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特許5663504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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5663504
(24)【登録日】2014年12月12日
(45)【発行日】2015年2月4日
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
H01L 21/027 20060101AFI20150115BHJP
G03F 9/00 20060101ALI20150115BHJP
【ＦＩ】
H01L21/30 523
H01L21/30 522B
G03F9/00 H
【請求項の数】9
【外国語出願】
【全頁数】52
(21)【出願番号】特願2012-9434(P2012-9434)
(22)【出願日】2012年1月19日
(62)【分割の表示】特願2002-524212(P2002-524212)の分割
【原出願日】2001年8月28日
(65)【公開番号】特開2012-80131(P2012-80131A)
(43)【公開日】2012年4月19日
【審査請求日】2012年2月17日
(31)【優先権主張番号】60/229,256
(32)【優先日】2000年8月30日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】09/894,987
(32)【優先日】2001年6月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】60/301,591
(32)【優先日】2001年6月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】60/301,484
(32)【優先日】2001年6月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】60/301,613
(32)【優先日】2001年6月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】60/301,763
(32)【優先日】2001年6月27日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】502442049
【氏名又は名称】ケーエルエー−テンカー・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】アデル・マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ギノブカー・マーク
(72)【発明者】
【氏名】ミーハー・ウォルター・ディーン
【審査官】
新井 重雄
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０００−１３３５７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０９−０１７７１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６１−２２２１２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５８−２１６４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０９３６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０３−００３２２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−０８７２１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−２６７２０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０３Ｆ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に別々に生成されたパターン間の重ね合わせを決定する多方向重ね合わせマークであって、
前記多方向重ね合わせマークは、
前記基板上に配置される第１レイヤ材料から形成される第１のワーキング・ゾーン・セットであって、複数の第１要素を備え、少なくとも第１のワーキング・ゾーン対を備える第１のワーキング・ゾーン・セットであり、前記複数の第１要素は、第１の方向における重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の前記第１要素と、前記第１の方向と異なる第２の方向における重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の前記第１要素と、を含み、前記第１のワーキング・ゾーン対は、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた一対の第１のワーキング・ゾーンを備える、第１のワーキング・ゾーン・セットと、
前記基板上に配置される第２レイヤ材料から形成される第２のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第２要素をそれぞれ備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第２のワーキング・ゾーン対を備える第２のワーキング・ゾーン・セットと、を備え、
前記第１レイヤ材料は前記第２レイヤ材料上に配置され、
前記第１のワーキング・ゾーン・セットと前記第２のワーキング・ゾーン・セットとは、前記第１レイヤ材料と前記第２レイヤ材料との間の重ね合わせを伝達し、同じ繰り返し構造パターンを直交する向きに持つように構成される、多方向重ね合わせマーク。
前記多方向重ね合わせマークは、
前記基板上に配置される第１レイヤ材料から形成される第１のワーキング・ゾーン・セットであって、複数の第１要素を備え、少なくとも第１のワーキング・ゾーン対を備える第１のワーキング・ゾーン・セットであり、前記複数の第１要素は、第１の方向における重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の前記第１要素と、前記第１の方向と異なる第２の方向における重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の前記第１要素と、を含み、前記第１のワーキング・ゾーン対は、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた一対の第１のワーキング・ゾーンを備える、第１のワーキング・ゾーン・セットと、
前記基板上に配置される第２レイヤ材料から形成される第２のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第２要素をそれぞれ備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第２のワーキング・ゾーン対を備える第２のワーキング・ゾーン・セットと、を備え、
前記第１レイヤ材料は前記第２レイヤ材料上に配置され、
前記第１のワーキング・ゾーン・セットと前記第２のワーキング・ゾーン・セットとは、前記第１レイヤ材料と前記第２レイヤ材料との間の重ね合わせを伝達し、同じ繰り返し構造パターンを直交する向きに持つように構成される、多方向重ね合わせマーク。
【請求項2】
請求項１に記載の多方向重ね合わせマークであって、
前記第１のワーキング・ゾーン・セットと前記第２のワーキング・ゾーン・セットの構成は、それぞれ１８０度回転対称である、多方向重ね合わせマーク。
前記第１のワーキング・ゾーン・セットと前記第２のワーキング・ゾーン・セットの構成は、それぞれ１８０度回転対称である、多方向重ね合わせマーク。
【請求項3】
請求項１に記載の多方向重ね合わせマークであって、さらに、
前記重ね合わせマークの中心に位置する中心構造を備える、多方向重ね合わせマーク。
前記重ね合わせマークの中心に位置する中心構造を備える、多方向重ね合わせマーク。
【請求項4】
請求項１に記載の多方向重ね合わせマークであって、
前記第１のワーキング・ゾーンと前記第２のワーキング・ゾーンとは、計測ツールの視野に対応する前記重ね合わせマークの周縁内に配置される、多方向重ね合わせマーク。
前記第１のワーキング・ゾーンと前記第２のワーキング・ゾーンとは、計測ツールの視野に対応する前記重ね合わせマークの周縁内に配置される、多方向重ね合わせマーク。
【請求項5】
請求項４に記載の多方向重ね合わせマークであって、
前記周縁は、前記複数の第１要素と前記複数の第２要素との間の重ね合わせ誤差を決定するのに利用可能な特定の計測ツールの視野（ＦＯＶ）と同じか小さい、多方向重ね合わせマーク。
前記周縁は、前記複数の第１要素と前記複数の第２要素との間の重ね合わせ誤差を決定するのに利用可能な特定の計測ツールの視野（ＦＯＶ）と同じか小さい、多方向重ね合わせマーク。
【請求項6】
請求項５に記載の多方向重ね合わせマークであって、
前記周縁は約１０ミクロンから約１００ミクロンの間である、多方向重ね合わせマーク。
前記周縁は約１０ミクロンから約１００ミクロンの間である、多方向重ね合わせマーク。
【請求項7】
請求項５に記載の多方向重ね合わせマークであって、
前記周縁は約２０ミクロンから約５０ミクロンの間である、多方向重ね合わせマーク。
前記周縁は約２０ミクロンから約５０ミクロンの間である、多方向重ね合わせマーク。
【請求項8】
請求項１に記載の多方向重ね合わせマークであって、さらに、
前記基板上に配置される第３レイヤ材料であって前記第１レイヤ材料および前記第２レイヤ材料と異なる第３レイヤ材料から形成される第３のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第３要素を備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第３のワーキング・ゾーン対を備える第３のワーキング・ゾーン・セットと、
前記基板上に配置される第４レイヤ材料であって前記第１レイヤ材料、前記第２レイヤ材料および前記第３レイヤ材料と異なる第４レイヤ材料から形成される第４のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第４要素を備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第４のワーキング・ゾーン対を備える第４のワーキング・ゾーン・セットと、を備え、
前記第１のワーキング・ゾーン、前記第２のワーキング・ゾーン、前記第３のワーキング・ゾーンおよび前記第４のワーキング・ゾーンは、前記重ね合わせマークの領域上で実質的に分布される、多方向重ね合わせマーク。
前記基板上に配置される第３レイヤ材料であって前記第１レイヤ材料および前記第２レイヤ材料と異なる第３レイヤ材料から形成される第３のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第３要素を備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第３のワーキング・ゾーン対を備える第３のワーキング・ゾーン・セットと、
前記基板上に配置される第４レイヤ材料であって前記第１レイヤ材料、前記第２レイヤ材料および前記第３レイヤ材料と異なる第４レイヤ材料から形成される第４のワーキング・ゾーン・セットであって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を伝達するように各々構成される複数の第４要素を備え、対角線上で対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも第４のワーキング・ゾーン対を備える第４のワーキング・ゾーン・セットと、を備え、
前記第１のワーキング・ゾーン、前記第２のワーキング・ゾーン、前記第３のワーキング・ゾーンおよび前記第４のワーキング・ゾーンは、前記重ね合わせマークの領域上で実質的に分布される、多方向重ね合わせマーク。
【請求項9】
請求項１に記載の多方向重ね合わせマークであって、さらに、
前記第１レイヤ材料および前記第２レイヤ材料と異なる複数の他のレイヤ材料であって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を備えるように構成される複数の他のレイヤ材料から形成される複数のワーキング・ゾーン・セットであって、前記複数のワーキング・ゾーンは、各々、複数の要素から形成され、互いに並列に配置される少なくとも４つのワーキング・ゾーン内に配置されて、前記複数の要素から形成される前記複数のワーキング・ゾーンは、各々、互いに交差する位置関係に配置されるワーキング・ゾーン対を備え、前記複数の要素から形成される前記複数のワーキング・ゾーンは、前記重ね合わせマークの領域上で分布される、多方向重ね合わせマーク。
前記第１レイヤ材料および前記第２レイヤ材料と異なる複数の他のレイヤ材料であって、前記第１の方向と前記第２の方向とにおける重ね合わせ情報を備えるように構成される複数の他のレイヤ材料から形成される複数のワーキング・ゾーン・セットであって、前記複数のワーキング・ゾーンは、各々、複数の要素から形成され、互いに並列に配置される少なくとも４つのワーキング・ゾーン内に配置されて、前記複数の要素から形成される前記複数のワーキング・ゾーンは、各々、互いに交差する位置関係に配置されるワーキング・ゾーン対を備え、前記複数の要素から形成される前記複数のワーキング・ゾーンは、前記重ね合わせマークの領域上で分布される、多方向重ね合わせマーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般的には半導体製造プロセスで用いられる重ね合わせ測定技術に関している。より具体的には本発明は、半導体ウェーハスタックの異なるレイヤまたは同じレイヤ上の異なるパターン間のアラインメント誤差を測定するための重ね合わせマークに関している。
【背景技術】
【0002】
ウェーハ上のパターン形成された連続するレイヤの重ね合わせ誤差の測定は、集積回路およびデバイスの製造で用いられる最も重要な制御技術のうちの一つである。重ね合わせ精度は一般には、第１パターンレイヤがその上または下に位置する第２パターンレイヤにどのくらい正確にアラインするかの決定か、または第１パターンレイヤがその同じレイヤ上に位置する第２パターンレイヤにどのくらい正確にアラインするかの決定かに関する。現在、重ね合わせ測定は、ウェーハのレイヤとともに印刷されるテストパターンを介して行われる。これらのテストパターンの画像は画像化ツールを介してキャプチャされ、解析アルゴリズムを用いて、キャプチャされた画像からのそのパターンの相対的な変位計算する。
【0003】
もっともよく使われる重ね合わせターゲットパターンは、「ボックスインボックス」ターゲットであり、これはウェーハの連続するレイヤ上に形成された同心正方形（または長方形）のペアを含む。重ね合わせ誤差は一般に、ある正方形の他の正方形に対する位置を比較することによって決定される。
【0004】
議論を進め図１Ａは、典型的な「ボックスインボックス」ターゲット１０を上から見た図である。示されるようにターゲット１０は、中が開いた外側ボックス１４内に配置された内側ボックス１２を含む。内側ボックス１２はウェーハの最上部レイヤ上に印刷され、外側ボックス１４はウェーハの最上部レイヤの直下のレイヤ上に印刷されている。一般によく知られるように２つのボックスの重ね合わせ誤差は、例えばｘ軸に沿えば、外側ボックス１４の直線ｃ１およびｃ２のエッジの位置と、内側ボックス１２の直線ｃ３およびｃ４のエッジ位置とを計算し、直線ｃ１およびｃ３間の平均距離を、直線ｃ２およびｃ４間の平均距離と比較することによって決定される。直線ｃ１およびｃ３間、および直線ｃ２およびｃ４間の平均距離の差の半分が重ね合わせ誤差（ｘ軸に沿った）である。よって、もし直線ｃ１およびｃ３間の平均距離が直線ｃ２およびｃ４間の平均距離と等しいなら、対応する重ね合わせ誤差はゼロになる。説明されないが、ｙ軸に沿った２つのボックスの重ね合わせ誤差も上記手法で決定されえる。
【0005】
「バー内のボックス」および「バー内のバー」の導入もなされた。これらは「ボックスインボックス」と概して同じ形をしている。「バー内のボックス」ターゲットにおいては、「ボックスインボックス」の外側ボックスが複数の平行なバーに分離されている（図１Ｂを参照）。「バー内のバー」重ね合わせマークにおいては、「ボックスインボックス」ターゲットの外側および内側ボックスの両方が複数の平行なバーに分離されている。改変されたこのタイプのターゲットのさらなる例は、Ｃｈｅｎらによる米国特許第６，１１８，１８５号に教示されている。
【0006】
近年、デバイスそのもののデザインルールに匹敵するパターンを作り出す分離されたバーの導入がなされた。例えば、Ａｕｓｓｃｈｎｉｔｔらによる米国特許第６，１３０，７５０号においては分離されたバーを持つ「ボックスインボックス」タイプのターゲットが開示されている。
【0007】
このようなデザインはうまくいくものの、改善された機能を持つターゲットを提供するための努力が継続されている。例えば、テストパターン上で測定された重ね合わせ誤差と、回路要素の実際の重ね合わせ誤差との間の相関関係を改善できるターゲットを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、ある実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、第１方向における基板の第１および第２レイヤ間の相対的ズレを決定する少なくとも一つのテストパターンを含む。テストパターンはワーキング・ゾーンの第１セットと、ワーキング・ゾーンの第２セットとを含む。ワーキング・ゾーンの第１セットは基板の第１レイヤ上に配置され、対角線上に対向し、空間的に互いにオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを持つ。ワーキング・ゾーンの第２セットは基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し、空間的に互いにオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを持つ。ワーキング・ゾーンの第１セットは、ワーキング・ゾーンの第２セットに対して一般に角度をつけられ、よって「Ｘ字」形状のテストパターンを形成する。
【0009】
本発明は、他の実施形態においては、重ね合わせマークの画像をキャプチャするように構成された画像装置を用いて基板の２つ以上の連続するレイヤ間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、基板の第１レイヤ上に配置されたワーキング・ゾーンの第１セットを含む。ワーキング・ゾーンの第１セットは、対角線上に対向し、マークの周縁内に位置する少なくとも２つのワーキング・ゾーンを含む。ワーキング・ゾーンのそれぞれは、その中に位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を含む。粗くセグメント化された要素は第１方向に概ね向いている。重ね合わせマークはさらに、第１ワーキング・グループに対して交差する位置に配されるワーキング・ゾーンの第２セットを含む。第２ワーキング・グループは基板の第２レイヤ上に配置され、互いに対角線上に対向し、マークの周縁内に位置する少なくとも２つのワーキング・ゾーンを含む。ワーキング・ゾーンのそれぞれは、その中に位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を含む。粗くセグメント化された要素は第１方向に概ね向いている。
【0010】
本発明は、他の実施形態においては、基板の単一レイヤ上の２つ以上の別々に生成されたパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせターゲットは、基板の第１レイヤ上に位置するテスト領域を含む。第１レイヤは典型的には、第１プロセスを用いて第１パターンによって、第２プロセスを用いて第２パターンによって形成される。重ね合わせターゲットはさらに、テスト領域に位置する複数のワーキング・ゾーンを含む。ワーキング・ゾーンは、第１および第２パターン間の相対的なズレを決定するのに用いられるテスト領域の実際のエリアを表す。ワーキング・ゾーンの第１部分は第１プロセスを用いて形成され、ワーキング・ゾーンの第２部分は第２プロセスを用いて形成される。重ね合わせターゲットはさらに、ワーキング・ゾーンのそれぞれの中に位置する周期的構造を含む。周期的構造のそれぞれは、複数の粗くセグメント化された要素を含む。粗くセグメント化された要素のそれぞれは複数の細かくセグメント化された要素によって形成される。
【0011】
本発明は、他の実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上の２つ以上の別々に生成されたパターン間の相対的ズレを決定する方法に関する。この方法は、基板上に形成された重ね合わせマークの画像をキャプチャすることを含む。重ね合わせマークは、複数のワーキング・ゾーンを持つ。ワーキング・ゾーンのそれぞれは粗くセグメント化された要素の周期的構造を含む。この方法はさらに、キャプチャされた画像から複数のワーキング・ゾーンを選択することを含み、ここでそれぞれのレイヤまたはパターンから少なくとも一つのワーキング・ゾーンが選択される。この方法はさらに、選択されたワーキング・ゾーンのそれぞれについて情報を持った信号を形成することを含み、ここでそれぞれのレイヤまたはパターンについて少なくとも一つの信号が形成される。この方法はまた第１レイヤまたはパターンからの前記信号を第２レイヤまたはパターンからの信号と比較することによって異なるレイヤまたはパターン間の前記相対的なズレを決定することを含む。
【0012】
本発明は、ある実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは複数のワーキング・ゾーンを含み、これらは基板の第１および第２レイヤ間、または基板の単一レイヤ上の第１および第２パターン間のアライメントを計算するために用いられる。ワーキング・ゾーンのそれぞれはマークの周縁内に配置される。ワーキング・ゾーンのそれぞれはマークの異なる領域を表す。ワーキング・ゾーンはマークの周縁を実質的に埋めることによって、ワーキング・ゾーンの組み合わされた領域が実質的にマークの合計領域に等しいように構成される。
【0013】
本発明は、ある実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定するのに用いられる重ね合わせマークを設計する方法に関する。この方法は、第１スケールにしたがってマークの第１要素の幾何学的配置を最適化することを含む。この方法はさらに、第２スケールにしたがってマークの第２要素の幾何学的配置を最適化することを含む。この方法はさらに第３スケールにしたがってマークの第３要素の幾何学的配置を最適化することを含む。
【0014】
本発明は、他の実施形態においては、重ね合わせマークを設計する方法に関する。重ね合わせマークは計測ツールの視野に対応する周縁を持つ。この方法は、重ね合わせマークの周縁を複数のワーキング・ゾーンで埋めることを含む。ワーキング・ゾーンの幾何学的配置は第１デザインスケールに基づく。この方法はさらに、ワーキング・ゾーンのそれぞれを、粗くセグメント化された線の少なくとも一つの周期的構造で埋めることを含む。粗くセグメント化された線の幾何学的配置は第１スケールよりも小さい第２スケールに基づく。この方法はさらに、粗くセグメント化された線を複数の細かくセグメント化された要素に分割することを含む。細かくセグメント化された要素の幾何学的配置は第２スケールよりも小さい第３スケールに基づく。
【0015】
本発明は、他の実施形態においては、重ね合わせマークを設計する方法に関する。この方法は、重ね合わせマークの周縁を規定することを含む。この方法はさらに、重ね合わせマークを複数のワーキング・ゾーンに分割することを含む。ワーキング・ゾーンは、第１プロセスに関連する少なくとも第１ワーキング・ゾーンと、第２プロセスに関連する少なくとも第２ワーキング・ゾーンとを含む。第２プロセスは第１プロセスとは異なる特性を有する。この方法はさらにワーキング・ゾーンの幾何学的配置を調節することを含む。ワーキング・ゾーンの幾何学的配置は少なくとも一部は第１スケールに基づく。この方法はさらにワーキング・ゾーンのそれぞれの中の周期的構造を位置づけることを含む。周期的構造は複数の粗くセグメント化された線を有する。この方法はさらに周期的構造の幾何学的配置を調整することを含む。周期的構造の幾何学的配置は少なくとも一部は第２スケールに基づく。第２スケールは第１スケールとは違う特性を持つ。この方法はさらに粗くセグメント化された線を複数の細かくセグメント化された要素に分割することを含む。この方法はさらに細かくセグメント化された要素の幾何学的配置を調整することを含む。細かくセグメント化された線の幾何学的配置は少なくとも一部は第１および第２スケールと異なっている。
【0016】
本発明は、他の実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、複数の細かくセグメント化されたバーと少なくとも一つのダークフィールドとによって形成される複数の粗くセグメント化された線を含む。複数の粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化されたバーおよび少なくとも一つのクリアフィールドによって分離される。
【0017】
本発明は、他の実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、複数の細かくセグメント化されたバーによって形成され、クリアフィールドによって分離される粗くセグメント化された線の第１グループを含む。重ね合わせマークはさらに複数の細かくセグメント化されたバーによって形成され、ダークフィールドによって分離される粗くセグメント化された線の第２グループを含む。
【0018】
本発明は、ある実施形態においては、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレをスキャニングを介して決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、基板の第１および第２レイヤ間の第１方向における相対的ズレを決定する少なくとも一つのテストパターンを含む。テストパターンは、ワーキング・ゾーンの第１セットおよびワーキング・ゾーンの第２セットを有する。第１セットは、基板の第１レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有する。第２セットは、基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有する。ワーキング・ゾーンの第１セットはワーキング・ゾーンの第２セットに対して一般に角度がつけられ、それにより「Ｘ字」形状のテストパターンを形成する。
【0019】
本発明は、他の実施形態においては、重ね合わせマークの画像をキャプチャするように構成された画像化装置を介して基板の２つ以上の連続するレイヤ間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークに関する。重ね合わせマークは、基板の第１レイヤ上に配置されたワーキング・ゾーンの第１セットを含む。ワーキング・ゾーンの第１セットは、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされ、マークの前記周縁内に位置した少なくとも２つのワーキング・ゾーンを含む。ワーキング・ゾーンのそれぞれはそこに位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を有する。粗くセグメント化された要素は第１方向に向いている。重ね合わせマークはさらに、第１ワーキング・グループに対して斜めに位置したワーキング・ゾーンの第２セットを含む。第２ワーキング・グループは、基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされ、マークの前記周縁内に位置した少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有する。ワーキング・ゾーンのそれぞれはそこに位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を有する。粗くセグメント化された要素は第１方向に向いている。本発明は例示的に説明されており、これは限定的なものではない。
【0020】
本発明は、添付図面に表されるそのいくつかの好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明される。以下の記載においては、本発明を完全に理解するために、多くの具体的な詳細が説明されている。しかし本発明は一部またはすべてのこれら具体的な詳細がなくても実施できることが当業者には明らかだろう。あるいは、本発明を不必要にぼやかさないためによく知られたプロセスステップは記載されていない。
【0021】
さまざまな実施形態のそれぞれにおいて、半導体ウェーハの２つのレイヤのそれぞれの上に形成された周期的構造からなる重ね合わせマークを本発明は用いることによって、半導体デバイスのこれらの２つのレイヤ間の重ね合わせ情報を提供する。重ね合わせマークがそれぞれのウェーハレイヤの特定の位置に形成されることによって、２つのレイヤが適切にアラインされるときには、あるレイヤ上の周期的構造が他のレイヤの周期的構造とアラインする。逆に、２つのレイヤが適切にアラインしないときには、それぞれのレイヤ上の周期的構造は互いにズレる。あるいは本発明は、同一レイヤ上の２つの異なるパターン間のアライメント情報を提供するために、２つ以上の異なるプロセスによって単一レイヤ上に形成された周期的構造からなる重ね合わせマークを用いてもよい。周期的構造のそれぞれは複数の構造からなっており、重ね合わせを測定するために用いられる情報量を増やし、あるプロセスが重ね合わせ測定に及ぼす影響を減らすために大きく変更されえる。これら測定のそれぞれは、実際の集積回路の構造とほぼ同じサイズおよび間隔（つまり距離）のサブ構造からなる。実際の回路サイズに近いサイズのサブ構造を持つ周期的構造のそれぞれを形成することによって、そのような回路におけるいかなるアライメント誤差についてもより正確に測定できる。本発明は、重ね合わせマークの画像をキャプチャすることが必要な重ね合わせ測定手法に特に適している。
【0022】
ここで記載される周期的構造およびサブ構造は一般には適当なフォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成され、リソグラフィパターンはその後、エッチングおよび成膜のような既存のプロセス技術を用いて他の材料およびレイヤに転写される。最も簡単なアプリケーションにおいては、転写されたパターンはエッチングされた、または成膜された配線またはバイアを構成する。例えば周期的構造およびサブ構造は、ウェーハレイヤ内のフォトレジスト材料による形成物、リセスが形成されたキャビティ形成物、埋め込まれたトレンチおよび／または他の構造でありえる。キャビティによって形成された構造およびサブ構造は、半導体製造プロセス中にいずれかのレイヤに形成されたキャビティでありえる。例えば、キャビティは、フォトレジストレイヤ、誘電体材料レイヤ、または金属レイヤ中に形成されえる。上記プロセスは限定事項ではなく、いかなる適切な製造技術も用いられうることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1A】従来の重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図1B】従来の重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図2】本発明のある実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図3】本発明のある実施形態による細かくセグメント化された周期的構造の部分側面立面図である。
【図4】本発明のある実施形態による細かくセグメント化された周期的構造の部分側面立面図である。
【図5A】本発明のある実施形態による細かくセグメント化された周期的構造の部分側面立面図である。
【図5B】本発明のある実施形態による細かくセグメント化された周期的構造の部分側面立面図である。
【図6】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図7】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図8】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図9】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図10】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図11】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図12】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図13】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図14】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図15】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図16】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図17】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図18】本発明の他の実施形態による重ね合わせマークの上から見た平面図である。
【図19】本発明のある実施形態による重ね合わせ測定システムの簡略化された概略図である。
【図20A】本発明のある実施形態によって重ね合わせを計算する方法を図示する簡略化されたフロー図である。
【図20C】本発明のある実施形態による折り畳まれた１次元信号のペアを示す図である。
【図21】本発明のある実施形態によって共分散を用いて重ね合わせを計算する方法３７０を図示するフロー図である。
【図22】本発明のある実施形態によってフーリエ分解を用いて重ね合わせを計算する方法３８０を図示するフロー図である。
【図23】本発明のある実施形態によって重ね合わせマークを設計する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明の実施形態が以下に図１〜図２３を参照して説明される。しかし当業者には理解されるように、これらの図についてここに記載された詳細な説明は、例示目的であり、本発明はこれらの限定的な実施形態よりも広い。
【0025】
図２は本発明のある実施形態による重ね合わせマーク７０を上から見た平面図である。マーク７０は、画像ベースの重ね合わせ測定技術に適する。議論を易しくするために、重ね合わせマーク７０はウェーハの試験レイヤが適切なアライメントであるときに生じる構成として示される。重ね合わせマーク７０は一般に、基板の２以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上の別個に形成された２以上のパターン間の相対シフト量を決定するために設けられる。例として、重ね合わせマークは、第１レイヤがその上または下に配置された第２レイヤに対してどの程度正確にアラインしているか、または第１パターンが同じレイヤ上に配置された先行するまたは後続する第２パターンに対してどの程度正確にアラインしているか、を決定するために用いられうる。議論を易しくするために、図２に示す重ね合わせマークは、ウェーハの異なるレイヤ間の重ね合わせを測定する状況で説明される。しかしこの図（および以下のいかなる図も）の重ね合わせマークは、ウェーハの単一レイヤ上の別個に形成された２以上のパターンを測定するためにも用いられうる。一般にウェーハ上のダイの配置に対するマークの向きは、連続するマークの向きがレイヤからレイヤへ、またはパターンからパターンへと同じである限り、便利なものがなんでも用いられうる。
【0026】
重ね合わせマーク７０は周縁７１によって規定される。周縁７１は典型的には計測ツールの限界および回路デザインルールに基づく。例えば周縁の上限は、重ね合わせを測定するのに用いられる計測ツールの視野（ＦＯＶ）および／またはスクライブライン・バジェットによって設定されえる。ＦＯＶは一般に、計測ツールを介して画像をキャプチャするのに利用可能な範囲を規定する光学的周縁をいう。マークは典型的にはウェーハのスクライブラインの内側に位置する、つまりスクライブラインは、ソーイングまたはダイシングでウェーハがダイに分離されるウェーハ上の場所であり、そこには回路自体はパターン形成されない。よってスクライブライン・バジェットとは一般にマーク配置のためにスクライブラインによって許される可能なスペースをいう。さらに周縁の下限は、マークを画像化するために（例えば適切な信号または測定品質を確保するために）計測ツールによって必要とされる最小限の領域によって設定される。
【0027】
重ね合わせ測定に用いられる情報量を最大化するために周縁７１はなるべく大きくなければならないと一般に考えられる。周縁７１のサイズおよび形状は大きく変更されえる。例えば、周縁は正方形、円形、三角形、長方形、多角形などの形状をとりうる。周縁のサイズはいずれの方向においても、一般的には約１０から約１００ミクロンであり、より具体的には約２０から約５０ミクロンである。記載されている実施形態においては、周縁７１は計測ツールのＦＯＶ７９のサイズおよび形状に直接に対応する、つまりＦＯＶが周縁を規定する。多くの場合、ＦＯＶはＣＣＤのアスペクト比のために長方形である。しかしこれには限定されず、ＦＯＶはマークの周縁７１よりも実質的に大きくてもよい。例えばマークの周縁はスクライブライン上の領域によって制限される。
【0028】
重ね合わせマーク７０はさらに、複数のワーキング・ゾーン７２を含み、これらはマーク７０の周縁７１を分割し、実質的に埋めるように構成される（中心部から周辺部にわたり）。例えば、複数のワーキング・ゾーンの合計領域がマークの全体領域に実質的に等しいようにワーキング・ゾーンがマークの周縁を埋めるように構成されえる。ワーキング・ゾーン７２は、ウェーハの異なるレイヤ間のアライメントを計算するために用いられるマークの実際の領域を表す。そのためワーキング・ゾーン７２は、重ね合わせ測定がなされる２つのレイヤに関する情報を典型的に含む。例えばいくつかのワーキング・ゾーンは、ウェーハの一つのレイヤ内に位置する（実線で表示）が、いくつかのワーキング・ゾーンは、ウェーハの異なるレイヤ内に位置する（点線で表示）。
【0029】
多くの場合、ワーキング・ゾーン７２は、空間的に互いに分離されていて、その結果、それらは隣接するワーキング・ゾーンの部分とは重なり合うことがない（つまりワーキング・ゾーンのそれぞれはマークの異なる領域を表す）。これは、ワーキング・ゾーンのそれぞれが適切に計測ツールによって画像化されるのを確実にするために典型的にはなされる。いつも必要ではないが、ワーキング・ゾーン７２は除外ゾーン８０によって空間的に分離されて、その結果、ワーキング・ゾーンのそれぞれが区別されてもよい。除外ゾーン８０は、物理的ターゲット構造または対応する光学的信号が歪まされ、そのためそれが重ね合わせ計算から除外されるターゲットイメージの領域である。除外ゾーンのサイズは、重ね合わせの測定のためにできるだけ多くの情報を与えるために、ワーキング・ゾーンのサイズと典型的にはバランスが取られる。すなわち、より大きいワーキング・ゾーンとより小さい除外ゾーンとを持つことが一般には望まれる。場合によっては、ＳＥＭ断面によって重ね合わせ測定の正確さを確認できるように、隣接するワーキング・ゾーン間で少量の重複部を持つことも望ましい。
【0030】
ある実施形態において、ワーキング・ゾーンのサイズ、形状および分布を含む幾何学的配置は、マークにわたっておこりうる不均一性または非対称性の特性をバランスをとり、または補償するように構成される。非対称性は、プロセスに起因する構造的特徴（ウェーハに起因するズレ）とともに、計測ツールにおける光学的収差および照度非対称性（ツールに起因するズレ）から起こりえる。
【0031】
ツールに起因するズレ（ＴＩＳ）は、不均一照度および／または光学的収差のような計測ツールの問題の結果、マークの見かけ位置がどのくらい移動またはシフトするかを一般にいう。照度は、その光がターゲットにどのように分布するかに一般に関する。収差は、その光がどのように収束し、集められるかに関する。不均一照度は、光源からウェーハへの光の伝達に関する光学要素の一つにおける欠陥またはミスアライメントによって生じうる。不均一な光学的収差は、光学系の対物レンズにおける欠陥またはミスアライメントによって生じうる。例を挙げれば収差は、球面収差、非点収差およびコマ収差を含む。コマ収差は、計測ツールのＦＯＶにわたるその非対称性の性質ゆえに、ＴＩＳにはより大きな影響を与えうる。
【0032】
ウェーハに起因するズレ（ＷＩＳ）は、化学機械研磨（ＣＭＰ）およびスパッタリング成膜によって生じる歪みのようなプロセスのバラツキの結果、マークの見かけ位置がどのくらい移動またはシフトするかを一般にいう。
【0033】
不均一性、非対称性、およびバラツキは、それぞれのレイヤの異なる配線セットの高さ間の違いから生じることもある。低いレイヤの配線はときとしてウェーハの中間レイヤを通してでないと見えないことがある。これは中間レイヤの材料が低いレイヤの配線を覆うからである。いっぽう上の配線は低いレイヤの上に施されたフォトレジストから一般に形成される。
【0034】
したがって重ね合わせ計測ツールの視野内の２つのレイヤまたはパターンからの重ね合わせ情報のサイズ、形状および分布を調節することによって、リソグラフィおよび／またはプロセスの不均一性、非対称性、およびバラツキの影響を低減することが可能である。場合によっては、重ね合わせ測定を向上させることさえ可能である。レジストパターンはプロセスのバラツキの影響を受けにくく、よってそれらはマークの捕捉エリアとして潜在的にはより有用である。
【0035】
ある実施形態においては、同じレイヤのワーキング・ゾーンをマークの周縁の近傍の異なる場所に選択的に配置することによって、バランスを取ることが達成される。例えばワーキング・ゾーンは、ＦＯＶにわたって変化する収差と、照度およびプロセス結果との間で可能な最良のバランスを得るために、ＦＯＶ内の異なる場所に配置することができる。図示された実施形態（図２）においては、同じレイヤのワーキング・ゾーンは互いに反対に配置され、これによりＦＯＶの左から右へ、上から下へ、または内側から外側へと起こる（逆の場合も含む）非対称性のバランスを取ることができる。ある実現例においては、非対称性をバランスさせるための最適分布は、ツールに起因するズレ（例えば照度および／または収差のようなツールの問題の結果、マークの見かけの位置がどのくらい動くか）の光学的シミュレーションを行うことによって決定される。他の実現例では、非対称性をバランスさせるための最適分布は、実験（例えばウェーハのサンプルを流す）を行うことによって決定される。さらに、許容できない収差および照度および／またはプロセスダメージを持つマークの部分がＦＯＶ内に存在することもあり、そのためにこれらの領域を回避するためにワーキング・ゾーンはＦＯＶ内の特定の場所に配置されえる。
【0036】
上述のように、ワーキング・ゾーンのそれぞれは、重ね合わせマークの連続する２つのレイヤの一つを表すように構成される。ある実施形態においては、ワーキング・ゾーンは第１レイヤまたはパターン、および第２レイヤまたはパターンと等しい数を表し、すなわち、第１レイヤのそれぞれのワーキング・ゾーンについて、第２レイヤには対応するワーキング・ゾーンが存在する。これはレイヤ群および／または計測ツールに存在するバラツキ、不均一性、および／または非対称性をバランスさせるために典型的に行われる。そのためワーキング・ゾーンの数は、例えば２、４、８、１６のように一般に２の因数に基づく。視野内で領域をより多くの点に分布させることによって、照度、収差およびプロセスによって生じる不均一性をよりバランスさせることができると一般に信じられている。例えばワーキング・ゾーンのサイズ（正方形）は一般に約２から約２４ミクロンであり、より具体的には約４から約１５ミクロンである。多くの場合、ワーキング・ゾーンのサイズはワーキング・ゾーンの数に反比例し、つまり数が増えるとサイズは小さくなる。例として、ワーキング・ゾーンのサイズは、４ワーキング・ゾーンの場合、一般に約１０から約２４ミクロンであり、８ワーキング・ゾーンの場合、約５から約１２ミクロンであり、１６ワーキング・ゾーンの場合、約２．５から約６ミクロンである。
【0037】
さらに第１および第２レイヤのワーキング・ゾーンの数が等しくない必要がある場合も存在しえ、この場合、４つの第１レイヤワーキング・ゾーンおよび２つの第２レイヤワーキング・ゾーンのようになる。またワーキング・ゾーン全体の数が等しくない必要がある場合も存在しえ、この場合、２つの第１レイヤワーキング・ゾーンおよび１つの第２レイヤワーキング・ゾーンのようになる。またワーキング・ゾーンのサイズが等しくない必要がある場合も存在しえる。例えばワーキング・ゾーンの第１グループが第１サイズを有し、ワーキング・ゾーンの第２グループが第２サイズを有し、ここで第２サイズは第１サイズよりも小さいかまたは大きい。
【0038】
ワーキング・ゾーンは一般にＦＯＶ（例えばマークの周縁）によって制約を受けるが、ワーキング・ゾーンの形状はそれぞれのマークの特定の要求に応じて変えることができる。例としてゾーンは、正方形（図示のように）の形状、Ｌ字形、長方形の形状、三角形の形状、円の形状、多角形の形状などでもよい。多くの場合、ワーキング・ゾーンの形状およびサイズは同一である。これは典型的にはレイヤおよび／または計測ツール中に存在するバラツキ、不均一性および／または非対称性のバランスをとるためになされる。しかしこれは限定事項ではなく、一部または全部のワーキング・ゾーンは異なる形状をとりうることに注意されたい。例えばいくつかのワーキング・ゾーンは長方形の形状であり、他のワーキング・ゾーンは正方形の形状でありえる。
【0039】
さらに、異なるレイヤを表すワーキング・ゾーンは典型的には互いに並置される。例として、マークは少なくとも２つの並置されたワーキング・ゾーンを含みうる。すなわち、第１レイヤを表す右領域と、第２レイヤを表す左領域とである。さらにマークは、第１レイヤを表す上部ワーキング・ゾーンと、第２レイヤを表す下部ワーキング・ゾーンとを含みうる。ある実施形態においては、並置された領域は、ターゲットの中心（つまりＦＯＶの中心）から等距離に配置される。しかし並置は限定事項ではなく、ワーキング・ゾーンの位置はそれぞれのマークの特定の要求にしたがって変えられることに注意されたい。例えば、第１レイヤを表すワーキング・ゾーンが、第１レイヤを表す他のワーキング・ゾーンに対して並置されることが必要な場合も存在しうる。
【0040】
図２を参照して、ワーキング・ゾーン７２Ａおよび７２Ｄ（点線で表される）はウェーハのあるレイヤに形成され、ワーキング・ゾーン７２Ｂおよび７２Ｃ（実線で表される）はウェーハの別のレイヤに形成される。示されるように、ワーキング・ゾーン７２ＡおよびＤはワーキング・ゾーン７２ＢおよびＣに対して角度がつけられている。すなわちワーキング・ゾーン７２ＡおよびＤはワーキング・ゾーン７２ＢおよびＣに対して交差するように位置する。さらに、同一の第１レイヤ上に設けられているワーキング・ゾーン７２Ａおよび７２Ｄは、第１垂直角で互いに反対に位置し、いっぽう同一の第２レイヤ上に設けられているワーキング・ゾーン７２Ｂおよび７２Ｃは、第２垂直角で互いに反対に位置する。すなわち、ワーキング・ゾーン７２Ａはワーキング・ゾーン７２Ｄと対角線上に対置され、ワーキング・ゾーン７２Ｂはワーキング・ゾーン７２Ｃと対角線上に対置される。さらにワーキング・ゾーン７２Ａは、空間的にワーキング・ゾーン７２Ｄからずらされ、ワーキング・ゾーン７２Ｂは、空間的にワーキング・ゾーン７２Ｄからずらされている。例えばワーキング・ゾーン７２Ｄの中心は、ワーキング・ゾーン７２Ａの中心より下に、かつ右に位置し、ワーキング・ゾーン７２Ｃの中心は、ワーキング・ゾーン７２Ｂの中心より下に、かつ左に位置する。交差するように位置するこれらの構造は「Ｘ」字形状のパターンを形成する。
【0041】
この具体的な「Ｘ」字構成は例示のために示されたのであって、限定のためではないことに注意されたい。すなわちワーキング・ゾーンおよびその周期的構造のサイズ、形状および分布はそれぞれのマークの特定の要求にしたがって変わりうる。例えばワーキング・ゾーンは異なるサイズの、かつ異なる形状のさまざまなＦＯＶを埋めるように構成されえる。プロセスのロバスト性および情報最適化の理由でできるだけ多くの情報で視野を埋めることが一般に望ましい。ワーキング・ゾーンはまた、長方形、三角形、平行四辺形、台形、正多角形、円などの他の形状をとってもよい。さらに対向する周期的構造は他のレイヤ上に設けられてもよい。例えばワーキング・ゾーン７２Ｂおよび７２Ｃが第１レイヤ（点線）に設けられ、ワーキング・ゾーン７２Ａおよび７２Ｄが第２レイヤ（実線）に設けられてもよい。さらに、ワーキング・ゾーンは視野の一部しか埋めなくてもよい。しかも、除外ゾーンがなくされて、ワーキング・ゾーンがそれぞれの境界にそって互いに隣り合って配置されても（例えば完全に領域を埋め、よってＦＯＶを埋めても）よく、または断面の正確さのために線の末端が重なり合うように一部が互いに重なってもよい。
【0042】
ワーキング・ゾーン７２のそれぞれは、例えば周期的構造７４Ａ〜Ｄのような個々の周期的構造７４を包含する。示されるように、周期的構造７４のそれぞれは、その対応するワーキング・ゾーン７２の周縁を実質的に埋める。さらに周期的構造７４のそれぞれは、粗くセグメント化された複数の線群７６を含み、これらは重ね合わせ測定に用いられうる情報量を増す。さらに周期的構造からマークを構築することによって、マークのより高い情報密度の利益を最大化する、より幅広い重ね合わせ測定アルゴリズムを実現することが可能である。粗くセグメント化された線群７６のそれぞれは多くのサブ構造、つまり細かくセグメント化された要素７８によって形成される。
【0043】
細かくセグメント化された要素７８のいくつかは点線によって表されるが、それぞれの周期的構造内の細かくセグメント化された要素７８は、一定の間隔でセグメント化される不連続な直線状の組では必ずしもない。点線は、周期的構造のそれぞれの中の連続した直線状の組を表しうる。しかし代わりの実施形態では、それぞれの周期的構造内の細かくセグメント化された要素７８はさまざまな形状およびサイズをとりえて、これらは一定の間隔でセグメント化される不連続な直線状の組も含む。これらはより詳細に以下で説明される。
【0044】
ある実施形態においては、周期的構造の幾何学的配置、つまり線幅および間隔は、計測ツールの画像解像度とプロセスのロバスト性との適切なバランスを見いだすように構成される。例えば多くの場合、大きな幾何学的配置（例えば大きな線幅および間隔）を持つことで、周期的構造がツールによって光学的に解像されることが望ましく、いっぽう小さな幾何学的配置（例えば小さな線幅および間隔）を持つことで、マークへのプロセスの影響が最小化されることが望ましい。画像解像度に関して、それぞれの計測ツールが粗くセグメント化された線群を解像するために持つ最小サイズ要件が存在する。周期的構造の周期が小さくなるにつれ、計測ツールの解像度が低下する、つまり計測ツールの解像度が効果的に作用しなくなる点が存在することが一般に知られている。プロセスのロバスト性に関して、新しいプロセスが半導体製造に導入されるたびに、重ね合わせマークへのある種の影響が存在する。ターゲットを測定する能力は、画像ツールにおけるその視界またはコントラストに依存する。金属配線のようなプロセスのいくつかは、コントラストが低下する傾向にあり、よって精度に影響を与える。化学機械研磨（ＣＭＰ）のような他のプロセスはマークをぼやけさせたり、歪ませたりする傾向にあり、よって正確さに影響を与える。これらのプロセスはまた、構造を非対称にしたり、もともとパターンが作られたトレンチまたは配線（例えば回路パターン）の中心に対して、見かけの、光学的に測定された空間的対応物を作り出す。
【0045】
アルミニウムでコーティングされ、化学機械研磨されたタングステンのような特定のプロセスについては、研磨およびアルミニウム成膜プロセスから生じる非対称性の影響を低減させるために、これらの構造の特性寸法はほぼ１から２ミクロン以下であることが有利である。しかしもしトレンチの幅が小さすぎると、アルミニウムレイヤの上部における残りのトポグラフィが小さすぎるため光学的に適切なコントラストを与えられなくなり、よってマークが適切な重ね合わせ情報を提供しない。いっぽうでこのスケールにおける構造の特性寸法についての下限は計測ツールの解像度の限界によって決定される。例えば開口数（ＮＡ）が０．９で、平均照明波長が５５０ｎｍである重ね合わせツールについては、レイリー解像度限界または基準がほぼ０．４ミクロンになる。この特定の場合においては、コントラスト、よって信号対雑音を低減させないために、線幅０．５ミクロンを維持するのが好ましく、研磨およびアルミニウム成膜プロセスから生じる非対称性の影響を低減させるために１〜２ミクロン未満に維持するのが好ましい。しかしこれは例としてであって、限定のためではなく、レイリー解像度限界よりもよいものを達成することが可能であることに注意されたい。
【0046】
ある実施形態においては、周期的構造の幾何学的配置は実験によって決定される。ＴＩＳの変化が最小である周期を見つけるために、つまりツールに起因するずれの変化をウェーハ上の複数の場所で測定することによって、ＴＩＳ変化およびプロセス変化を最小にするピッチを選択するために、例えばいくつかのウェーハがプロセスに通される
【0047】
ある実施形態においては、周期的構造の周期および位相は高周波エッジをフィルタリングするように構成される。
【0048】
図示された実施形態においては、周期的構造７４Ａ〜Ｄのそれぞれは同じ周期およびデューティサイクルを持つ。すなわち周期的構造７４のそれぞれは、等しい数の粗くセグメント化された線７６からなり、これらは平行であり、等しい線幅とそれらの間の等しい間隔とを持つ。周期、線幅および間隔は大きく変更されえる。例として、周期の大きさは約１から約３ミクロンでありえ、線幅および間隔の大きさは約０．３から約２ミクロンでありえ、より具体的には約０．５から約１ミクロンである。
【0049】
周期的構造のそれぞれについての等しい周期、線幅および間隔は限定事項ではなく、それらはそれぞれのマークの特定の要求に応じて変更されえる。例えば周期的構造のそれぞれは異なる周期またはデューティサイクルを持ちえる。あるいは周期的構造のいくつかは等しい周期またはデューティサイクルを持ちえ、いっぽう他の周期的構造は異なる周期またはデューティサイクルを持ちえる。さらに周期的構造は、周期的構造にわたって変化する周期を持ちえる。例として周期的構造はチャープ化された周期的構造（例えば小から大へ）でありえる。前述のように、周期、線幅および間隔は一般に、計測ツールのプロセスロバスト性要件およびコントラスト要件にしたがって最適化される。
【0050】
それぞれの周期的構造内部の線の数はそれぞれのマークの特定の要求に合うように変更されえる。線の数は要求される解像度と所望の信号対雑音比とに依存するすると一般には考えられる。たいていの画像ツールは約０．３から約０．９の間に解像度限界を持つ。線の数はまた、グループのうち内側の線セグメントよりも最も外側の線セグメントにより影響を大きく与える化学機械研磨歪みのようなプロセス要件によって決定される。線セグメントのグループ内で用いられる線の最大数に影響する一つのファクタは、計測ツールの解像度である。動作に必要な線の最小数の観点からは、その数は２である。示された実施形態においては、周期的構造７４Ａ〜Ｄのそれぞれは、５つの粗くセグメント化された線を含む。場合によっては線の異なる数、つまり５つの線を持つ第１周期的構造と、２つの線を持つ第２周期的構造とを持つ周期的構造を有することさえ望ましいかもしれない。
【0051】
示された実施形態においては、周期的構造７４Ａ〜Ｄの線群は互いに平行であり、その結果、ある単一の向きにおける位置情報を提供する。理解されるように、図１の線群はＸ軸測定のために構成されている。なぜなら線群は測定の軸と非平行（例えば垂直または直交）だからである。この構成が与えられると、Ｘ方向における２つの連続するレイヤの間のいかなるズレも、周期的構造７４ＡおよびＤの第１セットと、周期的構造７４ＢおよびＣの第２セットとの間に存在する。よって、Ｘ方向のウェーハの２つのレイヤの間のアライメントは周期的構造の２つのグループの相対的位置を比較することによって決定されうる。例えば、第１レイヤ上に配置される周期的構造７４ＡおよびＤの位置が、第２レイヤ上に配置される周期的構造７４ＢおよびＣの位置（例えば対称の中心）と比較されることによって、連続するレイヤ群間のＸ方向におけるアライメントが決定される。
【0052】
ある実施形態において、レイヤ間の重ね合わせアライメントは同じレイヤ上の対向する領域のそれぞれの対称の中心を計算し、それから２つの平均化された対称の中心間の差を計算することによって決定されうる。例えばワーキング・ゾーン７２ＡおよびＤとワーキング・ゾーン７２ＢおよびＣとの両方についての対称の中心は、画像群を折りたたむことによってみつかり、これら２つの対称の中心の差は重ね合わせ誤差を決定しえる。もし重ね合わせがゼロであるなら、同じレイヤの２つの対向するグループのそれぞれの対称の中心は、マークの中央を通るＹ軸、つまり左のワーキング・ゾーンおよび右のワーキング・ゾーン間を通るＹ軸と一致しなければならない。
【0053】
あるいは、互いに平行で、異なるレイヤ上にある周期的構造群が比較される。すなわち周期的構造７４Ａは周期的構造７４Ｂと比較され、周期的構造７４Ｃは周期的構造７４Ｄと比較される。さらに互いに上下にある周期的構造群が比較される。すなわち周期的構造７４Ａは周期的構造７４Ｃと比較され、周期的構造７４Ｂは周期的構造７４Ｄと比較される。
【0054】
Ｘ方向における重ね合わせを測定することは限定事項ではなく、重ね合わせマーク７０は９０度回転されて、Ｙ方向におけるウェーハの２つのレイヤ群間の重ね合わせ誤差を決定してもよいことに注意されたい。さらに、一つがもう一つから９０度回転された２つの重ね合わせマークを用いて、２つの方向、例えばＸおよびＹ方向における連続するレイヤ群間のアライメントを決定してもよい。第１および第２マークの向きが同じレイヤからレイヤへ向かう限り、第２マークは第１マークに対してさまざまな位置に配置されえる（例えば横に並ぶ、またはもしスペースが限られるならウェーハ上の異なる位置に）。
【0055】
さらに、もし実線の輪郭で示された線群が半導体ウェーハの第１レイヤ上に印刷され、実線で示された線群が第２レイヤ上にあるなら、第３レイヤ上に他のセットの線群（ここでは実線の輪郭で示される）が第１レイヤの線群上を覆うように印刷されることもあることに注意されたい。このとき、第２レイヤの線群は第３レイヤの線群と関連して用いられる。よって半導体ウェーハのレイヤ上のそれぞれの線群のセット（第１および最後のレイヤ上のそれらを除く）は、半導体ウェーハの２つのレイヤ上、つまり一つ上および一つ下のレイヤ上の線群と関連して用いられる。この実現例は、もし第１レイヤが第３レイヤの下であって光学的に検出できないなら最もよく機能する。あるいは、もし半導体ウェーハ表面上にじゅうぶんなスペースがあるなら、ウェーハ上の隣接するレイヤのそれぞれのペアのグレーティングペアは、ウェーハ上の異なる場所に位置させることで、関心のある２つのトップレイヤの測定に対する、第３レイヤからの「染みだし」干渉を最小化することができる。
【0056】
さらに説明すれば、粗くセグメント化された線群７６をそれぞれ形成するために用いられる細かくセグメント化された要素７８は、より正確にウェーハレイヤ群間のアライメントの度合いを表現する重ね合わせ測定を重ね合わせマーク７０が促進するように構成される。すなわち細かくセグメント化された要素７８は、２つのレイヤのそれぞれの上に形成された集積回路のパターンのアライメントにより密接に一致するアライメント情報を提供するようにはたらく。細かくセグメント化された要素７８は、部分的にはいくつかの理由により、より典型的な測定を考慮する。
【0057】
より小さい重ね合わせマークがより正確な重ね合わせ測定を提供する一つの理由は、より小さいサイズの細かくセグメント化された要素は、集積回路のパターンが形成されるときに生じるレンズパターン配置誤差とより類似するレンズパターン配置誤差とともに半導体レイヤ上に形成されるからである。パターンはウェーハレイヤ上に、「ステッパ」のようなリソグラフィ装置で形成される。半導体ウェーハ上に形成されるパターンのレンズ配置誤差は、ステッパレンズにおける収差のためにパターンの大きさおよび間隔とともに変化し、またリソグラフィ用マスク上で規定される回路パターンを露光するのに用いられる照度条件（軸をずれた照明および部分可干渉性を含む）とともに変化する。集積回路要素の微小寸法のそれに匹敵する最小寸法サイズおよびピッチを持つマークを作ることは、回路の最小寸法と同じまたは類似のマスクパターン技術を用いること（例えば同じまたは類似の光学的近接補正またはフェーズシフトマスクパターンを用いること）と同様、より似た度合いのレンズパターン配置誤差とともに形成されたマークおよび集積回路パターンを生むことになる。このようにウェーハの異なるレイヤ群上のマーク間のアライメントは、回路パターン間のアライメントをより正確に表す。ステッパレンズ収差による歪みのより詳細な情報については、Harry J. LevinsonによるLithography Process Controlを参照されたい。
【0058】
ある実施形態においては、細かくセグメント化された要素の最小寸法サイズおよびピッチ（例えば細かくセグメント化された要素の中心間の距離）は、テストされるレイヤ上について行われるパターン形成ステップのクリチカルなデバイス最小寸法のそれらと実質的に等しい。すなわち細かくセグメント化された要素７８の寸法は回路パターンの寸法に匹敵する。ある実現例においては、線は、集積回路の配線の幅にほぼ等しい幅を持つ。現在、回路配線は０．１３μｍにほぼ等しいか、またはこれより小さい幅を持つ。本発明の細かくセグメント化された要素は０．０５〜０．２μｍの幅を持つようにできる。しかし理解されるように、半導体製造プロセスの進歩はさらにこれらの寸法を小さくする可能性が高いので、これらの寸法は例としてであって、限定するためのものではない。
【0059】
より小さい重ね合わせマークがより正確な重ね合わせ測定を提供する他の理由は、重ね合わせ測定におけるウェーハ製造非対称性の効果が低減されるからである。ウェーハ製造非対称性は、ウェーハレイヤ上に形成された構造またはパターンの形状およびサイズがさらなるプロセスのためにズレが生じることである。重ね合わせマークに対するウェーハ製造プロセスの影響は、重ね合わせマーク構造およびサブ構造のサイズ、間隔、および密度に依存する。形状およびサイズのこれらのズレは、重ね合わせマークに影響を与え、重ね合わせ測定の精度を低下させる。
【0060】
ウェーハ構造に非対称プロファイルを生じる例示的なウェーハ製造技術は、スパッタ成膜プロセスである。スパッタリングプロセスは一般に材料のレイヤ（つまり金属）を既存のウェーハレイヤの上に施すために用いられる。通常、スパッタされる材料源、ターゲットは、ウェーハの中心の上に位置する。スパッタされる材料はターゲットからウェーハの外周縁に向かって移動し、それにより凹状のチャネル内、またはリッジ状の凸部上で、材料の非対称堆積を生じる。具体的には、へこみのあるチャネルの側壁間の堆積された材料の不均一な累積は、凹状チャネルの見かけの位置をチャネルの一方の側へずらしえる。
【0061】
非対称寸法を生じえる他の例示的な製造技術は、ウェーハレイヤの機械化学平坦化（ＣＭＰ）である。ある状況下で、ウェーハレイヤは、材料の次レイヤが堆積される前にＣＭＰを経る。ＣＭＰ装置は一般にウェーハレイヤにわたり特定の向きに移動する。したがってＣＭＰ装置は最初に重ね合わせマークの片面に遭遇し、それからマークの対向する側へと移る。これにより重ね合わせマークのズレと、見かけのサイズの変化とが生じる。なぜなら最初に遭遇された重ね合わせマークの側の材料が、マークの対向する側よりもより多く、またはより少なく除去されえるからである。
【0062】
どちらの状況においても、重ね合わせマークに製造プロセスの結果として生じる非対称性は、より小さいマークを形成することによって低減されえる。スパッタリングプロセスに関しては、凹状チャネルまたはリッジがより小さいほど、それぞれの側壁表面上により累積するスパッタ材料がより少なくなるので、それにより形状およびサイズの非対称性のズレもより小さくなる。ＣＭＰプロセスに関しては、より小さい寸法を持つマークはやはりより小さい度合いしかズレない。逆に、例えば大きな粒度の金属レイヤの場合のように、重ね合わせマークの線を広げることによってプロセス変化に対してよりロバストになるプロセス状況も存在する。より詳細な情報については、Harry J. LevinsonによるLithography Process Controlを参照されたい。
【0063】
示された実施形態において、細かくセグメント化された要素７８は空間的に離れた、互いに平行な細い線群である。しかし、線群は限定事項ではなく、細かくセグメント化された要素の形状は、それぞれのマークの特定の要求にしたがって変更されうることに注意されたい。例えば、細かくセグメント化された要素は正方形、長方形、三角形、多角形、円形、楕円形などの形状をとりうる。理解されるように、細かくセグメント化された要素７８は完全に対称な形状を持つ必要はない。なぜならそれらは典型的にはリソグラフィおよびパターン転写プロセスによって形成されるからである。
【0064】
さらなるバリエーションとして、単一の重ね合わせマーク内に形成されたさまざまな形状の要素がある。例えばある周期的構造は、直線的な形状の要素を含み、一方、別の周期的構造は円い形状の要素を含みえる。さらに、ある周期的構造は、円い形状の要素を含み、別の周期的構造は正方形状の要素を含みえる。さらに、ある周期的構造は、直線的な形状の要素を含みえ、一方、別の周期的構造は正方形状の要素を含みえる。またさらなるバリエーションとして、単一の周期的構造内に形成されたさまざまな形状の要素がある。例えばある単一の周期的構造は、直線的な形状の要素によって形成されたある粗くセグメント化された線と、正方形状の要素によって形成された別の粗くセグメント化された線とを含みえる。さらなるバリエーションとして、細かくセグメント化された要素から構成される周期的構造と、細かくセグメント化された要素から構成されず、単一の太い線で構成されるいくつかの周期的構造とを含む。
【0065】
図３を参照すると、細かくセグメント化された要素７８がより詳細に説明される。図３は本発明のある実施形態による図２に示される周期的構造７４のいずれかの部分側面立面図である。示されるように、粗くセグメント化された線７６は、複数の細かくセグメント化された要素７８によって形成される。この特定の実施形態においては、細かくセグメント化された要素７８は、粗くセグメント化された線７６の中心に対して対称的に分布され、等しく細かい幅ｗと細かいピッチｐ（中心間の距離）とをその間に持つバー群を表す。しかしこれは限定事項ではなく、幅とピッチとは、その分布とともに、それぞれの装置の具体的な要求にしたがって変化しえることに注意されたい。粗くセグメント化された線７６の線幅ｄは、複数の細かくセグメント化されたバー７８のうちのいちばん最初およびいちばん最後のバー７８’および７８”の外側端の間の距離として規定される。示された実施形態においては、１０の細かくセグメント化されたバーが存在する。
【0066】
コマ収差のようなステッパ収差（計測ツール収差ではなく）は、重ね合わせマークが細かくセグメント化されている場合に見かけの重ね合わせ誤差を生じえることがわかっている。すなわちパターン配置誤差を生む傾向を持つことに加えて、ステッパコマ収差も細かくセグメント化された要素、特に粗くセグメント化された線を構成する最初および最後のバー（例えばバー７８’および７８”）の寸法を変える傾向を持つ。「寸法を変える」とは、一般に、最初および最後のバーが細くなったり広くなったりしえることを意味する。多くの場合、一方のバーが広くなると、他方のバーは細くなる。例えばコマ収差は最後のバーを広くし、最初のバーを細くさせる。これはまた、粗くセグメント化された線群の間のオープンスペースの近傍にバーがあることによっても生じえる。理解されるように、このタイプの変化は見かけの重ね合わせズレを導入しがちであり（つまり、線が左から右へとずれたように見える）、よって線は正しく測定されない。ある実施形態においては、周期的構造のレイアウトはこの見かけのズレを補償するように再構成されえる（図４および５を参照）。
【0067】
リソグラフィにおいては、クリアフィールドとは一般にオープンスペース（例えばエッチングされている）によって囲まれた一連の周期的構造をいい、ダークフィールドとは一般にクローズドスペース（例えばエッチングされていない）によって囲まれた一連の周期的構造をいう。クリアフィールドは一般に明るく見え、ダークフィールドは一般に暗く見える。この特定の実施形態においては、クリアフィールドは、図３のバーのような細かくセグメント化された要素のグループ間の空き地であり、ダークフィールドは、図３のバーのような細かくセグメント化された要素のグループ間の閉じた空間である。クリアフィールドおよびダークフィールドは、広くなったり細くなったりしたバーによって生じる見かけのズレが打ち消しあったりバランスを取ってなくなるように、線群の形成を変えるよう構成されえると一般に考えられる。ある実現例においては、バランスはそれぞれの周期的構造内で取られる。例えばワーキング・ゾーンのそれぞれは、クリアフィールドおよびダークフィールドの両方を備えた細かいセグメントを含む。例えば粗くセグメント化された線のいくつかはクリアフィールドを持ち、いくつかはダークフィールドを持つ。別の実現例においては、異なるワーキング・ゾーンの２つの周期的構造間でバランスが取られる。例えば、少なくとも第１ワーキング・ゾーンはクリアフィールドを備えた細かいセグメントを持つ周期的構造を含み、少なくとも第２ワーキング・ゾーンはダークフィールドを備えた細かいセグメントを持つ周期的構造を含む。たいていの場合、第１および第２ワーキング・ゾーンは、同じレイヤ上にある対向したワーキング・ゾーンである。これらの実現例は、図４および５を参照して以下に詳細に説明される。
【0068】
図４は本発明のある実施形態による図２に示される周期的構造７４のいずれかの部分側面立面図である。例として、図４は一般に上述の第１実現例に対応する。示されるように、粗くセグメント化された線７６は、複数の細かくセグメント化されたバー７８と、少なくとも一つのダークフィールド８１とによって形成される。粗くセグメント化された線群７６は、複数の細かくセグメント化されたバー７８と、少なくとも一つのクリアフィールド８２とを含むセパレーションＳによって分割される。細かくセグメント化された線群、ダークフィールドおよびクリアフィールドの幾何学的配置は大きく変えることができる。これらの要素の幾何学的配置は一般に、照明の部分可干渉性と、ステッパレンズの光学系のコマ収差とに依存する。線群とスペース群とが部分的にセグメント化されるデュアルトーン構造は、それらのどちらか一つしか備えない構造よりも、装置構造によってもたらされるパターン配置誤差をより改善する傾向にある。
【0069】
図５ＡおよびＢは本発明のある実施形態による２つの別個の周期的構造群８４の部分側面立面図である。たいていの場合、周期的構造群８４および８５は、対向するワーキング・ゾーンからなり、同じレイヤ内に位置する周期的構造を表す。例えば周期的構造８４は、周期的構造７４Ａに対応しえ、一方、周期的構造８５は周期的構造７２Ｄに対応しえる。しかしこれは限定事項ではないことに注意されたい。
【0070】
図５Ａを参照して、第１周期的構造８４は、粗くセグメント化された線群７６を含み、これら線群は複数の細かくセグメント化されたバー７８によって形成され、これら線群はクリアフィールド８２によって分離されている。図５Ｂを参照して、第２周期的構造８５は、粗くセグメント化された線群７６を含み、これら線群は複数の細かくセグメント化されたバー７８によって形成され、これら線群はダークフィールド８１によって分離されている。細かくセグメント化された線、ダークフィールドおよびクリアフィールドの幾何学的配置は大きく変えることができる。この特定の実施形態においては、ダークフィールドのサイズ・形状（反対ではあるが）および位置は、クリアフィールドのサイズ・形状（反対ではあるが）および位置に一般に対応する。
【0071】
上記説明からわかるように、Ｘ字構成の効果は多い。例えば、Ｘ字構成は、マークの周縁を中心からエッジまで満たす標準的なボックスインボックスターゲットよりもより多くの情報を提供する。またその長さとともにエッジ（例えば粗くセグメント化された線）の数を増すことによって、より多くの情報を提供する。エッジの数とその長さを増すことによってより多くの情報を提供すること以外に、Ｘ字構成は、もともと備わっている追加の対称性のおかげで、通常のボックスインボックスターゲットよりもさらなる効果を提供する。すなわち、通常のボックスインボックス構造においては、内側および外側のレイヤが存在する。これらが入れ替わると、内側および外側マークの異なる情報分布のため、および視野中心に近い領域および視野中心から遠い領域における計測ツールの異なる光学的ふるまいのため、異なるパターンになり、よって異なる重ね合わせ結果を生む。この点から、Ｘ字ターゲット構造は基本的にレイヤ入れ替え（鏡像変換まで）に関して不変である。さらにＸ字構成は、非対称コマパターンを克服するのに役立つ、つまりコマ収差が打ち消し合う１８０度回転対称性を示す。
【0072】
図６は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク９０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク９０は図２に示す重ね合わせマークに概ね対応する。重ね合わせマーク９０は、２つのウェーハレイヤ（一つはクロスハッチングされており、もう一つはされていない）間のレジストレーション誤差を決定するための４つのワーキング・ゾーン９２Ａ〜Ｄを含む。ワーキング・ゾーンのそれぞれは、複数の粗くセグメント化された線９６によって構成される周期的構造９４を含む。図２のＸ字ターゲットと似て、第１および第４ゾーン９２ＡおよびＤに位置する周期的構造９４ＡおよびＤは、ウェーハの第１レイヤ内に配置され、一方、第２および第３ゾーン９２ＢおよびＣに位置する周期的構造９４ＢおよびＣは、ウェーハの第２レイヤ内に配置される。さらに同じレイヤ上の周期的構造は、例えば構造９４ＡおよびＤのように、対角線上に対向して位置し、それによりＸ字構成で重ね合わせマークを形成する。
【0073】
この特定の実施形態においては、粗くセグメント化された線は水平に位置し、それによりこれらはＹ方向の重ね合わせを測定するように構成される。しかし、これは限定事項ではなく、ターゲットは回転されてＸ方向の重ね合わせを測定してもよいことに注意されたい。またこの実施形態においては、粗くセグメント化された線が伸長され、形状が長方形の中身のつまった構造であるが、これは限定事項ではなく、粗くセグメント化された線は、図４において説明された細かくセグメント化された要素にしたがって作られる複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよいことに注意されたい。
【0074】
図２のマークと対照的に、ワーキング・ゾーン９２のそれぞれは、特に図６の周期的構造９４のそれぞれは、マーク９０の中心に追加構造９６を収めるために「Ｌ字形状の」輪郭または形状を持つ。図示された実施形態において追加構造９６は、本願の背景において説明された標準的なボックスインボックス構造を表す。よって「Ｘ字」で構成されたマーク９０は、標準的なボックスインボックス計測ツールおよびアルゴリズムによって捕捉され測定されえる、つまり既存の装置およびソフトウェアが使用可能である。
【0075】
図７は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１００の上から見た平面図である。例として重ね合わせマーク１００は図２に示された重ね合わせマークと概ね対応する。重ね合わせマーク１００は、２つのウェーハレイヤ（一つはクロスハッチングされており、もう一つはされていない）間のレジストレーション誤差を決定するための４つのワーキング・ゾーン１０２Ａ〜Ｄを含む。ワーキング・ゾーンのそれぞれは、複数の粗くセグメント化された線１０６によって構成される周期的構造１０４を含む。図２のＸ字ターゲットと似て、第１および第４ゾーン１０２ＡおよびＤに位置する周期的構造１０４ＡおよびＤは、ウェーハの第１レイヤ内に配置され、一方、第２および第３ゾーン１０２ＢおよびＣに位置する周期的構造１０４ＢおよびＣは、ウェーハの第２レイヤ内に配置される。さらに同じレイヤ上の周期的構造は、例えば構造１０４ＡおよびＤのように、対角線上に対向して位置し、それによりＸ字構成で重ね合わせマークを形成する。
【0076】
この特定の実施形態においては、粗くセグメント化された線１０６は水平に位置し、それによりこれらはＹ方向の重ね合わせを測定するように構成される。しかし、これは限定事項ではなく、マーク１００は回転されてＸ方向の重ね合わせを測定してもよいことに注意されたい。またこの実施形態においては、粗くセグメント化された線が伸長され、形状が長方形の中身のつまった構造である。これは限定事項ではなく、粗くセグメント化された線は、図４において説明された細かくセグメント化された要素にしたがって作られる複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよいことに注意されたい。
【0077】
図２のマークと対照的に、ワーキング・ゾーン１０２のそれぞれは、特に図７の周期的構造１０４のそれぞれは、マーク１００の中心に追加構造１０８を収めるために「長方形の」輪郭または形状を持つ。図示された実施形態において追加構造１０８は、本願の背景において説明された標準的なボックスインボックス構造を表す。よって「Ｘ字」で構成されたマーク１００は、標準的なボックスインボックス計測ツールおよびアルゴリズムによって捕捉され画像化されえる。しかしこれは限定事項ではなく、追加構造は他の構造、例えば、光学的パターン認識ツールおよびアルゴリズムによって認識および捕捉されえるパターン認識構造を表しえる。いずれの構成も、既存の装置およびソフトウェアに変更の必要がないという効果を有する。
【0078】
図８は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１１０の上から見た平面図である。例として重ね合わせマーク１１０は図２に示されたマークと対応しえる。しかし図２のマークとは異なり、重ね合わせマーク１１０は重ね合わせを２つの異なる向きについて測定するように構成されることに注意されたい。よってマーク１１０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク１１０は、ウェーハのテストされるレイヤが完全にアライメントしているときに結果として生じる構成において示されている。
【0079】
重ね合わせマーク１１０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン１１２を含む。示された実施形態において重ね合わせマーク１１０は、４つの正方形状のワーキング・ゾーン１１２を含み、これらは重ね合わせマーク１１０を画像化するのに用いられる計測ツールの視野（不図示）を実質的に埋めるように構成される。ワーキング・ゾーン１１２は、ウェーハの異なるレイヤ間のアライメントを計算するの用いられるマークの実際の領域を表す。前述のように、ワーキング・ゾーン１１２は空間的に互いに分離され、その結果、それらは第２レイヤの隣接するワーキング・ゾーンの部分と重ならないようになっている。
【0080】
この実施形態においては、ワーキング・ゾーンは、例えばＸおよびＹ方向の２つの向きにおける重ね合わせ情報を提供するように構成される。４つのワーキング・ゾーン１１２Ａ〜Ｄのうち、２つのワーキング・ゾーン１１２ＡおよびＤは第１レイヤに配置され、２つのワーキング・ゾーン１１２ＢおよびＣは第２レイヤに配置される（第１レイヤは中が塗りつぶされており、第２レイヤは中が塗りつぶされていない）。同じ第１レイヤ上に配置されるワーキング・ゾーン１１２ＡおよびＤは第１垂直角で互いに対向し、同じ第２レイヤ上に配置されるワーキング・ゾーン１１２ＢおよびＣは第２垂直角で互いに対向する（例えば対角線上に）。これらの交わって配置された構造は「Ｘ字」形パターンを形成する。
【0081】
ワーキング・ゾーン１１２のそれぞれは、例えば周期的構造１１４Ａ〜Ｄのような個別の周期的構造１１４を含む。示されるように、周期的構造１１４のそれぞれは実質的にその対応するワーキング・ゾーン１１２の周縁を埋める。理解されるように、周期的構造１１４のそれぞれはその対応するワーキング・ゾーン１１２のレイヤ内に形成される。周期的構造１１４は、ロウとカラムとに分割されて間隔が空けられて配置された粗くセグメント化された要素１１６を含む。粗くセグメント化された要素１１６のそれぞれは、こんどは、細かくセグメント化された要素１１８によって形成される。細かくセグメント化された要素１１８はまた、ロウとカラムとに分割されて間隔が空けられて配置される。個別の粗くセグメント化された要素１１６および細かくセグメント化された要素１１８は、さまざまなサイズ、形状および分布で構成されえる。示された実施形態においては、粗くセグメント化された要素１１６および細かくセグメント化された要素１１８の両方は、正方形の形をして、隣接する要素から等しく距離を置かれている。理解されるように、重ね合わせマーク１１０は、同じ繰り返し構造パターンを直交する向きに持つので、互いに垂直である２つの異なる向きにおけるミスレジストレーション値を測定するのに使用可能である。
【0082】
図９は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１３０の上から見た平面図である。例として重ね合わせマーク１３０は図２のマークと対応する。しかし図２のマークとは異なり、重ね合わせマーク１１０は重ね合わせを２つの異なる向きについて測定するように構成されることに注意されたい。よってマーク１３０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク１３０は、ウェーハのテストされるレイヤが完全にアライメントしているときに結果として生じる構成において示されている。重ね合わせマーク１３０は一般に、ウェーハの２つ以上の連続するレイヤ間の、またはウェーハの単一のレイヤ上に別個に生成された２つ以上のパターン間の相対的なズレを決定するのに提供される。議論を簡単にするために、重ね合わせマーク１３０は、基板の異なるレイヤ間の重ね合わせを測定する場合において説明される。しかしこの図の重ね合わせマークはまた、基板の単一のレイヤ上の２以上の個別に生成されたパターンを測定するのに用いられてもよいことに注意されたい。
【0083】
重ね合わせマーク１３０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン１３２を含む。示された実施形態において重ね合わせマーク１３０は、８つの長方形状のワーキング・ゾーン１３２を含み、これらはその周縁７１を実質的に埋めるように構成される。ワーキング・ゾーン１３２は、ウェーハの異なるレイヤ間のアライメントを計算するの用いられるマークの実際の領域を表す。前述のように、ワーキング・ゾーン１３２は空間的に互いに分離され、その結果、それらは第２レイヤの隣接するワーキング・ゾーンの部分と重ならないようになっている。この特定の構成においては、ワーキング・ゾーンのいくつかは除外ゾーンを介して分離されており、一方、他のワーキング・ゾーンは隣接ワーキング・ゾーンの隣に位置する。例えばワーキング・ゾーン１３２Ｂはワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＦから除外ゾーン１３３を介して分離されており、一方、ワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＦはそのエッジにおいて互いに隣り合って位置する。
【0084】
議論を進めるために、ワーキング・ゾーン１３２は、第１ワーキング・グループ１３４および第２ワーキング・グループ１３６にグループ分けされる。第１ワーキング・グループ１３４は、第１方向における重ね合わせ情報を提供するように構成される４つのワーキング・ゾーン１３２Ａ〜Ｄを含む。例として、第１方向はＹ方向でありえる。４つのワーキング・ゾーン１３２Ａ〜Ｄのうち、２つのワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤは第１レイヤに設けられ、２つのワーキング・ゾーン１３２ＢおよびＣは第２レイヤに設けられる（第１レイヤはクロスハッチングで表され、第２レイヤはクロスハッチングなしで表される）。理解されるように、このマーク構成について、重ね合わせ誤差がゼロの場合（図示のとおり）、ワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤ、およびワーキング・ゾーン１３２ＢおよびＣの対称の中心１３５は正確に一致する。第２ワーキング・グループ１３６は、第１方向と垂直な第２方向における重ね合わせ情報を提供するように構成される４つのワーキング・ゾーン１３２Ｅ〜Ｈを含む。例として、第２方向はＸ方向でありえる。４つのワーキング・ゾーン１３２Ｅ〜Ｈのうち、２つのワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨは第１レイヤに設けられ、２つのワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧは第２レイヤに設けられる（第１レイヤはクロスハッチングで表され、第２レイヤはクロスハッチングなしで表される）。上述のように、このマーク構成について、重ね合わせ誤差がゼロの場合（図示のとおり）、ワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨ、およびワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧの対称の中心１３７は正確に一致する。
【0085】
理解されるように、グループ１３４および１３６のそれぞれは「Ｘ字」構成のマークを表す（オフセットはあるが）。例えばワーキング・グループ１３４は、同じ第１レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤと、同じ第２レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１３２ＢおよびＣを含む。さらにワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤは、ワーキング・ゾーン１３２ＢおよびＣに対して角度がつけられている。さらに、ワーキング・ゾーン１３２Ａは空間的にワーキング・ゾーン１３２Ｄからオフセットが設けられており、ワーキング・ゾーン１３２Ｂは空間的にワーキング・ゾーン１３２Ｄからオフセットが設けられている。
【0086】
さらにワーキング・ゾーン１３６は、同じ第１レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨと、同じ第２レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧを含む。さらにワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨは、ワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧに対して角度がつけられている。さらに、ワーキング・ゾーン１３２Ｅは空間的にワーキング・ゾーン１３２Ｈからオフセットが設けられており、ワーキング・ゾーン１３２Ｆは空間的にワーキング・ゾーン１３２Ｇからオフセットが設けられている。本質的に、この特定のマークは、互いに対角線上にある２つの「Ｘ字」構成のマーク群、つまりワーキング・グループ１９４およびワーキング・グループ１９６を作る。
【0087】
さらに詳述するなら、あるレイヤ上のワーキング・ゾーンは、一般に他のレイヤ上のワーキング・ゾーンに対して並置される。例えば第１ワーキング・グループにおいて、ワーキング・ゾーン１３２Ａはワーキング・ゾーン１３２Ｂに対して並置され、ワーキング・ゾーン１３２Ｃはワーキング・ゾーン１３２Ｄに対して並置される。同様に、第２ワーキング・グループにおいて、ワーキング・ゾーン１３２Ｅはワーキング・ゾーン１３２Ｈに対して並置され、ワーキング・ゾーン１３２Ｆはワーキング・ゾーン１３２Ｇに対して並置される。２つの並置されたペアのうち、第２レイヤ上のワーキング・ゾーンは典型的には第１レイヤ上のワーキング・ゾーンよりもＦＯＶの中心により近く位置する。例えば、ワーキング・ゾーン１３２ＢおよびＣおよびワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧはそれぞれ、それらの並置されたワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤおよびワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨよりもＦＯＶ１４４の中心１４２により近く位置する。さらに、ワーキング・グループ群のそれぞれの中で、並置されたペアはグループ内の他の並置されたペアに対して対向する関係に（例えば対角線上に）位置する。例えば、並置されたペア１３２ＡおよびＢは、並置されたペア１３２ＣおよびＤに対向して位置し、並置されたペア１３２ＥおよびＦは、並置されたペア１３２ＧおよびＨに対向して位置する。
【0088】
理解されるように、この特定のマークにおいて、ワーキング・ゾーンの構成は回転対称（マークの中心を軸に±９０、１８０、２７０、３６０度）である。これは典型的には、計測ツールの視野にわたる半径方向および軸方向のバラツキ、例えば、不均一光学収差およびツールに起因するズレ（ＴＩＳ）を起こす照明によって引き起こされる半径方向および軸方向のバラツキの影響を低減するためになされる。半径方向のバラツキとは一般に、マークの中心からマークの外周領域へと広がるバラツキをいう。軸方向のバラツキとは一般に、マークの軸に沿った向きにおいて発生するバラツキをいい、例えばＸ方向においてはマークの左から右の部分へであり、Ｙ方向においてはマークの下から上の部分へである。
【0089】
ワーキング・ゾーン１３２Ａ〜Ｈのそれぞれは、複数の粗くセグメント化された線群１４０によって構成される周期的構造１３８を含む。粗くセグメント化された線群の線幅Ｄおよび間隔ｓは大きく変更しえる。示されるように、周期的構造１３８のそれぞれは実質的にその対応するワーキング・ゾーン１３２の周縁を埋める。理解されるように、周期的構造１３８はまたその対応するワーキング・ゾーン１３２のレイヤ上に配置される。
【0090】
議論を簡単にするために、周期的構造１３８は、第１ワーキング・グループ１３４と関連する第１周期的構造１３８Ａと、第２ワーキング・グループと関連する第２周期的構造１３８Ｂとに分類されえる。示されるように、第１周期的構造１３８Ａはすべて同じ向きに方向づけられている。つまり粗くセグメント化された線群１４０は平行で互いに水平に位置する。第２周期的構造１３８Ｂもすべて同じ向きに方向づけられている（第１周期的構造とは異なるが）。つまり粗くセグメント化された線群１４０は平行で互いに垂直に位置する。よって第１ワーキング・グループ１３４内の周期的構造１３８Ａは、第２ワーキング・グループ１３６内の周期的構造１３８Ｂに対して直交する。
【0091】
ある実施形態においては、並置される周期的構造の粗くセグメント化された線群は互いにアラインされている。つまりもし異なるレイヤを無視するなら、連続的なグレーティングをなすように見える。例えばワーキング・ゾーン１３２Ａの粗くセグメント化された線は、ワーキング・ゾーン１３２Ｂの粗くセグメント化された線とアラインされ、ワーキング・ゾーン１３２Ｃの粗くセグメント化された線は、ワーキング・ゾーン１３２Ｄの粗くセグメント化された線とアラインされる。さらにワーキング・ゾーン１３２Ｅの粗くセグメント化された線は、ワーキング・ゾーン１３２Ｆの粗くセグメント化された線とアラインされ、ワーキング・ゾーン１３２Ｇの粗くセグメント化された線は、ワーキング・ゾーン１３２Ｈの粗くセグメント化された線とアラインされる。
【0092】
図１０は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１５０の上から見た平面図である。この特定の実施形態においては、粗くセグメント化された線１４０は複数の細かくセグメント化された要素１５２によって形成される。細かくセグメント化された要素１５２は図２で説明された細かくセグメント化された要素１７８に概ね対応する。
【0093】
図１１は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１７０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク１７０は図６および９に示された重ね合わせマークに概ね対応する。重ね合わせマーク１３０と同様に、重ね合わせマーク１７０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための８つのワーキング・ゾーン１７２Ａ〜Ｈを含む（一方のレイヤはクロスハッチングで表され、もう一方はなしで表される）。ワーキング・ゾーンのそれぞれは、複数の粗くセグメント化された線１７６によって構成された周期的構造１７４を含む。重ね合わせマーク９０と同様に、ワーキング・ゾーン１７２のそれぞれは、マーク１７０の中心に追加構造１７８を収めるように構成される。図示された実施形態においては、ワーキング・ゾーン１７２Ａ〜Ｈは、マークの外側領域周辺に配置され、一方、追加構造１７８はマークの中心に配置される。追加構造１７８は、本願の背景で説明された標準的なボックスインボックス構造を表す。よってマーク１７０は、標準的なボックスインボックス計測ツールおよびアルゴリズムによって捕捉され測定されえる、つまり既存の装置およびソフトウェアが使用可能である。
【0094】
図１２は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク１９０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク１９０は図９のマークに対応する。図９のマークのように、図１２の重ね合わせマーク１７０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク１９０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。図９のマークとは対照的に、マーク１９０は三角形の形をしたワーキング・ゾーンを含む。重ね合わせマーク１９０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0095】
重ね合わせマーク１９０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン１９２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク１４０は、その周縁を実質的に埋めるように構成された８つの三角形の形をしたワーキング・ゾーン１９２を含む。ワーキング・ゾーン１９２は、ウェーハの異なるレイヤ間のアライメントを計算するの用いられるマークの実際の領域を表す。前述のように、ワーキング・ゾーン１９２は空間的に互いに分離され、その結果、それらは隣接するワーキング・ゾーンの部分と重ならないようになっている。この特定の実施形態においては、ワーキング・ゾーン１９２のすべてが除外ゾーン１９３を介して分離されている。
【0096】
議論を進めるために、ワーキング・ゾーン１９２は、第１ワーキング・グループ１９４および第２ワーキング・グループ１９６にグループ分けされる。第１ワーキング・グループ１９４は、第１方向における重ね合わせ情報を提供するように構成される４つのワーキング・ゾーン１９２Ａ〜Ｄを含む。例として、第１方向はＹ方向でありえる。４つのワーキング・ゾーン１９２Ａ〜Ｄのうち、２つのワーキング・ゾーン１９２ＡおよびＤは第１レイヤに設けられ、２つのワーキング・ゾーン１９２ＢおよびＣは第２レイヤに設けられる（第１レイヤは実線で表され、第２レイヤは点線で表される）。理解されるように、このマーク構成について、重ね合わせ誤差がゼロの場合（図示のとおり）、ワーキング・ゾーン１９２ＡおよびＤ、およびワーキング・ゾーン１９２ＢおよびＣの対称の中心１９５は正確に一致する。第２ワーキング・グループ１９６は、第１方向と垂直な第２方向における重ね合わせ情報を提供するように構成される４つのワーキング・ゾーン１９２Ｅ〜Ｈを含む。例として、第２方向はＸ方向でありえる。４つのワーキング・ゾーン１９２Ｅ〜Ｈのうち、２つのワーキング・ゾーン１９２ＥおよびＨは第１レイヤに設けられ、２つのワーキング・ゾーン１９２ＦおよびＧは第２レイヤに設けられる（第１レイヤは実線で表され、第２レイヤは点線で表される）。上述と同様に、このマーク構成について、重ね合わせ誤差がゼロの場合（図示のとおり）、ワーキング・ゾーン１９２ＥおよびＨ、およびワーキング・ゾーン１９２ＦおよびＧの対称の中心１９７は正確に一致する。さらにワーキング・ゾーン１９２の全てはマークの中心に対して等しく位置する。
【0097】
理解されるように、グループ１９４および１９６のそれぞれは「Ｘ字」構成のマークを表す。例えばワーキング・グループ１９４は、同じ第１レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１９２ＡおよびＤと、同じ第２レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１９２ＢおよびＣを含む。さらにワーキング・ゾーン１９２ＡおよびＤは、ワーキング・ゾーン１９２ＢおよびＣに対して角度がつけられている。さらに、ワーキング・ゾーン１９２Ａは空間的にワーキング・ゾーン１９２Ｄからオフセットが設けられており、ワーキング・ゾーン１９２Ｂは空間的にワーキング・ゾーン１９２Ｄからオフセットが設けられている。
【0098】
さらにワーキング・グループ１３６は、同じ第１レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１９２ＥおよびＨと、同じ第２レイヤ上にあり、互いに対角線上に対向する位置にあるワーキング・ゾーン１９２ＦおよびＧを含む。さらにワーキング・ゾーン１９２ＥおよびＨは、ワーキング・ゾーン１９２ＦおよびＧに対して角度がつけられている。さらに、ワーキング・ゾーン１９２Ｅは空間的にワーキング・ゾーン１９２Ｈからオフセットが設けられており、ワーキング・ゾーン１９２Ｆは空間的にワーキング・ゾーン１９２Ｇからオフセットが設けられている。本質的に、この特定のマークは、互いに対角線上にある２つの「Ｘ字」構成のマーク群、つまりワーキング・グループ１９４およびワーキング・グループ１９６を作る。
【0099】
さらに詳述するなら、あるレイヤ上のワーキング・ゾーンは、一般に他のレイヤ上のワーキング・ゾーンに対して並置される。例えば第１ワーキング・グループにおいて、ワーキング・ゾーン１９２Ａはワーキング・ゾーン１９２Ｂに対して並置され、ワーキング・ゾーン１９２Ｃはワーキング・ゾーン１９２Ｄに対して並置される。同様に、第２ワーキング・グループにおいて、ワーキング・ゾーン１９２Ｅはワーキング・ゾーン１９２Ｈに対して並置され、ワーキング・ゾーン１９２Ｆはワーキング・ゾーン１９２Ｇに対して並置される。このマーク構成について、重ね合わせがゼロの場合（図示のように）、ワーキング・ゾーン１９２のすべてがマークの中心に対して等しく位置する。さらに、ワーキング・グループ群のそれぞれの中で、並置されたペアはグループ内の他の並置されたペアに対して対向する関係に（例えば上／下および右／左に）位置する。例えば、並置されたペア１９２ＡおよびＢは、並置されたペア１９２ＣおよびＤに対向して位置し、並置されたペア１９２ＥおよびＦは、並置されたペア１９２ＧおよびＨに対向して位置する。
【0100】
理解されるように、この特定のマークにおいて、ワーキング・ゾーンの構成は中心または周縁を他のレイヤについてずらせることなく、回転対称（マークの中心を軸に±９０、１８０、２７０、３６０度）である。つまりマークは不変である。これは典型的には、計測ツールの視野にわたる半径方向および軸方向のバラツキ、例えば、不均一光学収差およびツールに起因するズレ（ＴＩＳ）を起こす照明によって引き起こされる半径方向および軸方向のバラツキの影響を低減するためになされる。
【0101】
ワーキング・ゾーン１９２のそれぞれは、複数の粗くセグメント化された線群２００によって構成される周期的構造１９８を含む。粗くセグメント化された線群の線幅Ｄおよび間隔ｓは大きく変更しえる。示されるように、周期的構造１９８のそれぞれは実質的にその対応するワーキング・ゾーン１９２の周縁を埋める。理解されるように、周期的構造１９８はまたその対応するワーキング・ゾーン１９２のレイヤ上に配置される。
【0102】
議論を簡単にするために、周期的構造１９８は、第１ワーキング・グループ１９４と関連する第１周期的構造１９８Ａと、第２ワーキング・グループ１９６と関連する第２周期的構造１９８Ｂとに分類されえる。示されるように、第１周期的構造１９８Ａはすべて同じ向きに方向づけられている。つまり粗くセグメント化された線群１９０Ａは平行で互いに水平に位置する。第２周期的構造１９８Ｂもすべて同じ向きに方向づけられている（第１周期的構造とは異なるが）。つまり粗くセグメント化された線群１９８Ｂは平行で互いに垂直に位置する。よって第１ワーキング・グループ１９４内の周期的構造１９８Ａは、第２ワーキング・グループ１９６内の周期的構造１９８Ｂに対して直交する。さらに、ＦＯＶ内にそれぞれのゾーンを収めるために、粗くセグメント化された線１９０は、マークの外側領域からマークの内側領域へと移るにつれてその長さを減少させる。図示はされないが、このマークをさらに改善するために、粗くセグメント化された線は、複数の細かくセグメント化された要素によって形成されえる。
【0103】
図１３は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２１０の上から見た平面図である。示されるようにマーク２１０は、図１２のマーク１９０と同じおおまかなレイアウトおよび特徴を持つ。つまり８つの三角形の形をしたワーキング・ゾーンを持つ。しかしマーク２１０はマークの中心を２つのレイヤのうちの一つの上に形成されたグレーティングパターン２１２についてずらしている点でマーク１９０とは異なる。グレーティングパターン２１２は、コントラストまたは粒度のために、あるレイヤにおけるマークの質が他のレイヤにおけるマークの質よりも低いときに典型的には用いられる。すなわちコントラストが低いときのレイヤ内の情報（例えばエッジ）は増す。あるいは、あるレイヤについてＦＯＶの中心をずらすことはプロセスダメージからそれを保護するかもしれない。グレーティングパターン２１２は大きく変更しえる。例えばグレーティングパターンはいかなる本数の線群をも、いかなる数の分布およびサイズで含みえる。この特定の実施形態においては、グレーティングパターンは第２レイヤ上に形成され、マークの中心の周りに方向が交互に変わる（例えばＸおよびＹ方向）２つの粗くセグメント化された線２１４のグループからなる。
【0104】
図１４は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２２０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク２２０は図９に示す重ね合わせマークに概ね対応する。図９のマークのように、重ね合わせマーク２２０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク２２０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク２２０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0105】
重ね合わせマーク２２０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン２２２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク２２２は、その周縁を実質的に埋めるように構成された１６個の正方形の形をしたワーキング・ゾーン２２２を含む。ワーキング・ゾーン２２２のそれぞれは粗くセグメント化された線の周期的構造を含む。図示はされないが、ある実施形態では粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化された要素によって、例えばここで説明されたり図示されたりしたいかなる構成（図３〜５）によって形成されてもよい。
【0106】
１６個のワーキング・ゾーンのうち、８個のワーキング・ゾーン２２２ＡはＸ方向を向き、８個のワーキング・ゾーン２２２ＢはＹ方向を向いている（そこに配置される周期的構造によって示されるように）。８個のワーキング・ゾーン２２２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２２２’は第１レイヤ上に印刷され（クロスハッチングで表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２２２”は第２レイヤ上に印刷される（クロスハッチングなしで表される）。ワーキング・ゾーンの向きはさまざまな方法で説明されえる。例えばワーキング・ゾーン２２２は、正方形の形をしたマーク２２０の４つの角を形成する４つのグループ２２４Ａ〜Ｄに分布されえる。これらのグループ２２４Ａ〜Ｄのそれぞれは、異なるレイヤ上に異なる方向に形成されるワーキング・ゾーンによって等しく代表される。すなわち、それぞれのグループは、例えばワーキング・ゾーン２２２Ａ’、２２２Ａ”、２２２Ｂ’および２２２Ｂ”の、４つの異なるワーキング・ゾーンを含む。
【0107】
ワーキング・ゾーン２２２は４つのグループ２２４Ｅ〜Ｈに分布されてもよく、これらのそれぞれは「Ｘ字」構成のマーク（オフセットされてはいるが）を表す。この場合、「Ｘ字」構成のマークは３ｘ３のワーキング・ゾーングループの角によって形成される。４つのグループのうち、２つのグループはＸ方向における重ね合わせを決定し、２つのグループはＹ方向における重ね合わせを決定する。例えば、対角線上に対向し、空間的にオフセットされたワーキング・ゾーン２２２Ｂ’および２２２Ｂ”を含むワーキング・グループ２２４ＥおよびＦは、Ｙ方向における重ね合わせを決定する。さらに対角線上に対向し、空間的にオフセットされたワーキング・ゾーン２２２Ａ’および２２２Ａ”を含むワーキング・グループ２２４ＧおよびＨは、Ｘ方向における重ね合わせを決定する。
【0108】
図１５は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２４０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク２４０は図１４に示す重ね合わせマークに概ね対応する。図１３の重ね合わせマークのように、重ね合わせマーク２４０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク２４０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク２４０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0109】
重ね合わせマーク２４０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン２４２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク２４０は、その周縁を実質的に埋めるように構成された１６個の正方形の形をしたワーキング・ゾーン２４２を含む。ワーキング・ゾーン２４２のそれぞれは粗くセグメント化された線の周期的構造を含む。図示はされないが、ある実施形態では粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよい。
【0110】
１６個のワーキング・ゾーンのうち、８個のワーキング・ゾーン２４２ＡはＸ方向を向き、８個のワーキング・ゾーン２４２ＢはＹ方向を向いている（そこに配置される周期的構造によって示されるように）。８個のワーキング・ゾーン２４２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２４２’は第１レイヤ上に印刷され（クロスハッチングで表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２４２”は第２レイヤ上に印刷される（クロスハッチングなしで表される）。ワーキング・ゾーンの向きはさまざまな方法で説明されえる。例えばワーキング・ゾーン２４２は、正方形の形をしたマーク２４０の４つの角を形成する４つのグループ２４４Ａ〜Ｄに分布されえる。垂直な角度で対向するグループは同じであり、つまり、そこでのワーキング・ゾーンは同じように向いている。それぞれのグループ２４４Ａ〜Ｄにおける４つのワーキング・ゾーンのうち、それらの２つは同じレイヤおよび向きを表し、それらの２つは異なるレイヤおよび向きを表す。垂直な角度で互いに対向するこれらのグループのワーキング・ゾーンは同一であり、すなわち、それらは同じレイヤおよび向きを表す。例えば、グループ２４４ＡおよびＤは、対向するワーキング・ゾーン２４２Ａ’および対向するワーキング・ゾーン２４２Ｂ”を含み、グループ２４４ＢおよびＣは、対向するワーキング・ゾーン２４２Ｂ’および対向するワーキング・ゾーン２４２Ａ”を含む。
【0111】
ワーキング・ゾーン２４２は４つのグループ２４４Ｅ〜Ｈに分布されてもよく、これらのそれぞれは「Ｘ字」構成のマーク（オフセットされてはいるが）を表す。この場合、「Ｘ字」構成のマークは３ｘ３のワーキング・ゾーングループの角によって形成される。４つのグループのうち、２つのグループはＸ方向における重ね合わせを決定し、２つのグループはＹ方向における重ね合わせを決定する。例えば、対向するワーキング・ゾーン２４２Ｂ’および２４２Ｂ”を含むワーキング・グループ２４４ＥおよびＦはＹ方向における重ね合わせを決定する。さらに、対向するワーキング・ゾーン２４２Ａ’および２４２Ａ”を含むワーキング・グループ２４４ＧおよびＨはＸ方向における重ね合わせを決定する。
【0112】
図１６は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２５０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク２５０は図１３に示す重ね合わせマークに概ね対応する。図１４の重ね合わせマークのように、重ね合わせマーク２５０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク２５０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク２５０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0113】
重ね合わせマーク２５０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン２５２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク２５０は、その周縁を実質的に埋めるように構成された１６個の正方形の形をしたワーキング・ゾーン２５２を含む。ワーキング・ゾーン２５２のそれぞれは粗くセグメント化された線の周期的構造を含む。図示はされないが、ある実施形態では粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよい。
【0114】
１６個のワーキング・ゾーンのうち、８個のワーキング・ゾーン２５２ＡはＸ方向を向き、８個のワーキング・ゾーン２５２ＢはＹ方向を向いている（そこに配置される周期的構造によって示されるように）。８個のワーキング・ゾーン２５２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２５２’は第１レイヤ上に印刷され（クロスハッチングで表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２５２”は第２レイヤ上に印刷される（クロスハッチングなしで表される）。示されるように、ワーキング・ゾーン２５２は４つのグループ２５４Ｅ〜Ｈに分布されてもよく、これらのそれぞれは「Ｘ字」構成のマーク（オフセットされてはいるが）を表す。この場合、「Ｘ字」構成のマークは３ｘ３のワーキング・ゾーングループの角によって形成される。４つのグループのうち、２つのグループはＸ方向における重ね合わせを決定し、２つのグループはＹ方向における重ね合わせを決定する。例えば、対向するワーキング・ゾーン２５２Ｂ’および２５２Ｂ”を含むワーキング・グループ２５４ＥおよびＦはＹ方向における重ね合わせを決定する。さらに、対向するワーキング・ゾーン２５２Ａ’および２５２Ａ”を含むワーキング・グループ２５４ＧおよびＨはＸ方向における重ね合わせを決定する。
【0115】
図１７は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２７０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク２７０は図１３に示す重ね合わせマークに概ね対応する。図１４の重ね合わせマークのように、重ね合わせマーク２７０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク２７０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。重ね合わせマーク２７０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0116】
重ね合わせマーク２７０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン２７２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク２７０は、その周縁を実質的に埋めるように構成された１６個の正方形の形をしたワーキング・ゾーン２７２を含む。ワーキング・ゾーン２７２のそれぞれは粗くセグメント化された線の周期的構造を含む。図示はされないが、ある実施形態では粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよい。
【0117】
１６個のワーキング・ゾーンのうち、８個のワーキング・ゾーン２７２ＡはＸ方向を向き、８個のワーキング・ゾーン２７２ＢはＹ方向を向いている（そこに配置される周期的構造によって示されるように）。８個のワーキング・ゾーン２７２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２７２’は第１レイヤ上に印刷され（クロスハッチングで表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２７２”は第２レイヤ上に印刷される（クロスハッチングなしで表される）。さらに８個のワーキング・ゾーン２７２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２７２は、第１周期を持つ周期的構造Ｍを有し（細い線で表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２７２は、第１周期とは異なる第２周期を持つ周期的構造Ｎを有する（太い線で表される）。
【0118】
ワーキング・ゾーンの向きはさまざまな方法で説明されえる。例えばワーキング・ゾーン２７２は、正方形の形をしたマーク２７０の４つの角を形成する４つのグループ２７４Ａ〜Ｄに分布されえる。垂直な角度で対向するグループは同じであり、つまり、そこでのワーキング・ゾーンは同じように向いている。これらのグループ２７４Ａ〜Ｄのそれぞれは４つの異なるワーキング・ゾーンを含み、これらはレイヤ、向き、または周期の異なる組み合わせ表しえる。これらのグループの中で垂直な角度で互いに対向するワーキング・ゾーンは、同じ向きではあるが、異なるレイヤおよび周期を表す。例えば、グループ２７４ＡおよびＤは、ワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｎ’に対向するワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｍ”、およびワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｎ’に対向するワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｍ”を含み、グループ２７４ＢおよびＣは、ワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｎ”に対向するワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｍ’、およびワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｎ”に対向するワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｍ’を含む。
【0119】
ワーキング・ゾーン２７２は４つのグループ２７４Ｅ〜Ｈに分布されてもよく、これらのそれぞれは「Ｘ字」構成のマーク（オフセットされてはいるが）を表す。この場合、「Ｘ字」構成のマークは３ｘ３のワーキング・ゾーングループの角によって形成される。４つのグループのうち、２つのグループはＸ方向における重ね合わせを決定し、２つのグループはＹ方向における重ね合わせを決定する。さらに、これらの２つは第１周期を表し、これらの２つは第２周期を表す。例えば、対向するワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｍ’および２７２Ｂ−Ｍ”を含むワーキング・グループ２７４Ｅは、Ｙ方向における重ね合わせを決定する第１周期を持ち、対向するワーキング・ゾーン２７２Ｂ−Ｎ’および２７２Ｂ−Ｎ”を含むワーキング・グループ２７４Ｆは、Ｙ方向における重ね合わせを決定する第２周期を持つ。さらに、対向するワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｍ’および２７２Ａ−Ｍ”を含むワーキング・グループ２７４Ｇは、Ｘ方向における重ね合わせを決定する第１周期を持ち、対向するワーキング・ゾーン２７２Ａ−Ｎ’および２７２Ａ−Ｎ”を含むワーキング・グループ２７４Ｈは、Ｘ方向における重ね合わせを決定する第２周期を持つ。
【0120】
理解されるように、この構成は、２つのグレーティング周期のうちの一つについて改善されたプロセスロバスト性および／または改善されたコントラストを実現し、それにより特定のプロセスについて最適化された周期および／または線幅の選択を可能にする。
【0121】
図１８は、本発明の他の実施形態による重ね合わせマーク２９０の上から見た平面図である。例として、重ね合わせマーク２９０は図１３に示す重ね合わせマークに概ね対応する。図１４の重ね合わせマークのように、重ね合わせマーク２９０は、２つの別々の向きにおける重ね合わせを測定するように構成される。よって、マーク２９０は重ね合わせが測定されるのに必要な、それぞれの向きのための一つのマークの必要性をなくす。図１３の重ね合わせマークとは異なり、重ね合わせマーク２９０はまた３つの連続するウェーハのレイヤ群の間の、または単一のウェーハのレイヤ上の３つの別々に生成されたパターン群の間の相対的なズレを決定するように構成される。議論を簡単にするために、重ね合わせマーク２９０は基板上の異なるレイヤ群間の重ね合わせを測定する場合について説明される。しかしこの図の重ね合わせマークはまた、基板の単一のレイヤ上の２つ以上の別々に生成されたパターン群を測定するにも用いることができることに注意されたい。重ね合わせマーク２９０は、テストされているウェーハのレイヤが完全なアライメントにあるときに生じる構成で表されている。
【0122】
重ね合わせマーク２９０は、２つの異なる向きにおける２つのウェーハレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するための複数のワーキング・ゾーン２９２を含む。示された実施形態において、重ね合わせマーク２９０は、その周縁７を実質的に埋めるように構成された１６個の正方形の形をしたワーキング・ゾーン２９２を含む。ワーキング・ゾーン２９２のそれぞれは粗くセグメント化された線の周期的構造を含む。図示はされないが、ある実施形態では粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化された要素によって形成されてもよい。
【0123】
１６個のワーキング・ゾーン２９２のうち、８個のワーキング・ゾーン２９２ＡはＸ方向を向き、８個のワーキング・ゾーン２９２ＢはＹ方向を向いている（そこに配置される周期的構造によって示されるように）。さらに、８個のワーキング・ゾーン２９２’は第１レイヤ上に印刷され（クロスハッチングで表される）、４つのワーキング・ゾーン２９２”は第２レイヤ上に印刷され（クロスハッチングなしで表される）、４つのワーキング・ゾーン２９２”’は第３レイヤ上に印刷される（塗りつぶしで表される）。さらに８個のワーキング・ゾーン２７２のうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、４つのワーキング・ゾーン２７２は、第１周期を持つ周期的構造Ｍを有し（細い線で表される）、一方、４つのワーキング・ゾーン２７２は、第１周期とは異なる第２周期を持つ周期的構造Ｎを有する（太い線で表される）。この特定の実施形態においては、第１レイヤ（シングルプライムでも表される）は第２レイヤ（ダブルプライムでも表される）の上に配置され、第２レイヤは第３レイヤ（トリプルプライムでも表される）の上に配置される。例として、第１レイヤはレジストレイヤを表し、第２レイヤは第１金属レイヤを表し、第３レイヤは第２金属レイヤを表す。
【0124】
上述の構成は大きく変更できることに注意されたい。例えば８個のワーキング・ゾーンのうち、与えられたいかなる向き（ＡまたはＢ）においても、２つは第１レイヤ上に印刷され、一方、グレーティングのそれぞれの追加ペアは３つの以前のレイヤ群のうちのいずれにも印刷されえる。
【0125】
上述の重ね合わせマークの全ては、計測ツールによって生じる不均一性（例えば収差および照明）および／またはプロセスによって生じる不均一性（例えばディッシングおよびエロージョン）を少なくともバランスさせるように構成される。例えばマークのいくつかは重ね合わせ測定に対する半径方向のバラツキの影響を低減させるように構成され、一方、マークの他のものは軸方向のバラツキの影響を低減させるように構成される。
【0126】
図１９は、上述のいずれかのマークにおける重ね合わせを画像化を介して測定するのに用いられる重ね合わせ測定システムまたは計測ツール３２０の簡略化された概略図である。画像化は、多くのユーザの支持と、ユーザがすぐに利用できる要素とを持った非常に発達した技術である。一般に知られるように、画像化は大量の情報を一度に集める効率的な方法である。すなわちマーク内の全ての点が同時に測定されえる。さらに画像化はユーザが実際にウェーハ上で測定されているものを見ることを可能にする。さまざまな要素の寸法は、この実施形態をよりよく示すために強調されている。重ね合わせ測定システム３２０は、ウェーハ３２４上に配置された一つ以上の重ね合わせターゲット３２２を介して重ね合わせ誤差を決定するように構成される。たいていの場合、重ね合わせターゲット３２２は、ウェーハ３２４のスクライブライン内に位置する。一般に知られるように、スクライブラインは、ウェーハを複数のダイにソーイングおよびダイシングするために用いられるウェーハの領域群である。しかしこれは限定事項ではなく、ターゲットの位置はそれぞれの装置設計によって変えることができる。示されるように、重ね合わせ測定システム３２０は、光学アセンブリ３２６およびコンピュータ３２８を含む。光学アセンブリ３２６は一般に、重ね合わせターゲット３２２の画像をキャプチャするように構成される。一方、コンピュータは一般に、キャプチャされた画像から重ね合わせターゲットの要素の相対的ズレを計算するように構成される。
【0127】
示された実施形態において、光学アセンブリ３２６は、光３３２を第１パス３３４に沿って放射するように構成される光源３３０（例えば非干渉性または可干渉性のもの。一般には非干渉性のほうが好ましい。）を含む。光３３２は第１レンズ３３５に入射し、これが光３３２を、光３３２を通すように構成された光ファイバライン３３６に収束させる。光３３２が光ファイバライン３３６から出射すると、光は第２レンズ３３８を通り、これは光３３２を平行光束にするよう構成される。平行光束になった光３３２はそれからパスを進み、やがてビームスプリッタキューブ３４０に届き、これは平行光束になった光をパス３４２に導くように構成される。パス３４２を進む平行光束になった光３３２は、対物レンズ３４４に入射し、これは光３３２をウェーハ３２４上に収束させる。
【0128】
光３３２は、ウェーハ３２４で反射し、それから対物レンズ３４４で集光される。理解されるように、対物レンズ３４４で集光された反射した光３３２は、一般にウェーハ３２４の一部分の画像を含み、例えば重ね合わせターゲット３２２の画像を含む。光３２２が対物レンズ３４４を離れると、それはパス３４２に沿って（反対向きに）進み、ビームスプリッタ３４０に届く。一般に対物レンズ３４４は、入射光がどのように操作されたかについて、入射した光を光学的に反対に操作する。すなわち対物レンズ３４４は光３３２を再び平行光束にし、光３３２をビームスプリッタ３４０に導く。ビームスプリッタ３４０は光３３２をパス３４６上に導くように構成される。パス３４６を進む光３３２はそれからチューブレンズ３５０によって集光され、チューブレンズは光３３２をカメラ３５２上に収束させ、カメラはウェーハ３２４の画像を、より具体的にはターゲット３２２の画像を記録する。例として、カメラ３５２は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、２次元ＣＣＤ、またはリニアＣＣＤアレイでありえる。たいていの場合、カメラ３５２は記録された画像を電気信号に変換し、それがコンピュータに送られて用いられる。電気信号を受け取ってからコンピュータ３２８は画像の重ね合わせ誤差を計算する分析アルゴリズムを実行する。分析アルゴリズムは以下に詳述される。
【0129】
システム３２０はさらに、ウェーハ３２４からの画像をグラブするためにコンピュータ３２８およびカメラ３５２とともに動作するフレームグラバ３５４を含む。フレームグラバ３５４は別個の要素として示されているが、フレームグラバ３５４はコンピュータ３２８および／またはカメラ３５２の一部であってもよいことに注意されたい。フレームグラバ３５４は典型的に２つの機能を持つ。すなわちターゲット捕捉および画像グラブである。ターゲット捕捉のあいだ、フレームグラバ３５４およびコンピュータ３２８はウェーハステージ３５６と協調して、ターゲットをフォーカスが合った状態にし、ターゲットを視野（ＦＯＶ）の中心になるべく近く位置させる。たいていの場合、フレームグラバは複数の画像（例えば重ね合わせを測定するために用いられる画像ではなく）をグラブし、ステージは、ターゲットが正しくＸ、ＹおよびＺ方向に位置するまでウェーハをこれらのグラブ間で動かす。理解されるように、ＸおよびＹ方向は一般に視野（ＦＯＶ）に対応し、一方、Ｚ方向は一般にフォーカスに対応する。いったんフレームグラバがターゲットの正しい位置を決定すると、これらの２つの機能の第２が現実化する（例えば画像をグラブ）。画像グラブの間、フレームグラバ３５４は最終のグラブまたはグラブ群を行い、正しく位置するターゲット画像、すなわち重ね合わせを決定するのに用いられる画像を格納する。
【0130】
画像をグラビングしたあと、情報はグラビングされた画像から抽出されてレジストレーション誤差を決定しなければならない。抽出された情報はディジタル情報または波形である。半導体ウェーハのさまざまなレイヤ間のレジストレーション誤差を決定するために、さまざまなアルゴリズムが用いられえる。例えば、周波数領域ベースのアプローチ、空間領域ベースのアプローチ、フーリエ変換アルゴリズム、ゼロクロス検出、相関および相互相関アルゴリズムなどが用いられえる。
【0131】
ここで説明されたマーク（例えば周期的構造を含むマーク）を介して重ね合わせを決定するのに提案されるアルゴリズムは一般にいくつかのグループに分類される。例えば一つのグループは位相回復ベースの分析である。周波数領域ベースのアプローチとしてしばしば参照される位相回復ベースの分析は典型的には、周期的構造の線に沿った画素の総和をとることによってワーキング・ゾーンのそれぞれを折り畳むことによって１次元の信号を作り出すことを含む。利用できる位相回復アルゴリズムの例は、Ｂａｒｅｋｅｔに付与された米国特許第６，０２３，３３８号、２０００年６月２２日に出願された米国特許出願第０９／６０３，１２０号（弁護士事件番号ＫＬＡ１Ｐ０２６）、および２０００年９月１日に出願された米国特許出願第０９／６５４，３１８号（弁護士事件番号ＫＬＡ１Ｐ０２９）に記載され、これらの全体がここで参照によって援用される。
【0132】
利用できるさらに他の位相回復アルゴリズムは、２０００年１０月２６日に出願された米国特許出願第０９／６９７，０２５号に記載され、これもここで参照によって援用される。これらで開示されている位相回復アルゴリズムは信号を基本信号周波数の高調波のセットに分解する。異なる高調波の振幅および位相の定量的比較によって、信号の対称性およびスペクトル成分に関する重要な情報が提供される。特に同一信号のうちの第１および第２またはさらに高い高調波間の位相差（それらの振幅で校正される）によって、信号の非対称性の度合いが測定できる。そのような非対称性は、プロセスに起因する構造的特徴（ウェーハに起因するズレ）とともに計測ツールにおける光学的ミスアライメントおよび照明の非対称性（ツールに起因するズレ）が大きく貢献する。同じプロセスレイヤ上の視野の異なる部分から捕捉された信号についての第１および第２高調波の位相の間のこのミスレジストレーションによって、計測ツールの光学収差についての独立した情報が提供される。最後に、既知の向きにおける測定からのこれらのミスレジストレーションを、ウェーハを１８０度回転させたあとのそれと比較することによって、非対称性による、ツールに起因するズレとウェーハに起因するズレとを分離することが可能になる。
【0133】
利用できるさらに他の位相回復アルゴリズムは、ウェーブレット分析である。ウェーブレット分析は、上の節で説明したこととある程度、類似するが、ダイナミックウィンドウが１次元信号にわたって移動し、位相推定がより局所的に行われる。これはチャープ化された周期的構造の場合に用いられるときに特に興味深い。
【0134】
他のグループは強度相関ベースの方法に関する。このアプローチにおいては、それぞれのプロセスレイヤについての対称の中心が、同一のプロセスレイヤからの、ある信号と、マークの反対部分からの反転された信号との相互共分散を計算することによって、別々に見いだされる。この技術は今日、ボックスインボックスのターゲットについて用いられている技術と似ている。
【0135】
上記技術は例として挙げられたものであり、これらはテストされ、よいパフォーマンスを示してきた。重ね合わせ計算のための他の代替アルゴリズム方法には、自己および相互相関技術のさまざまな変化形、誤差相関技術、絶対差分の最小化のような誤差最小化技術、差分平方最小化、ゼロクロス検出を含むスレッショルドベースの技術、およびピーク検出が含まれる。また２つの１次元パターン間の最適化マッチングを求めるために用いられえる動的プログラミングアルゴリズムも存在する。上述のように分析アルゴリズムおよびアプローチは、前述のさまざまな重ね合わせマークの全てについて利用されえる。
【0136】
重要なことは、上述の概略図およびその説明は限定事項ではなく、重ね合わせ画像システムは多くの他の形態で実施されてもよいことである。例えば、重ね合わせ測定ツールは、ウェーハの表面上に形成された重ね合わせマークのクリチカルな局面を解決するように構成された適切でかつ既知の多くの画像化または計測ツールのいずれであってもよい。例えば重ね合わせ測定ツールは、ブライトフィールド画像化顕微鏡法、ダークフィールド画像化顕微鏡法、フルスカイ画像化顕微鏡法、位相コントラスト顕微鏡法、偏光画像化顕微鏡法、および可干渉プローブ顕微鏡法を適用してもよい。また、単一および複数の画像化方法が用いられてターゲットの画像をキャプチャしてもよいことも考えられる。これらの方法には例えば、シングルグラブ、ダブルグラブ、シングルグラブ可干渉プローブ顕微鏡法（ＣＰＭ）およびダブルグラブＣＰＭの方法が含まれる。これらのタイプのシステムはとりわけ、商業ベースで容易に入手可能である。例として、単一および複数画像化方法はカリフォルニア、サンノゼのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒから容易に入手可能である。
【0137】
図２０Ａは、本発明の実施形態によって重ね合わせを計算する方法３６０を図示する簡略化されたフロー図である。議論を簡単にするために、この方法は図９に示されるマークを用いて説明される。このマークはフロー図の隣の図２０Ｂに示される。方法３６０はステップ３６２で始まり、ここでキャプチャされた画像からワーキング・ゾーンが選択される。例として、Ｘ方向重ね合わせを計算するために、ワーキング・ゾーン１３２Ｅ〜Ｈが選択され、Ｙ方向重ね合わせを計算するために、ワーキング・ゾーン１３２Ａ〜Ｄが選択される。ワーキング・ゾーンを選択してから、プロセスフローはステップ３６４に進み、ここで選択されたワーキング・ゾーンのそれぞれについて情報を持った信号が生成される。これはＹ重ね合わせ計算のためにＸ方向について平均化することによって、かつＹ重ね合わせ計算のためにＸ方向について平均化することによって、２次元画像群を１次元信号に折り畳むことによって実現できる。例として、図２０Ｃは、ワーキング・ゾーン１３２Ａについての第１折り畳み１次元信号と、ワーキング・ゾーン１３２Ｂについての第２折り畳み１次元信号とを示す。図２０Ｃは、並置されたワーキング・ゾーン群のペアのいずれをも示しえることに注意されたい。信号を生成したあと、プロセスフローはステップ３６６に進み、ここで重ね合わせが信号群を比較することによって決定される。
【0138】
ある実施形態においては、これは共分散ベースの重ね合わせアルゴリズムを用いて達成され、これは同じプロセスレイヤに属するパターン間の相互相関の計算に基づく。その結果、２つのレイヤの対称の中心が求められ、それらのミスレジストレーションが実質的に重ね合わせである。このアルゴリズムのフロー図は図２１に示される。
【0139】
他の実施形態においては、これはフーリエ分解重ね合わせアルゴリズムを用いて達成され、これはグレーティング構造の周期的特徴を利用している。このアルゴリズムは、ターゲットパターンから得られた信号を一連のフーリエ高調波に分解する。グレーティングパターンの正規化ピッチに校正された異なるプロセスレイヤからの同じオーダーの高調波間の位相比較は、重ね合わせ計算の基礎としてはたらく。したがってこのアルゴリズムは、いくつかの独立した重ね合わせ結果−すなわちそれぞれのフーリエオーダーについて一つの結果を提供する。このアルゴリズムのフロー図は図２２に示される。
【0140】
図２１は、本発明のある実施形態によって共分散を用いて重ね合わせを計算する方法３７０を図示するフロー図である。例として、方法３７０は図２０Ａのステップ３６６に概ね対応する。方法３７０はステップ３７２で始まり、ここでは信号の相互相関が計算される。これは典型的には対向するワーキング・ゾーンについて行われる。図９のマークについて、信号の相互相関は、ワーキング・ゾーンのペア１３２Ａ対反転された１３２Ｄ、１３２Ｂ対反転された１３２Ｃ、１３２Ｅ対反転された１３２Ｈ、および１３２Ｆ対反転された１３２Ｇについて計算される。信号の相互相関が計算されたあとで、プロセスフローはステップ３７４に進み、ここで相互相関の最大（サブピクセル）の位置が求められる。これは典型的にはレイヤの両方について、すなわちクロスハッチングで表されるレイヤ１、およびクロスハッチングなしで表されるレイヤ２についてなされる。相互相関最大の位置が求められたあと、プロセスフローはステップ３７６に進み、ここで相互相関の最大位置の間の差分を計算することによって重ね合わせが決定される。例えば、ワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＨ（レイヤ１）−ワーキング・ゾーン１３２ＦおよびＧ（レイヤ２）の相互相関最大の間の差分は、Ｘ方向のミスレジストレーションを決定する。さらに、ワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＤ（レイヤ１）−ワーキング・ゾーン１３２ＢおよびC（レイヤ２）の相互相関最大の間の差分は、Ｙ方向のミスレジストレーションを決定する。
【0141】
図２２は、本発明のある実施形態によってフーリエ分解を用いて重ね合わせを計算する方法３８０を図示するフロー図である。例として、方法３８０は図２０Ａのステップ３６６に概ね対応する。方法３８０はステップ３８２で始まり、ここで信号はフーリエ級数にあてはめられ、それらの位相が抽出される。あてはめられ、抽出されたあと、プロセスフローはステップ３８４に進み、ここで並置されたワーキング・ゾーン間の位相差が求められる。例えばＹ方向においては、位相差はワーキング・ゾーン１３２Ａおよび１３２Ｂの間として求められ、同様にワーキング・ゾーン１３２Ｃおよび１３２Ｄの間として求められる。さらにＸ方向においては、位相差はワーキング・ゾーン１３２Ｅおよび１３２Ｆの間として求められ、同様にワーキング・ゾーン１３２Ｇおよび１３２Ｈの間として求められる。位相差が求められたあと、プロセスフローはステップ３８６に進み、ここで与えられた向きについての前のステップの位相差間の差分を計算することによって重ね合わせが決定される。例えばワーキング・ゾーン１３２ＥおよびＦの位相差と、ワーキング・ゾーン１３２ＧおよびＨの位相差との間の差分の平均はＸ方向におけるミスレジストレーションを決定する。さらにワーキング・ゾーン１３２ＡおよびＢの位相差と、ワーキング・ゾーン１３２ＣおよびＤの位相差との間の差分の平均はＹ方向におけるミスレジストレーションを決定する。レイヤの位置に対応するデータを得るために、位相差はピッチによって乗算され、２πによって除算される。
【0142】
要約すれば、上述の原則にしたがった重ね合わせマークを設計する方法がここで説明される。
【0143】
図２３は、本発明のある実施形態によって重ね合わせマークを設計する方法３９０を図示するフロー図である。例として重ね合わせマークは上述のいかなるものにも概ね対応しえる。重ね合わせマークは一般に、基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一のレイヤ上の２つ以上別々に生成されたパターン間の相対的なズレを決定するために提供される。本発明のある実施形態によれば重ね合わせマークは、重ね合わせマークのパターンを形成する複数の要素を備えている。これら要素のそれぞれは、重ね合わせをより精密または正確に測定するための情報を含むように構成される。例として要素は、ワーキング・ゾーン、粗くセグメント化された要素および細かくセグメント化された要素の周期的構造に概ね対応する。
【0144】
方法３９０はステップ３９２で始まり、ここでマークの第１要素の幾何学的配置が第１スケールにしたがって最適化される。これは典型的には、第１スケールの上限および下限を求め、上限および下限間の第１幾何学的配置の幾何学的配置を微調整することによって達成される。ある実施形態においては、第１スケールは計測カーネルスケールに対応し、これは重ね合わせが測定される２つの異なるレイヤまたはパターンについての情報を含む領域の境界を規定する。計測カーネルスケールは、１０ミクロンオーダーの特性寸法を持つ。例えば計測カーネルスケールは約４ミクロンから約１０ミクロンの範囲であり、より具体的には約５ミクロンから約１０ミクロンの範囲である。
【0145】
たいていの場合、計測カーネルスケールは計測ツール限界、プロセス問題、および回路設計条件に基づく。計測ツール限界は一般に計測ツールに関連した限界をいう（ラインのツール群およびライン内の特定のツール）。例えば計測ツール限界は、重ね合わせを測定するのに用いられる計測ツールの視野のサイズおよび形状、効果的に重ね合わせを測定するのに必要なターゲット領域の最小量、および計測ツールの要素によって生じる非対称収差および照明フィールド分布を含む。プロセスロバスト性問題は一般に、エッチング、成膜、機械化学研磨（ＣＭＰ）のようなプロセスのロバスト性に関連した制限をいう。例えば、プロセスダメージおよびプロセスバラツキの影響をより受けやすいマークの部分が存在しえ、よってそれらは避けなければならない。回路設計条件は一般に、全体的な回路パターンを設計するのに用いられるルールをいう。例えば回路デザインルールは、重ね合わせマークバジェットに関するスクライブライン制限を含み、すなわちマークは典型的にはウェーハのスクライブライン内に位置する。スクライブラインは、ウェーハがソーイングまたはダイシングによって複数のダイに分割されるウェーハ上の場所である。
【0146】
いったん第１スケールが特定されると、重ね合わせが測定されるレイヤまたはパターンに関する情報を一般に含む第１要素の幾何学的配置が微調整され、このスケール内で最もうまく機能するマークレイアウトが見いだされる。ある実施形態においては、第１要素はワーキング・ゾーンに対応し、これは重ね合わせマークの異なるレイヤまたはパターンを規定し、かつ重ね合わせ測定に用いられる重ね合わせマークの実際の領域を表す。「幾何学的配置」という語は、第１要素、つまりワーキング・ゾーンのサイズ、形状および／または分布を一般にいう。ある実施形態においては、微調整はマークの周縁（例えばＦＯＶ）を規定すること、および重ね合わせの測定に対する非対称性の影響を最小限にするよう構成される複数のワーキング・ゾーンにマークを分割することによって実現される。例として、ワーキング・ゾーンは、結果として得られる重ね合わせ測定におけるツールに起因するズレに対する光学収差および照明の影響を最小化するように構成されえる。さらにワーキング・ゾーンは、結果として得られる重ね合わせ測定におけるウェーハに起因するズレに対するプロセスバラツキの影響を最小化するように構成されえる。
【0147】
第１要素の幾何学的配置が最適化されたあと、プロセスフローはステップ３９４に進み、ここでマークの第２要素の幾何学的配置が第２スケールにしたがって最適化される。これは典型的には、第２スケールの上限および下限を求め、上限および下限間の幾何学的配置を微調整することによって達成される。ある実施形態においては、第２スケールは画像解像度スケールに対応し、これは与えられたプロセスレイヤ内の構造間の境界を規定する。画像解像度スケールは、１ミクロンオーダーの特性寸法を持つ。例えば画像解像度スケールは約０．３ミクロンから約２ミクロンの範囲であり、より具体的には約０．５ミクロンから約１ミクロンの範囲である。
【0148】
たいていの場合、画像解像度スケールは計測ツール限界およびプロセスロバスト性問題に基づく。計測ツール限界は一般に計測ツールに関連した限界をいう（ラインのツール群およびライン内の特定のツール）。例えば計測ツール限界は、ツールの画像解像度、つまり画像をキャプチャする能力、重ね合わせ誤差を計算するためにツールによって用いられるアルゴリズム、およびツールの収差および照明フィールド分布を含む。プロセスロバスト性問題は、エッチング、成膜、機械化学研磨（ＣＭＰ）のようなウェーハ上のレイヤおよびパターンを形成するのに用いられる材料およびプロセスによって生じる制限を一般にいう。例えば、アルミニウムコーティングされた化学機械研磨されたタングステンのような特定のプロセスについては、研磨およびアルミニウム成膜プロセスから生じる非対称性の影響を低減するために第２要素の幾何学的配置は１ミクロンまたはそれ未満であることが有利である。その他の場合には、金属粒度が大きいなら、線が１ミクロンよりも大きく、例えば２ミクロン程度までであることが望ましい。
【0149】
いったん第２スケールが特定されると、エンコードされ計測ツールに転送されるマーク要素相対位置に関する実際の空間情報を一般に含む第２要素の幾何学的配置が微調整され、このスケール内で最もうまく機能するマークレイアウトが見いだされる。ある実施形態において第２要素は、第１要素のワーキング・ゾーンのそれぞれの中に位置する粗くセグメント化された線の周期的構造に対応する。「幾何学的配置」という語は、第２要素、つまり粗くセグメント化された線の周期的構造（例えば線幅および間隔）を一般にいう。ある実施形態においては、粗くセグメント化された線を用いた周期的構造は、ツールの画像解像度をプロセスとバランス取ることによってかの測定を向上させるように構成される。
【0150】
第２要素の幾何学的配置が最適化されたあと、プロセスフローはステップ３９６に進み、ここでマークの第３要素の幾何学的配置が第３スケールにしたがって最適化される。これは典型的には、第３スケールの上限および下限を求め、上限および下限間の第３要素の幾何学的配置を微調整することによって達成される。ある実施形態においては、第３スケールはリソグラフィ解像度スケールに対応し、これは与えられた構造内のサブ構造の境界を規定する。リソグラフィ解像度スケールは、０．１ミクロンオーダーの特性寸法を持つ。例えばリソグラフィ解像度スケールは約０．０１ミクロンから約０．５ミクロンの範囲であり、より具体的には約０．０５ミクロンから約０．１８ミクロンの範囲である。
【0151】
たいていの場合、リソグラフィ解像度スケールは、回路デザインルール、プロセスロバスト性問題および計測ツール限界に基づく。回路デザインルールは、全体的な回路パターンをデザインするのに用いられるルールを一般にいう。例えば回路デザインルールは、回路デバイスの幾何学的配置（例えば最小寸法サイズおよび密度）を含む。プロセスロバスト性問題は、エッチング、成膜、化学機械研磨（ＣＭＰ）のようなウェーハ上のレイヤおよびパターンを形成するのに用いられる材料およびプロセスによって生じる制限を一般にいう。計測ツール限界は一般に計測ツールに関連した限界をいう（ラインのツール群およびライン内の特定のツール）。例えば計測ツール限界は、ツールのコントラスト要件、つまりより小さなサブ構造で構成されるより大きな構造を解像する能力を含みうる。
【0152】
いったん第３スケールが特定されると、回路構造そのものを反映する情報を一般に含む第３要素の幾何学的配置が微調整され、このスケール内で最もうまく機能するマークレイアウトが見いだされる。ある実施形態において第３要素は、第２要素の周期的構造の粗くセグメント化された複数の線を形成する細かくセグメント化された要素に対応する。「幾何学的配置」という語は、第３要素、つまり細かくセグメント化された要素のサイズ、形状および／または分布を一般にいう。ある実施形態においては、細かくセグメント化された要素は、プロセスの悪影響を最小限にするよう構成されることで、重ね合わせ測定の正確するおよび精密さを改善する。他の実施形態においては、前に図３〜５で説明したように、ターゲットおよび実際のデバイス間でのステッパＰＰＥのバラツキを最小化するように構造は最適化される。
【0153】
本発明はいくつかの好ましい実施形態について説明されてきたが、本発明の範囲に含まれる改変、組み合わせ、および等価物が存在する。
【0154】
例えば、本発明は半導体デバイス製造について説明されてきたが、本発明は、１００ｎｍ露光波長にまで下がるフォトリソグラフィ、波長が１０ｎｍから１００ｎｍの極紫外線リソグラフィ、波長が１０ｎｍより小さいＸ線リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームパターニング、またはこれらの複数の方法を用いた混合リソグラフィを含む、光学または光電子工学デバイスの微小製造、磁気記憶媒体または磁気記憶書き込み／読み出しまたは入力／出力デバイスの微小製造、リソグラフィパターニング一般を用いた微小製造のような、他のタイプのデバイスを製造するのにも適していることに注意されたい。
【0155】
さらに重ね合わせ測定のデータを供給する以外にも、周期的構造ターゲットは、ターゲット、ステッパおよび計測ツールの診断のための多くの追加情報（例えばコントラスト、シャープさ、粒度、捕捉クオリティおよび対称性測定基準）を提供することができる。例えば共分散およびフーリエ分解方法によって得られた重ね合わせの比較、精度、ＴＩＳ、およびＴＩＳの変化の結果はそのような機械として機能する。同じ信号からの異なるフーリエ高調波間の位相差の測定によって、プロセス不完全性、収差または照明問題によるマークの対称性に関する重要な情報が得られる。１８０度だけ回転されたターゲットについて同じ分析を実行することによって、ウェーハの非対称性を計測ツールによるそれらから分離することが可能である。ターゲット構造によるＦＯＶ全体を埋めることによって、異なるワーキング・ゾーンを選択することができ、よって単一のターゲット内でのバラツキに関する情報を提供することができ、追加の最適化も可能になる。最後にグレーティングターゲットは、ＦＯＶにおけるターゲットのチルトのより簡単な診断のための機会を提供する。
【0156】
さらに、情報の１次元アレイを利用するとしてアルゴリズムが説明されてきたが、それらはまた情報の２次元アレイにも適用可能であることに注意されたい。
【0157】
さらに、マークは重ね合わせを測定するためにここでは説明されてきたが、それらは１以上の以下の測定または応用のために用いられてもよい。すなわちＣＤ、露光モニタリング、レジストプロファイルモニタリング、フォーカスモニタリングなど。
【0158】
本発明による方法および装置を実現するには多くの代替方法が存在することに注意されたい。よって以下に添付の特許請求の範囲は、そのような改変、組み合わせ、および等価物も本発明の真の精神および範囲に入るとして解釈されるべきであると意図するものである。本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
第１方向における前記基板の第１および第２レイヤ間の相対的ズレを決定する少なくとも一つのテストパターンであって、前記テストパターンはワーキング・ゾーンの第１セットと、ワーキング・ゾーンの第２セットとを有し、
前記第１セットは前記基板の第１レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有し、
前記第２セットは前記基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有する
重ね合わせマーク。
適用例２：
適用例１の重ね合わせマークであって、前記テストパターンの前記画像は、画像ツールを介してキャプチャされ、前記キャプチャされた画像から前記ワーキング・ゾーンの前記相対的な変位を計算するために分析アルゴリズムが用いられる重ね合わせマーク。
適用例３：
適用例１の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンはマークの周縁内に位置する重ね合わせマーク。
適用例４：
重ね合わせマークの画像をキャプチャするように構成された画像化装置を介して基板の２つ以上の連続するレイヤ間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
前記基板の第１レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされ、前記マークの前記周縁内に位置した少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有するワーキング・ゾーンの第１セットであって、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれはそこに位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を有し、前記粗くセグメント化された要素は第１方向に向いている第１セットと、
前記第１ワーキング・グループに対して斜めに位置したワーキング・ゾーンの第２セットであって、前記第２ワーキング・グループは、前記基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされ、前記マークの前記周縁内に位置した少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有し、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれはそこに位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造を有し、前記粗くセグメント化された要素は第１方向に向いている第２セットと、
を備える重ね合わせマーク。
適用例５：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
前記基板の第１および第２レイヤ間、または前記基板の単一レイヤ上の第１および第２パターン間のアライメントを計算するために用いられる複数のワーキング・ゾーンであって、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれは前記マークの前記周縁内に配置され、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれは前記マークの異なる領域を表し、前記ワーキング・ゾーンは前記マークの前記周縁を実質的に埋めることによって、前記ワーキング・ゾーンの前記組み合わされた領域が実質的に前記マークの合計領域に等しいように構成される複数のワーキング・ゾーン、
を備える重ね合わせマーク。
適用例６：
適用例５の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは除外ゾーンによって分離されている重ね合わせマーク。
適用例７：
適用例５の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは、第１レイヤまたは第１パターン、または第２レイヤまたは第２パターンのうちの一つを表すように構成される重ね合わせマーク。
適用例８：
適用例７の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは、等しい数の第１レイヤまたはパターン、および第２レイヤまたはパターンを表す重ね合わせマーク。
適用例９：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレをスキャニングを介して決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
前記基板の第１および第２レイヤ間の第１方向における相対的ズレを決定する少なくとも一つのテストパターンであって、
前記テストパターンは、ワーキング・ゾーンの第１セットおよびワーキング・ゾーンの第２セットを有し、
前記第１セットは、前記基板の第１レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有し、
前記第２セットは、前記基板の第２レイヤ上に配置され、対角線上に対向し互いに空間的にオフセットされた少なくとも２つのワーキング・ゾーンを有する、
重ね合わせマーク。
適用例１０：
適用例１および９の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンの第１セットは、前記ワーキング・ゾーンの第２セットに対して角度がつけられている重ね合わせマーク。
適用例１１：
適用例３、４および５の重ね合わせマークであって、前記マークの前記周縁は、前記重ね合わせマークを画像化するのに用いられる前記計測ツールの視野の光学的周縁に対応し、前記視野は前記計測ツールを介して画像をキャプチャするのに利用できる領域を規定する、重ね合わせマーク。
適用例１２：請求項９および１１の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは実質的に前記マークの前記周縁を埋める重ね合わせマーク。
適用例１３：
適用例１、４、５および９の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは空間的に互いに分離されることによって隣接するワーキング・ゾーンの部分と重複しない重ね合わせマーク。
適用例１４：
適用例１、４、５および９の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンは、ツールおよびウェーハに起因するズレに対する前記マークにわたっての不均一性の影響を低減するように構成される重ね合わせマーク。
適用例１５：
適用例１、４、５および９の重ね合わせマークであって、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれの中に位置する周期的構造をさらに備え、前記周期的構造のそれぞれは複数の粗くセグメント化された要素を含む、
重ね合わせマーク。
適用例１６：
適用例１５の重ね合わせマークであって、前記粗くセグメント化された要素のピッチ、周期およびデューティサイクルは、前記重ね合わせマークを画像化するのに用いられる計測の解像度と、前記レイヤを形成するのに用いられるプロセスのロバスト性とをバランスさせるように構成される、重ね合わせマーク。
適用例１７：
適用例１５の重ね合わせマークであって、前記粗くセグメント化された要素は平行線である重ね合わせマーク。
適用例１８：
適用例１５の重ね合わせマークであって、前記ウェーハの前記第１および第２レイヤ間、または単一レイヤ上の２つの別々に生成されたパターン間の相対的ズレが、異なるレイヤまたはパターン上の周期的構造の相対位置を比較することによって決定される重ね合わせマーク。
適用例１９：
適用例１５の重ね合わせマークであって、前記複数の粗くセグメント化された要素は、複数の細かくセグメント化された要素によって形成される重ね合わせマーク。
適用例２０：
適用例１９の重ね合わせマークであって、細かくセグメント化された要素は、集積回路の異なるパターン間の相対的なズレにより密接にマッチするズレ情報を提供するように構成される重ね合わせマーク。
適用例２１：
適用例１および９の重ね合わせマークであって、
第２方向における前記基板の第１および第２レイヤ間の相対的なズレを決定する第２テストパターンをさらに含む重ね合わせマーク。
適用例２２：
適用例２１の重ね合わせマークであって、前記第２テストパターンは前記第１テストパターンに直交する重ね合わせマーク。
適用例２３：
適用例２１の重ね合わせマークであって、前記第１方向は前記Ｘ軸方向に対応し、前記第２方向は前記Ｙ軸方向に対応する重ね合わせマーク。
適用例２４：
適用例２１の重ね合わせマークであって、前記基板の第１および第２レイヤ間の前記第１および第２方向における前記相対的なズレを決定する第３および第４テストパターンをそれぞれさらに含む重ね合わせマーク。
適用例２５：
適用例１および４の重ね合わせマークであって、前記第１レイヤは前記第２レイヤの直上または直下に配置される重ね合わせマーク。
適用例２６：
基板の単一レイヤ上の２つ以上の別々に生成されたパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせターゲットは、
前記基板の第１レイヤ上に位置するテスト領域であって、前記第１レイヤは第１プロセスを用いた第１パターンと、第２プロセスを用いた第２パターンとによって形成される、テスト領域と、
前記テスト領域に位置する複数のワーキング・ゾーンであって、前記ワーキング・ゾーンは前記第１および第２パターン間の相対的なズレを決定するのに用いられる前記テスト領域の実際の領域を表し、前記ワーキング・ゾーンの第１部分は前記第１プロセスを用いて形成され、前記ワーキング・ゾーンの第２部分は前記第２プロセスを用いて形成される、ワーキング・ゾーンと、
前記ワーキング・ゾーンのそれぞれの中に位置する周期的構造であって、前記周期的構造のそれぞれは複数の粗くセグメント化された要素を含み、前記粗くセグメント化された要素のそれぞれは複数の細かくセグメント化された要素によって形成される、周期的構造と、
を備える重ね合わせマーク。
適用例２７：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する方法であって、前記方法は、
前記基板上に形成された重ね合わせマークの画像をキャプチャすることであって、前記重ね合わせマークは複数のワーキング・ゾーンを有し、前記ワーキング・ゾーンのそれぞれは粗くセグメント化された要素の周期的構造を含む、キャプチャすることと、
前記キャプチャされた画像から複数のワーキング・ゾーンを選択することであって、それぞれのレイヤまたはパターンから少なくとも一つのワーキング・ゾーンが選択される、選択することと、
前記選択されたワーキング・ゾーンのそれぞれについて情報を持った信号を形成することであって、それぞれのレイヤまたはパターンについて少なくとも一つの信号が形成される、形成することと、
第１レイヤまたはパターンからの前記信号を第２レイヤまたはパターンからの信号と比較することによって異なるレイヤまたはパターン間の前記相対的なズレを決定することと、
を含む方法。
適用例２８：
適用例２７の方法であって、情報を持った信号を形成することは、Ｙ重ね合わせ計算のためにＸにわたって平均し、Ｘ重ね合わせ計算のためにＹにわたって平均することによって、前記ワーキング・ゾーンの前記２次元画像を１次元信号に折り畳むことで達成される方法。
適用例２９：
適用例２７の方法であって、第１レイヤまたはパターンからの前記信号を第２レイヤまたはパターンからの信号と比較することによって異なるレイヤまたはパターン間の前記相対的なズレを決定することは、共分散ベースの重ね合わせアルゴリズムを用いて達成される方法。
適用例３０：
適用例２７の方法であって、第１レイヤまたはパターンからの前記信号を第２レイヤまたはパターンからの信号と比較することによって異なるレイヤまたはパターン間の前記相対的なズレを決定することは、フーリエ分解重ね合わせアルゴリズムを用いて達成される方法。
適用例３１：
適用例２７の方法であって、前記粗くセグメント化された要素は、複数の細かくセグメント化された要素によって形成される方法。
適用例３２：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定するのに用いられる重ね合わせマークを設計する方法であって、前記方法は、
第１スケールにしたがって前記マークの第１要素の幾何学的配置を最適化すること、
第２スケールにしたがって前記マークの第２要素の幾何学的配置を最適化すること、
第３スケールにしたがって前記マークの第３要素の幾何学的配置を最適化すること、
を備える方法。
適用例３３：
適用例３２の方法であって、前記第１、第２および第３スケールは異なる方法。
適用例３４：
適用例３３の方法であって、前記第２スケールは前記第１スケールよりも小さく、前記第３スケールは前記第２スケールよりも小さい方法。
適用例３５：
適用例３２の方法であって、幾何学的配置はサイズ、形状または分布として規定される方法。
適用例３６：
適用例３２の方法であって、前記第１スケールは、重ね合わせが測定される２つの異なるレイヤまたはパターンについての情報を含む領域の境界を規定する計測カーネルスケールに対応する方法。
適用例３７：
適用例３６の方法であって、前記計測カーネルスケールは、計測ツールの限界、プロセス問題および回路デザイン条件に基づく方法。
適用例３８：
適用例３６の方法であって、前記計測カーネルスケールは約４ミクロンから約１０ミクロンの範囲である方法。
適用例３９：
適用例３２の方法であって、前記第１要素の幾何学的配置は、前記第１スケールの上限および下限を特定し、前記上限および下限間の第１幾何学的配置の幾何学的配置を微調整することによって最適化される方法。
適用例４０：
適用例３９の方法であって、前記第１要素は、
前記重ね合わせマークの前記異なるレイヤまたはパターンを規定し、重ね合わせ測定に用いられる前記重ね合わせマークの実際の領域を表すワーキング・ゾーンに対応する方法。
適用例４１：
適用例４０の方法であって、微調整は、前記マークの前記周縁を規定し、ツールおよびウェーハに起因するズレに対する前記マークにわたっての不均一性の影響を低減するように構成される複数のワーキング・ゾーンに前記マークを分割することによって実現される方法。
適用例４２：
適用例３２の方法であって、前記第２スケールは、与えられたプロセスレイヤ内の構造間の境界を規定する画像解像度スケールに対応する方法。
適用例４３：
適用例４２の方法であって、画像解像度スケールは、計測ツールの限界およびプロセスロバスト性問題に基づく方法。
適用例４４：
適用例４２の方法であって、前記画像解像度スケールは約０．３ミクロンから２ミクロンの範囲である方法。
適用例４５：
適用例３２の方法であって、前記第２要素の前記幾何学的配置は、前記第２スケールの上限および下限を特定し、前記上限および下限間の第２要素の前記幾何学的配置を微調整することによって最適化される方法。
適用例４６：
適用例４５の方法であって、前記第２要素は、エンコードされ、前記マークを画像化するのに用いられる計測ツールに転送される前記マーク要素の相対位置に関する実際の空間情報を含む周期的構造に対応する方法。
適用例４７：
適用例４６の方法であって、微調整は前記ツールの前記画像解像度を前記プロセスとバランスとることによって実現される方法。
適用例４８：
適用例３２の方法であって、前記第３スケールは、与えられた構造内のサブ構造の前記境界を規定するリソグラフィ解像度スケールに対応する方法。
適用例４９：
適用例４８の方法であって、画像解像度スケールは回路のデザインルール、プロセスロバスト性問題および計測ツールの限界に基づく方法。
適用例５０：
適用例４８の方法であって、前記画像解像度スケールは約０．０１ミクロンから約０．５ミクロンの範囲である方法。
適用例５１：
適用例３２の方法であって、前記第３要素の前記幾何学的配置は、前記第３スケールの上限および下限を特定し、前記上限および下限間の前記第３要素の前記幾何学的配置を微調整することによって最適化される方法。
適用例５２：
適用例５１の方法であって、前記第３要素は、前記回路構造そのものを反映する情報を含む前記細かくセグメント化された要素に対応する方法。
適用例５３：
適用例３２の方法であって、前記第１要素はワーキング・ゾーンであり、前記第２要素は前記ワーキング・ゾーン内に位置する粗くセグメント化された要素の周期的構造であり、前記第３要素は前記粗くセグメント化された要素を形成する複数の細かくセグメント化された要素である方法。
適用例５４：
重ね合わせマークを設計する方法であって、前記重ね合わせマークは計測ツールの視野に対応する周縁を持ち、前記方法は、
前記重ね合わせマークの前記周縁を複数のワーキング・ゾーンで埋めることであって、前記ワーキング・ゾーンの幾何学的配置は第１デザインスケールに基づく、埋めることと、
前記ワーキング・ゾーンのそれぞれを、粗くセグメント化された線の少なくとも一つの周期的構造で埋めることであって、前記粗くセグメント化された線の幾何学的配置は前記第１スケールよりも小さい第２スケールに基づく、埋めることと、
前記粗くセグメント化された線を複数の細かくセグメント化された要素に分割することであって、前記細かくセグメント化された要素の幾何学的配置は第２スケールよりも小さい第３スケールに基づく、分割することと、
を備える方法。
適用例５５：
重ね合わせマークを設計する方法であり、前記方法は、
前記重ね合わせマークの周縁を規定することと、
前記重ね合わせマークを複数のワーキング・ゾーンに分割することであって、前記ワーキング・ゾーンは、第１プロセスに関連する少なくとも第１ワーキング・ゾーンと、第２プロセスに関連する少なくとも第２ワーキング・ゾーンとを含み、前記第２プロセスは前記第１プロセスとは異なる特性を有する、分割することと、
前記ワーキング・ゾーンの幾何学的配置を調節することであって、前記ワーキング・ゾーンの前記幾何学的配置は少なくとも一部は第１スケールに基づく、調節することと、
前記ワーキング・ゾーンのそれぞれの中の周期的構造を位置づけることであって、前記周期的構造は複数の粗くセグメント化された線を有する、位置づけることと、
前記周期的構造の前記幾何学的配置を調整することであって、前記周期的構造の前記幾何学的配置は少なくとも一部は第２スケールに基づき、前記第２スケールは前記第１スケールとは違う特性を持つ、調整すること、
前記粗くセグメント化された線を複数の細かくセグメント化された要素に分割することと、
前記細かくセグメント化された要素の幾何学的配置を調整することであって、前記細かくセグメント化された線の前記幾何学的配置は少なくとも一部は前記第１および第２スケールと異なっている、調整することと、
を備える方法。
適用例５６：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
複数の細かくセグメント化されたバーと少なくとも一つのダークフィールドとによって形成される複数の粗くセグメント化された線であって、前記複数の粗くセグメント化された線は複数の細かくセグメント化されたバーおよび少なくとも一つのクリアフィールドによって分離される
重ね合わせマーク。
適用例５７：
基板の２つ以上の連続するレイヤ間、または基板の単一レイヤ上に別々に生成された２つ以上のパターン間の相対的ズレを決定する重ね合わせマークであって、前記重ね合わせマークは、
複数の細かくセグメント化されたバーによって形成され、クリアフィールドによって分離される粗くセグメント化された線の第１グループと、
複数の細かくセグメント化されたバーによって形成され、ダークフィールドによって分離される粗くセグメント化された線の第２グループと、
を備える重ね合わせマーク。
【符号の説明】
【0159】
１０…ターゲット１２…内側ボックス
１４…外側ボックス
７０…マーク
７１…周縁
７２…ゾーン
７２…ワーキング・ゾーン
７４…周期的構造
７６…線群
７８…要素
７９…ＦＯＶ
８０…除外ゾーン
８１…ダークフィールド
８２…クリアフィールド
８４…第１周期的構造
８５…第２周期的構造
９０…マーク
９２…ワーキング・ゾーン
９４…周期的構造
９６…追加構造
１００…マーク
１０２…ワーキング・ゾーン
１０４…周期的構造
１０６…線
１０８…追加構造
１１０…マーク
１１２…ワーキング・ゾーン
１１４…周期的構造
１１６…要素
１１８…要素
１３０…マーク
１３２…ワーキング・ゾーン
１３３…除外ゾーン
１３４…第１ワーキング・グループ
１３６…第２ワーキング・グループ
１３８…周期的構造
１４０…マーク
１４４…ＦＯＶ
１５０…マーク
１５２…要素
１７０…マーク
１７２…ワーキング・ゾーン
１７４…周期的構造
１７６…線
１７８…追加構造
１７８…要素
１９０…マーク
１９２…ワーキング・ゾーン
１９３…除外ゾーン
１９４…ワーキング・グループ
１９４…第１ワーキング・グループ
１９６…第２ワーキング・グループ
１９８…周期的構造
２００…線群
２１０…マーク
２１２…グレーティングパターン
２１４…線
２２０…マーク
２２２…ワーキング・ゾーン
２４０…マーク
２４２…ワーキング・ゾーン
２５０…マーク
２５２…ワーキング・ゾーン
２７０…マーク
２７２…ワーキング・ゾーン
２９０…マーク
２９２…ワーキング・ゾーン
３２０…測定システム
３２２…ターゲット
３２４…ウェーハ
３２６…光学アセンブリ
３２８…コンピュータ
３３０…光源
３３２…光
３３４…第１パス
３３５…第１レンズ
３３６…光ファイバライン
３３８…第２レンズ
３４０…ビームスプリッタキューブ
３４２…パス
３４４…対物レンズ
３４６…パス
３５０…チューブレンズ
３５２…カメラ
３５４…フレームグラバ
３５６…ウェーハステージ