JP2015039007A - オーバレイ測定におけるマイクロターゲットの設計と使用のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体のオーバーレイ測定に用い、より信頼性が高く、より正確に検査ができるマイクロターゲットの設計とその使用方法を提供する。【解決手段】半導体の製造方法および装置に関し、ターゲット３００の第一層３１０は、第一方向に伸びる一個以上の線または溝が形成されている。第二層３２０は、第一構成と直交する第二方向に伸びる一個以上の線または溝が形成されており、この結果、第一方向へのターゲット構成の投影は第二方向から独立であり、第二方向へのターゲット構成の投影は第一方向から独立である。【選択図】図２

Description

この発明は、半導体測定と検査の分野に関し、詳しくは測定及び／または検査用のターゲットの供給及び使用の技術に関する。

一般に、半導体の製造産業には、層状に下地層の上にパターンとして形成されたシリコンのような半導体材料を使用した集積回路を製造するための極めて複雑な技術が伴うものである。回路集積のスケールが大きいことと半導体装置が小さくなっている理由により、装置は最終的使用者や顧客に出荷されるに先立って欠陥なしでなくてはならない。

ウエファの上でのオーバレイ（ＯＶＬ）と整列誤差の測定は集積回路や装置の製造に使用される最も決定的な工程制御技術の一つである。オーバレイの精度は一般に第一のパターン層がその上か下に配置された第二のパターン層に対して如何に正確に整列しているのかの決定に関係するものである。整列の誤差は 第一のパターン層がそれと同じ層に配置された第二のパターン層に対して如何に正確に整列しているのかの決定に関係するものである。ここに於いて、オーバレイと整列とは互換性を持つ用語とする。現在、オーバレイと整列の測定には、ウエファの層と共に印刷されたテストパターンが使用されている。これらテストパターンの画像は撮像ツールによって得られ、この得られた画像から解析アルゴリズムを使用してパターン間の相対ズレが計算される。

オーバレイターゲットが３ｍｍ以下のように小さくなると、近接効果が生じる。例として、より小さいターゲットの場合には非対称がオーバレイの関数であるのに対し、ボクスインボクス（ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ）のような従来のターゲットの上で測定される対称パラメータはオーバレイに独立のものである。留意すべきことは、小さいターゲットでのオーバレイと測定された対称パラメータの間の相関は低いオーバレイの値の場合極めて弱いことである。従って、より低いオーバレイ値のオーバレイに測定された対称パラメータを相関させることは不可能となる。ＹＩ−ｓｈａ Ｋｕ， Ｃｈｉ−Ｈｏｎｇ Ｔｕｎｇ ａｎｄ Ｓｍｉｔｈ， Ｎａｇｅｌ Ｐ著の ”Ｉｎ-ｃｈｉｐ ｏｖｅｒｌａｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｉｇｈｔ−ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｏｏｌｓ” （Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ， ２００５） に於いて、著者らは、ターゲット内で測定された対称パラメータとターゲットの実際のオーバレイ誤差とのより強力な相関を得るために、各ターゲットに所定のオフセットを誘導することを提案した。この技術には、測定された対称パラメータとオーバレイ間の関係を作るためのモデルが必要である。この技術での問題点は、ｘ方向のオーバレイを決定する目盛校正（キャリブレーション）がｙ方向のオーバレイを決定する目盛校正と無関係でないと言うことである。従って、二次元空間におけるターゲット用として、複雑で時間のかかる目盛校正工程が必要となる。
従って、ｘｙ両方向での複雑なモデリング工程を必要とせず、測定された対称パラメータをオーバレイに相関させて、そのようなターゲットのためのオーバレイを決定出来るようなオーバレイターゲットを設計するための改良された技術が必要である。オーバレイの為の相関された測定された対称の為の簡素化された目盛校正技術も有用であろう。

米国特許出願公開第２００３／０２０６２９８号

一般的に言って、本発明はオーバレイ測定に於いてｘｙ方向のオーバレイズレの間にカプリング的関係のない「マイクロターゲット」として使用されるターゲットの設計方法を提供するものである。この無関係化により、マイクロターゲットは容易にオーバレイと相関される対称パラメータを測定するように撮像されるし、叉、測定の最中でさえ、オーバレイ測定用の目盛校正曲線を生成することが出来る。マイクロターゲットは容易に半導体ダイの活性領域内に組み込むことが出来、特定のテスト用領域とかスクライブ線の内部に設置された従来のターゲットと比較してより信頼性高く、より正確に、欠陥が存在するか否か、工程が仕様から外れていないかなど検査することが出来る。最も簡単な実施例に於いて、マイクロターゲットは第一層構成がある方向に伸び、第二層構成が典型的にはそれと直行する別方向に伸びると言った二つの連続した工程層に属する交差する特性によって構成される。十字架形ターゲットがこのような交差する構成のターゲットである。第一方向（例えばｘ軸の方向）への像投影が第一方向へのＯＶＬ測定（ｘ−ＯＶＬ測定）として使用され、第二方向（例えばｙ軸の方向）への像投影が第二方向へのＯＶＬ測定（ｙ−ＯＶＬ測定）として使用される。

一般的に、交差構成のターゲットを使用すると、場合によっては互いに交差する単なる矩形でもよい二つの連続層であるダミーフィル（ｄｕｍｍｙ ｆｉｌｌ）構成とか、他の場合によっては半導体ウエファの実際の装置構成も使用可能となる。二枚の連続工程層での交差特徴とは実際の装置構成にあっては多重工程に於いて起こる。連続した工程層の典型的なレイアウトは、単なる直角の十字架形構成である。このような構成は、半導体ウエファの大部分に於いて現れる基礎的特徴を形成する。（ｉ）ＣＭＯＳ技術を使用したトランジスタを形成する活性領域に重ねた基本的十字架形のゲート、及び（ｉｉ）直行方向な導電線を典型的に形成する二枚の連続的な金属層とはかような構成の二例である。

一般的に、本発明は更にモデル生成とオーバレイ測定に関して３種類のアプローチを提供するものである。第一のアプローチによれば、既定のオーバレイ値を持ったマイクロターゲットのアレイをウエファ上の既定の箇所に印刷しておく。アレイの各ターゲットのためターゲット非対称パラメータを計算し、曲線の対称中心にオーバレイ値のゼロを設定して目盛校正曲線を決定する。かく得られた目盛校正曲線は、ウエファの活性領域またはその他の適当な領域内に置かれた一個のマイクロターゲットのオーバレイ測定に参照用として使用される。

第二のアプローチでは、既定のオーバレイ値を持ったマイクロターゲットのアレイを活性領域に、例えば不活性のダミー構成として印刷しておく。ターゲットはオーバレイシフトされ、印刷された各ターゲットについて対称のパラメータが測定される。オーバレイ曲線の対称性により、これでオーバレイシフトは決定可能となる。

第三のアプローチは、光学ＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）測定で使用されるアプローチと同様なモデリングに基づいたものである。マイクロターゲットの非対称をオーバレイの関数として数値的に計算するのに、シミュレイションソフトウエアが使用可能である。シミュレイションソフトウエアへの入力はターゲットの設計（例えばＧＤＳ様式）である。シミュレイションの結果は効果的な目盛校正曲線として使用出来る。シミュレイションソフトウエアは電磁散布モジュールや工程シミュレイションモジュール（例えばリソグラフィ、エッチング、ＣＭＰシミュレイション）を含んでもよく、オーバレイターゲットの構成に影響のある物理的現象のシミュレイションを行う。この第三の目盛校正方法がオーバレイ値がゼロに近い場合に感性が十分でないならば、ＯＶＬ測定で使用されるターゲットの総てに通常な小さいオーバレイ値用に追加的に既定のオーバレイが導入されてもよい。この追加的ＯＶＬシフトは既知なので、これはオーバレイ測定後に減算され、これにより対称中心から目盛校正曲線に沿って離れた点に対応する小さいオーバレイ値となり、向上した感性となる。

実際の装置構成をオーバレイターゲットとして使用して目盛校正曲線を生成するには、ウエファダイに於いて実際の装置構成が多様な形態や次元で現れることを考慮しなくてはならないと言うことである。従って、目盛校正曲線構成はウエファダイにもっとも広く広がり、オーバレイターゲットとして使用される交差構成に厳密に相当するように設計される。ＯＶＬ測定に適当なターゲットはレイアウトファイル（典型的にはＧＤＳ様式のファイル）のような実際の設計データファイルから引き出すことが出来る。

一般的に、本発明の一面ではオーバレイ決定用の半導体ターゲットが提供される。一本以上の線乃至溝構成が第一層で第一方向に伸び、一本以上の線乃至溝構成が第二層で第一方向と直行する第二方向に伸び、二層の構成が交差し第一方向のオーバレイが第二方向の画像対処に影響なく、叉その逆も真であるものが半導体ターゲットの例に含まれる。

以下の一個以上の特徴が好個な実施例として含まれる。ターゲットは第一層に一本の線か溝を有し、第二層に一本の線か溝を有すことが出来る。ターゲットは第一と第二の方向のそれぞれに３μｍ以下だけ伸びていてよい。ターゲットは半導体の活性領域に形成されてよい。第一及び第二層の一本以上の線構成は非活性のダミー構成でよい。第一及び第二層の一本以上の線構成は半導体ウエファ上に形成される装置の構成でもよい。

一般的に、本発明の一面では、数個のターゲット構成を含む半導体ダイを製造する技術を実施及び使用するコンピュータプログラム製品を含めて、方法と装置を提供する。第一層は第一方向に伸びる一本以上の線または溝構成を含めて形成される。第二層は第一方向に直行する第二方向伸びる一本以上の線または溝構成を含めて形成されるので、第一方向へのターゲット構成の投影は第二方向に独立であり、第二方向へのターゲット構成の投影は第一方向に独立である。

一般的に、本発明の一面では、オーバレイ測定に使用する目盛校正曲線を生成する技術を実施及び使用するコンピュータプログラム製品を含めて、方法と装置を提供する。ターゲットの第一アレイがウエファ上に印刷される。ターゲット対称パラメータ値がターゲットのアレイの各ターゲット用に計算される。個々のターゲットオーバレイ測定で参照用に使用される計算されたターゲット対称パラメータ値を含む第一目盛校正曲線が、曲線の対称中心がゼロオーバレイに対応するように生成される。

好適な実施例には以下の特徴の一個以上が含まれる。各ターゲットの第一部分はウエファの第一層に印刷され、第二部分はウエファの第二層に印刷される。ターゲットのアレイを印刷することには、既定のオーバレイ値の３個のターゲットを印刷することを含む。印刷されたターゲットは追加的にオーバレイシフトされてもよく、オーバレイ値に関しての目盛校正曲線の対称は追加的オーバレイシフトの逆サインを持った架空ターゲットの一組の対応するオーバレイ値を測定するのに使用されてもよい。目盛校正曲線の生成にはゼロオーバレイに対応する対称中心を決定するため印刷されたターゲットと架空ターゲットのオーバレイ値を使用することを含む。

印刷することには、ターゲットを第一のアレイへ任意の順序でウエファの活性領域に印刷すること、各ターゲットの対称パラメータ値を測定すること、測定した対称パラメータ値を使用してターゲットを分類することが含まれる。ターゲットの第二アレイは、十字架形のターゲットの第一アレイのピッチがターゲットの第二アレイのピッチと異なるようにウエファ上に印刷されてもよい。第二目盛校正曲線は、ターゲットの第二アレイの計算されたターゲット対称パラメータ値を含め、曲線の対称中心がゼロオーバレイに対応するように生成されてもよい。第一と第二目盛校正曲線の互いの対称中心の間の距離は測定することが出来、オーバレイ値は第一と第二目盛校正曲線の互いの対称中心の間の距離、以後のターゲット間のオーバレイオフセット内の距離の比、ターゲットアレイピッチに基づいて計算出来る。その代わりとして、第一アレイのターゲットの第一部分が第二層に印刷され、第一アレイのターゲットの第二部分に対応する第二部分が第一層に印刷されるようにターゲットの第二アレイは印刷出来る。第二アレイの印刷には、ターゲットの第一アレイのターゲットと同じオフセットの絶対値を有するターゲットの第二アレイを印刷することが含まれる。

印刷することには、第一と第二と両方のターゲットアレイを任意の順序でウエファの活性領域に印刷すること、第一と第二ターゲットアレイの各々の各ターゲットの対称パラメータ値を測定すること、測定した対称パラメータ値を使用してターゲットを第一と第二と両方のターゲットアレイの各々に分類することが含まれる。ターゲットは十字架形のターゲットであってもよく、ターゲットのアレイの各ターゲットは十字架の縦と横の棒の間に異なるオフセットを有してもよい。

この発明の実施によって、下記の利点の一つ以上が提供されるものである。ここに記載されたターゲットデザインの例を実施することにより、ｘｙ方向でのオーバレイシフトが無関係化される。この無関係化技術により、オーバレイに直ちに相関される対称パラメータを測定するために撮像されうるマイクロターゲットとしてターゲットを設計することが出来る。その結果、オーバレイ測定は即座にも生成可能である。これらのマイクロターゲットは半導体ダイの活性領域に容易に組み込み、特定のテスト用領域とかスクライブ線の内部に設置された従来のターゲットと比較してより信頼性高く、より正確に、欠陥が存在するか否か、工程が仕様から外れていないかなど検査することが出来る。ダイ自身に組み込まれた実施例のターゲットは活性領域構成をよりよく実現するものである。例えば、ターゲットはダイの特徴と同じ特徴の次元を持つことが出来、ダイの特徴と同じ欠陥や工程問題に陥りやすい。従って、ターゲットは製品の産額（例えば活性構成の産額）をより正確に予測するのに使用されてよい。

本発明の一個若しくはそれ以上の実施例の詳細が図を参照して以下記述される。それ以外の特徴とか効果は以下の記述、図示及びクレームから明白であろう。

レイアウトパターンを生成し、そのレイアウトパターンから製造されたターゲットを検査する本発明に従った工程のフローチャートである。

本発明の一実施例による設計、製造、及び測定または検査システムを示す説明図である。

本発明の一実施例による十字架形のターゲットの例を示す説明図である。

本発明の一実施例による十字架形のターゲットの二つの像の一方を示す説明図である。 本発明の一実施例による十字架形のターゲットの二つの像の他方を示す説明図である。

図３Ａの十字架ターゲット像の夫々ｘ軸とｙ軸への投影を示す説明図である。 図３Ｂの十字架ターゲット像の夫々ｘ軸とｙ軸への投影を示す説明図である。

図４Ａの投影用に決定させた非対称適合のための目盛校正曲線を示す説明図である。

本発明の一実施例による目盛校正曲線を示す説明図である。

本発明の一実施例によるターゲット構成と目盛校正曲線を示す説明図である。 本発明の一実施例によるターゲット構成と目盛校正曲線を示す説明図である。

各図において同様の符番が付されたものは、同様の要素を示している。

特定の実施例を参照して発明を詳細に説明する。発明の実施例は図に示されている。発明はこの実施例について説明されるが、発明はこの実施例に限定される意図ではない。その反対として、各種の代替、変形、相当例などは本発明の範囲に含まれるものと理解されたい。以下の記述に於いて、多くのを特定の細部事項が徹底的な理解の目的で提出される。本発明を実施するに当たっては、これらの詳細事項がすべて必要とは限らない。その他の場合には、本発明の内容を不必要な程度までに不明確にしないために、周知の手順の実施などについては、詳細な記述は省略される。

ここに記載される実施例ターゲットはスクライブライン内のように適当な箇所に設置されてよいものであるが、本発明のターゲットデザインは直ちにマイクロターゲット（例えば３μｍ以下）として活性のダイ領域にインチップ（ｉｎ−ｃｈｉｐ）として使用される。Ｃｏｈｅｎ等による「測定または検査のためのインチップマイクロターゲットを準備する装置および方法」（２００４年６月１日出願の米国特許出願第１０／８５８，８３６号）には、オーバレイマークがダイの中に挿入される種々のインチップオーバレイ測定の各種の測定技術の記載がある。

図１Ａはレイアウトパターンを生成し、そのレイアウトパターンから製造されたターゲットを検査する本発明に従った工程１００のフローチャートである。まず、典型的なダイのレイアウトパターンがステップ１０２で与えられる。ステップ１０４では、複数のターゲット構成の複数の典型的なレイアウトパターンがダイのレイアウトパターンに設置乃至組み込まれる。ステップ１０２と１０４とは同時に行われてもよく、図示と逆の順序で行われてもよい。ダイとターゲットとのパターンは、上記特許文献に詳述された規則に基づいて組み合わせられてよい。

集積回路（ＩＣ）装置とターゲット構成とは適宜な設計技術によって設計されてよい。例えばＩＣの設計者は電子設計自動化（ＥＤＡ）ツールを使用し、既存の図式のライブラリの本を使用してＩＣ装置やターゲットを形成することが出来る。場合によっては、ＩＣ設計者は従来のコンピュータ援助による設計（ＣＡＤ）ツールのような適当な設計システムによってＩＣ装置ターゲットまたはＩＣ装置またはターゲットの一部を無から製作してもよい。例えば、ＩＣ設計者は図式のＣＡＤツールを使用して特定のＩＣ装置やターゲットの論理図を計画してもよい。ＩＣ設計者はさらにＶＨＤＬのようなハードウエア設計言語を使用して、ＩＣ装置やターゲット、またはＩＣ装置やターゲットの部分の記述をしたりしてもよい。

この後、ＩＣ設計者は典型的にＩＣ回路デザインからレイアウトパターンを生成する。レイアウトパターンはＩＣ層の複数の電子工学的表現から成ってもよく、これらはその後ＩＣ装置やターゲットの複数の層の製造に使用される複数のレチクルに変換される。製造されたＩＣ装置の物理的層の各々は一個のレチクルとレイアウトパターンの関連する一個の電子工学的表現とに対応する。例えば、或る電子工学的表現がシリコン基板上の拡散パターンと、別の表現がゲート酸化物パターンと、別のがゲートポリシリコンパターンと、別のが層間誘導体と、別のが金属化層上の線パターンと、等々対応してもよい。ターゲットは一つ以上の層の組み合わせから形成されてもよい。例えば、或る特別の層がターゲット構成に予約されたり、ターゲットがダミー層から形成されてもよい。各電子工学的表現は複数の多角形とかその他の形（以後、「図形」と呼ぶ）から成り、共にレイアウトとかレチクルパターンを定義する。

レイアウトパターンはＥＤＡまたはＣＡＤツールのような適当な技術を使用して生成されてよい。例えば、ＩＣ設計者は既存のライブラリのセルを使用してもしなくても、ＩＣ装置やターゲットのレイアウトを手動で計画してよい。その一方、ＩＣ装置やターゲットを合成ツールによって自動的に無から、または図式デザインに基づいて既存のライブラリのセルを繋ぎ合せて製作してもよい。

各ターゲットレイアウトパターンの配置と識別子も位置データとしてステップ１０６で格納される。或る特異なターゲットの配置はそのターゲットの位置を特定する適当な記録方式で格納してよい。例えば、位置は直交座標とか極座標の形体でもよい。識別子は通常異なる種類のターゲットの間を区別するのに使用される。これは例えばオーバレイ、ＣＤのようなターゲットの種類を同定する英数字のテキストでもよく、ターゲット画像参照の形態でもよい。

ステップ１０８に於いて、配置データが測定または検査のツールに供給される。配置データは直接もしくはデータベースとか制御器を通じて間接に供給されてよい。即ち、配置データはＣＡＤモジュールから出力されたり、特定の検査または測定ツールに入力またはアップロードされてもよい。一方、配置データは各種の処理、検査、検討、測定ツールでアクセス可能な製造データベース内に格納されてもよい。配置データは特異な検査、検討、測定ツールで読み出しやアクセス可能な記録方式で格納されてもよい。例えば、配置データはＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の検査及び測定ツールで読み出し可能なオープンアクセス方式であってもよい。

次にステップ１１０に於いて、ダイとターゲットがレイアウトパターンに基づいて製造される。レチクルが先ずレイアウトパターンを使用して製作される。各レチクルは回路パターンデータベースの一個以上の電子工学的表現に対応する。レチクルは適宜なパターン生成機または「ＥＴＥＣ ｏｆ Ｈａｙｗａｒｄ社（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）の「ＭＥＢＥＳ” ４５００」のような市販のレチクル書き出し具によって製造出来る。

ダイとターゲットとが少なくとも部分的に製造できた後、ターゲット及び／またはレチクルはステップ１１２に於いて配置データを使用して検査または測定されてもよい。製造の段階に於いては、適宜な検査、検討、測定のツールが使用可能である。各ツールは明視、暗視光学器のような光学システムの形体のものでよい。ツールは明視、暗視の両方のモードを使用するものでよい。明視システムの例として、カルフォルニア州サンホセ所在のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の製品２３５０，２３５１，２３６０，２３７０がある。暗視システムの例としては、同じくＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社より購買可能である「ＡＩＴ ＩＩ」「ＡＩＴ ＸＰ」「」Ｆｕｓｉｏｎ」「」Ｆｕｓｉｏｎ ＵＶ」及び「ＳＰ１ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｐｒｏ」がある。レチクルの検査には「ＫＬＡ ３０１」または「３５１」などの「Ｒｅｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ」が使用可能である。各ツールは、スキャニング、スナップショット、またはステップアンドリピートなどのタイプの電子ビームシステムの形式でもよい。電子ビームシステムの例には、同じくＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社より購買可能である「ｅＶ３００，ｅＳ２０ＸＰ」が含まれる。ツールはサンプル上の大きな面積におけるマクロ欠陥とか、ベア基板上の欠陥とか半田バンプ内の欠陥（例えばボールグリッドアレイバンプ）のような特種な欠陥を検出する用に設計されてもよい。各ツールは叉孤立したものであっても、プロセス用ツールに組み込まれたものであってもよい。

図１Ｂは本発明の一実施例による設計、製造、及び測定または検査システム１５０の表示である。図示のように、ダイとターゲットのデザイン１５３がＣＡＤモジュール１５４に入力される。このＣＡＤモジュール１５４は標準的なレイアウトパターンを含む一個以上のデータベースにもアクセスするものでよい。図示の実施例に於いて、標準デザインセルライブラリ１８０はダイの活性領域内の特徴のレイアウトパターンを含み、標準ターゲットライブラリ１８２は多くの異なる標準ターゲットレイアウトパターンを含む。

ＣＡＤモジュール１５４は通常自動的または設計技師の入力によってレイアウトパターンを生成するように構成されている。ＩＣ製品の設計に好適な数個のＣＡＤ製品が、カルフォルニア州サンホセ所在のＣａｄｅｎｃｅ社やオレゴン州ワトソンヴィラ所在のＭｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ社から提供されている。レイアウトパターン１５６はここでデザインルールチェック（ＤＲＣ）モジュール１５８によりチェックされる。ＤＲＣモジュールは一般にレイアウト１５６が或る制約条件に従うものであるか決定するように構成されている。レイアウトパターンがＤＲＣに従わない場合のレイアウト１５６変更のためのフィードバック通路１６０がＣＡＤモジュール１５４に供給されている。例えば、ＤＲＣモジュールは設計のルールに順応するように変更される数個の不順応のレイアウト領域を指摘してもよい。図示のように、ＣＡＤモジュールとＤＲＣモジュールとは同じコンピュータシステム１５２に含まれている。ＣＡＤモジュールとＤＲＣモジュールとがハードウエアとソフトウエアの如何なる適宜な組み合わせで実施されてもよいことは勿論である。

レイアウトパターンがＤＲＣモジュール１５８によってデザインルールに順応するものと決定された後、レイアウトパターン１６２はラディカル生成機によって読み出し可能の形体でレチクル生成機に渡される。レイアウトは例えばＧＤＳＩＩ様式であってもよい。ここでレチクル生成機はレイアウトパターン１６２に基づいて複数個のレチクルを形成する。ここでこれらのレチクルは一個以上のプロセスツール１６６によって少なくとも一個以上のダイと集積ターゲットとを製造するのに使用される。これらの集積されたダイやターゲットはターゲットが検査または測定されるように、一個以上の検査または測定ツール１６８に供給されてもよい。レチクルターゲット１６５も検査または測定されてよいこと勿論である。ターゲットから得られた検査と測定の結果はダイ内部の活性領域を代表するものである。

各ターゲット用の配置データも、ツールでターゲットが見出されるように、検査また測定ツール１６８に供給される。一実施例に於いて、配置データは検査または測定ツール１６８からアクセス可能な製造データベース１７０に保持される。別例として、配置データは検査または測定ツール１６８に直接供給または転送されてもよい。

ターゲットレイアウトパターンをダイレイアウトパターンに挿入するためのステップ１０４は既に上記特許出願に詳細に記述されてあるので、ここでは繰り返さない。通常、ターゲットは或る種類のターゲットルールに従ってダイに入れられるものである。ターゲットは測定または検査可能な層に設置されるべきものとの要求が、これらのターゲットルールに含まれるのが望ましい。例えばターゲットは光学的ツールで検査が可能であるように最上層の上または光学的に透明な層にのみ覆われているべきものとする。その他の応用例として、ターゲットは、不透明層の下側にあり、その下側にあるターゲットとの順応性が検査及び／または測定可能であることが要求されてもよい。更に、各検査、検討、測定ツールは通常はその測定または検査される構成に関しての大きさに制限がある。即ち、或る大きさ以下の構成は見えないものである。従って、ターゲットは関連のあるツールによって測定または検査され得るサイズでなくてはならない。典型的にインチップオーバレイターゲットは３ミクロンより小さいことが要求されている。

マイクロターゲットがインチップに使用されるのに当たり、オーバレイ測定方法論に関して近接効果を考慮することが望ましい。ターゲットの各部分間のオーバレイシフトはターゲットの対称性をゆがめるので、従来のアプローチによっては正確なオーバレイ測定は不可能かも知れない。例えば、強力な近接効果がある場合には、両方のボクスの線／溝が同じ方向に伸びたターゲットを設計するのは複雑となる。もし両方の層のターゲット構成を、従来例のボクスインボクスのターゲットのように、同じ方向に伸ばしたとすると、線／溝の、例えばｙ−方向の相対シフトはこの方向への画像投影によって得られる信号を変えることになる。これは更にｘ方向のオーバレイ測定に影響する。従って、かようなターゲットはｘ方向とｙ方向のオーバレイ測定間を分離するものでない。

それ故、本発明の一実施例によれば、マイクロターゲットは、第一層の構成はすべて一方向に伸び、第二層の構成はすべてそれとは異なる、直交した方向に伸びるように設計して供給される。或る実施例によれば、ターゲットは活性領域の比較的小さいオープンな面積に収まるように設計される。その目的からして、マイクロターゲットの最も簡単な形体として、第一層には只一本の線／溝構成、第二層にも只一本の線／溝構成が含まれ、異なる線／溝構成は異なる方向に伸びるものとする。より複雑なマイクロターゲットの例としては、二層の夫々に複数（例えば二本）の線／溝構成を含む。また、数々のマイクロターゲットの実施例として、構成は第一層と第二層にある三次元の構成であり、第一層は第二層からｚ方向にずれており、第一層の構成は第二層の構成の上側にある。例えば、ここに言及された各層の線構成は、実際には互いに直交し重なり合った三次元のブロック構成なのである。最も簡単なターゲットのタイプとしては、図２に示された十字架形のターゲット（３００）があり、ここで第一層構成（３１０）はｙ−方向に伸び、第二層構成（３２０）はｘ方向に伸びている。一般的に（必然的ではない）、ｘ方向のＯＶＬを決定するのにターゲット画像のｘ軸への投影が使用され、ｙ方向へのオーバレイ決定にｙ軸への画像投影が使用される。更に以下に於いて記述されるように、ｘ方向のオーバレイはｙ−方向の非対称の変化やその方向に伸びる構成のオーバレイによって影響を受けず、叉その逆も真である。

図３Ａと図３Ｂとは十字架形のターゲット（３００）の二つのシミュレイト像である。図３Ａでは十字架形のターゲット（３００）は対称形である。即ち、図３Ａの構成はオーバレイがゼロである。図３Ｂでは、十字架形のターゲット（３１０）の縦棒は横棒（３２０）からｘ方向に−２００ｎｍだけ移動されている。図３Ａと図３Ｂとの十字架形のターゲットの画像をｘ軸とｙ軸に投影すると、それぞれ図４Ａと図４Ｂとに示される曲線となる。図４Ａに見られる如く、ｘ軸に投影された場合、ｘ方向へのオーバレイシフトによる非対称（即ち図３Ｂ）によって、ゼロのオーバレイの曲線（即ち図３Ａ）とは異なる曲線が起因される。しかし、この非対称は、夫々図３Ａと図４Ｂでの二つの画像のｙ軸への投影である図４Ｂでは見られない。それ故、発明の実施例によるターゲットデザインがｘ方向とｙ方向それぞれのオーバレイシフト間の要求された分離を提供するものであることは明白である。

ターゲットの非対称に基づくオーバレイ測定のアプローチには、ターゲットの対称の特徴をオーバレイの値に変換させ得るモデルが要求される。即ち、非対称の度合が数値化されなくてはならない。発明の一実施例では、既知のオフセットを持つ複数の信号（例えば図３Ａと図３Ｂのマイクロターゲット）とそれを裏返したものとの間の最大正規化相関の値がオーバレイ値に変換される。このように定義されたターゲット対称性のオーバレイへの依存関係は図５に示されている。このパラメータはオーバレイシフトの増減のない関数なので、目盛校正処理に適当である。最大の相関値はオーバレイシフトの正負記号に依存しないので、オーバレイシフトの正負記号は目盛校正曲線に付加されるべきであることに留意を要する。

発明の一実施例として、モデル製作法とオーバレイ測定について二つのアプローチを提供する。第一のアプローチでは、スクライブ線のような既定のオーバレイ値を持ったオーバレイの印をウエファ上の所定の位置に印刷しておく。これらのオーバレイの印は、上記の如く、ｙ方向の非対称からｘ方向の非対称を分離するように設計されるものである。この種の印を使用すると、印の数を最小化することが出来る。一実施例では、アレイに例えばオフセットステップ１０ｎｍのターゲットを２０含み、±１００ｎｍのＯＶＬ領域をカバーする。その次に、アレイの各ターゲットについて、ターゲット非対称パラメータが計算される。ゼロオーバレイ値が曲線の対称中心に対応するように設定して目盛校正曲線が決定される。得られた目盛校正曲線は、ウエファの活性領域またはその他適当な区域内に設置された一個のマイクロターゲットのオーバレイ測定での参照用に使用出来る。

第二の一般的なアプローチには、既定のオーバレイ値を持つターゲットのアレイを活性領域の中に、例えば非活性のダミー構成のセットとして印刷することが含まれる。これは数種の方法で行うことが出来る。一実施例によれば、図５に見られる大きなオーバレイ値の場合の目盛校正曲線の準線的性格が使用される。例えば、−１７５，１５０，２００ｎｍの既定のオーバレイ値を持つ三つのターゲットがウエファ上に印刷される。オーバレイシフトされた後、これらの実際のオーバレイ値は夫々−１７５＋オーバレイ、１５０＋オーバレイ、２００＋オーバレイとなる。目盛校正曲線はオーバレイ値に関して対称であるから、実際のオーバレイ値は図６も示される如く、１７５−オーバレイ、１５０＋オーバレイ、２００＋オーバレイであると対等である。これら印刷されたターゲットの各々について対称のパラメータを測定することにより、オーバレイシフトを求めることが出来る。

別の実施例によれば、ターゲットのアレイを並べるにあたり、各ターゲットは後続のターゲットの方が”オーバレイステップ（ΔＰ）”と言及される或る所定値だけ先行のものより大きい既定のオーバレイ値を持つようにする。殊に或る距離（またはピッチ）Ｐを上方層校正に、別の距離Ｐ＋ΔＰを最下層構成に使用してターゲットアレイを設計することが出来る。ゼロオーバレイになるターゲットのアレイ中の位置と、目盛校正曲線が極大値となるターゲットのアレイの中の位置との間の距離（Ｄ）を測定することで、オーバレイ値を計算するに必要な生データが得られる。次に図７Ａと図７Ｂとを参照して、オーバレイを決定する方法を詳述するが、これらの図は二本のターゲットアレイを使用する実施例のものである。留意すべきことながら、アレイのどの部分が視野の内部に入っているか不明なので、一方のターゲットに対応した既定のオーバレイ値の特定コードがないといけない。かような特定コードの一例は後続のターゲット間の距離である。ターゲットの中心位置の測定精度はナノメートル程度のものなので、例えばゼロオーバレイターゲットとアレイ内の次のターゲットとの距離では５０−１００ｎｍ位の相違が典型的にターゲット特定に十分である。

図７Ａに見られる如く、一実施例としてターゲットアレイが二本ある。第一のアレイは上記のように構成される一方、第二のアレイではアレイ内の後続のターゲット間の距離は同じくΔＰであるが負の値であり、即ち図の中央から遠方へ動く時、鉛直の棒は水平の棒と逆の方向に動くのである。図７Ａでの二本のターゲットアレイはオフセットを除き、ゼロオーバレイシフトを示すものである。

その一方、図７Ｂは一実施例として負のオーバレイシフトを持つ二本のターゲットアレイの場合である。図７Ａの場合と同様、第一アレイは上記のように構成される一方、第二アレイ内の後続のターゲットの間の距離は同じΔＰであるが負の値であり、即ち図の中央から遠方へ動く時、鉛直の棒は水平の棒と逆の方向に動く。しかし、この場合、非対称曲線である２本の目盛校正曲線の対称中心はＤの距離だけずれており、即ち、負のオーバレイシフトのあることが分かる。オーバレイ値は二つのアレイの対称中心間の距離の半分にΔＰとターゲットアレイピッチＰとの比を掛けたものの半分、即ち、
オーバレイ＝（Ｄ／２）＊（ΔＰ／Ｐ）
である。このアプローチの主な利点は、ターゲットの特定が必要でないことであり、このことは、ツールの行動について大進歩である。ターゲットアレイを線アレイとしてグラフ表示することが不必要であることに留意される。例によっては、ターゲットは異なる順に置かれてもよく、任意のＦＯＶでもよい。これらターゲットの解析の為にはこれらは個々のターゲットの非対称パラメータの値とＯＶＬの記号とに従って順に並べられなくてはならない。ＯＶＬオフセットのステップの記号が異なる二本のアレイの間の区別をする為には、アレイの中の一本の為の総ての既定のＯＶＬオフセットの値が例えばＯＶＬオフセットステップの半分だけシフトされることが可能である。その代わりの手段として、第二のアレイを最上と最下の層に対して鉛直と水平の棒／溝を逆に対応させて印刷してもよい。

上記目盛校正技法により、如何なる適宜な対称及び非対称パラメータでも目盛校正ターゲット上で測定することが出来る。非対称な撮像された特徴と最大の対称ターゲット画像から得られた中心点との間の距離が非対称パラメータの例の一つである。例えば、最も対称的な画像信号の中心点が決定されると、次に最も対称的な画像信号と中心点とが別の非対称的な画像信号とオーバレイされ、中心点と特定の非対称的な特徴との間の距離が測定される。

上記の総ての実施例に於いて、両方向のオーバレイ決定に同じ目盛校正ターゲットが使用出来ることに留意されるべきである。即ち、ｘ方向へのオーバレイ決定に使用されるｘ軸への画像の投影は、ｙ方向へのオーバレイ決定に使用されるｙ軸への画像の投影に影響を与えず、叉その逆も真である。上記のオーバレイ決定と目盛校正方法を実施するためには、マイクロターゲットの設計はどの方向へ画像を到底して得られた信号でも、同じ方向へのオーバレイシフトから独立であることを確保するものでなくてはならない。そうでないと、ｘ方向とｙ方向での目盛校正行程に一本乃至二本のターゲットアレイが必要なのでなく、ｘとｙのオーバレイシフトの可能な組み合わせを含むマトリクス全体を必要とすることになる。ｘとｙオーバレイシフトの可能な組み合わせの全部を含むマトリクスを使用することは手軽な目盛校正工程を不可能とし、オフラインの目盛校正工程を面倒困難なものとする。

本発明の技法はソフトウエア及び／またはハードウエア例えば光学またはスキャンニング電子マイクロスコピイ（ＳＥＭ）撮像システムのあらゆる適宜な組み合わせよって実施可能である。システムの構成如何に関係なく、データ、プログラム、汎用検査処理インストラクション及び／または此処に記述された新技術を保持するように構成された一個以上のメモリまたはメモリモジュールを使用してもよい。プログラムインストラクションとは例えばオペレイティングシステム及び／または一個以上のアプリケイションの行動を制御するものであってもよい。メモリもレイアウトパターン、レイアウトの制限上の規則、ターゲットに関する規則を保持するように構成されたものでもよい。

このような情報及びプログラムインストラクションは此処に記述されたシステム／方法を実施するのに使用されるものであるから、本発明は此処に記述された種々な工程の実行のためのプログラムインストラクション、状態情報等々を含むコンピュータで読み取り可能な媒体に関するものである。コンピュータで読み取り可能な媒体の例としては、ハードディスク、フロッピイディスク、磁気テープのような磁気的媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクのような光学的媒体、フロプティカル（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ）ディスクのような光磁気学的媒体、ＲＯＭとかＲＡＭのようなプログラムインストラクションを記録したり実行したりするように特に構成されたハードウエア装置があるが、それに制限されるものではない。本発明は空気波、光学的伝達線、電線などのような適宜な媒体を通して伝搬する搬送波によって具現されることも可能である。プログラムインストラクションの例には、コンパイラによって生成されるようなマシンコードも、インタプリタを使用してコンピュータによって実施されるような高級コードを含むファイルが含まれる。

本発明の実施例は種々開示されて来たが、当業者には多くの変形が発明の範囲を出ないで可能であることは自明であろう。例えば上記のアレイが二本の例に於いて要求されることは、アレイから後続のターゲットへの距離が同じであると確認することだけである。これは、ターゲットアレイを例えばレジスト層構成がＰの周期で設置され、プロセス層構成が一つのアレイではＰ＋ΔＰの周期で、別のアレイがＰ−ΔＰの周期で設置されるようにターゲットの周期的チェインとして設計することで達成することが出来る。従って、他の実施例も発明の範囲内であると言うことである。

Claims (19)

1. 第一方向に伸びる第一層内の一個以上の線または溝構成と、
   第一構成と直交する第二方向に伸びる第二層内の一個以上の線または溝構成とから成り、
   両方の層の構成は交差し、第一方向のオーバレイは第二方向の画像対称に影響を与えず、かつ第二方向のオーバーレイは第一方向の画像対称に影響を与えないオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
2. ターゲットが第一層内の唯一本の線または溝と第二層内の唯一本の線または溝から成る請求項１に記載のオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
3. ターゲットが第一方向と第二方向の各々に沿って３μｍ以下伸びたものである請求項１または２に記載のオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
4. ターゲットが半導体領域の活性領域内に形成されたものである請求項１ないし３のいずれか記載のオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
5. 第一と第二層の一本以上の線構成が非活性ダミー構成である請求項１ないし４のいずれか記載のオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
6. 第一と第二層の一本以上の線構成が半導体ウエファ上に形成されつつある装置の構成である請求項４に記載のオーバレイ決定用の半導体ターゲット。
7. 複数のターゲット構成を含む半導体ダイを製造する方法であって、
   第一方向に伸びる一本以上の線または溝構成を含む第一層を形成するステップと、
   第一構成と直交する第二方向に伸びる一本以上の線または溝構成を含む第二層を形成するステップとから成り、
   第一方向へのターゲット構成の投影は第二方向から独立であり、第二方向へのターゲット構成の投影は第一方向から独立である方法。
8. ターゲットが第一層内の唯一本の線または溝と第二層内の唯一本の線または溝から成る請求項７に記載の方法。
9. ターゲットが第一方向と第二方向の各々に沿って３μｍ以下伸びたものである請求項７または８に記載の方法。
10. ターゲットが半導体領域の活性領域内に形成されたものである請求項７ないし９のいずれか記載の方法。
11. 第一と第二層の一本以上の線構成が非活性ダミー構成である請求項７ないし１０のいずれか記載の方法。
12. 第一と第二層の一本以上の線構成が半導体ウエファ上に形成されつつある装置の構成である請求項１０に記載の方法。
13. オーバレイ測定用の目盛校正曲線を生成する方法であって、
    ウエファ上にターゲットの第一アレイを印刷するステップと、
    アレイ内の各ターゲットについて、ターゲット非対称パラメータを計算するステップと、
    各ターゲットオーバレイ測定に参照用に使用される為の計算されたターゲット非対称パラメータ値を含む第一目盛校正曲線を生成するステップとを含み、曲線の対称中心がゼロオーバレイに対応するものである方法。
14. 各ターゲットの第一部分はウエファの第一層の中に印刷され、各ターゲットの第二部分はウエファの第二層の中に印刷される請求項１３に記載の方法。
15. ターゲットのアレイを印刷するステップは既定のオーバレイ値を持つ三個のターゲットを印刷することを含み、方法は更に印刷されたターゲットに追加的オーバレイシフトをさせるステップと、追加的オーバレイシフトと逆の符号を持つ架空的ターゲットの一組の為の対応するオーバレイ値を測定する為オーバレイ値に対する目盛校正曲線の対称を使用するステップを含み、目盛校正曲線を生成するステップは印刷されたアーゲットと架空的ターゲットのオーバレイ値を使用してゼロオーバレイに対応する対称中心を決定することを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 印刷するステップはウエファの活性領域内に任意の順序で第一アレイ内に印刷するステップを含み、方法は更に各ターゲット用に対称パラメータ値を測定するステップと、測定された対称パラメータ値を使用してターゲットを分類するステップを含む請求項１３ないし５のいずれか記載の方法。
17. 更に、ウエファ上に第二アレイを印刷し、十字架形ターゲットの第一アレイのピッチがターゲットの第二アレイのピッチとことなるようにするステップと、ターゲットの第二アレイの計算されたターゲット非対称パラメータ値を含めて第二目盛校正曲線を生成し、その曲線の対称中心がゼロオーバレイに対応するようにするステップと、第一と第二の目盛校正曲線の夫々の対称中心間の距離に基づいたオーバレイ値と、その後のターゲット間のオーバレイオフセットの差の比と、ターゲットアレイのピッチとを計算するステップとから成る請求項１３ないし１６のいずれか記載の方法。
18. 第二アレイを印刷するステップが、第一アレイのターゲットと同じオフセットの絶対値を持つが、異なる符号の第二アレイのターゲットを印刷するものである請求項１７に記載の方法。
19. ターゲットは十字架形であり、アレイの各ターゲットは十字形を形成する水平方向のバーと鉛直方向のバーとの間に異なるオフセットを持つものである請求項１３ないし１８のいずれか記載の方法。

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