合ターゲット５０９〜５１１毎のエッチング断面が当該各断面の左側が明るい色を有していることで表わされている。図７は、ターゲット５０１〜５１１上で単独の非対称性プロセス（例えば研磨プロセス）の作用を視覚化するための支援に用いられている。そこでは所定のターゲットの右エッジに向けて偏りが存在する。本発明に使用されている基本的な技術は、ターゲットデザイン内の表面領域（若しくはジオメトリ密度）に基づいたターゲットの単純な輪郭形成である。異なったジオメトリのエッジ（左右）の使用によってそれらのエッジの異なる作用を利用できる。それらのターゲットの基体に偏りをもたらすことも左側と右側で同じ作用を生じさせることも可能であり、これはデザインに基づくエッジの適所で用いられる。この技術は、所定のプロセスの多くの対称性プログラムを上回って使用され得る。重要なのは図７が本発明の構成を強調的に伝えるための本発明を表わす一例に過ぎないことである。時事のアライメントのずれ/エラーは、十分の一ミクロンから１ナノメートルまでの範囲を含む。

図７には、ターゲットアライメント信号７０４の例が含まれている。このターゲットアライメント信号７０４は、アライメントオフセットを表わしており、これらはターゲット５０１〜５１１に対する単独研磨処理の結果である。このターゲットアライメント信号７０４では、ターゲットセンターラインが実線で表わされ、信号センターラインが破線で表わされている。アライメントオフセットは、ターゲットセンターラインと信号センターラインの間の差分である。各ターゲット５０１〜５１１毎のターゲットアライメント信号は、各ターゲットの下方に示されている。重要なことは、断面プロファイル７０２およびターゲットアライメント信号７０４が近似的なものに過ぎないことであって、シングル研磨プロセス実施後のウエハ基板に実際に現れる微病な結果の全てを表わしたものではないことである。

ターゲット５０１〜５１１は、それらの各断面プロファイルとターゲットアライメント信号に関連して以下にそれぞれ論じる。

ターゲット５０１は、そのターゲットジオメトリに相応してシンプルに定義される。このターゲット５０１は図示されているターゲットの全てのうちで最も表面領域が少ないので、アライメントオフセットが最も大きく表示されている。このターゲット５０１の右エッジは、その左エッジからは異なる角度でさらなる研磨を施され、そのターゲットセンターラインから最大のアライメントオフセットを伴う信号が形成される。

ターゲット５０２は、そのターゲットジオメトリとして二本の細いラインによって定められており、図中のターゲット全ての中で最も多い表面領域を有し、従ってそのターゲットセンターラインから最小のアライメントオフセットを伴う信号が形成される。

ターゲット５０３〜５０５は、全て対称性を備えており、従ってプロセスからターゲットを守るための表面領域がジオメトリにおける間隔の増加に伴って減少することを除いて、ターゲット５０２のプロセスに類似した反応が得られる。ターゲット５０３〜５０５では、表面領域の減少で増加するアライメントオフセットのシフトが存在する。研磨は、表面領域の減少に応じて選択的に作用する。

ターゲット５０６と５０７はそれらの右側（これは問題の側若しくは研磨されやすい側である）に偏りを有しており、これがターゲットを右側に偏らせる。両ターゲット５０６、５０７のターゲットの信号センターラインとアライメントオフセット（若しくはずれ）は、それらの左エッジ上にはシングルラインターゲットのみを有していることによって支援され、それらの２つのターゲットのセンターと左方に対し適正な保護となる。この保護は両ターゲット５０６、５０７の信号センターラインの偏向傾向を防ぎさらにターゲットセンターラインからのそれも防いでいる。

ターゲット５０８は、その右側に偏りがあり、ターゲットを右側に偏らせている。このターゲット５０８は、付加的にさらに左エッジにも輪郭ジオメトリを有しており、これは結果的にターゲットセンターラインからの信号センターラインの偏向を招き、これはターゲット５０６，５０７で示したものよりも大きなアライメントオフセットを生じさせる。

ターゲット５０９〜５１１は、ターゲット５０６〜５０８を単に逆にしたものである。ここでの違いは、ターゲット５０９〜５１１のターゲットジオメトリが、ターゲット５０６〜５０８で示されたものよりも多くの処理エラーを識別すべるためにターゲットの輪郭形成がなされることである。

ターゲット５０９は、右エッジジオメトリが当該実施例におけるプロセスエラーを識別するために利用される。その左エッジのジオメトリ密度の増加（表面領域の減少）と、その右エッジ上の中程度のジオメトリ密度の所有によって、このプロセスは対称性を有し、それによってこのターゲット５０９に対してはアライメントオフセットのない信号が生成される。

ターゲット５１１は、ターゲット５０９で述べたことと基本的には同じ結果を生じるが、但し影響量は多くなる。なぜならジオメトリの密度が少ないからである。このターゲット５１１に対しては研磨プロセスが係わる影響は少なく、結果としてアライメントオフセットのない対称性の信号が得られる。

ターゲット５１０は、サンプルプロセスに対して適切な方向へ偏ったジオメトリを有してはいるが、強すぎるため結果的にアライメントオフセットは過剰補正となる。ターゲット５１０は、アライメントオフセットが結果として逆の方向にあるケースにおいてのみ利用される。このオフセットはターゲットの輪郭形成プロセスのために左寄りに現れる。

本発明によって使用される基本技術は、ターゲットデザイン中にみいだされるジオメトリ（ないし表面領域）に基づくターゲットの輪郭形成にある。異なるターゲットデザインのエッジ（左右）の利用によって、それらのエッジの作用を異ならせて利用できる。この技術は、所定のプロセス（ＣＭＰに限らない）の多くの対称性プログラムを上回って利用できる。

前述したように、本発明のターゲットは図５に示されているように、左右の櫛形構造部（例えばシングルラインターゲット）からなっていてもよいし、Ｘ方向および/またはＹ方向または対角上のサブターゲットの多数のラインからなっていてもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、本発明のターゲット例を表わしており、それらはＸ方向とＹ方向に配置されたサブターゲットの多数のシングルラインからなっている。図８Ａは、ハイブリッドサブターゲットからなり、図８Ｂは、スタンダードサブターゲットからなっている。スタンダードデザインのサブターゲットを使用することにより、比較的小さな物理的なあらゆるターゲットデザインが考慮される。ハイブリッドデザインのサブターゲットを使用すれば、少なくとも偏ったジオメトリに対する多くの絶対基準が考慮される。図９Ａ、図９Ｂは、本発明のターゲットサンプルが表わされており、それらは、対角上に配置されたターゲットの多数のシングルラインからなっている。図９Ａ、図９Ｂとも対角上に配置された多数のシングルラインターゲットからなっている。図９Ａ、図９Ｂともスタンダードサブターゲットからなる。ここで明らかなことは、本発明の技法を用いて作成され得るターゲットの無限の変更例が存在することである。例えば、有利なセグメント化によってＸ方向とＹ方向のアライメント情報を含むシングルターゲットデザインが可能である。アライメントシステムに対する所望のライン幅周期におけるセグメントの使用によって、Ｙ情報がＸターゲットから収集され得る。

Ｄ．本発明のアライメントターゲットによるエッジ検出器の利用
本発明によるターゲットデザインは、複数の点で利点をもたらす。一つは、ラインに変わる“エッジ”の利用によって、大きなジオメトリに係わるエラーを乗り越えられる。もう一つは、隣接する構造部の選択的なセグメント化によって、選択された“エッジ”の信号の１つの増加だけでなく、非対称性プロセスの作用の選択的調整が可能となる。これらの本発明の技術は、さらに図１０に基づいて以下で述べる。本発明のアライメントターゲットは、左右のエッジを別々にデザインでき、種々異なるラインタイプのライン位置を相互に依存することなく測定するのに十分である。このプロセスを定める支援は比較的容易である。図１０に示されている複数のターゲットデザインは、４５°の照明角度による処理でデザインされているが、９０°の角度照明も使用できる。ここでは、サブターゲットの全てのエッジが別々に測定可能であり、プロセスオフセットを定めるためにハイブリッドターゲットは必要ない（とはいえハイブリッドターゲットは使用から除外できない）。

本発明のターゲットと共に用いることのできる種々の技法は、いくつかの点で非対称性プロセスに係わるアライメントオフセットの低減ないし消去に作用する。そのうちの最もシンプルなのはプロセスが比較的首尾一貫しており、プロセスを補償するシングルラインターゲットデザインが識別され利用される。

その他の技術は、ターゲットの両サイドの偏りがカバーされるターゲットデザインを含んでおり、さらにジオメトリ全体の平均によってエラーを打消せる。

さらに他の技術は、基準ターゲットとしてシングルラインターゲットの利用が含まれる。差分（Deltas）は、基準ターゲットと他の左右エッジの間で測定可能であり、印刷されたレチクル上のターゲットの目下の既知の位置と比較される。隣接するターゲットの表面領域はターゲットデザインによって既知であるので、ずれの誤差はプロセスのキャラクタライズを考慮し、全体的にみてターゲット位置に作用する。

Ｅ．本発明のアライメントターゲットを伴う位相格子検出器の利用
位相格子検出器は、ターゲットの左右のエッジに別々には働かないが、本発明の既述してきたターゲットからはまだ利点がもたらされる。第１のプロセスとして適切にデザインされたターゲットはプロセス作用を補償する格子に使用できるということが知られている。この構想は、さらに図１１Ａに関連して表わされている。図１１Ａは、プロセスアライメントオフセットに対する誘導ないし補正に利用できるアライメントターゲットの例を表わしている。この図１１Ａに示されているターゲット例は、シングルグレーチングにもマルチグレーチングにも利用可能である。マルチグレーチングは、何らかの生じ得るプロセス作用の測定を基準として１つまたは複数のグレーチングを利用できる利点をもたらす。

さらに付加的に、異なるターゲットデザインを使用することによってシングルグレーチングうちの１つがプロセス作用をエラーの平均化により最小化できる。このエラーの平均化は、本発明の対称性にデザインされたターゲットの使用を介して達成される。この構想は、さらに、図１１Ｂに関連して表わされている。図１１Ｂに示されているターゲット例は、単独のオフセットよりも良好なアライメントの結果をもたらす。なぜなら本発明のターゲットは、多くのプロセスに強く、それ故エラーが最小となるからである。図１１Ｂに示されているターゲット例は、図１１Ａに関連して述べてきたようにシングルグレーチングにもマルチグレーチングにも使用可能である。

さらに、異なるターゲットを異なるグレーチングに使用することによって、ターゲットの絶対位置が測定可能となり、エッジ検出器に関連して前述してきたようなプロセス作用の確定に匹敵する。この構想はさらに、図１１Ｃに関連して表わす。図１１Ｃに示されているターゲット例は、オフセットを誘起するプロセスの誘導に用いられる。それらの１つはグレーチングポジションに基づきオフセットを測定する。既知の表面領域のターゲットの差分に基づくプロセス作用の計算によって、目下のプロセス偏差が求められる。このターゲットタイプは、相互に異なっているマルチグレーチングを要する。（図１１Ｃ中に示されている２つよりも大きい）付加的なグレーチングは、さらにプロセスをキャラクタライズし、より適切な解決を保証する。

以上のことをまとめると、ターゲットをベースにグレーチング内に多数のサブターゲットセクションを用いることにより、本発明は無限の数の可能なターゲットデザインを提供する。所定のプロセスに応じて、異なるデザインは異なる利点をもたらす。図１１Ａ−Ｃに示されているターゲット例は、あくまでも本発明を表わすために利用されているだけのものであって限定を意図したものではない。例えば、図１１Ａ−Ｃに示されているターゲット例は、フィードバック信号の異なるオーダーか若しくはフィードバック信号の多重のオーダーで拡張されるターゲットデザインをカバーするためのさらなる拡張も可能である。

Ｆ．アライメントターゲット−エッジ幅の変更
本発明は、アライメントターゲットのデザイン化を含み、ここではターゲットの外側垂直線（またはエッジ）の幅が、堆積における変化の測定とそれに応じたアライメントの補正のために変更されている。ここではターゲットジオメトリの外側垂直線の幅変更に対するデザイン化によって、非対称に生じた堆積が検出されモデル化される。ここで重要なことは、“櫛形形状部”がそれ自体でこのことを実施する可能性があることである。拡張には広範囲な値が必要とされ、その上で作用がより良好に予測される。本発明の基準となるターゲットデザインは、図１２に示されている。

図１２には、５つのサブターゲット１２０１〜１２０５からなるターゲットが示されている。図１２に示されているように、単純なエッチング処理断面１２０６は、輪郭形成プロセスに対するウエハ基板のエッチングの受けやすさを表わしている。この各サブターゲット１２０１〜１２０５毎のエッチング断面は、各々のサブターゲットの真下にそれぞれ直接表わされている。凡例１２０８は、白色が研磨に対するゼロ抵抗を表わしており、従って最も削られやすくダメージが大きい。凡例１２０８におけるその他の色は、研磨に対するスムーズな抵抗；研磨に対する何らかの抵抗；研磨に対する完全な抵抗（これが最も暗い色となる）を表わしている。この凡例１２０８におけるカラーコーディングは、あくまでも一般的な用途としての例示であって、種々の櫛歯間隔やライン幅によって達成される選択感度の精度を表わすことを意味するものではない。このプロセスの作用は微細化が可能であり、繊細な補償レベルから大まかな補償レベルまで様々なやり方が存在する。

図１２に示されているように、サブターゲット１２０１〜１２０５の櫛形形状部側のラインエッジは可変である。これらのラインエッジ若しくはトレンチのライン幅の増加によって、非対称な堆積量のなんらかの段階的なコントロールが可能となる。非対称な堆積は、大きな方向性を持っており、サブターゲットのライン幅の拡大は、非対称性の量を変化させ、それによって非対称性を表わすデータの生成とその補償が可能になる。実際には、ターゲットは、フィールド毎に印刷されて現れるデザインによって、ウエハ上の複数のポイントで位置合わせされ、それがプロセスを表わすデータの生成に用いられる。このことは、薄膜剥離技術にたよることなく、アライメントにおけるプロセスの作用を防ぐためのデータの生成に用いられる。

Ｇ．本発明の実施
図１３には、半導体デバイスの製造におけるプロセスエラーのモデル化、予測、識別を行うために本発明によるターゲットのデザイン化に用いられる実施例が表わされている。この図１３のフローチャートは、本発明の限定を意味するものではなく、あくまでも本発明の実施例を説明するためのものである。図１３のフローチャートは、ステップ１３０２で開始される。ここでは専用の“ＴＡＧ”ターゲットデザインが全てのプロセスレベルに対して用いられる。ステップ１３０４では、アライメントシステムがターゲットの全てのサブターゲットに対してアライメント（位置合わせ）を実施する。最後にステップ１３０６において、プロセスのキャラクタライズとアライメントの計算のためにプロプラエタリアルゴリズムが使用される。

本発明の実施例による半導体製造に用いられるアライメントシステムの例を示した図 本発明の実施例による半導体基板内にエッチング処理された３つの櫛形構造部ないし３つのコーム形状部を示した図 本発明の実施例によって、左から右に向かってコーム形状部の歯の割合頻度（歯数）が減り、表面領域の量は左から右に向かって増加していることを表わすための図 コーム形状部の歯の頻度としてどのように信号が増加するかと、異なるターゲット表面領域に対してどのように信号が偏向しているかを表わした図 本発明の実施例によるシングルラインのターゲットの例を表わした図 本発明の実施例によってウエハ基板内へエッチングされたターゲット例の輪郭削り過程に対するウエハ基板の感受性を表わした図 本発明の実施例によって所定のターゲットの右エッジの方向を基準にしたプロセスにおけるターゲット例の単独の非対称性プロセス（例えば研磨）の効果を現した図 Ａ及びＢは本発明の実施例によるハイブリッドサブターゲットの例を表わした図（Ｘ＋Ｙ） Ａ及びＢは斜め方向角度に配置された多数のシングルラインターゲットを有する本発明のターゲット例を表わした図 別個の左エッジと右エッジに対し種々異なるラインタイプのライン位置に依存しない測定が十分に可能となるように構成されている本発明のアライメントターゲットを表わした図 Ａは本発明の実施例によるアライメントオフセットの誘導ないし補正処理に使用できるアライメントターゲットの例、Ｂは単独オフセットよりも良好な結果に結び付くアライメントターゲットの例、Ｃは誘起されたオフセットの誘導処理に作用するアライメントターゲットの例を表わした図 可変の表面含量との結合による堆積中の変化の測定とアライメント補正のためにターゲットの外側垂直ライン（若しくはエッジ）の幅が変更されるようにアライメントターゲットが構成されている本発明の一技法を表わした図 本発明の実施例による本発明のターゲットデザインに使用されるサンプルオペレーションをフローチャートで表わした図

符号の説明

１０２ 照明源
１０４ レチクル
１０６ 光学系
１０８ 半導体ウエハ
１１０ Ｘ−Ｙステージ
１１２ ウエハアライメントマーク
１１４ 検出器
１１６ 類似エッジセレクタ
１１８ 信号アナライザ

Claims (35)

1. ウエハ基板上のプロセスに対する所期のアライメントオフセットを提供するために構成されているアライメントターゲットを使用するための方法において、
   １つまたは複数のサブターゲットをアライメントターゲット上に形成することによってアライメントターゲットにジオメトリデザインを持たせ、
   アライメントシステムにより１つまたは複数のサブターゲットの全てに関してアライメントを実施し、
   プロセスのキャラクタライズとアライメントシステムのアライメントの計算のためのアルゴリズムを使用するステップとを有していることを特徴とする方法。
2. 前記プロセスは非対称性である、請求項１記載の方法。
3. 非対称性のプロセスは、化学的機械研磨プロセス（ＣＭＰ）である、請求項２記載の方法。
4. 非対称性のプロセスは、堆積プロセスである、請求項２記載の方法。
5. 前記プロセスは、対称性である、請求項１記載の方法。
6. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、櫛形構造を伴う左エッジと櫛形構造を伴う右エッジからなっており、前記左エッジと右エッジはジオメトリ密度を有している、請求項１記載の方法。
7. 前記左エッジのジオメトリ密度と前記右エッジのジオメトリ密度は対称性である、請求項６記載の方法。
8. 前記左エッジのジオメトリ密度と前記右エッジのジオメトリ密度は非対称性である、請求項６記載の方法。
9. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインには、左エッジのジオメトリ密度の増加が含まれている、請求項６記載の方法。
10. 前記左エッジのジオメトリ密度の増加は、その櫛形構造部の歯の出現頻度の増加からなっている、請求項９記載の方法。
11. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインには、左エッジのジオメトリ密度の減少が含まれている、請求項６記載の方法。
12. 前記左エッジのジオメトリ密度の減少は、その櫛形構造部の歯の出現頻度の減少からなっている、請求項１１記載の方法。
13. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインには、右エッジのジオメトリ密度の増加が含まれている、請求項６記載の方法。
14. 前記右エッジのジオメトリ密度の増加は、その櫛形構造部の歯の出現頻度の増加からなっている、請求項１３記載の方法。
15. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインには、右エッジのジオメトリ密度の減少が含まれている、請求項６記載の方法。
16. 前記右エッジのジオメトリ密度の減少は、その櫛形構造部の歯の出現頻度の減少からなっている、請求項１５記載の方法。
17. アライメントターゲットのジオメトリデザインは、２以上のサブターゲットからなっており、この場合各サブターゲットは、櫛形構造を伴う左エッジと櫛形構造を伴う右エッジを有するように定められており、前記左エッジと右エッジはジオメトリ密度を有している、請求項１記載の方法。
18. １以上のサブターゲットは、左エッジジオメトリ密度と右エッジジオメトリ密度を有し、それらは対称性である、請求項１７記載の方法。
19. １以上のサブターゲットは、左エッジジオメトリ密度と右エッジジオメトリ密度を有し、それらは非対称性である、請求項１７記載の方法。
20. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの左エッジの櫛形構造部の歯の出現頻度の増加によるジオメトリ密度の増加を含んでいる、請求項１７記載の方法。
21. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの左エッジの櫛形構造部の歯の出現頻度の減少によるジオメトリ密度の減少を含んでいる、請求項１７記載の方法。
22. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの右エッジの櫛形構造部の歯の出現頻度の増加によるジオメトリ密度の増加を含んでいる、請求項１７記載の方法。
23. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの右エッジの櫛形構造部の歯の出現頻度の減少によるジオメトリ密度の減少を含んでいる、請求項１７記載の方法。
24. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの１以上の右エッジの幅の変更を含んでいる、請求項１７記載の方法。
25. アライメントターゲットのためのジオメトリデザインは、１以上のサブターゲットの１以上の左エッジの幅の変更を含んでいる、請求項１７記載の方法。
26. ジオメトリデザインと櫛形構造部を有している左方部分と、
    ジオメトリデザインと櫛形構造部を有している右方部分からなり、
    ウエハ基板上の非対称性プロセスに対する所期のアライメントオフセットを提供するジオメトリデザインを有するように構成されていることを特徴とする、アライメントターゲット。
27. 前記左方部分と右方部分は、左方エッジと右方エッジである、請求項２６記載のアライメントターゲット。
28. 前記左方部分と右方部分は、左側方部と右側方部である、請求項２６記載のアライメントターゲット。
29. 前記左方部分と右方部分は、１つ以上のサブターゲットの各々において形成されている、請求項２６記載のアライメントターゲット。
30. １以上のサブターゲットは、左エッジジオメトリ密度と右エッジジオメトリ密度を有しており、それらは対称性である、請求項２９記載のアライメントターゲット。
31. １以上のサブターゲットは、左エッジジオメトリ密度と右エッジジオメトリ密度を有しており、それらは非対称性である、請求項２９記載のアライメントターゲット。
32. 前記プロセスは、非対称性である、請求項２６記載のアライメントターゲット。
33. 前記非対称性のプロセスは、化学的機械研磨プロセス（ＣＭＰ）である、請求項２６記載のアライメントターゲット。
34. 前記非対称性のプロセスは、堆積プロセスである、請求項２６記載のアライメントターゲット。
35. 前記プロセスは対称性である、請求項２６記載のアライメントターゲット。

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