(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-01
(54)【発明の名称】マルチ分解能オーバーレイ計測ターゲット
(51)【国際特許分類】
G03F 9/00 20060101AFI20240423BHJP
G01B 11/03 20060101ALI20240423BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20240423BHJP
【ＦＩ】
G03F9/00 H
G01B11/03 H
H01L21/66 J
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555579
(86)(22)【出願日】2021-08-10
(85)【翻訳文提出日】2023-09-11
(86)【国際出願番号】 US2021045292
(87)【国際公開番号】W WO2022225544
(87)【国際公開日】2022-10-27
(31)【優先権主張番号】63/176,888
(32)【優先日】2021-04-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/351,137
(32)【優先日】2021-06-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500049141
【氏名又は名称】ケーエルエー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハジャジ エイタン
(72)【発明者】
【氏名】マナッセン アムノン
(72)【発明者】
【氏名】アイゼンバッハ シュロモ
(72)【発明者】
【氏名】ゴロツヴァン アンナ
(72)【発明者】
【氏名】グラウアー ヨアフ
(72)【発明者】
【氏名】マスロフスキー ユージン
【テーマコード（参考）】
2F065
2H197
4M106
【Ｆターム（参考）】
2F065AA12
2F065AA20
2F065AA22
2F065AA23
2F065BB27
2F065CC19
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2F065QQ28
2H197EA15
2H197EA18
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2H197EB03
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2H197JA23
4M106AA01
4M106BA04
4M106BA08
4M106CA39
4M106DB04
4M106DB07
4M106DB12
4M106DB13
4M106DB14
4M106DB19
(57)【要約】
製品が、少なくとも１つの半導体基板と、上記少なくとも１つの基板上に成膜された複数の薄膜層と、上記薄膜層の少なくとも１つに形成されたオーバーレイターゲットとを含む。上記オーバーレイターゲットは、第１の対称中心を有する第１のサブターゲットであって、第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含んだ、第１のサブターゲットと、上記第１の対称中心と一致する第２の対称中心を有する第２のサブターゲットであって、上記第１のライン幅より大きい第２のライン幅を有し、上記第１のターゲット特徴物に隣接するが重なっていない第２のターゲット特徴物を含んだ、第２のサブターゲットとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの半導体基板と、前記少なくとも１つの基板上に成膜された複数の薄膜層と、
前記薄膜層の少なくとも１つに形成されたオーバーレイターゲットと、を含む製品であって、前記オーバーレイターゲットが、
第１の対称中心を有する第１のサブターゲットであって、第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含んだ、第１のサブターゲットと、
前記第１の対称中心と一致する第２の対称中心を有する第２のサブターゲットであって、前記第１のライン幅より大きい第２のライン幅を有し、前記第１のターゲット特徴物に隣接するが重なっていない第２のターゲット特徴物を含んだ、第２のサブターゲットと、を含む、製品。
【請求項2】
前記第１のサブターゲットが前記少なくとも１つの半導体基板の第１の領域に広がり、前記第２のサブターゲットが前記少なくとも１つの半導体基板の第２の領域に広がり、前記第２の領域が、前記第１の領域よりも大きく、前記第１の領域を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項3】
前記第１のサブターゲットが前記第２のサブターゲットに囲まれている、請求項２に記載の製品。
【請求項4】
前記複数の薄膜層が、第１の層と、前記第１の層に重ねられた第２の層とを含み、前記第１のターゲット特徴物が、前記第１の層に形成された前記第１のターゲット特徴物からなる第１のセットと、前記第２の層に形成された前記第１のターゲット特徴物からなる第２のセットとを含み、前記第２のターゲット特徴物が、前記第１の層に形成された前記第２のターゲット特徴物からなる第３のセットと、前記第２の層に形成された前記第２のターゲット特徴物からなる第４のセットとを含む、
請求項１に記載の製品。
【請求項5】
前記第１および第２のターゲット特徴物がライン状の格子を含む、請求項４に記載の製品。
【請求項6】
前記第１のターゲット特徴物からなる前記第１のセットが、前記第１の層にある第１のライン状の格子を含み、前記第１のターゲット特徴物からなる前記第２のセットが、前記第２の層にある第２のライン状の格子を含み、前記第１のライン状の格子はそれぞれ、前記第２のライン状の格子に隣接しているが重なっておらず、前記第２のターゲット特徴物からなる前記第３のセットが、前記第１の層にある第３のライン状の格子を含み、前記第２のターゲット特徴物からなる前記第４のセットが、前記第２の層にある第４のライン状の格子を含み、前記第３のライン状の格子はそれぞれ、前記第４のライン状の格子に隣接しているが重なっていない、
請求項５に記載の製品。
【請求項7】
前記第１および第２のサブターゲットのそれぞれの前記ライン状の格子が、第１の向きを有する第１のライン状の格子と、前記第１の向きに直交する第２の向きを有する第２のライン状の格子とを含む、請求項５に記載の製品。
【請求項8】
前記第１および第２のターゲット特徴物がライン状の特徴物を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項9】
前記ライン状の特徴物が、ライン状の格子を規定するように配置される、請求項８に記載の製品。
【請求項10】
前記ライン状の特徴物が正方形のフレームを規定するように配置され、それによって前記第１のサブターゲットの前記正方形のフレームが前記第２のサブターゲットの前記正方形のフレーム内に含まれるようになっている、請求項８に記載の製品。
【請求項11】
前記第１および第２のターゲット特徴物が、正方形の特徴物からなるそれぞれの行列を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項12】
オーバーレイ誤差を測定する方法であって、複数の薄膜層を少なくとも１つの半導体基板上に成膜し、パターニングするステップであって、それによって集積回路チップの行列を規定し、前記薄膜層の少なくとも１つにオーバーレイターゲットを形成し、前記オーバーレイターゲットが、
第１の対称中心を有する第１のサブターゲットであって、第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含んだ、第１のサブターゲットと、
前記第１の対称中心と一致する第２の対称中心を有する第２のサブターゲットであって、前記第１のライン幅より大きい第２のライン幅を有し、前記第１のターゲット特徴物に隣接するが重なっていない第２のターゲット特徴物を含んだ、第２のサブターゲットと、を含む、ステップと、
前記オーバーレイターゲットの画像を取り込むステップと、
前記画像を処理して前記薄膜層間のオーバーレイ誤差を測定するステップと、
を含む方法。
【請求項13】
前記画像を取り込むステップが、第１の視野を有する第１の検査光学系を使用して、前記第１のサブターゲットの第１の画像を取り込むステップと、
前記第１の視野よりも広い第２の視野を有する第２の検査光学系を使用して、前記第２のサブターゲットの第２の画像を取り込むステップと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記複数の薄膜層を成膜し、パターニングするステップが、前記第１の視野に対応する前記少なくとも１つの半導体基板の第１の領域に前記第１のサブターゲットを形成するステップと、前記第１の領域より大きく、前記第２の視野に対応する前記少なくとも１つの半導体基板の第２の領域に前記第２のサブターゲットを形成するステップと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１のサブターゲットが前記第２のサブターゲットに囲まれている、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記複数の薄膜層を成膜するステップが、第１の層と、前記第１の層上に重ねられる第２の層とを成膜するステップを含み、前記複数の薄膜層をパターニングするステップが、前記第１のターゲット特徴物からなる第１のセットを前記第１の層に、前記第１のターゲット特徴物からなる第２のセットを前記第２の層に形成するステップと、前記第２のターゲット特徴物からなる第３のセットを前記第１の層に、前記第２のターゲット特徴物からなる第４のセットを前記第２の層に形成するステップと、を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項17】
前記第１および第２のターゲット特徴物がライン状の格子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１のターゲット特徴物からなる前記第１のセットを形成するステップが、前記第１の層に第１のライン状の格子を形成するステップを含み、前記第１のターゲット特徴物からなる前記第２のセットを形成するステップが、前記第２の層に第２のライン状の格子を形成するステップを含み、前記第１のライン状の格子はそれぞれ、前記第２のライン状の格子に隣接しているが重なっておらず、前記第２のターゲット特徴物からなる前記第３のセットを形成するステップが、前記第１の層に第３のライン状の格子を形成するステップを含み、前記第２のターゲット特徴物からなる前記第４のセットを形成するステップが、前記第２の層に第４のライン状の格子を形成するステップを含み、前記第３のライン状の格子はそれぞれ、前記第４のライン状の格子に隣接しているが重なっていない、
請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記第１および第２のサブターゲットのそれぞれの前記ライン状の格子が、第１の向きを有する第１のライン状の格子と、前記第１の向きに直交する第２の向きを有する第２のライン状の格子とを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記第１および第２のターゲット特徴物がライン状の特徴物を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項21】
前記複数の薄膜層をパターニングするステップが、ライン状の格子を規定するように前記ライン状の特徴物を配置するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記複数の薄膜層をパターニングするステップが、正方形のフレームを規定するように前記ライン状の特徴物を配置するステップを含み、それによって前記第１のサブターゲットの前記正方形のフレームが前記第２のサブターゲットの前記正方形のフレーム内に含まれるようになっている、請求項２０に記載の方法。
【請求項23】
前記第１および第２のターゲット特徴物が、正方形の特徴物からなるそれぞれの行列を含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に半導体デバイスの製造に関し、詳細には半導体回路計測の方法およびターゲット特徴物に関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願の相互参照
本願は、２０２１年４月２０日に出願された米国仮特許出願６３／１７６，８８８の利益を主張する。
本願は、２０２１年４月２０日に出願された米国仮特許出願６３／１７６，８８８の利益を主張する。
【0003】
半導体回路は通例、フォトリソグラフィ法を用いて製造される。フォトリソグラフィでは半導体基板に対して、感光性ポリマー（フォトレジスト）の薄い層を成膜し、光またはその他の放射を使ってその基板の一部分をフォトレジストで覆われたままにすることによりパターニングする。パターニング後その基板に、その物性や表面形状（トポグラフィ：topography）を変えるエッチングやイオン衝撃などの方法で、変更を加える。ただしその基板のフォトレジストで覆われた部分は影響を受けない。
【0004】
このパターニング後のフォトレジストの特性、例えばパターニングされた特徴物の表面形状や位置などを、半導体回路計測を使用して測定する。フォトリソグラフィ工程の高い歩留まりを確保するには、フォトレジストにあるパターニングされた特徴物の位置が、１つ前に加工された層に対して正確であることが重要になる。パターニング後のフォトレジストの、下の加工層に対する位置合わせの誤差（位置ずれ）のことを「オーバーレイ誤差」と呼ぶ。一例として、最小線幅が１０～１４ｎｍ（いわゆる１０ｎｍデザインルール）の典型的な半導体回路では、最大許容オーバーレイ誤差は２～３ｎｍである。最先端の半導体回路では、線幅が５ｎｍまで狭くなっており、それに伴い最大許容オーバーレイ誤差も小さくなっている。
【0005】
オーバーレイ誤差は一般に、光学式のオーバーレイ計測ツールを使用して測定する。その理由は、可視波長および赤外波長の光放射が、フォトレジスト層だけでなく、その下の誘電体層も通過できるためである。さらに、赤外波長はシリコンなどの半導体基板を通過でき、それによって半導体基板を透かした計測が可能になる。光学オーバーレイ計測ツール、例えばＫＬＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（米国カリフォルニア州ミルピタス）のＡｒｃｈｅｒ（登録商標）シリーズのツールなどでは、半導体基板のスクライブライン（隣接するダイを分離するライン）に位置するオーバーレイターゲット（ＫＬＡのＡＩＭ（登録商標）オーバーレイターゲットなど）を撮像する。これで得られた画像に画像解析アルゴリズムを適用して、加工層にあるターゲット特徴物の対称中心（ＣｏＳ）と、パターニング後のフォトレジスト層にあるターゲット特徴物のＣｏＳの位置を特定する。これら２つの層のターゲット特徴物の対称中心間の距離として、オーバーレイ誤差を計算する。
【0006】
特許文献１に、オーバーレイ誤差を判定するためのオーバーレイマークおよび方法が記載されており、この特許文献１を参照によりここに援用する。特許文献１の一態様は、連続的に変化するオフセットマークに関する。連続的に変化するオフセットマークは、重ね合わせた周期的構造体を含んだ単一のマークであり、この重ね合わせた周期的構造体の互いのオフセットが、位置に応じて変化する。一実施例として、上記周期的構造体は、ピッチなどの格子特性値が異なる格子に相当し得る。特許文献１の別の態様は、上記連続的に変化するオフセットマークからオーバーレイ誤差を判定する方法に関する。
【0007】
本明細書および特許請求の範囲で使用する「光線」、「光放射」、「光」および「放射ビーム」という用語は一般に、あらゆる可視放射、赤外放射および紫外放射を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第７，４４０，１０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
以下に記載の本発明の実施形態は、半導体回路計測のための改良型のターゲット特徴物および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
したがって、本発明の一実施形態によると、少なくとも１つの半導体基板と、上記少なくとも１つの基板上に成膜された複数の薄膜層と、上記薄膜層の少なくとも１つに形成されたオーバーレイターゲットとを含む製品が提供される。上記オーバーレイターゲットは、第１の対称中心を有する第１のサブターゲットであって、第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含んだ、第１のサブターゲットと、上記第１の対称中心と一致する第２の対称中心を有する第２のサブターゲットであって、上記第１のライン幅より大きい第２のライン幅を有し、上記第１のターゲット特徴物に隣接するが重なっていない第２のターゲット特徴物を含んだ、第２のサブターゲットとを含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、上記第１のサブターゲットは上記少なくとも１つの半導体基板の第１の領域に広がり、上記第２のサブターゲットは上記少なくとも１つの半導体基板の第２の領域に広がり、上記第２の領域は、上記第１の領域よりも大きく、上記第１の領域を含む。さらに、上記第１のサブターゲットは上記第２のサブターゲットに囲まれている。
【0012】
いくつかの実施形態では、上記複数の薄膜層は、第１の層と、上記第１の層に重ねられた第２の層とを含み、上記第１のターゲット特徴物は、上記第１の層に形成された上記第１のターゲット特徴物からなる第１のセットと、上記第２の層に形成された上記第１のターゲット特徴物からなる第２のセットとを含み、上記第２のターゲット特徴物は、上記第１の層に形成された上記第２のターゲット特徴物からなる第３のセットと、上記第２の層に形成された上記第２のターゲット特徴物からなる第４のセットとを含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、上記第１および第２のターゲット特徴物はライン状の格子を含む。一実施形態では、上記第１のターゲット特徴物からなる上記第１のセットは、上記第１の層にある第１のライン状の格子を含み、上記第１のターゲット特徴物からなる上記第２のセットは、上記第２の層にある第２のライン状の格子を含み、上記第１のライン状の格子はそれぞれ、上記第２のライン状の格子に隣接しているが重なっておらず、上記第２のターゲット特徴物からなる上記第３のセットは、上記第１の層にある第３のライン状の格子を含み、上記第２のターゲット特徴物からなる上記第４のセットは、上記第２の層にある第４のライン状の格子を含み、上記第３のライン状の格子はそれぞれ、上記第４のライン状の格子に隣接しているが重なっていない。
【0014】
他の実施形態では、上記第１および第２のサブターゲットのそれぞれの上記ライン状の格子は、第１の向きを有する第１のライン状の格子と、上記第１の向きに直交する第２の向きを有する第２のライン状の格子とを含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、上記第１および第２のターゲット特徴物はライン状の特徴物を含む。一実施形態では、上記ライン状の特徴物は、ライン状の格子を規定するように配置される。あるいは、上記ライン状の特徴物は、正方形のフレームを規定するように配置され、それによって上記第１のサブターゲットの上記正方形のフレームが上記第２のサブターゲットの上記正方形のフレーム内に含まれるようになっている。
【0016】
他の実施形態では、上記第１および第２のターゲット特徴物は、正方形の特徴物からなるそれぞれの行列を含む。
【0017】
本発明の一実施形態によると、オーバーレイ誤差を測定する方法も提供される。この方法は、複数の薄膜層を少なくとも１つの半導体基板上に成膜し、パターニングするステップであって、それによって集積回路チップの行列を規定し、上記薄膜層の少なくとも１つにオーバーレイターゲットを形成するステップを含む。上記オーバーレイターゲットは、第１の対称中心を有する第１のサブターゲットであって、第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含んだ、第１のサブターゲットと、上記第１の対称中心と一致する第２の対称中心を有する第２のサブターゲットであって、上記第１のライン幅より大きい第２のライン幅を有し、上記第１のターゲット特徴物に隣接するが重なっていない第２のターゲット特徴物を含んだ、第２のサブターゲットとを含む。この方法はさらに、上記オーバーレイターゲットの画像を取り込むステップと、上記画像を処理して上記薄膜層間のオーバーレイ誤差を測定するステップとを含む。
【0018】
いくつかの実施形態では、上記画像を取り込むステップは、第１の視野を有する第１の検査光学系を使用して、上記第１のサブターゲットの第１の画像を取り込むステップと、上記第１の視野よりも広い第２の視野を有する第２の検査光学系を使用して、上記第２のサブターゲットの第２の画像を取り込むステップとを含む。
【0019】
他の実施形態では、上記複数の薄膜層を成膜、パターニングするステップは、上記第１の視野に対応する上記少なくとも１つの半導体基板の第１の領域に上記第１のサブターゲットを形成するステップと、上記第１の領域より大きく、上記第２の視野に対応する上記少なくとも１つの半導体基板の第２の領域に上記第２のサブターゲットを形成するステップとを含む。
【0020】
以下の実施形態の詳細な説明を図面と併せ読むことにより、本発明の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1a】本発明の一実施形態による、半導体基板のオーバーレイ誤差を測定するための光学計測装置の概略側面図である。
【図2a】本発明の一実施形態によるオーバーレイターゲットの概略正面図である。
【図3a】本発明の代替実施形態によるオーバーレイターゲットの概略正面図である。
【図4a】本発明の別の実施形態による、オーバーレイターゲットの概略正面図である。
【図4b】本発明の別の実施形態による、オーバーレイターゲットの概略正面図である。
【図4c】本発明の別の実施形態による、オーバーレイターゲットの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
半導体基板上の連続したパターン層間のオーバーレイ誤差を精密かつ正確に測定するには、一般に、オーバーレイ計測用のオーバーレイターゲットを使用する。そういった連続したパターン層には例えば加工層とレジスト層（フォトレジスト）や、エッチング後の用途では２つの加工層が含まれ得る。したがって、以下のいくつかの例示的な実施形態の説明は加工層とレジスト層について行うが、これらの実施形態の原理は、必要な変更を加えて第１の加工層と第２の加工層にも適用され得る。
【0023】
いくつかの半導体製造工程では、視野（ＦＯＶ）のサイズが大きく異なる２つのオーバーレイ計測ツールを使用する。例えば、２つのシリコン基板を互いに接合する工程で、その２つの基板の接合段階における相互位置合わせの測定を、１つのオーバーレイツールを用いて行うことができる。このオーバーレイツールでは、光放射の赤外（ＩＲ）波長がシリコン基板を通過することから、照明にはＩＲ放射を含んだものを使用し、ＦＯＶには固定の広ＦＯＶか、調整可能な（ズーム）ＦＯＶを使用する。（この照明のスペクトルには可視の光放射も含まれ得る。というのは、オーバーレイターゲットの特徴物のいくつかは、オーバーレイ計測ツールに面した基板表面に位置し得るからである。）基板の接合と研磨が完了した後は、ウェハ間（またはダイ対ウェハ）で達成した位置合わせの検証を、別のオーバーレイツールを用いて行うことができる。このオーバーレイツールでは、可視照明を利用し、狭ＦＯＶを使用する。あるいは、基板を透かしたオーバーレイ誤差の測定とその後の検証の両方を、単一のオーバーレイ計測ツールで行ってもよい。ただし条件として、この単一のツールは、必要な視野の組み合わせと、可視波長および赤外波長の両方を網羅する広い照明スペクトルとを有しているものとする。２つの別個の光学計測ツールでも、または必要な機能を備えた単一のツールでも、必要な作動距離と焦点精度、および照明選択肢が網羅されていればよい。
【0024】
他の半導体工程では、２つよりも多い基板が互いに接合されてもよい。さらに他の工程では、個々の半導体ダイが基板に接合されてもよい。
【0025】
画像ベースのオーバーレイ計測の性能は、オーバーレイターゲットのサイズとオーバーレイ計測ツールのＦＯＶとの関係性に大きく左右される。オーバーレイターゲットがＦＯＶよりも大幅に小さければ、計測ツールはそのＦＯＶの一部分のみからオーバーレイ誤差測定値信号を収集する。これでは測定値のＳＮ比が低下し、場合により個々のターゲット特徴物の解像度が損なわれる。さらに、小さなオーバーレイターゲットの小さな特徴物では、広ＦＯＶ計測ツールの光学分解能と十分に整合が取れない可能性がある。しかしながら、オーバーレイターゲットがＦＯＶよりも大幅に大きければ、測定結果に歪みが生じる可能性があり、さらには、ターゲットの特徴物が大きいことで測定に必要なデータの一部が取り込み領域からはみ出し得ることにより、測定結果が欠落する可能性もある。例えば、オーバーレイターゲットが、６０μｍ×６０μｍという典型的な広ＦＯＶを有するＩＲのオーバーレイ計測ツールと整合している場合、このターゲットは、可視光のオーバーレイ計測ツールの３０μｍ×３０μｍという典型的な狭ＦＯＶからはみ出るはずであり、そのターゲット特徴物は可視光のツールに対して粗大すぎる可能性がある。オーバーレイターゲットが、可視光の計測ツールの３０μｍ×３０μｍＦＯＶと整合している場合は、ＩＲツールでは６０μｍ×６０μｍＦＯＶの一部分しか使用されず、ＳＮ比が不十分になるはずである。さらに、そのターゲット特徴物はＩＲツールの最適な分解能に対して小さすぎる可能性がある。
【0026】
見込みのある解決策は、一方は広ＦＯＶツールと整合し、別の方は狭ＦＯＶツールと整合する、２つの別個のオーバーレイターゲットを並べて使用するというものである。しかしながら、この解決策では、オーバーレイ誤差が、空間的に離れた２つの位置で測定されたものとなるはずであり、その測定結果間の比較は、オーバーレイ誤差がオーバーレイターゲットの空間的な位置に依存している影響を受ける可能性がある。さらに、この種の解決策では、半導体基板上の貴重な「スペース（リアルエステート：real estate）」の利用効率が悪くなる。
【0027】
視野の各種サイズとオーバーレイターゲットのサイズとの間のこういった不整合に対して、ここに記載の本発明の各実施形態は、合成オーバーレイターゲットを提供することによって対処する。この合成オーバーレイターゲットは、小さな第１のサブターゲットと大きな第２のサブターゲットを含んでおり、第１のサブターゲットは第２のサブターゲットに同心状に取り囲まれる。第１のサブターゲットは、その全体寸法と特徴物サイズの両方の点で、狭ＦＯＶオーバーレイツールとうまく整合する。同様に、第２のサブターゲットの寸法と特徴物サイズは、広ＦＯＶオーバーレイツールと整合する。したがって、狭ＦＯＶのオーバーレイツールでオーバーレイ誤差を測定する場合は、第１のサブターゲットの像をツールに取り込み、このターゲットで得られる精度でオーバーレイ誤差を測定する。広ＦＯＶのオーバーレイツールでオーバーレイ誤差を測定する場合は、ターゲット全体の像を取り込む。広ＦＯＶオーバーレイツールでは、ＦＯＶの中心にある第１のサブターゲットの部分を無視し、広ＦＯＶ用に最適化された第２のサブターゲットのみからオーバーレイ誤差を測定することができる。
【0028】
第１のサブターゲットと第２のサブターゲットを同心にすることで、狭ＦＯＶオーバーレイ計測ツールと広ＦＯＶオーバーレイ計測ツールとで測定したオーバーレイ誤差を正確に照合することが可能になる。例えばこの照合は、２つのツールで測定したオーバーレイ誤差を直接比較する、かつ／または、オーバーレイ誤差モデルを２つのツール間で比較することによって行われる。各ツールで個別に測定したもの同士ならびにモデル化したもの同士のオーバーレイ誤差の相関関係を考慮することにより、計測の精度がさらに向上する。オーバーレイ誤差測定値の品質基準が、各サブターゲットから個別に取得され得る。この基準は、各ツールから得たオーバーレイ誤差の測定値の妥当性を確認するためのものであり、それらの値の整合を取るためのものでもある。
【0029】
ここで開示する各実施形態では、複数の薄膜層が１つまたは複数の半導体基板上に成膜され、パターニングされ、それによって上記薄膜層にオーバーレイターゲットが形成される。各オーバーレイターゲットは第１および第２のサブターゲットを含み、２つのサブターゲットの対称中心は一致する。上記２つのサブターゲットは、上記オーバーレイターゲットの領域内に隣接して形成されるが、重なり合わない。上記第１のサブターゲットは第１のライン幅を有する第１のターゲット特徴物を含み、上記第２のサブターゲットは第２のライン幅を有するターゲット特徴物を含む。
【0030】
本説明および特許請求の範囲の文脈では、「ライン幅」という用語は、特徴物の狭い方の横寸法、例えばライン状の特徴物では長さではなく幅を示す。（「横」寸法とは、特徴物の、それが形成されている薄膜層の平面における寸法である。）正方形や円形の特徴物などの対称的な特徴物の場合は、特徴物の横寸法は互いに等しいため、「ライン幅」はそれらの寸法のいずれかを示す。
【0031】
システムの説明
次に図１ａおよび１ｂを参照する。図１ａおよび１ｂは、本発明の一実施形態による、半導体基板１２上のオーバーレイ誤差を測定するための光学計測装置１０を概略的に示している。図１ａは、光学サブシステム１１および１３を含んだ装置１０の側面図であり、図１ｂは、サブシステム１１の詳細を示す側面図である。図１ａおよび１ｂは、光学サブシステム１１および１３の集光光学系と同じ側から基板１２へと照明が方向付けられた装置１０を示しているが、一代替実施形態では、適当に透過性を有するモーション組立体２０を透かして、基板の下から照明が方向付けられてもよい。
次に図１ａおよび１ｂを参照する。図１ａおよび１ｂは、本発明の一実施形態による、半導体基板１２上のオーバーレイ誤差を測定するための光学計測装置１０を概略的に示している。図１ａは、光学サブシステム１１および１３を含んだ装置１０の側面図であり、図１ｂは、サブシステム１１の詳細を示す側面図である。図１ａおよび１ｂは、光学サブシステム１１および１３の集光光学系と同じ側から基板１２へと照明が方向付けられた装置１０を示しているが、一代替実施形態では、適当に透過性を有するモーション組立体２０を透かして、基板の下から照明が方向付けられてもよい。
【0032】
図１ａを参照すると、光学計測装置１０は、半導体基板１２上のオーバーレイ誤差を測定するための、それぞれＯＰＴ１およびＯＰＴ２と呼ばれる２つの光学サブシステム１１および１３を備える。ＯＰＴ１は例えば寸法３０μｍ×３０μｍの狭視野ＦＯＶ１を有し、ＯＰＴ２は例えば寸法６０μｍ×６０μｍの広視野ＦＯＶ２を有する。この実施例では、ＯＰＴ１はオーバーレイ誤差の測定に可視光照明を使用し、ＯＰＴ２はＩＲ照明を使用する。ここで使用するＦＯＶ１およびＦＯＶ２の寸法と、ＯＰＴ１およびＯＰＴ２のスペクトル範囲は例示に過ぎない。様々な計測用途の狭ＦＯＶおよび広ＦＯＶ装置を説明するために、別の寸法およびスペクトル範囲をその代わりに使用することもできる。例えば一代替実施形態では、光学サブシステム１３（ＯＰＴ２）が、光放射を放出する光源と、可変ＦＯＶを有する計測光学系（ズーム光学系）を含み得る。別の代替実施形態では、光学サブシステム１１および１３（ＯＰＴ１およびＯＰＴ２）が、適当に調整可能なＦＯＶと照明スペクトルと集光機構とを有する単一の光学システムを含み得る。
【0033】
装置１０はさらに、コントローラ１８および１つまたは複数のモーション組立体２０を備える。コントローラ１８が結合され、ＯＰＴ１およびＯＰＴ２のセンサから画像を受信し（図１ｂに詳細に図示）、モーション組立体２０の位置および向きを調整する。コントローラ１８は典型的には、プログラム可能なプロセッサと、装置１０の別の要素への接続に適したデジタルかつ／またはアナログのインターフェースとを備える。上記プログラム可能なプロセッサは、本明細書に記載の機能を実行するようにソフトウェアおよび／またはファームウェアでプログラムされる。その代わりにまたはそれに加えて、コントローラ１８は、その機能の少なくとも一部分を実行するハードワイヤード論理回路および／またはプログラム可能なハードウェア論理回路を備える。図１ａおよび１ｂでは、コントローラ１８は、簡略化のため一体構造の単一の機能ブロックとして示されているが、実際には複数の制御ユニットを含むことができ、これらの制御ユニットは、各図に示されかつ本文に記載の信号の受信／出力に適したインターフェースで相互接続される。
【0034】
図示の実施例では、モーション組立体２０は、アクチュエータを備えた適当な台を備える。上記アクチュエータの目的は、上記台を、コントローラ１８の制御下でデカルト座標３６を基準にｘ、ｙ、およびｚ方向に直線的に移動させることと、ｚ軸を中心に回転させることである。この図およびこれ以降の図には、装置１０に対する各図の向きを明確にするために、デカルト座標３６が示されている。
【0035】
複数の薄膜層が半導体基板１２上に成膜され、パターニングされ、それによって集積回路チップの行列が規定され、上記薄膜層の少なくとも１つにオーバーレイターゲットが形成される。図示の実施例では、第１の薄膜層３８と第２の薄膜層４０が半導体基板１２上に成膜され、フォトリソグラフィ工程でパターニングされる。例えば、第１の層３８は加工層であってもよく、第２の層４０はその加工層上に成膜されたレジスト層であってもよい。あるいは、層３８および４０の両方が加工層であってもよい。基板１２上の層４０のパターンとその下の層３８のパターンとの間のオーバーレイ誤差を測定することを目的として、層３８および４０には、以降の図に示すように２つの視野に適した第１および第２のサブターゲットを含んだオーバーレイターゲットが、フォトリソグラフィ工程で形成されている。
【0036】
装置１０でオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８がモーション組立体２０を移動させて、半導体基板１２を例えばＯＰＴ１に近づけ、オーバーレイターゲットがＦＯＶ１内に入るようにし、ＯＰＴ１を使用してオーバーレイ誤差を測定する。別の製造段階、例えば２つの半導体基板を互いに接合するなどの場合は、コントローラ１８が矢印１５で示すようにｘｙ平面内でモーション組立体２０を移動させて、半導体基板１２をＯＰＴ２に近づけ、オーバーレイターゲットがＦＯＶ２内に入るようにし、ＯＰＴ２を使用してオーバーレイ誤差を測定し得る。（簡略化のため基板１２は１つしか示していない）。あるいは、光学サブシステム１１および１３は、ＯＰＴ１およびＯＰＴ２用の２つの別個のモーション組立体２０を備えていてもよい。ＯＰＴ１で新たなオーバーレイ誤差測定を行う際は、基板１２をＯＰＴ１に戻すことができる。以下で詳細に説明するが、光学サブシステムはそれぞれ、オーバーレイターゲットの特定の部分を利用する。これらの部分は各光学サブシステムのＦＯＶと整合している。
【0037】
図１ｂを参照すると、光学サブシステム１１（ＯＰＴ１）は、撮像組立体１４および照明組立体１６を備える。撮像組立体１４は、対物レンズ２２、キューブビームスプリッタ２４および撮像レンズ２６を備え、これらが合わさって光学サブシステム１１の計測光学系を形成する。撮像組立体１４はさらにセンサ２８を備え、センサ２８は、例えば画素３０の２次元アレイを含んだ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器を備える。別の実施例として、短波ＩＲ照明下での感知を行う目的で、センサ２８は、画素３０の２次元アレイを含んだＩｎＧａＡｓベースの焦点面アレイ（ＦＰＡ：Focal Plane Array）検出器を備え得る。撮像組立体１４の視野は、図１ａを参照すると３０μｍ×３０μｍの寸法を有するＦＯＶ１である。照明組立体１６は、光放射を放出する光源３２と、レンズ３４を備える。さらに、いくつかの実施形態では、光源３２および／または撮像組立体１４は、それぞれ放出／集光する光放射の偏光を制御するための偏光光学部品を備え得る。
【0038】
ＯＰＴ１を使用して基板１２上の層４０のパターンとその下の層３８のパターンとの間のオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８が、上記基板を対物レンズ２２の下へと移動させるようにモーション組立体２０に命令する。この移動によって、オーバーレイターゲットの中央部分がＯＰＴ１の視野ＦＯＶ１内に入り、対物レンズ２２とレンズ２６の組み合わせ光学系により上記基板がセンサ２８上に結像され、すなわち、上記基板と上記センサが光学的共役面に配置される。
【0039】
第１のサブターゲットの画像を取り込むために、光放射ビームが、光源３２からレンズ３４に投射され、レンズ３４からさらにキューブビームスプリッタ２４に投射され、ビームスプリッタ２４により対物レンズ２２へと反射され、対物レンズ２２により基板１２上に投射される。基板１２に入射した放射は、散乱されて対物レンズ２２に戻り、ビームスプリッタ２４を通過し、レンズ２６に送られ、センサ２８上に集光される。このセンサ２８で取り込んだ画像を以下で詳細に説明するようにコントローラ１８が読み出し、処理して、基板１２上の層４０とその下の層３８にあるそれぞれの第１のサブターゲットの対称中心を識別する。コントローラ１８はこれら２つのパターン層の間のオーバーレイ誤差を、それぞれの層の第１のサブターゲットの対称中心間のずれに基づいて測定する。
【0040】
光学サブシステム１３（ＯＰＴ２）も上述の光学サブシステム１１（ＯＰＴ２）と同様である。これらの光学サブシステム間で関連のある相違は、その視野と、測定に使用する光放射の波長である。これらの相違は、これら２つの光学サブシステムの撮像組立体および照明組立体の設計が異なることによってもたらされる。
【0041】
あるいは、装置１０は、スキャトロメトリモードでオーバーレイ誤差を測定するように構成されてもよい。このモードでは、対物レンズ２２の射出瞳（図示せず）をセンサアレイ２８上に結像するように、レンズ２６が変更かつ／または移動される。このスキャトロメトリ画像は、ターゲット特徴物から散乱される光放射の角度分布を示し、この場合のコントローラ１８は、この角度分布を処理してオーバーレイ誤差を測定するように構成される。
【0042】
オーバーレイターゲットの実施例
図２ａ～２ｃは、本発明の一実施形態によるオーバーレイターゲット２００と、その構造を示す。図２ａはオーバーレイターゲット２００の概略正面図であり、図２ｂと図２ｃはそれぞれターゲット２００内部の第１のサブターゲット２０２と第２のサブターゲット２０４の概略正面図である。サブターゲット２０２は狭ＦＯＶに広がり、したがって光学サブシステム１１（図１ａ）で撮像され得る。一方、サブターゲット２０４は広い方のＦＯＶに広がり、したがって光学サブシステム１３で撮像され得る。
図２ａ～２ｃは、本発明の一実施形態によるオーバーレイターゲット２００と、その構造を示す。図２ａはオーバーレイターゲット２００の概略正面図であり、図２ｂと図２ｃはそれぞれターゲット２００内部の第１のサブターゲット２０２と第２のサブターゲット２０４の概略正面図である。サブターゲット２０２は狭ＦＯＶに広がり、したがって光学サブシステム１１（図１ａ）で撮像され得る。一方、サブターゲット２０４は広い方のＦＯＶに広がり、したがって光学サブシステム１３で撮像され得る。
【0043】
図２ｂに示されているように、第１のサブターゲット２０２は８つの格子２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、および２２０を含み、これらの格子は２つ一組に互いに隣接して（しかし重なり合わずに）配置される。格子２０６、２１０、２１４、および２１８は薄膜層３８に形成され、格子２０８、２１２、２１６、および２２０は薄膜層４０に形成される。各格子はライン幅が等しい複数の平行なラインを含み、格子対の半分は格子ラインがｘ方向を向いており、残りの半分は格子ラインがｙ方向を向いている。したがって、図示の実施例では、格子２０６、２０８、２１４および２１６は、格子２１０、２１２、２１８および２２０と向きが直交している。
【0044】
例えば第１のサブターゲット２０２には、ＯＰＴ１のＦＯＶ１を示すために３０μｍ×３０μｍの寸法を有する点線の正方形２２２が重ねられており、第１のサブターゲットの格子が３０μｍ×３０μｍのＦＯＶに広がっていることを示している（この格子の一部分はＦＯＶ１を超えて「はみ出て」いる）。第１のサブターゲット２０２の格子２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、および２２０のライン幅は、第１のサブターゲットの画像がＯＰＴ１で取り込まれたときにその画像のコントラストが良好になるように、例えば１μｍになっている。
【0045】
図１ｂを参照すると、光学サブシステム１１を使用して第１のサブターゲット２０２から層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８が、センサ２８で取り込まれた（ＯＰＴ１のＦＯＶ１内の）第１のサブターゲットの画像を読み出す。コントローラ１８はその画像をさらに処理して、格子２０６、２１０、２１４、および２１８によって形成されるパターンの対称中心２２１と、格子２０８、２１２、２１６、および２２０によって形成されるパターンの対称中心２２３とを識別する。コントローラ１８は、上記２つのパターン層の間のオーバーレイ誤差を、それぞれの層の第１のサブターゲット２０２の対称中心２２１と２２３との間のずれとして測定する。
【0046】
図２ｃに示されているように、第２のサブターゲット２０４は、８つの格子２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、２３４、２３６、および２３８を含み、これらの格子は２つ一組に互いに隣接して配置される。第１のサブターゲット２０２と同様に、格子２２４、２２８、２３２、および２３６は薄膜層３８に形成され、格子２２６、２３０、２３４、および２３８は薄膜層４０に形成される。各格子はライン幅が等しい複数の平行なラインを含み、格子対の半分は格子ラインがｘ方向を向いており、残りの半分は格子ラインがｙ方向を向いている。したがって、格子２２４、２２６、２３２および２３４は、格子２２８、２３０、２３６および２３８と直交している。ただし、第２のサブターゲット２０４の格子のライン幅は、第２のサブターゲットの画像がＯＰＴ２で取り込まれたときにその画像のコントラストが良好になるように、例えば２μｍになっている（第１のサブターゲット２０２と同様の１μｍではない）。例えば第２のサブターゲット２０４には、ＯＰＴ２のＦＯＶ２を示すために６０μｍ×６０μｍの寸法を有する点線の正方形２４０が重ねられており、第２のサブターゲットの格子がＦＯＶ２に広がっていることを示している。
【0047】
ＯＰＴ２を使用して第２のサブターゲット２０４から層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８が、ＯＰＴ２から第２のサブターゲットの画像を読み出す（この画像はＦＯＶ２の中心にある第１のサブターゲット２０２の画像を含んでいる）。コントローラ１８はその画像を処理して（画像の第１のサブターゲット２０２由来の部分は遮るか無視する）、格子２２４、２２８、２３２、および２３６によって形成されるパターンの対称中心２４２と、格子２２６、２３０、２３４、および２３８によって形成されるパターンの対称中心２４４とを識別する。コントローラ１８は、上記２つのパターン層の間のオーバーレイ誤差を、それぞれの層の第２のサブターゲット２０４の対称中心２４２と２４４との間のずれとして測定する。
【0048】
図３ａ～３ｃは、本発明の代替実施形態によるオーバーレイターゲット３００と、その構造を示す。図３ａはオーバーレイターゲット３００の概略正面図であり、図３ｂと図３ｃはそれぞれターゲット３００内部の第１のサブターゲット３０２と第２のサブターゲット３０４の概略正面図である。
【0049】
図３ｂに示されているように、第１のサブターゲット３０２は、８つの格子３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、３１８、および３２０を含み、これらの格子は２つ一組に互いに隣接して配置される。格子３０６、３１０、３１４、および３１８は薄膜層３８に形成され、格子３０８、３１２、３１６、および３２０は薄膜層４０に形成される。各格子はライン幅が等しい複数の平行なラインを含み、格子対の半分は格子ラインがｘ方向を向いており、残りの半分は格子ラインがｙ方向を向いている。例えば第１のサブターゲット３０２には、ＯＰＴ１のＦＯＶ１を示すために３０μｍ×３０μｍの寸法を有する点線の正方形３２２が重ねられており、第１のサブターゲットの格子がＦＯＶ１にちょうど過不足なく広がっていることを示している。第１のサブターゲット３０２の格子３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、３１８、および３２０のライン幅は、第１のサブターゲットの画像がＯＰＴ１で取り込まれたときにその画像のコントラストが良好になるように、例えば１μｍになっている。第１のサブターゲット３０２は、その格子がＦＯＶ１の外に広がっていないという点が、第１のサブターゲット２０２と異なる。
【0050】
ＯＰＴ１を使用して層３８と４０の間のオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８が、第１のサブターゲット２０２と同様に、それぞれの層の第１のサブターゲット３０２の対称中心３２４と３２６との間のずれを測定する。対称中心３２４は格子３０６、３１０、３１４、および３１８によって形成されるパターンに対するものであり、対称中心３２６は格子３０８、３１２、３１６、および３２０によって形成されるパターンに対するものである。
【0051】
図３ｃに示されているように、第２のサブターゲット３０４は、８つの格子３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、および３４４を含み、これらの格子は２つ一組に互いに隣接して配置される。第１のサブターゲット３０２と同様に、格子３３０、３３４、３３８、および３４２は薄膜層３８に形成され、格子３３２、３３６、３４０、および３４４は薄膜層４０に形成される。第１のサブターゲット３０２と同様に、各格子はライン幅が等しい複数の平行なラインを含み、格子対の半分は格子ラインがｘ方向を向いており、残りの半分は格子ラインがｙ方向を向いている。ただし、第２のサブターゲット３０４の格子のライン幅は、ＯＰＴ２で取り込まれたときにその画像のコントラストが良好になるように、例えば２μｍになっている。例えば第２のサブターゲット３０４には、ＦＯＶ２を示すために６０μｍ×６０μｍの寸法を有する点線の正方形３４６が重ねられており、第２のサブターゲットの格子がＦＯＶ２に広がっていることを示している。第２のサブターゲット３０４は、その格子が中央の３０μｍ×３０μｍのＦＯＶより外側の領域全体に広がっているという点が、第２のサブターゲット２０４と異なる。
【0052】
ＯＰＴ２を使用して層３８と４０との間のオーバーレイ誤差を測定する際は、コントローラ１８が、第１のサブターゲット３０２と同様に、それぞれの層の第２のサブターゲット３０４の対称中心３４８と３５０との間のずれを測定する。対称中心３４８は格子３３０、３３４、３３８、および３４２によって形成されるパターンに対するものであり、対称中心３５０は格子３３２、３３６、３４０、および３４４によって形成されるパターンに対するものである。
【0053】
一代替実施形態（図示せず）では、オーバーレイターゲット２００および３００内の各サブターゲットが、格子状の構造体を含み得る。これらの構造体は、ピッチがわずかに異なる２つの重ねられた格子を層３８と層４０に配設することによって形成される。この種のオーバーレイターゲットについては、上述の米国特許第７，４４０，１０５号に記載されており、この特許文献に記載の方法で、層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差が測定され得る。
【0054】
図４ａ～４ｃは、本発明の別の実施形態による、オーバーレイターゲット４００、４０２および４０４の概略正面図である。
【0055】
図４ａに示されているように、オーバーレイターゲット４００は、第１のサブターゲット４１０と第２のサブターゲット４１２を含む。この第１のサブターゲット４１０と第２のサブターゲット４１２の輪郭が、点線の正方形４０６および４０８で描かれており、これらの正方形は例えばＯＰＴ１およびＯＰＴ２のそれぞれの視野に対応する。第１のサブターゲット４１０は、点線の正方形４０６の内部に含まれている正方形４１４と４１６の行列によって形成される。第２のサブターゲット４１２は、点線の正方形４０６と４０８の間の領域内にある正方形４１８と４２０の行列によって形成される。第１のサブターゲット４１０では、正方形４１４は第１層３８に形成され、正方形４１６は第２層４０に形成される。正方形４１４および４１６のそれぞれの寸法は、ＯＰＴ１の光学分解能に適合するように、例えば１μｍ×１μｍ（ライン幅１μｍに相当）になっている。第２のサブターゲット４１２では、正方形４１８は第１層３８に形成され、正方形４２０は第２層４０に形成される。正方形４１８および４２０のそれぞれの寸法は、ＯＰＴ２の光学分解能に適合するように、例えば２μｍ×２μｍ（ライン幅２μｍに相当）になっている。
【0056】
あるいは、サブターゲット４１０および４１２は、それぞれ適当なライン幅を有する長方形の行列を含んでもよい。
【0057】
装置１０は、ＯＰＴ１による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、オーバーレイターゲット２００（図２ａ～２ｃ）からオーバーレイ誤差を測定するのと同様に、第１のサブターゲット４１０の正方形４１４の行列と正方形４１６の行列のそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う（簡略化のため対称中心は図示せず）。同様に、装置１０は、ＯＰＴ２による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、第２のサブターゲット４１２の正方形４１８の行列と正方形４２０の行列のそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う。
【0058】
図４ｂに示されているように、オーバーレイターゲット４０２は、第１のサブターゲット４２６と第２のサブターゲット４２８を含む。この第１のサブターゲット４２６と第２のサブターゲット４２８の輪郭が、点線の正方形４２２および４２４で描かれており、これらの正方形は例えばＯＰＴ１およびＯＰＴ２のそれぞれの視野に対応する。第１のサブターゲット４２６は、正方形４２２の内部にある２つの正方形フレーム４３０と４３２によって形成され、第２のサブターゲット４２８は、正方形４２２と４２４の間の領域内にある２つの正方形フレーム４３４と４３６によって形成される。フレーム４３０および４３４は層３８に形成され、フレーム４３２および４３６は層４０に形成される。第１のサブターゲット４２６のフレーム４３０および４３２のライン幅は、ＯＰＴ１の光学分解能に適合するように、例えば１μｍになっており、第２のサブターゲット４２８のフレーム４３４および４３６のライン幅は、ＯＰＴ２の光学分解能に適合するように、例えば２μｍになっている。
【0059】
装置１０は、ＯＰＴ１による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、第１のサブターゲット４２６のフレーム４３０と４３２のそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う（簡略化のため対称中心は図示せず）。同様に、装置１０は、ＯＰＴ２による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、第２のサブターゲット４２８のフレーム４３４と４３６のそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う。
【0060】
図４ｃに示されているように、オーバーレイターゲット４０４は、第１のサブターゲット４４４と第２のサブターゲット４４６を含む。この第１のサブターゲット４４４と第２のサブターゲット４４６の輪郭が、点線の正方形４４０および４４２で描かれており、これらの正方形は例えばＯＰＴ１およびＯＰＴ２のそれぞれの視野に対応する。第１のサブターゲット４４４はライン４４８と４５０によって形成され、第２のサブターゲット４４６はライン４５２と４５４によって形成される。第１のサブターゲット４４４では、ライン４４８は層３８に形成され、ライン４５０は層４０に形成され、全てのラインが正方形４４０内部（すなわち、ＯＰＴ１のＦＯＶ１の内部）に形成される。ライン４４８および４５０の半分はｘ方向に向いており、もう半分はｙ方向に向いている。ライン４４８および４５０の幅は、ＯＰＴ１の光学分解能に適合するように選択される。第２のサブターゲット４４６では、ライン４５２は層３８に形成され、ライン４５４は層４０に形成され、全てのラインが正方形４４０と４４２の間の領域内に形成される。ライン４５２および４５４の半分はｘ方向に向いており、もう半分はｙ方向に向いている。ライン４５２および４５４の幅は、ＯＰＴ２の光学分解能に適合するように選択される。
【0061】
装置１０は、ＯＰＴ１による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、第１のサブターゲット４４４のライン４４８によって形成されるパターンとライン４５０によって形成されるパターンのそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う（簡略化のため対称中心は図示せず）。同様に、装置１０は、ＯＰＴ２による層３８と層４０との間のオーバーレイ誤差の測定を、第２のサブターゲット４４６のライン４５２によって形成されるパターンとライン４５４によって形成されるパターンのそれぞれの対称中心の間のずれを測定することによって行う。
【0062】
上述の各実施形態では、例示的光学サブシステムＯＰＴ１およびＯＰＴ２の特徴的な視野および分解能レベルに合わせて、３０μｍ×３０μｍおよび６０μｍ×６０μｍというサブターゲット寸法と、１μｍおよび２μｍというライン幅を選択した。あるいは、オーバーレイ誤差の測定に使用する検査光学系の特性に応じて、それより大きいまたは小さいサブターゲット寸法と、それより大きいまたは小さい特徴物ライン幅を使用することもできる。
【0063】
さらに、前出の各図では例として特定の種類のターゲット特徴物および構成を示したが、本発明の原理は、別の種類の特徴物および構成を含んだオーバーレイターゲットおよびサブターゲットでも同様に実施され得る。かかる代替実施形態は全て、本発明の範囲内に含まれるとみなされる。
【0064】
マルチ分解能オーバーレイターゲットの追加の応用例
同じ層（例えば薄膜層４０）に異なる設計パラメータ（例えば異なる空間周波数）を有するターゲット特徴物が含まれていることで、オーバーレイ誤差計測を利用して、これらの異なるターゲット特徴物間の見かけのずれを測定することができる。例えば、図２ｂおよび２ｃを参照すると、層４０にある第１のサブターゲット２０２と第２のサブターゲット２０４のパターンは、同じフォトリソグラフィステップで形成されている。したがって、ＯＰＴ１とＯＰＴ２で測定したそれぞれの対称中心２２３と２４４の位置の間にずれが生じることは無いと予想されるはずである。しかしながら、光学サブシステムＯＰＴ１およびＯＰＴ２のそれぞれにおける光学的収差または障害物に起因する誤差により、対称中心の実測位置の間のずれがゼロでない場合がある。こういった誤差の特性評価を、オーバーレイ誤差測定における誤差の修正に利用することができる。また、こういった誤差を製造工程にフィードフォワードすると、後続の製造段階における測定誤差、具体的には２つの半導体基板を位置合わせして接合する際に使用する位置合わせシステムによる測定誤差を低減することもできる。
同じ層（例えば薄膜層４０）に異なる設計パラメータ（例えば異なる空間周波数）を有するターゲット特徴物が含まれていることで、オーバーレイ誤差計測を利用して、これらの異なるターゲット特徴物間の見かけのずれを測定することができる。例えば、図２ｂおよび２ｃを参照すると、層４０にある第１のサブターゲット２０２と第２のサブターゲット２０４のパターンは、同じフォトリソグラフィステップで形成されている。したがって、ＯＰＴ１とＯＰＴ２で測定したそれぞれの対称中心２２３と２４４の位置の間にずれが生じることは無いと予想されるはずである。しかしながら、光学サブシステムＯＰＴ１およびＯＰＴ２のそれぞれにおける光学的収差または障害物に起因する誤差により、対称中心の実測位置の間のずれがゼロでない場合がある。こういった誤差の特性評価を、オーバーレイ誤差測定における誤差の修正に利用することができる。また、こういった誤差を製造工程にフィードフォワードすると、後続の製造段階における測定誤差、具体的には２つの半導体基板を位置合わせして接合する際に使用する位置合わせシステムによる測定誤差を低減することもできる。
【0065】
それに加えてまたはその代わりに、光学サブシステムＯＰＴ１とＯＰＴ２によってそれぞれ測定された２組のオーバーレイ誤差セット同士の照合を目的として、各セットごとにモデル化したオーバーレイ誤差をコントローラ１８で算定することができる。各光学サブシステム内、ならびに光学サブシステム間における、オーバーレイ誤差の実測したもの同士、モデル化したもの同士の両方での比較を利用して、計測結果の精度を向上させることができる。それに加えてまたはその代わりに、オーバーレイ誤差測定値の品質基準を、各サブターゲットから個別に取得することができる。この基準は、各ツールから得たオーバーレイ誤差測定値の妥当性を確認するためのものであり、それらの値の整合を取るためのものでもある。
【0066】
それに加えてまたはその代わりに、同じ層におけるターゲット特徴物間のずれの各測定値が類似しているということが、フォトリソグラフィシステム（スキャナ）の光学的収差に起因するパターン配置誤差を示している場合がある。というのは、こういった収差によって、転写された異なる空間周波数の特徴物が相互にずれる可能性があるためである。こういった配置誤差の情報によって、フォトリソグラフィ工程で形成される電子デバイスにおけるそれらの影響を、低減できる可能性がある。
【0067】
２つの異なるターゲット特徴物から得た角度スペクトル、または特定の特徴物の２つの異なる測定構成から得た角度スペクトルの特性を分析することにより、ターゲット特徴物の非対称性に起因するオーバーレイ誤差測定値の誤差を低減できる可能性がある。
【0068】
複数のオーバーレイターゲット、例えば図２ａ、３ａ、４ａ～４ｃに示されているものなどから得たオーバーレイ誤差の測定結果を組み合わせると、それらの測定値の総合的な測定不確かさ（ＴＭＵ）を低減することができる。
【0069】
上述のマルチ分解能オーバーレイターゲットは、３つ以上の薄膜層にまたがるように適合させることができ、したがってそれらの層のうちの任意の対の間のオーバーレイ誤差の測定が可能になる。
【0070】
上記で説明した実施形態は例として引用したものであり、本発明は上記で特に示し説明したものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上記で説明した様々な特徴の組み合わせおよび部分組み合わせ、ならびに、当業者が上記の説明を読めば思いつくであろう、従来技術には開示されていないそれらの変形形態および修正形態を含む。
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4a-4c】
【国際調査報告】