TWI520172B - 用於晶圓遮罩臨界尺寸、圖案位移及覆層測量與控制之標靶與方法 - Google Patents

用於晶圓遮罩臨界尺寸、圖案位移及覆層測量與控制之標靶與方法 Download PDF

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Description

用於晶圓遮罩臨界尺寸、圖案位移及覆層測量與控制之標靶與方法
本發明係關於藉由微影製程來製造積體電路，且特定言之，係關於一種用於判定在晶片級及晶片層內以及在晶片級與晶片層之間的積體電路場域(fields)之臨界尺寸或覆層變化(overlay variation)的方法及系統。
半導體積體電路製造需要連續圖案化單一半導體晶圓上之製程級。曝光工具藉由微影方法在晶圓之連續級上印刷多個積體電路圖案或場域。此等工具通常藉由應用分步重複(step and repeat)微影曝光或分步掃描(step and scan)微影曝光，來圖案化不同級，在該微影曝光中藉由連續曝光含有一或多個積體電路之步進場域(stepper fields)來圖案化晶圓之整個區域。通常，形成積體電路需要20-50級。在一些狀況下，圖案化單一級需要多個遮罩。
成功製造積體電路裝置需要對遮罩(主光罩(reticle))組之定位(registration)以及遮罩級至隨後遮罩級之覆層位移進行精確且準確之測量。當前製造技術使用測量遮罩定位及晶圓級覆層之單獨方法。使用中心點疊對(bar in bar)(交互框(box in box))及格柵標靶僅允許對晶圓級上之覆層進行測量，而無需遮罩定位資訊之資訊。當前技術歸因於對於圍繞遮罩主光罩場域之位移的尺寸限制而具有限應用。鑒於此等標靶不在功能晶片中建立之形狀圖案密度內，其亦極大地受製程誘發性(induced)變化影響。因此，此等標靶易受化學機械平坦化、熱處理及微影影像處理影響。
考慮到先前技術之問題及缺陷，因此本發明之一目標在於提供一種用於判定一晶片級內之覆層誤差的改良標靶及方法。
本發明之另一目標在於提供一種用於使臨界尺寸及覆層之晶圓遮罩變化相關的改良標靶及方法。
本發明之又一目標在於提供一種用於辨別臨界尺寸及覆層變化之遮罩及晶圓分量的改良標靶及方法。
本發明之再一目標在於提供一種用以最小化晶圓上臨界尺寸及覆層變化的改良標靶及方法。
本發明之另一目標在於提供一種測量在同一實體位置處之遮罩及晶圓定位、臨界尺寸的改良標靶及方法。
仍為本發明之其他目標及優點從本說明書可知部份將為明顯的且部份將為明白的。
熟習此項技術者將更加明白上述及其他目標在本發明中得以達成，本發明在一態樣中針對一種在半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關的方法。該方法包含形成含有結構圖案之緊密標靶，該等緊密標靶適合於在兩個或兩個以上圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量；及形成至少兩個遮罩，該等遮罩含有功能性電路結構圖案及在功能性電路結構圖案之間的位置上之緊密標靶。該方法接著包括測量遮罩上之標靶，判定遮罩之間的覆層變化，藉由該等遮罩中之一者在晶圓上曝光並形成第一微影處理層，及藉由該等遮罩中之另一者在晶圓上第一層上方曝光並形成第二微影處理層。該方法進一步包括測量晶圓上該等層中之一或多者上之標靶；及使遮罩及晶圓測量相關以辨別臨界尺寸及覆層變化之遮罩及微影誘發性分量。
該方法較佳地進一步包括使用相關之遮罩及晶圓測量以控制遮罩及晶圓製造程序，進而最小化晶圓臨界尺寸及覆層變化。
緊密標靶較佳地包括一第一組光學標靶結構，其在晶圓上被曝光並形成時，可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在晶圓上被曝光並形成時不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析。該第一組光學標靶結構可用以測量覆層，且該第二組類晶片標靶結構可用以測量臨界尺寸。
該第一組光學標靶結構可包含遮罩上之線，當藉由遮罩將其投影至晶圓上時，該等線彼此相鄰。
該第一組光學標靶結構亦可包含在一遮罩上之一第一標靶圖案，其具有處於正交柵格之原點上之中心及具有180°對稱之子圖案；及在另一遮罩上之一第二標靶圖案，其具有處於與第一標靶圖案相同位置上之中心及具有180°對稱之子圖案，其中第二標靶圖案之子圖案與第一標靶圖案之子圖案位於不同的位置。
該第一組光學標靶結構亦可包含在一遮罩上之一第一標靶圖案，其具有處於間距為p之正交柵格之原點上的中心，其中第一標靶圖案之子圖案具有下列座標：
(-M,N)p，(N,M)p，(M,-N)p及(-N,-M)p，
其中N及M為整數，且每一第一標靶子圖案與第一標靶圖案之中心的距離r由下列方程式定義：
，
且其中另一遮罩上之第二標靶圖案具有處於與第一標靶圖案相同位置上之中心，其中第二標靶圖案之子圖案具有下列座標：
(-M+m,N+n)p，(N+n,M+m)p，(M+m,-N+n)p及(-N+n,-M+m)p，
其中n及m為整數，且
|n|+|m|=2i，
其中i為整數。
該第二組類晶片標靶結構可包含功能性電路結構中之非功能性結構，諸如淺溝槽隔離結構、閘極結構、觸點結構及金屬線結構。較佳地，該第二組類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬度及間距，且具有在靠近光學結構之較低密度至遠離光學結構之較高密度之範圍的密度梯度。
標靶子圖案使能夠進行遮罩及晶圓上之圖案特定臨界尺寸測量、遮罩上之圖案位移測量及晶圓上兩個或兩個以上層之間的覆層測量。標靶應足夠小以置放於正製造之晶片之未利用區域內，較佳地，在邊緣上小於10μm。
在另一態樣中，本發明係針對一種具有在半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關之結構圖案的遮罩。該遮罩包含功能性電路結構圖案，其在遮罩上在對應於功能性電路結構圖案之間的位置處之遮罩上在晶圓及標靶上待製造晶片之區域中。含有結構圖案之標靶適合在晶圓上至少一個圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量。標靶結構包括一第一組光學標靶結構，其在晶圓上被曝光並形成時可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在晶圓上被曝光並形成時不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析。
標靶位於對應於晶圓上待製造晶片之區域內；標靶足夠小以置放於正製造之晶片之未利用區域內且較佳地係為在邊緣上小於10μm。較佳的光學結構位於標靶之相對側上，且其中類晶片結構位於光學結構之間的標靶之相對側上。該第一組光學標靶結構通常用以測量覆層，且該第二組類晶片標靶結構通常用以測量臨界尺寸。
該第一組光學標靶結構可包含遮罩上之線。該第一組光學標靶結構亦可包含一標靶圖案，其具有處於正交柵格之原點上之中心及具有180°對稱之子圖案。該第一組光學標靶結構亦可包含一標靶圖案，其具有處於間距為p之正交柵格之原點上的中心，其中第一標靶圖案之子圖案具有下列座標：
(-M,N)p，(N,M)p，(M,-N)p及(-N,-M)p，
其中N及M為整數，且每一第一標靶子圖案與第一標靶圖案之中心的距離r由下列方程式定義：
。
該第二組類晶片標靶結構較佳地包含功能性電路結構中之非功能性結構，諸如淺溝槽隔離結構、閘極結構、觸點結構及金屬線結構。較佳的類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬度及間距，且具有在靠近光學結構之較低密度至遠離光學結構之較高密度之範圍的密度梯度。
在描述本發明之較佳實施例中，本文將參考圖式之第1圖至第12圖，其中相同元件符號代表本發明之相同特徵結構。
本發明提供一種在積體電路之微影製造中用於將主光罩臨界尺寸(critical dimension(CD))以及定位測量與晶圓級或晶圓層覆層測量組合之標靶及方法。本發明允許晶圓級或晶圓層覆層測量與主光罩定位測量之精確相關，而且極大幅度地改良進行穿透場域覆層測量之能力。本發明亦提供一種用於使主光罩誘發性覆層分量與晶圓曝光誘發性覆層誤差分離的方法。因為在一個曝光中無足夠之解析度以印刷所需間距，故常使用雙重曝光圖案化，其中遮罩印刷第一組線且接著改變以印刷第二組線，所以上述方法尤為重要。
本發明之整合標靶併入光學結構與類晶片結構兩者。光學結構為可藉由光學顯微法檢視之相對低解析度、光學可視標靶結構。類晶片結構為模擬形成於晶圓上之晶片中功能性電路中建立之電路裝置及特徵結構之組態的相對高解析度結構，但其並非為彼等晶片電路之部分，且相對於晶片之操作而言為無功能性的。較佳的光學結構在本發明中用於覆層(OL)及圖案位移(PP)測量。較佳的類晶片結構在本發明中主要用於CD測量，但亦可在有限程度上用於覆層測量。
本發明將整合標靶置放於遮罩上晶片設計之未利用區域中，諸如切口區域中及晶片區域之未使用區域中。將不同遮罩及級之標靶結構堆疊於共同位置上。標靶結構可用以使圖案位移測量與晶圓覆層測量相關，使遮罩CD測量與晶圓CD測量相關，判定臨界尺寸及覆層變化之任何遮罩分量，及判定其微影製程誘發性偏差。最終目標在於最小化不同製程級及層之間的晶圓臨界尺寸及覆層變化。
一種類型之光學標靶為美國第11/162,506號及第11/833,304號中所揭示之花形標靶(blossom target)，其揭示內容以引用之方式併入本文中。花形標靶系統將複數個子圖案或花瓣置放於圍繞共同中心之恆定徑向距離，以使得子圖案圍繞標靶圖案中心對稱並較佳地定義為幾何形狀之角，更佳地為正方形。亦可使用其他幾何形狀，其中子圖案位於形狀之角上。子圖案可為圍繞X-Y軸對稱之任何特徵結構或特徵結構之組合，諸如十字、圓、正方形、方格網及其類似結構。十字為子圖案選項中最簡單者。每一子圖案或花瓣具有唯一x-y位置。每一花瓣或子圖案之對稱中心可藉由光學顯微法來判定，然而亦可使用較高解析度之掃描電子顯微鏡(SEM)及原子力顯微鏡(AFM)。
如第1圖中所示，花形標靶花瓣的一個群20展示於微影級22上。標靶圖案群20形成疊加於間距為p之規則正交柵格上之正方形。子圖案花瓣(Sub-pattern petals)24包含圍繞標靶中心(0,0)對稱地定位之十字形狀，其在此展示於正方形之角上。將組成子圖案花瓣十字之線段長度展示為尺寸D。每一花瓣距離正方形中心之x-y位置為p之整數倍數(N,M)。花瓣之中心位於距離標靶群之中心半徑為r之距離上：
每一群花瓣對應於一不同微影級或層。當在含有積體電路之其他部分之不同微影級或層中之每一者上形成標靶群時，較佳地使(N,M)值增加整數(n,m)。如本文中所使用，術語微影級代表如晶圓之垂直橫截面中所見之實體級。術語層代表在微影處理期間之不同遮罩曝光。若製造微影級僅需要一個遮罩曝光級，則該微影級可僅具有一層。另一方面，在每一微影級上形成電路影像通常需要一個以上遮罩曝光或層。在此花形標靶系統中，每一級或層對應於唯一值(N,M)。將花瓣群之徑向對稱保持於每一級或層上。對於每一微影級或層而言，花瓣之半徑可為相同或不同，且每一層上之每一群花瓣之中心定義一層上該群之唯一半徑。在增加量之絕對值之和為偶數之約束下，亦即，
|n|+|m|=2i
對於整數i而言，多個層上子圖案之疊加定義呈緊密堆積對角陣列形式之覆層標靶。如第2圖中所示，標靶圖案群20a、20b、20c、20d、20e及20f分別形成於微影級1、2、3、4、5及6上。級1之標靶群為單一子圖案花瓣，其位於級2-6上群之經覆蓋陣列的中心，該等群形成於如上所述之正方形圖案中。使個別標靶20a、20b、20c、20d、20e及20f位於其各別層上，以使得若該等層經完全對準，則其將皆具有同一中心位置。某些標靶可微影地形成於同一級上之不同場域中從不同遮罩圖案層將其覆蓋，而並非所有標靶均定位於不同級上。標靶圖案群20a、20b、20c、20d及20e中之每一者以如上所述之方式從其之前的一標靶圖案群增加。在連續微影級或層形成於彼此上方之後，如組合花形標靶圖案陣列30所示，標靶圖案群覆蓋於彼此之上。若十字尺寸D<2p，則十字子圖案在陣列中不重疊。
第1圖及第2圖中正方形標靶群中之每一者具有90°對稱，亦即，對其旋轉90°而無變化。本發明之標靶之光學結構並未使用此90°對稱之標靶群，其可使用具有180°對稱之花形標靶群，亦稱為微花形標靶。如對於第3圖中之微花形標靶30a所示，中心十字花瓣24a在級1上且為一個群，而花瓣24b為級2上之群且十字花瓣24c為級3上之群。在此，花瓣群24b在正方形之相對角之組上，而花瓣群24c在同一正方形之相對角之另一組上。在此狀況下，花瓣24b、24c之半徑相同，且並非必須在級2與該等群之級之間增加。花瓣群24b及24c各具有180°對稱，亦即，對其旋轉180°而無變化。如前所述，微花形標靶之花瓣群24a、24b及24c並未定位於不同級上，其可為由同一微影級上之一或多個遮罩形成之一或多個層。
較佳級或層對準測量方法由下列步驟組成：判定每一花瓣之中心，接著使用彼等子圖案中心來判定每一級或層上花瓣群之中心，且接著判定所有群之中心之中的x及y值之成對差異以判定微影級或層上標靶之間的對準誤差。光學標靶並非為花形標靶，其可為其他光學形狀，諸如更簡單的線及十字。
用於本發明之標靶中之較佳類晶片結構為類似功能性電路或裝置結構之彼等結構，諸如淺溝槽隔離結構(RX)、電晶體閘極(PC)、觸點(CA)及金屬線(M1)。第4圖展示較佳淺溝槽隔離結構42及閘極結構44作為此等類晶片結構之實例。兩種結構皆包含給定寬度(通常為臨界尺寸)之隔開線。在所示之實例中，A展示在RX淺溝槽隔離結構之圈出區域中標稱線寬之測量(例如，80nm)，及線之間的標稱間隔寬度之測量(例如，90nm)，且B展示在PC電晶體閘極結構之圈出區域中標稱線寬之測量(例如，52nm)，及標稱間隔寬度之測量(例如，88nm)。較佳的類晶片觸點結構及金屬結構具有類似組態及尺寸。對於每一類晶片結構而言，該整合標靶包括相同遮罩及製程層上之相應光學結構。
此等類晶片結構之次序反映在不同級上排序之標準前端製程(FEOL)微影製程。如在晶圓上曝光及製造之此等結構之尺寸應足夠小以藉由遮罩及/或微影處理來判定CD及覆層誤差。此等特徵結構之最小線寬尺寸較佳約為20nm至200nm之範圍內。該等結構通常不能藉由光學顯微法來觀測，且需要用於測量之較高解析度方法，諸如SEM或AFM。標靶中此等類晶片結構之最大密度由最小間距判定，該最小間距大約為最小線寬尺寸之兩倍。在本發明之整合標靶系統之較佳實施例中此密度很重要，其中類晶片結構具有通常從靠近標靶中心之最小密度增加至靠近遠離中心之標靶邊緣之最大密度的密度梯度。
在第5圖中展示較佳整合標靶60，其組合用於所有所要級及層之個別光學結構及類晶片結構。較佳地將類晶片結構置放於標靶之一組相對對角象限中正方形場域40中及標靶之中心，且將光學結構置放於另一組相對對角象限中正方形場域50中，以及此等象限與場域之間的邊界中。整合標靶之較佳尺寸為小於10μm，較佳在2-10μm見方之範圍內，且如所示為約5.8μm。展示其餘較佳尺寸。
中心十字80為光學結構，其包含沿標靶60之四個象限之間的邊界之水平臂82a、82c及垂直臂82b、82d。臂82a、82b、82c、82d之間的中心區域對於正方形場域40a開放，正方形場域40a可含有低密度類晶片結構或其他標靶結構。光學結構場域50含有如上所述之花形標靶或微花形標靶，或其他光學結構(諸如十字84)。十字84經定向以具有止於場域50之外部周邊之十字線84a、84b、84c、84d的末端。如下文將更詳細地描述，可將光學十字80之元素以及光學十字80、84本身堆疊於替代微影級上以能夠進行兩個以上級之中的覆層計量。
光學鄰近修正(OPC)技術僅用於類晶片結構上。較佳地，場域40中類晶片結構之密度在朝周邊之對角上增加，以最小化中心十字80及十字84上之鄰近效應，及另外防止對標靶中光學結構之干擾。
將緩衝區域70提供予標靶60之周邊上，以最小化來自遮罩上相鄰結構之鄰近效應，且能夠在標靶之顯微測量期間進行圖案辨識。緩衝區域具有所要寬度(在此展示為約0.4μm)，且其中不具有標靶或其他特徵結構。類晶片場域40及光學結構場域50之相對象限之定位提供對角及徑向對稱，以抵消對覆層測量計量之任何鄰近效應。
第6圖僅展示用於晶圓級覆層測量之整合標靶60之光學結構部分。為了投影影像，形成第一遮罩以投影十字80，十字80由具有中心點C之沿著X軸及Y軸定向之徑向向外延伸區段82a、82b、82c及82d組成。第二遮罩經形成以投影對角上相對之十字84，且經設計以使得其外部末端止於場域50之周邊及其中心之間的連接線穿過與第一遮罩相同之中心C。在兩個遮罩中，較佳的類晶片特徵結構(未圖示)形成於其他對角場域40上且視情況處於十字臂之間的中心。
對於控制遮罩製造的使用中，藉由一種使用干涉平臺之系統相繼進行兩個遮罩之模擬曝光。在第7圖中展示此方法，其中藉由級1(或層n)遮罩102模擬十字80之曝光。同時，在模擬中亦曝光場域40中之RX類晶片結構(未圖示)。級2(層n+1)遮罩接著模擬對角相對場域50中之該對十字84之曝光112，且同時模擬場域40中之PC類晶片結構(未圖示)之曝光。接著藉由資料分析106測量級1遮罩104及級2遮罩114之圖案位移，該圖案位移從另一遮罩之圖案去掉一遮罩之圖案。因為級2遮罩經設計以使十字84之中心之間的連接線86穿過與十字80之相同中心C，所以若此舉不發生，則將注意到任何圖案位移誤差。在第6圖中所示之實例中，因為中心線連接器86未穿過中心C且藉由十字末端84a、84c向右位移以便不與場域50之周邊接觸，所以觀測到在X方向上之覆層位移。位移度可藉由場域周邊之十字末端的位移度，或中心點C之線86的相交距離或此兩者來判定。同時，CD及圖案位移可藉由用其他習知方法測量兩個遮罩上及兩個遮罩之間的類晶片結構圖案來判定。接著進行接受遮罩108、116之決策，且接著可在將該等遮罩投入製造之前，於此等遮罩之一者或兩者上修正圖案位移及CD中之任何誤差。
對於控制晶圓製造的使用中，場域40中之十字80及RX類晶片結構(未圖示)藉由級1遮罩110(第7圖)曝光，且將其印刷於光阻層上，且接著將其蝕刻於晶圓之級1上。對於下一級而言，級2遮罩曝光對角相對場域50中之該對十字84以及場域40中之PC類晶片結構(未圖示)，且將影像印刷為對於晶圓之級2之光阻層。使用與上述相同之技術來判定級1及級2光學結構與類晶片結構之間的覆層。在每一微影印刷及蝕刻之後亦可在類晶片結構上測量CD。晶圓覆層分析118(第7圖)比較級1與級2之間，且相對於先前獲得之遮罩定位資料的標靶之位移。在形成下一級或層之前，在印刷之後且在蝕刻之後可接著在每一晶圓級上修正覆層及CD中之任何誤差。
在第8圖中展示對於隨後遮罩及晶圓級或層中之光學結構之進一步標靶組態。下一個微影級3之標靶可包括光學結構，該光學結構對應於原十字80，但具有若干對臂83a、83b、83c及83d，該等臂分別與臂82a、82b、82c及82d平行且分別鄰接臂82a、82b、82c及82d之位置的任一側。十字臂83a-83d之中心與十字80及84之中心C重合。對於用於級3之標靶，CA類晶片結構(未圖示)可位於場域40中。在用於級4之標靶中，十字臂85經定位與十字84之臂平行且鄰接十字84之臂之位置的任一側，且M1類晶片結構(未圖示)可位於場域40中。遮罩經形成以具有用於級3及級4標靶之光學結構及類晶片結構。如上文及第7圖中所述，進行對於用於級2及級3且接著用於級3及級4之遮罩的CD及圖案位移誤差之測量。在修正否則接受遮罩之後，曝光、印刷及蝕刻晶圓層，並如上文及第7圖中所述對於晶圓級2及3，且接著對於晶圓級3及4測量CD及覆層誤差。
如上所指出，可將分別在第2圖及第3圖之單獨花形標靶或微花形標靶用於本發明之整合標靶中之光學結構，而並未使用第8圖中所示之相對大堆疊的十字結構82a-82d、83a-83d、84及85。雖然單獨花形標靶通常需要標靶上之更大區域，但其可用以展示組合標靶上之更多處理層。雖然堆疊的十字結構通常需要較小標靶區域，但其可展示較少處理層。
第9圖描繪分別用於級1及級2之類晶片結構RX及PC之覆層。類晶片結構RX 42(在第4圖中單獨展示)與光學十字臂82a-82d(第8圖)處於相同遮罩及層上且與其對應，且類晶片結構PC 44(在第4圖中單獨展示)與光學十字84(第8圖)處於相同遮罩及層上且與其對應。在第8圖中所示之標靶之右下象限之場域40中提供所示之覆層，且將在該標靶之左上象限之場域40中提供一同等但相對之覆層。同樣地，在每一場域40中，在與光學十字臂83a-83d(第8圖)相同之遮罩及層上提供類晶片結構CA，且類晶片結構CA與光學十字臂83a-83d對應，且在與光學十字臂85(第8圖)相同之遮罩及層上提供類晶片結構M1，且類晶片結構M1與光學十字臂85對應。
第10圖描繪根據本發明之用於判定半導體製造程序之多個遮罩層之中的晶圓遮罩相關之較佳方法200。該方法最初製造202用於半導體製造程序中不同級之遮罩。使用兩個遮罩N及M作為實例，遮罩N 204具有臨界尺寸CDN及圖案位移PPN，而遮罩M 206具有臨界尺寸CDM及圖案位移PPM。接著藉由干涉測量光學結構來比較208圖案位移誤差，且判定210差以得出遮罩M與遮罩N之間的遮罩覆層誤差MaskOLMN。亦測量類晶片結構之臨界尺寸MaskCDN及MaskCDM。接著曝光、顯影及印刷兩個遮罩級，且在半導體晶圓表面上微影形成本發明之功能晶片結構及整合標靶之圖案。微影處理可包括蝕刻、合金及半導體沈積、化學機械平坦化(CMP)及熱處理，以及用於微影半導體處理中之其他習知製程。在微影形成層之後，該方法測量並判定212來自類晶片結構之層M之晶圓臨界尺寸WaferCDM及層N之晶圓臨界尺寸WaferCDN，及來自光學結構之層M與層N之間的晶圓覆層誤差WaferOLMN。
藉由以下步驟判定214微影誘發性誤差：求出WaferCDN與MaskCDN之差以得出ΔCDN，求出WaferCDM與MaskCDM之差以得出ΔCDM，且求出WaferOLMN與MaskOLMN之差以得出ΔOLMN。使用此等微影誘發性偏差作為反饋以判定並修正用於待沈積之下一層的微影製程218。接著藉由以下步驟判定216遮罩誘發性誤差：比較晶圓與遮罩之間的臨界尺寸及覆層誤差，諸如使WaferCDM之偏差與MaskCDM之偏差相關，使WaferCDN之偏差與MaskCDN之偏差相關且使WaferOLMN之偏差與MaskOLMN之偏差相關。接著使用此等晶圓遮罩偏差作為反饋以判定並修正用於待沈積之下一層的遮罩製造220。微影偏差與晶圓遮罩偏差之判定接著引起晶圓的最佳化222。
對於光學結構而言，可在微影處理中任一點上進行遮罩形成之個別層上之測量。然而，對於用於覆層測量中之類晶片結構，因為典型的測量將必須使用僅可用於後蝕刻處理步驟中之高解析度計量工具(如SEM或AFM)來測量該等類晶片結構，所以通常不可在微影處理中任一點上進行典型的測量。此等高解析度工具無法如光學工具一般透過沈積級來觀測，且因為在蝕刻之後再修正基板級太遲，因此較少適用。另一方面，此等高解析度工具仍可使實際製造之類晶片結構之光學測量與SEM或AFM測量相關226，以提供遮罩製造的修正。
另外，在評估微影誘發性偏差214時，可將晶圓臨界尺寸及覆層之偏差與原始電路設計比較。由於用於遮罩本身中之各種技術(諸如OPC、輔助特徵結構及其類似物)，故遮罩圖案可能看上去根本不像在晶圓上曝光並形成之影像。由於遮罩與實際印刷於晶圓上之影像愈來愈截然不同，故此等微影誘發性偏差可用以修正原始設計本身224，而非僅修正遮罩。
第11圖中描繪微影處理中層與級之關係。每一級1、2、3、4表示如垂直橫截面中所示之晶圓之一部分的不同實體厚度。為了製造每一級，可能需要一或多個處理或圖案化層，每一層使用一單獨遮罩以曝光層設計。如第11圖中所示，使用兩個單獨遮罩之兩個圖案化層用以製造每一級。在製造級1(例如，STI級)時，首先遮罩1曝光層1以製造結構RX1。在所需微影處理之後，遮罩2接著曝光層2以製造結構RX2。在此種情況下，本發明之標靶及方法可用以判定層2之標靶相對於層1之標靶的覆層誤差。在微影處理製造所要的級1之後，對級2(例如，閘極級)之處理始於藉由不同遮罩1曝光並處理級2之層1以製造結構PC1。當使用可透過不同級及層來觀測之光學顯微法時，可將層2上之級1之標靶之覆層與級1上之層2之標靶比較，或與級1上之層1之標靶比較，或與級1上之層1與層2之標靶比較。當使用不同遮罩2曝光並處理級2上之層2時，由於此新層之標靶可與先前層及級之任一者之標靶比較，故覆層比較之選擇增加。儘管無需進行所有此等覆層比較，但本發明有助於此等比較。
第12圖展示多晶片遮罩之曝光場域，其具有由切口區域94分隔之晶片區域90，切口區域94對應於括線(scribe line)，當完成晶圓時最終在括線上分隔晶片。遮罩之晶片區域含有用於在晶圓基板級上待曝光之特定層的功能性電路及裝置(未圖示)之設計。本發明之整合標靶60散佈於此等功能性晶片結構內之未使用區域中以及切口區域內。由於標靶之小的尺寸(較佳不大於10μm見方)，本發明允許用於所有此等測量之比使用整合標靶可產生之密度更高的取樣密度。
因此，本發明提供一種用於判定晶片級內之覆層誤差的改良標靶及方法，該標靶及方法使臨界尺寸及覆層之晶圓遮罩變化相關，且能夠辨別臨界尺寸及覆層變化之遮罩及晶圓分量。另外，本發明提供一種尺寸足夠小以測量在同一實體位置處之遮罩及晶圓定位、臨界尺寸的改良標靶，以實現最小化晶圓上臨界尺寸及覆層變化的目標。
儘管已結合特定較佳實施例特別描述本發明，但很明顯鑒於以上描述，許多替代、修改及變化將由熟習此項技術者可更加明白。因此，預期附加申請專利範圍將包含屬於本發明之真實範疇及精神的任何此等替代、修改及變化。
20．．．花形標靶花瓣群/標靶圖案群
20a-f．．．標靶圖案群/個別標靶
22．．．微影級
24．．．子圖案花瓣
24a．．．中心十字花瓣/花瓣群
24b．．．花瓣/花瓣群
24c．．．十字花瓣/花瓣群
30．．．組合花形標靶圖案陣列
30a．．．微花形標靶
40．．．正方形場域/類晶片場域
40a．．．正方形場域
42．．．類晶片結構RX/淺溝槽隔離結構
44．．．閘極結構/類晶片結構PC
50．．．正方形場域/光學結構場域
60．．．整合標靶
70．．．緩衝區域
80．．．中心十字/光學十字
82a-d．．．徑向向外延伸區段/光學十字臂/十字結構
83a-d．．．光學十字臂/十字結構
84．．．光學十字/十字結構
84a-d．．．十字線條
85．．．十字臂/十字結構
86．．．連接線/中心線連接器
90．．．晶片區域
94．．．切口區域
102．．．級1(或層n)遮罩
104．．．級1遮罩
106．．．資料分析
108．．．接受遮罩
110．．．級1遮罩
112．．．級2(層n+1)遮罩模擬十字84之曝光
114．．．級2遮罩
116．．．接受遮罩
118．．．晶圓覆層分析
200．．．方法
202．．．製造遮罩
204．．．遮罩N
206．．．遮罩M
C．．．中心
PC1．．．結構
RX1．．．結構
RX2．．．結構
據信為新穎之本發明之特徵結構及本發明之元件特徵詳細陳述於附加申請專利範圍中。諸圖僅為達成說明之目的且並非按比例繪製。然而，參考結合隨附圖式呈現之以上【實施方式】可最佳理解關於組織與操作方法之本發明本身，各圖式中：
第1圖為用於本發明之標靶中光學結構中花形子圖案之一實施例之單一微影級上之佈局的俯視平面圖。
第2圖為用於本發明之標靶中之第1圖中所示類型之花形光學結構之連續微影級1至6上之佈局的俯視平面圖。
第3圖為來自用於本發明之標靶中之微花形光學結構之三個不同微影級之佈局的俯視平面圖。
第4圖為用於本發明之標靶中之STI及閘極類晶片結構之實施例的俯視平面圖。
第5圖為使用光學結構與類晶片結構之組合之本發明之較佳的整合標靶的俯視平面圖。
第6圖為第5圖之標靶之光學結構的俯視平面圖。
第7圖為根據本發明之判定遮罩及晶圓層之圖案位移及覆層誤差之較佳方法的流程圖。
第8圖為在處理四個不同遮罩及微影層之後的本發明之經覆蓋光學結構的俯視平面圖。
第9圖為在處理兩個不同遮罩及微影層之後的本發明之經覆蓋類晶片結構的俯視平面圖。
第10圖為根據本發明之用於判定半導體製造程序之多個遮罩層之中的晶圓遮罩相關之較佳方法的流程圖。
第11圖為微影處理層與級之關係的示意性側視圖。
第12圖為將本發明之整合標靶置放於用於微影處理之遮罩之晶片及切口區域中的俯視平面圖。
200．．．方法
202．．．製造遮罩
204．．．遮罩N
206．．．遮罩M
210．．．判定差
212．．．測量並判定晶圓臨界尺寸WaferCDM，晶圓臨界尺寸WaferCDN及晶圓覆層誤差WaferOLMN
214．．．判定/評估微影誘發性偏差
216．．．判定遮罩誘發性誤差
218．．．判定並修正微影製程
220．．．判定並修正遮罩製造
222．．．最佳化晶圓
224．．．修正原始設計
226．．．使光學測量與SEM或AFM測量相關

Claims (24)

  1. 一種在一半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關的方法，其包含以下步驟：形成含有結構圖案之緊密標靶，該等緊密標靶適合於在兩個或兩個以上圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量；形成至少兩個遮罩，該等遮罩含有功能性電路結構圖案及在功能性電路結構圖案之間的位置上之該等緊密標靶；測量該等遮罩上之該等標靶；判定該等遮罩之間的覆層變化；藉由該等遮罩中之一者在一晶圓上曝光並形成一第一微影處理層；藉由該等遮罩中之另一者在該晶圓上該第一層上方曝光並形成一第二微影處理層；測量該晶圓上於該第一微影處理層及該第二微影處理層上之該等標靶；使該等遮罩及晶圓測量相關，以辨別臨界尺寸及覆層變化之遮罩及微影誘發性分量。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括以下步驟：使用該等相關之遮罩及晶圓測量以控制該等遮罩及晶圓製造程序，進而最小化晶圓臨界尺寸及覆層變化。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等緊密標靶包括一第一組光學標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第二組類晶片標靶結構包含該等功能性電路結構中之非功能性結構，該等類晶片標靶結構係選自由以下構成之群組：淺溝槽隔離結構、閘極結構、觸點結構及金屬線結構。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第二組類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬及間距。
  6. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第二組類晶片標靶結構具有在靠近該等光學結構之一較低密度至遠離該等光學結構之一較高密度之範圍的一密度梯度。
  7. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第一組光學標靶結構包含該等遮罩上之線，當藉由該等遮罩將其投影至該晶圓上時，該等線彼此相鄰。
  8. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第一組光學標靶結構包含在一個遮罩上之一第一標靶圖案，其具有間 距為p之一正交柵格之該原點上之一中心，其中該第一標靶圖案之該等子圖案具有下列座標：(-M,N)p，(N,M)p，(M,-N)p及(-N,-M)p，其中N及M為整數，且每一第一標靶子圖案與該第一標靶圖案之該中心的距離r由下列該方程式定義： 且其中另一遮罩上之一第二標靶圖案具有處於與該第一標靶圖案該相同位置上之一中心，其中一第二標靶圖案之該等子圖案具有下列座標：(-M+m,N+n)p，(N+n,M+m)p，(M+m,-N+n)p及(-N+n,-M+m)p，其中n及m為整數，且|n|+|m|=2i，其中i為一整數。
  9. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第一組光學標靶結構包含在一個遮罩上之一第一標靶圖案，其具有一正交柵格之該原點上之一中心及具有180°對稱之子圖案；及在另一遮罩上之一第二標靶圖案，其具有處於與該第一標靶圖案該相同位置上之一中心及具有180°對稱之子圖案，其中該第二標靶圖案之該等子圖案與該第一標靶圖案之該等子圖案位於不同的位置。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等標靶足夠小 以置放於正製造之該晶片之未利用區域內。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等標靶在一邊緣上小於10μm。
  12. 一種在一半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關的方法，其包含以下步驟：形成含有結構圖案之緊密標靶，該等緊密標靶適合於在兩個或兩個以上圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量，該等緊密標靶包括一第一組光學標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時，不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析，該第二組類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬及間距，及在靠近該等光學結構之一較低密度至遠離該等光學結構之一較高密度之範圍的一密度梯度。形成至少兩個遮罩，該等遮罩含有功能性電路結構圖案及在功能性電路結構圖案之間的位置上之該等緊密標靶；測量該等遮罩上之該等標靶；判定該等遮罩之間的覆層變化；藉由該等遮罩中之一者在一晶圓上曝光並形成一第一微影處理層； 藉由該等遮罩中之另一者在該晶圓上該第一層上方曝光並形成一第二微影處理層；測量該晶圓上於該第一微影處理層及該第二微影處理層上之該等標靶；使該等遮罩及晶圓測量相關，以辨別臨界尺寸及覆層變化之遮罩及微影誘發性分量。
  13. 一種具有在一半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關之結構圖案的遮罩，其包含：功能性電路結構圖案，其在該遮罩上在對應於一晶圓上待製造之晶片的區域中；多個標靶，其處於該遮罩上功能性電路結構圖案之間的位置上，該等標靶含有結構圖案，該等標靶適合於在該晶圓上至少一個圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量；該等標靶結構包括一第一組光學標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時，不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析。
  14. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該等光學結構位於該標靶之相對側上，且其中該等類晶片結構位於該等光學結構之間的該標靶之相對側上。
  15. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該第一組光學標靶結構包含該遮罩上之線。
  16. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該第一組光學標靶結構包含一標靶圖案，其具有處於間距為p之一正交柵格之該原點上之一中心，其中該第一標靶圖案之該等子圖案具有下列座標：(-M,N)p，(N,M)p，(M,-N)p及(-N,-M)p，其中N及M為整數，且每一第一標靶子圖案與該第一標靶圖案之該中心的距離r由下列該方程式定義：
  17. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該第一組光學標靶結構包含一標靶圖案，其具有處於一正交柵格之該原點上之一中心及具有180°對稱之子圖案。
  18. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該第二組類晶片標靶結構具有在靠近該等光學結構之一較低密度至遠離該等光學結構之一較高密度之範圍的一密度梯度。
  19. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該第二組類晶片標靶結構包含該等功能性電路結構中之非功能性結構，該等類晶片標靶結構係選自由以下構成之群組：淺溝槽隔離結構、閘極結構、觸點結構及金屬線結構。
  20. 如申請專利範圍第19項之遮罩，其中該第二組類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬及間距。
  21. 如申請專利範圍第13項之遮罩，其中該等標靶在一邊緣上小於10μm。
  22. 一種具有在一半導體製造程序之多個遮罩級之中用於晶圓遮罩相關之結構圖案的遮罩，其包含：功能性電路結構圖案，其在該遮罩上在對應於一晶圓上待製造之晶片的區域中；多個標靶，其處於該遮罩上功能性電路結構圖案之間的位置上，每一標靶在一邊緣上小於10μm且含有結構圖案，該等標靶適合於在該晶圓上至少一個圖案化層上之一組共同位置上進行圖案位移、臨界尺寸及覆層測量，該等標靶結構包括一第一組光學標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時可藉由光學顯微法解析；及一第二組類晶片標靶結構，其在該晶圓上被曝光並形成時不可藉由光學顯微法解析，但可藉由SEM或AFM顯微法解析，該等類晶片標靶結構具有不大於約200nm之線寬及間距，且具有在靠近該等光學結構之一較低密度至遠離該等光學結構之一較高密度之範圍的一密度梯度，該等光學標靶結構位於該標靶之相對側上，且該等類晶片標靶結構位於該等光學結構之間的該標靶之相 對側上。
  23. 如申請專利範圍第22項之遮罩，其中該第二組類晶片標靶結構包含該等功能性電路結構中之非功能性結構，該等類晶片標靶結構係選自由以下構成之群組：淺溝槽隔離結構、閘極結構、觸點結構及金屬線結構。
  24. 如申請專利範圍第23項之遮罩，其中該第一組光學標靶結構包含該遮罩上之線。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474401B2 (en) * 2005-09-13 2009-01-06 International Business Machines Corporation Multi-layer alignment and overlay target and measurement method
US9927718B2 (en) * 2010-08-03 2018-03-27 Kla-Tencor Corporation Multi-layer overlay metrology target and complimentary overlay metrology measurement systems
US10890436B2 (en) 2011-07-19 2021-01-12 Kla Corporation Overlay targets with orthogonal underlayer dummyfill
US9709903B2 (en) * 2011-11-01 2017-07-18 Kla-Tencor Corporation Overlay target geometry for measuring multiple pitches
US10073354B2 (en) * 2014-10-29 2018-09-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Exposure method of wafer substrate, manufacturing method of semiconductor device, and exposure tool
US10304178B2 (en) * 2015-09-18 2019-05-28 Taiwan Semiconductor Manfacturing Company, Ltd. Method and system for diagnosing a semiconductor wafer
EP3171396A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-24 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method of determining an overlay error, manufacturing method and system for manufacturing of a multilayer semiconductor device, and semiconductor device manufactured thereby
US10691028B2 (en) 2016-02-02 2020-06-23 Kla-Tencor Corporation Overlay variance stabilization methods and systems
US9754895B1 (en) 2016-03-07 2017-09-05 Micron Technology, Inc. Methods of forming semiconductor devices including determining misregistration between semiconductor levels and related apparatuses
CN105629659B (zh) * 2016-03-16 2023-08-18 北京航空航天大学 适于多次套刻的多时序光刻图案的掩膜板组及制作方法
US10996573B2 (en) * 2017-01-31 2021-05-04 Asml Netherlands B.V. Method and system for increasing accuracy of pattern positioning
US11107680B2 (en) * 2017-08-31 2021-08-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Mask assembly and method for fabricating a chip package
CN111324004A (zh) * 2018-12-14 2020-06-23 夏泰鑫半导体(青岛)有限公司 掩模及套刻误差测量方法
US10733354B2 (en) * 2018-12-19 2020-08-04 Globalfoundries Inc. System and method employing three-dimensional (3D) emulation of in-kerf optical macros
FR3128779B1 (fr) * 2021-11-02 2024-03-01 Commissariat Energie Atomique Structure de metrologie
CN115616867B (zh) * 2021-12-03 2024-01-12 和舰芯片制造(苏州)股份有限公司 一种光罩上对最小线宽制程监控的方法

Family Cites Families (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4166219A (en) 1978-05-19 1979-08-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Detection of ground state hydrogen and deuterium
US4290384A (en) 1979-10-18 1981-09-22 The Perkin-Elmer Corporation Coating apparatus
US4437760A (en) 1981-12-07 1984-03-20 The Perkin-Elmer Corp. Reusable electrical overlay measurement circuit and process
US4538105A (en) 1981-12-07 1985-08-27 The Perkin-Elmer Corporation Overlay test wafer
US4568189A (en) 1983-09-26 1986-02-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for aligning a mask and wafer in the fabrication of integrated circuits
JPS61168227A (ja) 1985-01-21 1986-07-29 Mitsubishi Electric Corp 微細パタ−ン露光用基板及び微細パタ−ン露光装置
JPS61170032A (ja) 1985-01-23 1986-07-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 集積回路のマスク位置合せ用アライメントマ−ク
US4898911A (en) 1986-11-20 1990-02-06 Kanegafuchi Kagaku Kogyo Kabushiki Resin composition
US4890239A (en) 1987-10-20 1989-12-26 Shipley Company, Inc. Lithographic process analysis and control system
JPH02260441A (ja) 1989-03-30 1990-10-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 半導体素子
US5343292A (en) 1990-10-19 1994-08-30 University Of New Mexico Method and apparatus for alignment of submicron lithographic features
DE69231715D1 (de) 1991-03-04 2001-04-12 At & T Corp Herstellungsverfahren von integrierten Halbleiterschaltungen unter Anwendung von latenten Bildern
US5300786A (en) 1992-10-28 1994-04-05 International Business Machines Corporation Optical focus phase shift test pattern, monitoring system and process
US5545593A (en) 1993-09-30 1996-08-13 Texas Instruments Incorporated Method of aligning layers in an integrated circuit device
US5677091A (en) 1994-11-01 1997-10-14 International Business Machines Corporation Lithographic print bias/overlay target and applied metrology
KR100197191B1 (ko) 1994-11-14 1999-06-15 모리시다 요이치 레지스트 패턴 형성방법
US5790254A (en) 1994-12-20 1998-08-04 International Business Machines Corporation Monitoring of minimum features on a substrate
US5629772A (en) 1994-12-20 1997-05-13 International Business Machines Corporation Monitoring of minimum features on a substrate
US5757507A (en) 1995-11-20 1998-05-26 International Business Machines Corporation Method of measuring bias and edge overlay error for sub-0.5 micron ground rules
US5712707A (en) 1995-11-20 1998-01-27 International Business Machines Corporation Edge overlay measurement target for sub-0.5 micron ground rules
KR970067585A (ko) 1996-03-25 1997-10-13 오노 시게오 결상특성의 측정방법 및 투영노광방법
US5805290A (en) 1996-05-02 1998-09-08 International Business Machines Corporation Method of optical metrology of unresolved pattern arrays
JP2988393B2 (ja) 1996-08-29 1999-12-13 日本電気株式会社 露光方法
KR100367500B1 (ko) 1996-10-02 2003-08-14 주식회사 하이닉스반도체 노광 장비의 최적 포커스 확인 방법
KR19980030438A (ko) 1996-10-29 1998-07-25 김영환 반도체 버어니어 구조 및 그것을 이용한 오버레이 정확도 측정방법
JPH10213895A (ja) 1997-01-30 1998-08-11 Sony Corp レチクルの合わせ測定用マーク
US5949547A (en) 1997-02-20 1999-09-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System for in-line monitoring of photo processing in VLSI fabrication
US6061119A (en) 1997-04-14 2000-05-09 Nikon Corporation Method of measuring image-forming error of projection optical system, method of manufacturing exposure apparatus, and method of manufacturing semiconductor device
US5965309A (en) 1997-08-28 1999-10-12 International Business Machines Corporation Focus or exposure dose parameter control system using tone reversing patterns
US5953128A (en) 1997-08-28 1999-09-14 International Business Machines Corporation Optically measurable serpentine edge tone reversed targets
US5976740A (en) 1997-08-28 1999-11-02 International Business Machines Corporation Process for controlling exposure dose or focus parameters using tone reversing pattern
US5914784A (en) 1997-09-30 1999-06-22 International Business Machines Corporation Measurement method for linewidth metrology
US5877861A (en) 1997-11-14 1999-03-02 International Business Machines Corporation Method for overlay control system
US6137578A (en) 1998-07-28 2000-10-24 International Business Machines Corporation Segmented bar-in-bar target
US6128089A (en) 1998-07-28 2000-10-03 International Business Machines Corporation Combined segmented and nonsegmented bar-in-bar targets
US6061606A (en) 1998-08-25 2000-05-09 International Business Machines Corporation Geometric phase analysis for mask alignment
US6020966A (en) 1998-09-23 2000-02-01 International Business Machines Corporation Enhanced optical detection of minimum features using depolarization
US6460265B2 (en) 1998-11-12 2002-10-08 International Business Machines Corporation Double-sided wafer exposure method and device
US6003223A (en) 1998-11-19 1999-12-21 Headway Technologies, Inc. Common alignment target image field stitching method for step and repeat alignment in photoresist
US6042976A (en) 1999-02-05 2000-03-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of calibrating WEE exposure tool
US6346979B1 (en) 1999-03-17 2002-02-12 International Business Machines Corporation Process and apparatus to adjust exposure dose in lithography systems
US6183919B1 (en) 1999-06-11 2001-02-06 International Business Machines Corporation Darkfield imaging for enhancing optical detection of edges and minimum features
US6335151B1 (en) 1999-06-18 2002-01-01 International Business Machines Corporation Micro-surface fabrication process
US6612159B1 (en) 1999-08-26 2003-09-02 Schlumberger Technologies, Inc. Overlay registration error measurement made simultaneously for more than two semiconductor wafer layers
JP4112759B2 (ja) 1999-09-24 2008-07-02 株式会社東芝 パターン測定方法
JP4860023B2 (ja) 2000-01-26 2012-01-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 フォトマスク
US6350548B1 (en) 2000-03-15 2002-02-26 International Business Machines Corporation Nested overlay measurement target
US6429667B1 (en) 2000-06-19 2002-08-06 International Business Machines Corporation Electrically testable process window monitor for lithographic processing
JP5180419B2 (ja) 2000-08-30 2013-04-10 ケーエルエー−テンカー・コーポレーション 重ね合わせマーク、重ね合わせマークの設計方法および重ね合わせ測定の方法
US6766211B1 (en) 2000-10-03 2004-07-20 International Business Machines Corporation Structure and method for amplifying target overlay errors using the synthesized beat signal between interleaved arrays of differing periodicity
US6879400B2 (en) 2000-12-11 2005-04-12 International Business Machines Corporation Single tone process window metrology target and method for lithographic processing
US6803995B2 (en) 2001-01-17 2004-10-12 International Business Machines Corporation Focus control system
JP4046961B2 (ja) 2001-09-03 2008-02-13 キヤノン株式会社 位置検出方法、位置検出装置、露光装置及び露光方法
US6975398B2 (en) 2001-10-15 2005-12-13 International Business Machines Corporation Method for determining semiconductor overlay on groundrule devices
US6638671B2 (en) 2001-10-15 2003-10-28 International Business Machines Corporation Combined layer-to-layer and within-layer overlay control system
US6557163B1 (en) 2001-11-30 2003-04-29 International Business Machines Corporation Method of photolithographic critical dimension control by using reticle measurements in a control algorithm
US6842237B2 (en) 2001-12-28 2005-01-11 International Business Machines Corporation Phase shifted test pattern for monitoring focus and aberrations in optical projection systems
US6766507B2 (en) 2002-04-12 2004-07-20 International Business Machines Corporation Mask/wafer control structure and algorithm for placement
US6869739B1 (en) 2003-01-28 2005-03-22 International Business Machines Corporation Integrated lithographic print and detection model for optical CD
US6937337B2 (en) 2003-11-19 2005-08-30 International Business Machines Corporation Overlay target and measurement method using reference and sub-grids
JP4525067B2 (ja) 2003-12-12 2010-08-18 株式会社ニコン 位置ずれ検出用マーク
US7042551B2 (en) 2004-02-03 2006-05-09 International Business Machines Corporation Method of patterning process metrology based on the intrinsic focus offset
JP2006286747A (ja) 2005-03-31 2006-10-19 Sony Corp 位置合わせ方法、その装置、プロセス制御装置およびプログラム
US7474401B2 (en) 2005-09-13 2009-01-06 International Business Machines Corporation Multi-layer alignment and overlay target and measurement method
US7408642B1 (en) 2006-02-17 2008-08-05 Kla-Tencor Technologies Corporation Registration target design for managing both reticle grid error and wafer overlay
US7473502B1 (en) 2007-08-03 2009-01-06 International Business Machines Corporation Imaging tool calibration artifact and method
US7829168B2 (en) * 2007-11-21 2010-11-09 Promos Technologies Pte. Ltd. Methods for inspecting and optionally reworking summed photolithography patterns resulting from plurally-overlaid patterning steps during mass production of semiconductor devices

Also Published As

Publication number Publication date
JP5466715B2 (ja) 2014-04-09
KR101555084B1 (ko) 2015-09-22
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