JP2019526064A - 半導体製造プロセスのための計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体製造ウエハ、即ち、ウエハ上に複数のチップを製造するための製造プロセスで使用されるウエハの上に製造されたチップのパターン化層での機構(feature)の寸法を決定するための方法および装置に関する。パターン化層の製造は、リソグラフィステップとエッチングステップとを含み、パターン化層を製造するために適用されるリソグラフィマスクには、１つ以上の非対称マークが設けられる。印刷されエッチングされたマーク機構の位置は、リソグラフィパラメータおよびエッチングパラメータに対して敏感である。好ましい実施形態によれば、これらの位置の変化は、オーバーレイ（重ね合わせ）測定、即ち、他方のマークに対する一方のマークの位置の変化の測定によって測定される。得られた「擬似」オーバーレイデータは、パラメータモデルにフィッティングされ、一方、特性機構寸法はテストウエハ上で測定される。反転したモデルは、製造ウエハ上の機構寸法の決定を可能にする。２つの異なる層での該方法の適用により、２つの層の機構間のエッジ配置誤差の決定が可能になる。

Description

本発明は、半導体処理に関し、特に、半導体チップの製造中でのリソグラフィプロセス及び／又はエッチングプロセスを監視するための計測方法に関する。

半導体プロセスは、多くのリソグラフィステップおよびエッチングステップを含み、リソグラフィマスクに画定されたパターンが光源に露光され、半導体上に層ごとに構築された層スタック上に堆積されたフォトレジスト膜上にパターンの印刷が得られる。レジストの現像後、エッチングは、例えば、集積回路チップの配線工程(back end of line)スタックのレベルで金属導体パターンを実現するために、スタックの層内にパターンを複製する。現代のプロセス技術における印刷されエッチングされたパターンの機構(feature)寸法は、ナノメートルのオーダーであり、印刷／エッチングされた機構の監視は特定の計測ツールを必要とする。

複数のリソグラフィパラメータに対する機構寸法の依存性は、集中的な研究の対象であった。米国公開第２００５／０１６８７１６号は、特定のコントロールパターンの限界寸法(critical dimension)を、リソグラフィツールに適用される露出量およびフォーカスの設定値と相関させるパラメータモデルを確立することによって、リソグラフィプロセスを監視する方法を記載している。コントロールパターンの寸法の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、光学顕微鏡または他の手段によって行われる。しかしながら、ＳＥＭまたはＡＦＭによる機構寸法の決定は時間がかかり、しばしば破壊的である。また、この方法に適用されるコントロールパターンは、設計ルール互換性がない。その結果、製造されたパターンに対するエッチングパラメータの影響は考慮されない。従って、リソグラフィおよびエッチングの後にパターンを検証する、高い信頼性で非侵入的な方法を可能にする代替の方法についてニーズがある。

本発明は、添付の特許項に開示されるような方法に関する。従って、本発明は、半導体製造ウエハ、即ち、ウエハ上に複数のチップを製造するための製造プロセスで使用されるウエハの上に製造されたチップのパターン化層での機構(feature)の寸法を決定するための方法に関する。本文脈において、用語「製造ウエハ」は、本発明の方法に含まれる較正ステップで使用される「テストウエハ」とは区別される。パターン化層の製造は、リソグラフィステップとエッチングステップとを含み、パターン化層を製造するために適用されるリソグラフィマスクには、１つ以上の非対称マークが設けられ、これらは設計ルール互換性があり、即ち、これらはレジスト層に複製され、マークの微細エレメントを含む。印刷されエッチングされたマーク機構の位置は、リソグラフィパラメータおよびエッチングパラメータに対して敏感である。好ましい実施形態によれば、これらの位置の変化は、オーバーレイ（重ね合わせ）測定、即ち、他方のマークに対する一方のマークの位置の変化の測定によって測定される。特に、光学オーバーレイ測定は、高速かつ非破壊的であり、オーバーレイは本質的に差分であるため、関心のあるパターンの下に位置する層の変動からの隔離が達成できる。現在のオーバーレイ測定能力は、定常的に１オングストロームレベルの精度を示す。焦点露光マトリクス（Focus Exposure Matrix: ＦＥＭ）ウエハ上で得られる「擬似」オーバーレイデータは、エッチングパラメータの変調も含むことがあり、パラメータモデルにフィッティングされ、一方、特性機構寸法はＦＥＭ上で測定される。反転したモデルは、製造ウエハ上の機構寸法の決定を可能にする。２つの異なる層への該方法の適用により、２つの層の機構間のエッジ配置誤差の決定が可能になる。

本発明によれば、半導体ウエハ上に製造されたチップのパターン化層での機構の寸法を決定するための方法が提供され、層の製造は、リソグラフィステップとエッチングステップとを含み、
該リソグラフィステップは、
・機構のパターンを画定するリソグラフィマスクを適用することと、
・前記マスクを介してレジスト層を光源に露光して、印刷されたパターン機構を得ることと、を含み、
該方法は、
‐マスクに、リソグラフィステップ後にレジスト層での印刷されたマーク機構（即ち、各非対称マークのための印刷されたマークパターン）が得られ、エッチングステップ後にエッチングされたマーク機構が得られる１つ以上の非対称マークを含ませるステップを含み、
・印刷されたマーク機構の位置は、リソグラフィステップで適用される１つ以上のリソグラフィパラメータの設定値に依存し、
・エッチングされたマーク機構の位置は、エッチングステップで適用される１つ以上のエッチングパラメータの設定値に依存し、
さらに、
‐１つ以上のテストウエハ上で、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる「設定」値について、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の位置またはその代表値を決定するステップと、
‐リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの同じ複数の設定値について、パターン化層の１つ以上のパターン機構の寸法を決定するステップと、
‐印刷及び／又はエッチングされた非対称マーク機構の位置（即ち、前記位置を代表する値）を、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる設定値と相関させる１つ以上の第１パラメータモデルを決定するステップと、
‐測定された機構寸法を、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる値と相関させる１つ以上の第２パラメータモデルを決定するステップと、
‐１つ以上の第１パラメータモデルを反転させるステップと、を含む。

先行するステップは、該方法の較正ステップである。下記ステップは、該方法の「製造ステップ」と称してもよい。較正ステップは１回実行され、第１および第２パラメータモデルおよび反転した第１モデルが得られる。製造ステップは、１つ以上の製造ウエハ上に製造される複数のチップ上の複数の場所に適用してもよく、
‐製造ウエハ上でリソグラフィステップおよびエッチングステップを実行し、同じ印刷及び／又はエッチングされた非対称マーク機構の位置を決定するステップと、
‐反転した１つ以上の第１モデルから、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの「取得」値のセットを計算するステップと、
‐１つ以上の第２パラメータモデルに「取得」値を適用することによって、製造ウエハ上の１つ以上の特性機構の寸法を決定するステップとを含む。

印刷またはエッチングされた非対称マーク機構の位置またはその代表値は、好ましくは、非対称の方向での印刷またはエッチングされたマークパターンの重心の位置または前記重心位置を代表する位置を決定することによって決定される。重心位置を代表する値は、例えば、オフセット位置への重心の距離であり、これは、リソグラフィマスクに等しく含まれる対称または非対称のオフセットマークパターンの重心の位置でもよい。非対称の印刷またはエッチングされたマークパターンについて重心位置を代表する位置は、非対称の方向でのマークパターンの画像の強度プロファイルに基づいて決定してもよい。重心を代表する位置は、基準強度値に関して強度プロファイルを積分し、基準強度とプロファイルとの間のエリアの重心を決定することによって取得できる。

実施形態によれば、マークは、対称マークおよび非対称マークの少なくとも１つのペア、または反対向きの非対称マークの少なくとも１つのペアを含み、
該方法ステップ『１つ以上のテストウエハ上で、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる「設定」値について、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の位置またはその代表値を決定するステップ』において、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の得られたペアの位置を代表する値が決定され、
前記値は、オーバーレイ測定によって得られる、印刷及び／又はエッチングされた機構
の前記ペア間の距離の関数であり、
前記値は、「擬似オーバーレイ応答」と称される。好ましくは、前記距離は、反対向きの非対称マークのペア、または対称マークおよび非対称マークのペアの重心間の距離として決定される。擬似オーバーレイ応答は、基準値に対する距離のシフトでもよく、または距離自体でもよい。

実施形態によれば、前記オーバーレイ測定は、画像ベースのオーバーレイ（ＩＢＯ）測定である。後者の場合、オーバーレイ測定は、非対称マークの画像の重心の決定に基づいてもよく、例えば、非対称の方向にマークを横切る強度プロファイルのエッジを決定することによって得られる。

実施形態によれば、マークは、パターン化層の内部または近傍に位置する１つ以上のＩＢＯターゲットに配置され、
１つのＩＢＯターゲットは、複数の異なる非対称マーク及び／又は、異なる配向にある同じ非対称マークの複数の複製を含み、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの関数として、複数の擬似オーバーレイ応答を取得できる。実施形態によれば、前記ＩＢＯターゲットの１つ以上は、中央ポイントの周りに配置された同じマークの複製の１つ以上の十文字形状または風車(wind-mill)形状のクラスター(cluster)を含む。

実施形態によれば、前記オーバーレイ測定は、回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）測定である。実施形態によれば、マークは、パターン化層の内部または近傍に位置する１つ以上のＤＢＯターゲットに配置され、
１つのＤＢＯターゲットは、インターリーブ式(interleaved)のグレーティングのペアを含み、各グレーティングは、近接して繰り返し方法で配置された２つのマーク（Ａ，Ｂ）で形成され、
マーク（Ａ，Ｂ）の少なくとも１つは、非対称マークであり、
２つの近接するマークＡ，Ｂ間の距離は、第２グレーティングと比較して第１グレーティングにおいて異なっており、
前記距離間の差は、予め定義されている。更なる実施形態によれば、ＤＢＯターゲットが、インターリーブ式グレーティングの前記ペアの２つを含み、第１ペアは、第２ペアに対して垂直に配向している。

実施形態によれば、製造ウエハのパターン化層での追加の機構寸法は、複数の特性機構寸法の補間によって決定される。

実施形態によれば、非対称マークの少なくとも幾つかは、マーク機構を含み、これは、マークパターンの位置または位置代表値の応答のタイプを、１つ以上のリソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの変化に最適化するように寸法設定及び／又は配置され、そのため少なくとも１つの応答が、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの１つの関数として単調変化を示す。

本発明の方法の実施形態によれば、チップは、１つ以上の半導体製造ウエハ上で複数回製造され、
‐特性機構寸法の決定は、１つ以上の製造ウエハ上に製造されたチップ上で行われ、
‐前記特性機構寸法は、製造許容誤差に基づいて検証され、
‐検証結果は、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの更新値を計算するために使用され、更新値は、特性機構寸法を前記許容誤差内に維持するように構成され、
‐更新値は、１つ以上の後続チップの製造に適用される。

本発明はさらに、半導体チップの２つの個々のパターン化層の２つの機構間のエッジ配置誤差（edge placement error: ＥＰＥ）を決定する方法に関し、
‐上記方法によって第１および第２機構の寸法を決定するステップと、
‐第１層と第２層との間のオーバレイ誤差を決定するステップと、
‐第１ステップで決定された第１および第２機構の寸法を考慮して、オーバーレイ誤差に基づいてエッジ配置誤差を決定するステップと、を含む。

ＥＰＥを決定する方法の実施形態によれば、２つの層を製造するためのリソグラフィマスクは、ハイブリッドターゲットの個々の部分を含み、
第１部分は、第１マスクに設けられたマークを含み、第２部分は、第２マスクに設けられたマークを含み、
第１層と第２層の間のオーバーレイ誤差の測定値は、第１部分および第２部分から得られる印刷及び／又はエッチングされたマークの機構間で測定されたオーバーレイ値から得られる。オーバーレイ誤差は、各層での対称マークの相対的な層間(layer-to-layer)配置、または各層での対向する非対称マークの合計の間の相対的な層間配置のいずれかを用いて決定できる。

好ましい実施形態によれば、チップは、１つ以上の半導体製造ウエハ上で複数回製造され、
‐ＥＰＥの決定は、方法の較正ステップによって決定された第１および第２パラメータモデルに基づいて、１つ以上の製造ウエハ上に製造されたチップ上で行われ、
‐前記は、製造許容誤差に基づいて検証され、
‐検証結果は、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの更新値を計算するために使用され、更新値は、ＥＰＥを前記許容誤差内に維持するように構成され、
‐更新値は、１つ以上の後続チップの製造に適用される。

上述の方法のいずれかの好ましい実施形態によれば、リソグラフィパラメータは、露出量値およびデフォーカス(defocus)値であり、エッチングパラメータは、エッチングバイアスである。

該方法の好ましい実施形態によれば、リソグラフィマスクは、図４〜図１０および図１６ａのいずれかに記載された１つ以上のＩＢＯターゲット、およびこれらの任意の組合せ、ならびにマークの数、マークタイプの数、互いに対するマークの相対的な位置などの観点でその任意の自明な変形例を含む。

本発明は同様に、本発明の方法に適用可能任意のＩＢＯターゲット、特に本明細書に記載されたＩＢＯターゲットに関する。こうして本発明は、中央ポイントの周りに配置された同じマークの複製の１つ以上の十文字形状または風車形状のクラスターを含むＩＢＯターゲットに関する。本発明はさらに、図４〜図１０および図１６ａのいずれかに記載したＩＢＯターゲット、およびこれらの任意の組合せ、ならびにマークの数、マークタイプの数、互いに対するマークの相対的な位置などの観点でその任意の自明な変形例を含む。

実施形態によれば、ＩＢＯターゲットの少なくとも１つは、均一で周期的な部分が第１方向に配列した非対称マークの第１グループと、均一で周期的な部分が第１方向に対して垂直な第２方向に配列した同じ非対称マークの第２グループとを含む。

本発明は同様に、本発明の方法に適用可能ないずれかのＤＢＯターゲット、特に本明細書に記載されたＤＢＯターゲットに関する。こうして本発明は、図１１ｂ、図１１ｃおよび図１２ａ、図１２ｂに記載されたＤＢＯターゲット、ならびにマークの数、マークタイプの数、互いに対するマークの相対的な位置などの観点でその任意の自明な変形例に関する。実施形態によれば、本発明に係るＤＢＯターゲットは、インターリーブ式のグレーティングのペアを含み、各グレーティングは、近接して繰り返し方法で配置された２つのマーク（Ａ，Ｂ）で形成され、
マーク（Ａ，Ｂ）の少なくとも１つは非対称マークであり、
２つの近接するマークＡ，Ｂ間の距離は、第２グレーティングと比較して第１グレーティングにおいて異なっており、
前記距離間の差は、予め定義されている。更なる実施形態によれば、本発明に係るＤＢＯターゲットは、インターリーブ式グレーティングの前記ペアの２つを含み、第１ペアは、第２ペアに対して垂直に配向している。

本発明は同様に、半導体ウエハ上の機構のリソグラフィおよびエッチングのための装置に関し、該装置は、
●装置に適用されたリソグラフィマスクに含まれる非対称の計測マークから得られる、印刷されたマークパターンおよびエッチングされたマークパターンの位置を決定するように構成された計測ツールと、
●検証ユニット上で実行した場合、少なくとも下記ステップを実行するためのコンピュータプログラムを備えたメモリを含むコンピュータ実装の検証ユニットと、を備える。
○計測ツールを介して、複数の非対称マークにそれぞれ関連する複数の位置代表値を取得するステップ。
○位置代表値を前記パラメータにリンクさせる第１パラメータモデルに基づいて、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの値を計算するステップ。
○リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータを前記特性寸法にリンクさせる第２パラメータモデルに基づいて、ウエハ上の機構の特性寸法を計算するステップ。
○特性寸法を許容誤差と比較して評価するステップ。

検証ユニットはさらに、評価結果によって要求されるように、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの１つ以上を更新するように構成できる。計測ツールは、ＩＢＯツールまたはＤＢＯツールでもよい。検証ユニットは、プログラムが検証ユニット上で実行される場合、前記ステップを実行するためのコンピュータプログラムを備えたメモリを備えてもよい。

本発明はまた、本発明の検証ユニットに適用可能なコンピュータプログラム製品であって、プログラムが検証ユニット上で実行される場合、前記ステップを実行するように構成されたコンピュータプログラム製品に関する。

本発明の方法において使用可能な対称マークおよび非対称マークの例を示す。 図２ａおよび図２ｂは、本発明の方法において「擬似オーバーレイ」値を測定するために、対称マークおよび非対称マークのペアまたは鏡像化した非対称マークのペアをどのように使用できるかを示す。 図３ａおよび３ｂは、対称マークおよび非対称マークの重心が、画像ベースのオーバーレイ（ＩＢＯ）ツールによってどのように決定されるかを示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 本発明において適用可能なＩＢＯターゲットの種々の例を示す。 図１１ａは、オーバーレイ誤差の測定のためのＤＢＯターゲットの既知の概念を示す。図１１ｂおよび図１１ｃは、本発明の方法において適用可能な回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）ターゲットのグレーティングの構造の例を示す。 図１２ａは、疑似オーバーレイ応答を決定するように構成されたＤＢＯターゲットのレイアウトを示す。図１２ｂは、２つの直交方向の応答を得るために設計されたＤＢＯターゲットの例を示す。 擬似オーバーレイデータポイントを、２つの異なる非対称マークについての露出値およびデフォーカスの関数として示し、そしてデータポイントに基づいたパラメータモデルのベストフィット(best fit)を示す。 本発明において適用可能な櫛型計測マーク上のデューティサイクルパラメータを示す。 該方法が２つの層に適用され、２つの層での機構間のエッジ配置誤差を決定するために層間のオーバーレイが考慮される本発明の実施形態を示す。 図１６ａは、２つの異なる層にマークを有する本発明に係るＩＢＯターゲットを示す。図１６ｂは、２つの異なる層にマークを有する本発明に係るＤＢＯターゲットを示す。

本発明の好ましい実施形態によれば、パターン化層の製造のために使用されるリソグラフィマスクには、それぞれ少なくとも１つの非対称マークを含む１つ以上の計測ターゲットが設けられる。好ましくは、ターゲットは、対称マークおよび非対称マークの少なくとも１つのペア、及び／又は、反対向きの、可能ならば鏡像化した非対称マークの１つ以上のペアを含む。本文脈において、「マーク」は、計測目的のために設計された予め定めたパターンとして定義される。ターゲットが、１つ以上のマークを含み、印刷される実際のパターンを含むマスクのエリアの内部または近傍に含まれる。対称マークおよび非対称マークの典型的な例を図１に示しており、対称（図１ａ）および非対称（図１ｂ−１ｄ）の両方の櫛型のマークを示し、そして同様に対称（図１ｅ）および非対称（図１ｆ−１ｇ）のレール型のマークを示す。このタイプの非対称マークは、それ自体知られており、これらのパターンに従ってリソグラフィによって印刷された機構が、種々のリソグラフィパラメータの変調に対して敏感であるという事実も知られている。本発明は、半導体チップ製造ラインにおいてリソグラフィ印刷された機構を監視するために、そしてエッチング後に得られた機構を監視するために適用可能な方法において、この特性を適用する。このため本発明の方法に適用される対称マークおよび非対称マークは、互換性のある設計ルールであることが要求され、このことは、パターンの微細ピッチの機構、例えば、櫛型マークの微細ピッチの歯がレジスト層に転写でき、そのため微細ピッチパターンはさらに、エッチングプロセスによって下地層に転写できるように、マークは寸法設定および設計されることを意味する。非対称マークは、２次元パターンからなる層、例えば、コンタクト層またはブロック層での設計ルール互換性を維持するために、櫛またはレールを横切る方向にさらに分割できることに留意する。

本発明を説明するために本特許明細書で使用される２つのリソグラフィパラメータは、露出量値およびデフォーカス値であり、デフォーカスは、露光ツール上の予め定めたゼロデフォーカス設定からの偏差であり、例えば、単位ｎｍで表される。露出量は、露光中にマスクを経由して印加されるエネルギーとして定義され、例えば、単位ｍＪ／ｃｍ^２で表される。デフォーカスおよび露出量の両方は、リソグラフィツールで設定できる値である。これらの露出量およびデフォーカス「設定」値は、以下では「Ｅ_ｓｅｔ」および「Ｆ_ｓｅｔ」または単に「Ｅ」および「Ｆ」と称される。本明細書で使用されるエッチングパラメータはエッチングバイアスであり、これはエッチングされた画像とリソグラフィ印刷された画像との間の横方向寸法の差を参照する。エッチングバイアスＥの決定は、良好に定義されリソグラフィ印刷された機構を必要とする。エッチングバイアスの「設定」値は、本明細書では「Ｂ_ｓｅｔ」または「Ｂ」と称され、例えば、単位ｎｍで表される。エッチングバイアスは、エッチング時間、エッチング速度(rate)、電圧、チャンバ圧力などのエッチングプロセス時の制御パラメータに特定の設定を適用することによって設定できる。他のパラメータが、露出量、デフォーカスおよびエッチングバイアスの代わりに、またはそれに追加して使用できることが指摘される。

最初に本発明に適用可能な多数のマーク構成について説明する。本発明の好ましい実施形態によれば、非対称マークから得られる「印刷またはエッチングされたマーク機構の位置」は、非対称の方向（図面に示されるように細長いマークの場合は、マークの長手方向に垂直な方向）において、それぞれリソグラフィまたはエッチング後に得られるマークパターンの重心の位置として理解すべきである。重心は、マークパターン（対称または非対称のいずれか）の積分エリアの中心ラインであり、即ち、印刷またはエッチングされたマークパターンによってカバーされるエリアは、重心の左側および右側で同じである。本発明の方法の好ましい実施形態において、印刷及び／又はエッチングされた非対称マークパターンの位置は、マークパターンの重心から、リソグラフィパラメータおよびエッチングパラメータから独立し、またはそれ自体が前記パラメータの関数としてマークパターンと同様に変化する、オフセット位置までの距離によって表される。好ましい実施形態によれば、オフセット位置は、それ自体、リソグラフィマスクに含まれる対称または非対称のマークによって定義される。オフセット非対称マークは、位置が決定されつつあるマークの鏡像でもよい。そしてターゲットは、計測目的のために設計された１つ以上のマークペアを含む。

図２ａは、対称マークおよび非対称の櫛型マークのペアを含むターゲットを示す。図２ｂは、２つの鏡像化した非対称の櫛型マークのペアを含むターゲットを示す。図２ａ／図２ｂの各々において、図の上部においてマークの設計されたままの形状の図を示し、即ち、２つのマークの重心間の距離Ｓ_ｒｅｆは、マークがリソグラフィまたはエッチングによってほぼ完全に複製された場合に得られる距離であり、マークの幅ｗ、ピッチｐ、および櫛型機構の形状および寸法は、マークの設計に正確に従う。これらの「完全な」プロセス条件は、以下では公称プロセス条件とも称される。リソグラフィステップの後、図の下部に示すように、これらのマークは、レジスト層内でマークの印刷された複製、即ち、印刷されたマーク機構をもたらす。マークは、互換性のある設計ルールであるため、これらは、エッチング後に、例えば、レジストの下方にある層にトレンチの形態（「エッチングされたマーク機構」）で同様に複製される。印刷されエッチングされた複製物は、例えば、Ｅ，Ｆ，Ｂなどのプロセスパラメータに依存する。これらのパラメータが「完全な」パラメータセットとは相違する場合、複製されたマークパターンの寸法は、図２ｂに示すように、設計されたままの値とは相違する。それにもかかわらず、印刷またはエッチングされた対称マークパターンの重心の位置は、対称性の結果としてＥ，Ｆ，Ｂの変化に対して鈍感である。その非対称構造に起因して、印刷またはエッチングされた非対称マークパターンの重心の位置は、Ｅ，Ｆ，Ｂの変化の関数として、マークの長手方向に対して垂直な方向にシフトする。シフトは、図２ａと図２ｂにおいて関数δ（Ｅ，Ｆ，Ｂ）として示される。２つの鏡像化した非対称マークを使用した場合、両者間のシフトは、２δに等しい。重心間の距離Ｓは、図面において同様に示される。δおよび２δは、下記のように得られる。
δ＝Ｓ−Ｓ_ｒｅｆ 図２ａの場合
２δ＝Ｓ−Ｓ_ｒｅｆ 図２ｂの場合

本発明の方法の好ましい実施形態において、非対称マークの位置は、オーバーレイ誤差を測定するためにそれ自体先行技術で知られている計測ツールによって、即ち、異なるリソグラフィマスクによって生成され、２つの層を印刷するために適用されたマスク間のオーバーレイ誤差によって生じる２つの異なる層の間のシフトを決定するための測定によって、シフトδまたは２δを検出して測定することによって決定される。シフトは、ここでは単一層で測定しているため、測定されたシフトは、本文脈において「擬似オーバーレイ値」または「擬似オーバーレイ応答」と称され、この値は、マーク機構を印刷しエッチングするために使用されるリソグラフィパラメータおよびエッチングパラメータに対して応答する（敏感である）ためである。疑似オーバーレイ応答は、以下では文字「Ｏ」によって表される。シフトδまたは２δの代わりに、距離Ｓ自体が測定でき、「疑似オーバーレイ応答」として使用できる。擬似オーバーレイ応答は、添付の請求項の文言において、印刷及び／又はエッチングされた非対称マークパターンの「位置を表す」値である。擬似オーバーレイ応答は、画像ベースのオーバーレイ（ＩＢＯ）ツールまたは回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）ツールによって測定できる。これらのツールは、それ自体はオーバーレイ誤差の測定用に知られている。マークのレイアウトは、以下に説明するように、各々の場合で異なることになる。

本発明の方法および装置に適用可能なＩＢＯターゲットは、ＩＢＯツールの視野（ＦＯＶ）を横断して分布する、図２ａおよび図２ｂに示すようなタイプの複数のマークからなる。印刷された機構は、ＩＢＯツールによって分解可能な全体幅「ｗ」を有する。例えば、「ｗ」は５００ｎｍのオーダーである。微細な櫛構造は、ＩＢＯツールによって分解できないピッチ「ｐ」を有し、例えば、「ｐ」は１００ｎｍのオーダーである。こうしてＩＢＯツールは、図３ａおよび図３ｂに示すように、ターゲット機構の重心間の相対距離を決定でき、図３ａおよび図３ｂは、対称マークパターンおよび非対称櫛型マークパターンのＩＢＯツールによって見られるような画像を示し、そしてマークパターンに対して垂直な方向において位置の関数としての強度プロファイルを示す。微細ピッチｐがＩＢＯツールによって分解できないため、ツールは、非対称の方向にマークを横断する非対称強度プロファイルを見る。それは、所定の強度設定値Ｉ_ｓｅｔでの強度プロファイルのエッジの相対的位置、即ち、Ｘ_Ｃ＝（Ｘ_１＋Ｘ_２）／２を測定することによって、重心位置Ｘ_Ｃを近似できる。重心位置を決定するより正確な方法は、基準値Ｉ_ｒｅｆに関して強度プロファイルを積分し、即ち、Ｉ_ｒｅｆと強度プロファイルとの間の面積を計算し、プロファイルの重心、即ち、重心ラインの位置を決定することによるものであり、そのためラインの左側および右側に対して計算した面積が同じである。重心位置は画像をベースとするため、それは、図２ａおよび図２ｂに関連して上述したように、印刷またはエッチングされたマークパターンの数学的重心位置とは異なることがある。しかしながら、画像重心の測定したシフトδまたは２δは、ＩＢＯツールで測定した場合に数学的重心シフトに比例するようになる。図２ａおよび図２ｂに示すように、反対向きの非対称マークの少なくとも１つのペア、または対称マークおよび非対称マークのペアを含む計測ターゲットは、以下ではＩＢＯターゲットと称される。

図４は、印刷またはエッチングされたエリアの最小部分を占めるＩＢＯターゲットを示す。印刷されたターゲットの面積は、約２平方ミクロンでもよい。ターゲットは、同じ非対称設計の２つのマーク１，１’を含み、他方に対して１８０°回転している。マークは、図１に示す非対称型のいずれでもよい。マークの非対称性は、２つの領域に渡ってパターン密度勾配を示すために、部分２，３の異なるハッチングタイプによってシンボル的に示される。例えば、櫛型マークでは、部分２は完全な矩形であり、部分３は櫛形機構のアレイである。マークは、その長手方向（すなわち、部分２，３の異なるパターン密度の間の分割ラインの方向）に沿って並んで位置決めされる。図４ａは、設計されたままの印刷またはエッチングされたマーク（公称プロセス条件で得られる）を示し、重心間の距離はＳ_ｒｅｆである。プロセス条件が乱されて、公称条件から逸脱した場合、重心間のシフト２δが光学ＩＢＯツールによって検出できる（図４ｂ参照）。

他のタイプのＩＢＯターゲットが図５および図６に示される。これらは、風車パターン（図５）または十字パターン（図６）に配置された、互いに反対の向きの非対称マーク４／４’および５／５’の２つのペアを含む。４つのマークは、全て同じマーク設計の複製である。これにより重心シフト２δは、２つの直交する方向ｘ，ｙで測定できる。公称プロセス条件（図５ａおよび図６ａ）または乱れたプロセス条件（図５ｂおよび図６ｂ）が適用されるか否かに関わらず、４つのマークの４つの重心は、固定中心Ｏ_Ｃを備えた矩形を形成することが判る。この特性、即ち、点Ｏ_Ｃが特定の層に固定されるという事実は、プロセスに適用された２つの層の間のオーバーレイ誤差を検出するために使用できる。図５または図６のＩＢＯターゲットが、プロセス中に連続的に適用される２つのマスクにおいて同じ場所に含まれる場合、ＩＢＯツールは、２つの層の間のポイントＯ_Ｃのシフトを検出でき、これにより２つの直交方向でのオーバーレイ誤差を検出できる。図４のターゲットにおける重心間の中点（ライン）は固定ラインであり、よって一方向のオーバーレイ誤差を決定するために使用できることに留意すべきである。図５および図６のターゲットによって占められた印刷／エッチングされた表面の面積は、約４平方ミクロンでもよい。

図７ａは、公称条件下で印刷されたマーククラスタによって形成されたさらに他のＩＢＯターゲットを示す。ここでも設計は、同じ設計の非対称マークの風車クラスタであるが、今度はｘ方向およびｙ方向にそれぞれ延びるマーク６／６’および７／７’の２つのペアの各々が、２つのマーク（一方のペアについて６，６’、第２のペアについて７，７’）で形成され、これらは同じ向きを有する。その結果、プロセスが乱れた場合（図７ｂ）、重心によって形成される矩形の中心Ｏ_Ｃは、新しい位置Ｏ_Ｃ’にシフトする。シフト２δを測定するために、図７ａの風車クラスターの１８０°配向バージョンが必要になる。図８ａは、ターゲットレイアウトの右上象限および左下象限に繰り返される図７ａのクラスタ１０と、残りの２つの象限（左上および右下）における前記クラスタの１８０°回転バージョン１０’とを含むターゲット設計を示す。このターゲットは、中心ポイントＯ_Ｃ２に対する中心ポイントＯ_Ｃ１の相対移動を測定することによって、２つの方向における重心シフトを測定することを可能にする。しかしながら、４つのクラスタＯ_Ｄの中心ポイントは、公称プロセスからの攪乱に関わらず固定されたままであり、上述の方法で印刷／エッチングされた層の間の実際のオーバーレイ（重ね合わせ）測定のために使用できる。

図９は、図８と類似したターゲット設計を最終的に示すが、２つの異なるマークタイプＭ１，Ｍ２、例えば、櫛型およびレール型が適用され、それによりｘおよびｙでの２つの異なるＥ，Ｆ，Ｂ応答（実際には全部で４つの擬似オーバーレイ応答）を区別することが可能になる。中心ポイントＯ_Ｄは、オーバーレイ測定のために再び使用可能である。

図１０は、本発明の方法に適用可能なＩＢＯターゲットの更なる例を示す。図示のＩＢＯターゲットに含まれるマークは、ＩＢＯツールの視野（ＦＯＶ）内に収まる２４個のｘおよびｙ方向の十文字のマトリクス状に配置され、ＦＯＶ中心は、特有のパターン認識マーク１５によって示される。非対称マーク十文字Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４は、図１０において識別され、対称マーク十文字Ｓ１，Ｓ２も識別される。非対称マーク十文字Ａ１〜Ａ４の各々は、十文字の中心ポイントがプロセスパラメータの関数としてシフトするように配向した４つの同一のマーク（すなわち、同じマーク設計の複製）を含む（図７のように）。しかし、４つの十文字Ａ１〜Ａ４のマークは全て異なる。右上（ＵＲ）および左下（ＬＬ）のターゲット象限における非対称マークＡ１〜Ａ４の非対称性は、左上（ＵＬ）および右下（ＬＲ）ターゲット象限におけるマークの非対称性と反対であることが判る。特定の非対称設計のマークからなる４つの十文字のセット（例えば、４つの象限における４つのＡ１十文字）は、ｘおよびｙの両方で特定の（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答を定義する。ＩＢＯターゲットの利点は、１つのターゲット内で複数の（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答の同時取り込みを可能にすることである。図４の例では、対称マークＳ１，Ｓ２の２つのセットが基準として使用可能である。これは、ｘ方向およびｙ方向の両方において４つの異なる（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答（即ち、８つの疑似オーバーレイ応答）を区別するために使用できる４つの非対称マークＡ１〜Ａ４の４つのセットを置く。

ＩＢＯターゲットの代替として、回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）ターゲットが適用できる。図１１ａは、典型的には５００〜１０００ｎｍのオーダーのピッチ「Ｐ」を備えたインターレース式(interlaced)の回折グレーティング構成に光学的に別個のエレメント（Ａ，Ｂ）の配列で形成された、先行技術で知られているＤＢＯオーバーレイターゲットのレイアウトを示す。換言すると、エレメントＡからなる第１グレーティングが、エレメントＢからなる第２グレーティングとインターレース式で配置される。各周期「Ｐ」内に繰り返しエレメント（Ａ，Ｂ）がある。グレーティングエレメントＡ，Ｂは、プラスおよびマイナスの１次回折強度の間に測定可能な差ΔＩ＝Ｉ_＋１−Ｉ_−１を生じさせるために充分に異なる必要がある。この強度差は、ＤＢＯオーバーレイツールで測定される。それは、エレメントＡ，Ｂが異なるリソグラフィマスクを介して印刷される場合、オーバーレイ誤差を決定できるオーバーレイ値ＯＶＬについての尺度である。

本発明に適用可能なＤＢＯターゲットは、類似のインターレース式グレーティング構成を含むが、エレメントＡ，Ｂは同じリソグラフィマスクに含まれる。本発明の用語において、エレメントＡ，Ｂは、以下では「マーク」と称される。さらにマークＡまたはＢの少なくとも１つは、上記の意味において非対称である。図１１ｂおよび図１１ｃは、本発明に適用可能なＤＢＯターゲットのレイアウトの２つの例を示す。第１例（図１１ｂ）において、マークＡは対称であり、マークＢは非対称であり、それは微細構造自体によって誘起される回折を排除する最大ピッチｐ＜＜Ｐで配置された微細構造を含む櫛型マークであり、粗いピッチＰのグレーティングエレメントからの回折と混同したり、またはこれを損なうことがある。図１１ｃは、ＡおよびＢの両方が非対称である例を示す。ＡおよびＢは鏡像にできないが、プラスおよびマイナスの１次回折強度に測定可能な差を生じさせるのに充分に異なる寸法を有する必要がある。パターニングプロセス条件（Ｅ，Ｆ，Ｂ）が、対称グレーティングのマークＡの重心Ｃ’（図１１ｂ）に対して、または対向する非対称グレーティングのマークＡの重心Ｃ’（図１１ｃ）に対して、１つの印刷及び／又はエッチングされたグレーティングの非対称マークＢの重心Ｃの相対移動を誘起するために、少なくとも１つのグレーティングに適用されるマークは非対称である必要がある。こうした相対移動は、グレーティングからのプラスおよびマイナスの１次回折の相対強度に比例的な変化を生じさせる。こうしてＤＢＯツールは、印刷またはエッチングされたマークＡ，Ｂを含むグレーティングで形成された、ＤＢＯターゲットの印刷またはエッチングされたバージョンで該強度差を測定することによって、（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答を測定できる。

インターリーブ式グレーティング内の２つの隣接するマークＡ，Ｂの間の距離Ｓのシフトを決定するために、２つの隣接するマークＡ，Ｂの間の距離で良好に定義された差を備えた、同じマークＡ，Ｂによって形成された２つのグレーティング３０，３１を含むＤＢＯターゲットが提供される（図１２ａ参照）。周期Ｐは、両方のグレーティング３０，３１について同じである。グレーティング３０において、２つの隣接するマークＡ，Ｂの重心間の「設計したままの」距離は、０．５Ｐ＋ΔＤである。グレーティング３１において、この距離は０．５Ｐ−ΔＤである。シフトΔＤは、０．５Ｐよりもかなり小さい良好に定義された値であり、グレーティング３０，３１は、ΔＤ＝０のグレーティングの僅かにシフトしたバージョンを表す。ターゲットが印刷またはエッチングされた場合、非対称マークＢの重心位置は、図２を参照して説明したように、距離δに渡ってシフトされる。このことは、下記を意味する。
・グレーティング３０内の印刷又はエッチングされたマークパターンＡ，Ｂ間の距離は、０．５Ｐ＋ΔＤ＋δである。
・グレーティング３１内の印刷又はエッチングされたマークパターンＡ，Ｂ間の距離は、０．５Ｐ−ΔＤ＋δである。

強度差ΔＩ_１，ΔＩ_２は、ＤＢＯツールを用いて、２つのグレーティングの印刷またはエッチングされたバージョンで測定される。これらのパラメータは、回折係数κを介して、値ΔＤ＋δ，−ΔＤ＋δに比例する。
ΔＩ_１＝κ（ΔＤ＋δ）
ΔＩ_２＝κ（−ΔＤ＋δ）

これらの式からκおよびδを解くと、次のようになる。
κ＝（ΔＩ_１−ΔＩ_２）／２ΔＤ
δ＝ΔＤ（ΔＩ_１＋ΔＩ_２）／（ΔＩ_１−ΔＩ_２）

後者の式は、ΔＩ_１，ΔＩ_２の測定値に基づいて、疑似オーバーレイ応答δを決定することを可能にする。典型的なＤＢＯターゲットレイアウトを図１２に示す。ターゲットは、グレーティングの２つのペアを含む。第１のペア３５，３６は、ｘ方向の非対称マークＢの非対称の方向を備えたマークＡ，Ｂを有し、シフト＋ΔＤ，−ΔＤがマークＡ，Ｂの位置の間に印加される（即ち、図１２ａのグレーティング３０，３１と同一）。第２のペア３７，３８は、３５，３６と同じであるが、９０°回転している。従って、４つのグレーティングのセットは、ｘおよびｙ方向の１つの（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答（即ち、２つの疑似オーバーレイ応答δ、一方はｘ方向、他方はｙ方向）を測定するように設計される。従って、ＤＢＯターゲットは、ＩＢＯターゲットと比較して、複数の向きで複数の応答が必要になる場合、より大きなエリアのマスクを必要とするという不具合を有する。

そのため本発明の好ましい実施形態によれば、所定のパターンを生成するためのリソグラフィマスクは、上述のような１つ以上のＩＢＯ及び／又はＤＢＯターゲットが設けられ、各ターゲットは、１つ以上の（Ｅ，Ｆ，Ｂ）応答を疑似オーバーレイ値Ｏ_１〜Ｏ_ｎの形態で提供する。Ｏ_１…Ｏ_ｎとＥ，Ｆ，Ｂの設定値との間の関係を確立するために、較正手順が実行される。この手順は、露出量およびデフォーカスのみに関する較正に関して詳細に説明しているが、この方法は、エッチングバイアスが含まれる場合に類似する。

一例として、ｎ個の擬似オーバーレイ値Ｏ_１…Ｏ_ｎ（例えば、図１０のターゲットの場合、ｘ方向に４個、ｙ方向に４個）の合計の測定を可能にするＩＢＯターゲットが提供でき、これは露出量およびデフォーカスの設定の関数である。関数を決定するために、較正手順が、焦点露光マトリクス（ＦＥＭ）ウエハとして知られる１つ以上のテストウエハに対して実行される。こうしたテストウエハでは、連続したプリントがレジスト層に形成され、各プリントは、設定された露出量値Ｅ_ｓｅｔおよび設定されたデフォーカス値Ｆ_ｓｅｔの異なる値で形成される。例えば、デフォーカス値は、多数の一定の露出量設定について一定のステップで増分してもよく、後者は一定のステップで同様に増分される。露出量およびデフォーカスの設定の範囲は、例えば、予備シミュレーションに基づいてもよい。各プリントにおいて、Ｏ_１…Ｏ_ｎの値は、上述のようなオーバーレイ測定ツールで測定される。これにより、Ｏ_１…Ｏ_ｎが、ＥおよびＦの関数として、グラフのデータポイントとして設定できるデータセットが得られる。

これに加えて、印刷されたパターン内の多数の機構の寸法は、ＦＥＭウエハ上の各プリントにおいて同様に測定される。これらの機構は、パターン内で、好ましくはターゲットまたは複数ターゲットの近傍において選択される。チップの機能性を決定する機構が選択され、即ち、これらの機構が予め定めた製造仕様に従って生成されない場合、チップは誤動作するか、または誤動作する可能性が高い。本明細書では、これらの選択された機構は「特性機構」と称される。印刷されたパターン上の特性機構寸法の測定の代わりに、またはそれに加えて、寸法は、エッチングバイアスの所定値でパターンをエッチングした後に測定してもよい。これらの寸法は、例えば、ＳＥＭ、ＡＦＭなどの任意の適切な手法によって測定してもよい。これらの測定値のｍ個の合計は、ＥおよびＦの関数として、データＣＤ_１…ＣＤ_ｍのセットを生成する。

そして、第１パラメータモデルが、擬似オーバーレイデータＯ_１…Ｏ_ｎにフィッティングされる。換言すると、測定されたオーバーレイデータの最良近似を表す数学関数Ｏ_１＝ｆ_１（Ｅ，Ｆ）…Ｏ_ｎ＝ｆ_ｎ（Ｅ，Ｆ）が決定される。

第２パラメータモデルが、特性機構寸法にフィッティングされ、即ち、測定された機構寸法データの最良近似を表す、数学関数ＣＤ_１＝ｄ_１（Ｅ，Ｆ）…ＣＤ_ｍ＝ｄ_ｍ（Ｅ，Ｆ）が決定される。

そして第１パラメータモデルは反転される。これは、関数Ｅ_ｇｅｔ＝Ｆ（Ｏ_１，…，Ｏ_ｎ）およびＦ_ｇｅｔ＝Ｇ（Ｏ_１，…，Ｏ_ｎ）を生成する数学的演算である。露出量およびデフォーカス値は、初期に適用された「設定」値と区別するために、「Ｅ_ｇｅｔ」および「Ｆ_ｇｅｔ」とラベル付けされる。「取得」値は、特定のターゲットでのオーバーレイ測定から導出された露出量およびフォーカス値である。Ｅ_ｇｅｔおよびＦ_ｇｅｔは、モデル近似に起因して、そして、例えば、測定ノイズ、有効な露出量／フォーカスまたは露出量／フォーカス設定での誤差にマップするＦＥＭウエハのプロセス変動などの他の要因に起因して、設定値とは異なることがある。

本発明によれば、反転した第１モデルおよび第２モデルは、製造ウエハ上の特性機構の寸法を決定するために後で、即ち、較正において使用される同じターゲットを含む同じマスクを用いて印刷されエッチングされる層を含むチップの製造の際に使用される。該層が製造チップ上に印刷されエッチングされる場合、ｎ個のオーバーレイ値Ｏ_１…Ｏ_ｎがオーバーレイツールによって測定される。これらの値は、反転した第１パラメータモデルを用いてＥ_ｇｅｔおよびＦ_ｇｅｔを計算するために使用され、これは続いて、第２パラメータモデルに入力され、製造チップ上の特性機構寸法ＣＤ_１（Ｅ_ｇｅｔ，Ｆ_ｇｅｔ）…ＣＤ_ｍ（Ｅ_ｇｅｔ，Ｆ_ｇｅｔ）を計算する。これにより製造チップ上で、例えば、ＳＥＭおよびＡＦＭなどの潜在的に破壊的な測定を必要とすることなく、機構寸法は、決定される。

エッチングバイアスＢがモデルでのパラメータとして考慮される場合、上述した方法論は同じである。Ｂの関数としての較正データは、同じまたは追加のＦＥＭウエハ上で収集される必要があり、その上に以前に生成されたレジストパターンが下地層にエッチングすることによって転写される。ＦＥＭウエハの連続するダイ上で、エッチングツールの設定は、各ダイまたは各ダイグループが異なるエッチングバイアスＢでエッチングされるように構成される。エッチング後のＦＥＭウエハの疑似オーバーレイの測定は、Ｏ_１…Ｏ_ｎのデータセットを関数Ｅ，Ｆ，Ｂとして生成する。パラメータモデルは、上述したものと類似の方法でこれらのデータにフィッティングできる。可能ならば、擬似オーバーレイデータは、リソグラフィ後およびエッチング前にも収集できる。そして「第１パラメータモデル」は、エッチング前の擬似オーバーレイに基づいて露出量およびデフォーカスの関数として構築でき、他の「第１パラメータモデル」は、エッチング後のデータに基づいて、露出量、デフォーカスおよびエッチングバイアスの関数として構築できる。他の実施形態は、ＥおよびＦではなく、エッチングバイアスＢのみへの較正をベースとすることを伴う。既に示したように、特性機構寸法ＣＤ_１…ＣＤ_ｍは、印刷パターン上またはエッチングパターン上、またはその両方で測定できる。両方で測定した場合、実際に第２パラメータモデルが、印刷された機構およびエッチングされた機構の両方について決定される。Ｅ，ＦおよびＢの代わりにまたは加えて、任意の数の他のリソグラフィパラメータおよびエッチングパラメータが該方法において使用できる。例えば、レジスト内の結像に影響を与えるシステム条件、例えば、リソグラフィツールでのレンズ系の収差および走査安定性、レジスト処理ツールでのレジスト厚さおよびベークプレート温度など、そして、エッチングによるレジスト画像の転写に影響を及ぼすシステム条件、例えば、エッチング反応炉の圧力、電圧、ガス混合物、およびウエハ上のパターンローディング効果など。

本発明の方法によって製造チップ上で得られる特性機構寸法は、製造プロセスに適用されるリソグラフィツール及び／又はエッチングツールに組み込まれ、または接続された制御ユニットにフィードバックでき、これらは、理論値に関して所定の製造許容誤差に基づいて検証される。検証は、第１および第２パラメータモデル（好ましくはＥ，Ｆ，Ｂ）で使用される処理パラメータの更新値の計算を可能にする。これらの更新された値は、後続の製造チップでの特性寸法が製造許容誤差内に収まるように確保するのを可能にする。任意の既知の制御アルゴリズムおよび制御ハードウェアが、上述した制御戦略を実現するために適用できる。制御戦略は、好ましくは、製造ウエハ上の各チップで行われた測定ではなく、サンプル測定に基づいて処理パラメータのフィードバックおよび更新を実施することによって適用され、即ち、特性寸法は、制限された数のチップについて本発明の方法によって決定され、各決定は、１つ以上の後続のチップを製造する際に適用される処理パラメータを更新することを可能にする。

一例として、図１３は、２つの異なる非対称マーク、図１（ｂ）に示すような櫛型パターン、および図１（ｃ）に示すようなダガー(dagger)パターンを有するＩＢＯターゲットから得られるデータセットを示す。そのためオーバーレイ測定値Ｏ_Ｃ，Ｏ_Ｄはそれぞれ、鏡像化した櫛型パターンと鏡像化したダガーパターンとの間の疑似オーバーレイを測定することによって得られる。図１３のデータは、正規化した「設定」露出量値およびデフォーカス値Ｅ，Ｆの関数として示される。ドットは、ＦＥＭウエハ上で測定されたオーバーレイデータを示し、上部データセットは櫛型マークから得られ、下部データセットはダガー型マークから得られる。カーブは、次の形式のパラメータモデルについてベストフィット(best fit)を示す。

データに対するベストフィットは、下記のパラメータセットについて得られた。

そして、反転モデルを下記のように計算した。

較正手順は、好ましくは、印刷パターンのエリアを横断して分布する複数のターゲットについて行われ、即ち、各ターゲットは、設定したＥ／Ｆ及び／又はＢの値にフィットするオーバーレイ測定値のセットＯ_１…Ｏ_ｎを決定し、パラメータモデルを生成するのを可能にする。特性機構測定値ＣＤ_１…ＣＤ_ｍは、各ターゲットの近傍で生成される。ターゲット間のモデルパラメータ（上記の例ではパラメータａ_ｍｎ，ｂ_ｍｎおよびＦ_０）が僅かにまたは線形的に相違する場合には、製造ウエハ上のオーバーレイ測定から導出される特性機構寸法が使用でき、本発明の方法によって決定される機構寸法間の線形補間によって、任意の数のパターン機構の機構寸法を決定できる。

本発明は、解析的または数値的手法を用いて独自の反転を可能にするために、リソグラフィエネルギー対フォーカスプロセスウィンドウについて測定されたシフトが充分に明確で連続的（低次）であることを必要とし、即ち、２つ以上のマークの応答は、物理的に意味のある露出量およびフォーカス値に変換可能である必要がある。この条件を満たすには、プロセス設定時に適切なマークのセットの識別を必要とする。マークは、典型的には露出量に対して単調で実質的に線形的な応答を示すが、より複雑なものは、可変フォーカス応答を示す。こうしてマーク選択は、通常は識別可能なフォーカス応答の評価および識別に帰着する。

本発明者らは、疑似オーバーレイ値を露出量およびフォーカス（ＥおよびＦ）にリンクするパラメータモデルの品質に対するマーク形状および寸法の影響を研究した。図１３に示すように、Ｘ方向のダガー型マークの擬似オーバーレイ応答は放物線関数である。放物線のピークは、ダガーマークについて最適なフォーカスを示す。櫛型マークは、フォーカスに対して単調な応答を示すが、データポイントは、線形モデルからの偏差を示す。また、露出量の関数としてのダガーマークおよび櫛型マークの両方の応答は、単調で実質的に線形である。

更なる最適化はここでは、所定のリソグラフィ露光条件について、櫛型マークまたはダガー型マークから導出されるＸシフトおよびＹシフトのフォーカスへの応答のタイプが、櫛またはダガーアレイのデューティサイクルおよびピッチに対して敏感であるという知見を導いた。これらのパラメータを図１４に示す。デューティサイクルは、周期的機構の幅とそのピッチとの比である。ＤＵＶ露光の場合（１９３ｎｍ照明、１．３５ＮＡ）、櫛型マークのデューティサイクルが６４ｎｍ／９６ｎｍまたは０．６７である場合、フォーカスに対して実質的に線形的な単調応答が得られることが判った。この挙動は、より低いデューティサイクルでの非単調応答に変化する。

単調応答は、すべての応答について必要ではないが、反転タスクをより簡明にして一意性を確保できる。要求されるものは、ユニークな反転を可能にする２つの異なる実現可能な応答である。この要求は、単調な露出量応答および単調なフォーカス応答（上述のように）がペアになった、単調な露出量応答および放物線的なフォーカス応答によって満たされる。それはまた、単調な露出量応答および、実質的に異なる頂点(vertex)フォーカスを有する放物線的なフォーカス応答がペアになった、単調な露出量応答および１つの頂点フォーカスを有する放物線的なフォーカス応答によっても満たすことができる。

従って、本発明の方法を実現するために必要とされるマークのセットは、リソグラフィ露光条件について最適化する必要がある。ＤＵＶ露光では、好ましい実施形態は、リソグラフィ露光条件に調整されたデューティサイクルおよびピッチの範囲をカバーする櫛型マークおよびダガーマークからなる少なくとも１つのターゲットを適用する。複数のマークが単一ターゲットで同時に評価できるため、ＩＢＯターゲットはこの最適化方法にうまく適している。

一般に、本発明の好ましい実施形態によれば、非対称マークの少なくとも幾つかは、マーク機構（例えば、櫛の脚部）を含み、これらは１つ以上のプロセスパラメータの変化に対するマークパターン位置の応答のタイプを最適化するように寸法設定及び／又は配置され、そのため少なくとも１つの応答がプロセスパラメータの１つの関数として単調変化を示すようになる。

本発明は同様に、半導体チップの層状構造における２つの異なる層のパターン機構の間、例えば、ラインプロセスのバックエンドで適用される連続層の間のエッジ配置誤差を推定する方法に関する。図１５は、２つの重ね合わせパターンの詳細を示し、それぞれライン機構１６，１６’を有する。ライン機構は、設計したままの機構１７，１７’に関して示される。これらの機構１６／１６’の各々は、別個のリソグラフィステップおよびエッチングステップを用いて生成され、即ち、２つの異なるマスクを用いて、両者間の潜在的なオーバーレイ誤差で生成される。本発明によれば、寸法ＣＤ_１，ＣＤ_２は、上述した方法によって、即ち、リソグラフィ後及び／又はエッチング後に、各層において決定される。換言すると、２つのマスクの各々において、１つ以上の非対称マークを含むターゲットが提供され、リソグラフィステップ及び／又はエッチングステップの後にＯ_１…Ｏ_ｎの測定を可能にし、Ｅ_ｇｅｔ／Ｆ_ｇｅｔ／Ｂ_ｇｅｔの計算および、個々のＥ_ｇｅｔ／Ｆ_ｇｅｔ／Ｂ_ｇｅｔ値の関数としてＣＤ_１，ＣＤ_２の後続する計算を可能にする。そして、第１層での対称マークと第２層での対称マークとの間で「真の」オーバーレイ測定が行われる。これにより、図４〜図９に関連して説明したように、鏡像化した非対称マークのペアまたはクラスターが対称マークとして使用できる（２つの層におけるＯ_ＣまたはＯ_Ｄの位置の測定は、オーバーレイ値を生成する）。これにより、図に示されるオーバーレイ誤差ＯＶＬをもたらす。最終デバイスでの機構１６，１６’の間のエッジ配置誤差（ＥＰＥ）は、図１５に同様に示されており、この実際のオーバーレイ値に基づいて計算されるが、各層において該方法で得られるＣＤ値を考慮している。これにより、ＥＰＥの正確な決定が可能になる。

この多層アプローチを容易にするために、本発明は、図１６に示すように、ハイブリッドターゲットの使用を提供する。図１６ａは、ＩＢＯツールの視野（ＦＯＶ）内に収まる、４８個のｘ方向およびｙ方向の十文字のマトリクスに配置されたハイブリッドＩＢＯターゲットを示す。２４個の十文字が中央エリア１８にあり、２４個が周辺エリア１９にある。中央エリア１８は、例えば、図１０に示すレイアウトを有してもよい。好ましくは、２つのエリアにおいて同じマークが使用される。中央エリアの十文字は、第１層を生成するためのリソグラフィマスクに含まれ、周辺エリアの十文字は、第２層を生成するためのリソグラフィマスクに含まれる。こうして各マスクは、４セットの非対称マークを有し、各層および各方向ｘ，ｙにおいてＯ_１…Ｏ_４の決定を可能にする。層間のオーバーレイＯＶＬを決定するために、第２層での同じ対称マークに対して第１層での１つの対称マークのシフトが測定でき、あるいは、第２層での鏡像化した非対称マークの同じペアに対して第１層での鏡像化した対称マークの１つのペアのシフトが測定できる。

図１６ｂは、２つの層に渡って分布する、即ち、２つの層を生成するための２つのリソグラフィマスクに分布するＤＢＯターゲットを示す。左側のターゲット２０／２１は、ｘとｙの両方で層１での２つの異なるＥ／Ｆ／Ｂ応答を生成する。これらのターゲットは、図１２ｂに示すものと同じ方法で、４つのグレーティングでそれぞれ形成され、即ち、同じマークＡ，Ｂで形成されたグレーティングの２つのペアであり、一方のペアはｘに配向し、他方のペアはｙに配向し、各ペアは同じマークＡ，Ｂを備えた２つのグレーティングを含むが、隣接するマークＡ，Ｂの間の距離は、＋ΔＤおよび−ΔＤに渡ってそれぞれシフトしている。ターゲット２０に使用されるマークＡ，Ｂは、ターゲット２１に使用されるものとは異なり、例えば、ターゲット２０は対称マークＡおよび非対称の櫛型マークＢで形成され、一方、ターゲット２１は対称マークＡおよび非対称のレール型マークＢで形成される。そのため全体でマーク２０，２１は、図１２ａに関して定義されるように、４つの擬似オーバーレイ応答Ｏ_１…Ｏ_４をδ値の形態で決定することを可能にし、即ち、ｘ方向の２つのオーバーレイ値（それぞれマーク２０，２１でのｘ配向グレーティングのδ値）、そしてｙ方向の２つ（それぞれマーク２０，２１でのｙ配向グレーティングのδ値）である。同様に、右側のターゲット２２／２３は、ｘとｙの両方で層２において２つの異なるＥ／Ｆ／Ｂ応答を生成し、即ち、４つの擬似オーバーレイ応答Ｏ_１…Ｏ_４を生成する。ターゲット２２，２３は、好ましくはターゲット２０，２１と同一である。中央ターゲット２４は、対称であるが、第１層に部分的で、第２層に部分的である（図１１ａのように）エレメントＡ，Ｂを備えたグレーティングを含む。これにより、このターゲット２４に基づく２つの層の間のオーバーレイ測定は、層間のオーバーレイ誤差ＯＶＬを測定することを可能にする。

上述した方法で決定されたエッジ配置誤差は、エッジ許容誤差を前記許容誤差内に維持するように構成された、製造許容誤差に基づいてリソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの更新された値を決定するための制御戦略において同様に使用できる。本発明に係るＥＰＥ決定は、好ましくは、製造ウエハ上に生成されたサンプル数のチップ上で行われ、１つ以上の後続チップを製造するプロセスにおける処理パラメータの更新を可能にする。

上記説明におけるフォーカスは、本発明の方法における「位置代表パラメータ」としての「擬似オーバーレイ応答」の使用に関するものであったが、該方法は、こうしたパラメータとしての擬似オーバーレイ値の使用に限定されないことが強調される。可逆的な第１および第２パラメータモデルを上述した方法で決定できる限り、印刷またはエッチングされた非対称マークの位置に対して敏感な任意のパラメータが本発明の方法において使用できる。

本発明は同様に、半導体ウエハ上の機構のリソグラフィおよびエッチングのための装置に関し、該装置は、装置において適用されるリソグラフィマスクに含まれる非対称の計測マークから得られる、印刷されたマークパターンおよびエッチングされたマークパターンの位置を決定するように構成された計測ツールを備える。計測ツールは、非対称マークパターンの位置を表す、「擬似オーバーレイ」値またはそれと等価な値を測定するように構成された、上述したようなＩＢＯまたはＤＢＯベースのオーバーレイツールを備えてもよい。該装置はさらに、検証ユニット上で実行した場合、少なくとも下記ステップを実行するためのコンピュータプログラムを備えたメモリを備えるコンピュータ実装の検証ユニットを備える。
‐計測ツールを介して、複数の非対称マークにそれぞれ関連する複数の位置代表値を取得するステップ。
‐位置代表値を前記パラメータにリンクさせる第１パラメータモデルに基づいて、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの値を計算するステップ。
‐リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータを前記特性寸法にリンクさせる第２パラメータモデルに基づいて、前記ウエハ上の機構の特性寸法を計算するステップ。
‐特性寸法を許容誤差と比較して評価するステップ。

好ましくは、検証ユニットはさらに、評価結果によって要求されるように、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの１つ以上を更新するように構成される。

本発明を図面および前述の説明において詳細に図示し説明したが、こうした図示および説明は、事例的または例示的であり、限定的ではないとみなすべきである。開示された実施形態への他の変更は、図面、開示および添付の請求項の研究から、請求される本発明を実施する際に当業者によって理解され達成できる。請求項において、用語「備える、含む(comprising)」は、他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞"a"または"an"は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。請求項内のいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (26)

1. 半導体製造ウエハ上に製造されたチップのパターン化層での機構の寸法を決定するための方法であって、層の製造は、リソグラフィステップとエッチングステップとを含み、
   該リソグラフィステップは、
   ・機構のパターンを画定するリソグラフィマスクを適用することと、
   ・前記マスクを介してレジスト層を光源に露光して、印刷されたパターン機構を得ることと、を含み、
   該方法は、
   ‐マスクに、リソグラフィステップ後にレジスト層において印刷されたマーク機構が得られ、エッチングステップ後にエッチングされたマーク機構が得られる１つ以上の非対称マークを含ませるステップを含み、
   ・印刷されたマーク機構の位置は、リソグラフィステップで適用される１つ以上のリソグラフィパラメータの設定値に依存し、
   ・エッチングされたマーク機構の位置は、エッチングステップで適用される１つ以上のエッチングパラメータの設定値に依存し、
   さらに、
   ‐１つ以上のテストウエハ上で、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる「設定」値について、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の位置またはその代表値を決定するステップと、
   ‐リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの同じ複数の設定値について、パターン化層の１つ以上の特性機構の寸法を決定するステップと、
   ‐印刷及び／又はエッチングされた非対称マーク機構の位置を、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる設定値と相関させる第１パラメータモデルを決定するステップと、
   ‐測定された特性機構寸法を、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる値と相関させる第２パラメータモデルを決定するステップと、
   ‐第１パラメータモデルを反転させるステップと、
   ‐製造ウエハ上でリソグラフィステップおよびエッチングステップを実行し、同じ印刷及び／又はエッチングされた非対称マーク機構の位置を決定するステップと、
   ‐反転したモデルから、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの「取得」値のセットを計算するステップと、
   ‐第２パラメータモデルに「取得」値を適用することによって、製造ウエハ上の１つ以上の特性機構の寸法を決定するステップと、を含む方法。
2. マークは、対称マークおよび非対称マークの少なくとも１つのペア、または反対向きの非対称マークの少なくとも１つのペアを含み、
   該方法ステップ『１つ以上のテストウエハ上で、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの複数の異なる「設定」値について、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の位置またはその代表値を決定するステップ』において、印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の得られたペアの位置を代表する値が決定され、
   前記値は、オーバーレイ測定によって得られる、印刷及び／又はエッチングされた機構の前記ペア間の距離の関数であり、
   前記値は、「擬似オーバーレイ応答」と称される請求項１記載の方法。
3. 前記オーバーレイ測定は、画像ベースのオーバーレイ（ＩＢＯ）測定である請求項２記載の方法。
4. オーバーレイ測定は、非対称マークの画像の重心の決定に基づいている請求項３記載の方法。
5. マークは、パターン化層の内部または近傍に位置する１つ以上のＩＢＯターゲットに配置され、
   １つのＩＢＯターゲットは、複数の異なる非対称マーク及び／又は、異なる配向にある同じ非対称マークの複数の複製を含み、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの関数として、複数の擬似オーバーレイ応答を取得できるようにする、請求項３または４記載の方法。
6. 前記ＩＢＯターゲットの１つ以上は、中央ポイントの周りに配置された同じマークの複製の１つ以上の十文字形状または風車形状のクラスターを含む請求項５記載の方法。
7. 前記オーバーレイ測定は、回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）測定である請求項２記載の方法。
8. マークは、パターン化層の内部または近傍に位置する１つ以上のＤＢＯターゲットに配置され、
   １つのＤＢＯターゲットは、インターリーブ式のグレーティング（３０，３１）のペアを含み、各グレーティングは、近接して繰り返し方法で配置された２つのマーク（Ａ，Ｂ）で形成され、
   マーク（Ａ，Ｂ）の少なくとも１つは非対称マークであり、
   ２つの近接するマークＡ，Ｂ間の距離は、第２グレーティングと比較して第１グレーティングにおいて異なっており、
   前記距離間の差は、予め定義されている請求項７記載の方法。
9. ＤＢＯターゲットが、インターリーブ式グレーティングの前記ペアの２つを含み、第１ペア（３５，３６）は、第２ペア（３７，３８）に対して垂直に配向している請求項８記載の方法。
10. 製造ウエハのパターン化層での追加の機構寸法は、複数の特性機構寸法の補間によって決定される請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 非対称マークの少なくとも幾つかは、マーク機構を含み、これは、マークパターンの位置または位置代表値の応答のタイプを、１つ以上のリソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの変化に最適化するように寸法設定及び／又は配置され、そのため少なくとも１つの応答が、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの１つの関数として単調変化を示す請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. チップは、１つ以上の半導体製造ウエハ上で複数回製造され、
    ‐特性機構寸法の決定は、１つ以上の製造ウエハ上に製造されたチップ上で行われ、
    ‐前記特性機構寸法は、製造許容誤差に基づいて検証され、
    ‐検証結果は、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの更新値を計算するために使用され、更新値は、特性機構寸法を前記許容誤差内に維持するように構成され、
    ‐更新値は、１つ以上の後続チップの製造に適用される、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 半導体チップの２つの個々のパターン化層の２つの機構（１，１’）間のエッジ配置誤差を決定する方法であって、
    ‐請求項１〜１１のいずれかに記載の方法によって第１および第２機構の寸法を決定するステップと、
    ‐第１層と第２層との間のオーバレイ誤差を決定するステップと、
    ‐第１ステップで決定された第１および第２機構の寸法を考慮して、オーバーレイ誤差に基づいてエッジ配置誤差を決定するステップと、を含む方法。
14. ２つの層を製造するためのリソグラフィマスクは、ハイブリッドターゲットの個々の部分を含み、
    第１部分（１０，２０，２４）は、第１マスクに設けられたマークを含み、第２部分（１１，２１，２４）は、第２マスクに設けられたマークを含み、
    第１層と第２層の間のオーバーレイ誤差の測定値は、第１部分および第２部分から得られる印刷及び／又はエッチングされたマーク機構の間で測定されたオーバーレイ値から得られる請求項１３記載の方法。
15. チップは、１つ以上の半導体製造ウエハ上で複数回製造され、
    ‐エッジ配置誤差の決定は、１つ以上の製造ウエハ上に製造されたチップ上で行われ、
    ‐エッジ配置誤差は、製造許容誤差に基づいて検証され、
    ‐検証結果は、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの更新値を計算するために使用され、更新値は、エッジ配置誤差を前記許容誤差内に維持するように構成され、
    ‐更新値は、１つ以上の後続チップの製造に適用される、請求項１３または１４記載の方法。
16. リソグラフィパラメータは、露出量値およびデフォーカス値であり、エッチングパラメータは、エッチングバイアスである請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 半導体ウエハ上の機構のリソグラフィおよびエッチングのための装置であって、
    ●装置に適用されたリソグラフィマスクに含まれる非対称の計測マークから得られる、印刷されたマークパターンおよびエッチングされたマークパターンの位置を決定するように構成された計測ツールと、
    ●検証ユニット上で実行した場合、少なくとも下記ステップを実行するためのコンピュータプログラムを備えたメモリを含むコンピュータ実装の検証ユニットと、を備える装置。
    ○計測ツールを介して、複数の非対称マークにそれぞれ関連する複数の位置代表値を取得するステップ。
    ○位置代表値を前記パラメータにリンクさせる第１パラメータモデルに基づいて、リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの値を計算するステップ。
    ○リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータを前記特性寸法にリンクさせる第２パラメータモデルに基づいて、ウエハ上の機構の特性寸法を計算するステップ。
    ○特性寸法を許容誤差と比較して評価するステップ。
18. 検証ユニットはさらに、評価結果によって要求されるように、前記リソグラフィパラメータ及び／又はエッチングパラメータの１つ以上を更新するように構成される請求項１７記載の装置。
19. 計測ツールは、ＩＢＯツールまたはＤＢＯツールである請求項１７または１８記載の装置。
20. プログラムが検証ユニット上で実行される場合、前記ステップを実行するためのコンピュータプログラムを備えたメモリを備える請求項１７〜１９のいずれかに記載の検証ユニット。
21. プログラムが検証ユニット上で実行される場合、前記ステップを実行するように構成された、請求項２０記載の検証ユニットに適用可能なコンピュータプログラム製品。
22. 請求項１〜１６のいずれかに記載の方法に適用可能な画像ベースのオーバーレイ（ＩＢＯ）ターゲット。
23. 中央ポイントの周りに配置された同じマークの複製の
    １つ以上の十文字形状または風車形状のクラスターを含む請求項２２記載のＩＢＯターゲット。
24. 請求項１〜１６のいずれかに記載の方法に適用可能な回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）ターゲット。
25. インターリーブ式のグレーティング（３０，３１）のペアを含み、各グレーティングは、近接して繰り返し方法で配置された２つのマーク（Ａ，Ｂ）で形成され、
    マーク（Ａ，Ｂ）の少なくとも１つは、非対称マークであり、
    ２つの近接するマークＡ，Ｂ間の距離は、第２グレーティングと比較して第１グレーティングにおいて異なっており、
    前記距離間の差は、予め定義されている請求項２４記載のＤＢＯターゲット。
26. インターリーブ式グレーティングの前記ペアの２つを含み、第１ペア（３５，３６）は、第２ペア（３７，３８）に対して垂直に配向している請求項２５記載のＤＢＯターゲット。