(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】2024-11-19
(54)【発明の名称】回折に基づく重ね合わせ誤差計測の改良された目標
(51)【国際特許分類】
G03F 9/00 20060101AFI20241112BHJP
G03F 1/42 20120101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
G03F9/00 H
G03F1/42
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023578178
(86)(22)【出願日】2022-10-06
(85)【翻訳文提出日】2024-02-08
(86)【国際出願番号】 US2022045832
(87)【国際公開番号】W WO2023096704
(87)【国際公開日】2023-06-01
(31)【優先権主張番号】63/283,429
(32)【優先日】2021-11-27
(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】グドル イタイ
(72)【発明者】
【氏名】ルバシェフスキー ユバル
(72)【発明者】
【氏名】ネグリ ダリア
(72)【発明者】
【氏名】ハジャジ エイタン
(72)【発明者】
【氏名】レビンスキー ウラジミール
【テーマコード（参考）】
2H195
2H197
【Ｆターム（参考）】
2H195BA02
2H195BE03
2H195BE09
2H197AA09
2H197EA15
2H197EA19
2H197EB02
2H197EB05
2H197EB06
2H197EB23
2H197HA03
2H197JA23
(57)【要約】
半導体計測のための方法は、半導体基板に第１及び第２の重なり合う薄膜層を堆積するステップと、重ね合わせ目標を画定すべく当該層をパターニングするステップを含んでいる。目標は、第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、第１の方向に垂直な第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む、第１の層における第１の格子パターンと、第１の線形格子と同一の第３の線形格子と第２の線形格子と同一の第４の線形格子を含む、第２の層における第２の格子パターンを含んでいる。第２の格子パターンは第１の格子パターンに対して、各々が前記第１及び第２の方向に第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされている。基板の散乱計測画像を取得して処理し、第１層と第２層のパターン間の重ね合わせ誤差を推定する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体計測方法であって、半導体基板に第１の薄膜層と、前記第１の薄膜層に重ねて第２の薄膜層とを堆積するステップと、
前記第１及び第２の薄膜層をパターニングして重ね合わせ目標を画定するステップにおいて、前記重ね合わせ目標が、
前記第１の薄膜層に形成されて第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、前記第１の方向に垂直な第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む第１の格子パターンと、
第２の薄膜層に形成されて前記第１の線形格子と同一の少なくとも第３の線形格子と、前記第２の線形格子と同一の第４の線形格子を含む第２の格子パターンであって、前記第１の格子パターンに対して前記第１の方向及び前記第２の方向に所定の第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされている第２の格子パターンとを含むように画定するステップと、
撮像アセンブリを用いて、前記重ね合わせ目標が形成された前記半導体基板の散乱計測画像を取得するステップと、
前記画像を処理して、前記第１と第２の薄膜層のパターニング間の重ね合わせ誤差を推定するステップとを含む方法。
【請求項2】
前記第１の格子パターンが更に、前記第１及び第２の方向に各々向けられた第５及び第６の線形格子を含み、前記第２の格子パターンが更に、前記第１及び第２の方向に各々向けられた第７及び第８の線形格子を含み、前記第３及び第４の線形格子が前記第１及び第２の線形格子に対して前記所定の第１及び第２の変位だけ正側にずらされている一方、前記第７及び第８の線形格子が前記第５及び第６の線形格子に対して前記所定の第１及び第２の変位だけ負側にずらされている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１及び第２の変位の程度が等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記各々の線形格子が少なくとも２本の平行な棒材を含み、前記各々の線形格子の前記棒材の間隔が予め画定されていて、前記第１の線形格子と前記第２の線形格子が、前記棒材の前記所定の間隔に等しい距離だけ間隔が空けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記半導体基板の平面内の前記第１及び第２の格子パターンの寸法が１０μｍ×１０μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記半導体基板の平面内の前記第１及び第２の格子パターンの寸法が５μｍ×５μｍ以下である、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の薄膜層がプロセス層を含み、前記第２の薄膜層がフォトレジスト層を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１及び第２の薄膜層の各々がプロセス層を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記散乱計測画像を取得するステップが、前記重ね合わせ目標から散乱された光放射を対物レンズの射出瞳に合焦するステップと、前記射出瞳を画像センサに結像させるステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記画像を処理するステップが、前記重ね合わせ誤差を推定すべく画像中の２次以上の回折次数を比較するステップを含んでいる、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
半導体ウェハをパターニングするためのマスク組であって、前記半導体ウェハ上の第１の薄膜層をパターニングすべく構成された第１のフォトリソグラフィマスクであって、第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、前記第１の方向と直交する第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む第１の格子パターンを含む第１のフォトリソグラフィマスクと、
前記半導体ウェハ上の前記第１の薄膜層に重なる第２の薄膜層をパターニングすべく構成された第２のフォトリソグラフィマスクであって、前記第２の薄膜層に形成されて前記第１の線形格子と同一の第３の線形格子及び前記第２の線形格子と同一の第４の線形格子とから少なくとも含む第２の格子パターンを含み、前記第２の格子パターンが前記第１の格子パターンに対して、各々が前記第１及び第２の方向に所定の第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされた第２のフォトリソグラフィマスクとを含むマスク組。
【請求項12】
前記第１の格子パターンが更に、前記第１及び第２の方向に各々向けられた第５及び第６の線形格子を含み、前記第２の格子パターンが更に、前記第１及び第２の方向に各々向けられた第７及び第８の線形格子を含み、前記第３及び第４の線形格子が、前記第１及び第２の線形格子に対して前記所定の第１及び第２の変位だけ正側にずらされている一方、前記第７及び第８の線形格子が前記第５及び第６の線形格子に対して前記所定の第１及び第２の変位だけ負側にずらされている、請求項１１に記載のマスク組。
【請求項13】
前記第１及び第２の変位の程度が等しい、請求項１１に記載のマスク組。
【請求項14】
前記各々の線形格子が少なくとも２本の平行な棒材を含み、前記各々の線形格子の前記棒材の間隔が予め画定されていて、前記第１の線形格子と前記第２の線形格子が、前記棒材の前記所定の間隔に等しい距離だけ間隔が空けられている、請求項１１に記載のマスク組。
【請求項15】
前記半導体基板の平面内の前記第１及び第２の格子パターンの寸法が１０μｍ×１０μｍ以下である、請求項１１に記載のマスク組。
【請求項16】
前記半導体基板の平面内の前記第１及び第２の格子パターンの寸法が５μｍ×５μｍ以下である、請求項１５に記載のマスク組。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１１月２７日出願の米国仮特許出願第６３／２８３，４２９号の優先権を主張するものであり、その内容を引用により本明細書に取り込んでいる。
本出願は、２０２１年１１月２７日出願の米国仮特許出願第６３／２８３，４２９号の優先権を主張するものであり、その内容を引用により本明細書に取り込んでいる。
【0002】
本発明は一般に半導体素子の製造に関し、特に半導体回路計測のための方法及び目標特徴に関する。
【背景技術】
【0003】
半導体回路は一般に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、感光性ポリマー（フォトレジスト）の薄層が半導体基板に堆積され、光その他の照射を用いてパターニングされ、フォトレジストで覆われた基板の部分が残る。フォトレジストは、典型的には紫外線照射を用いてレチクルの画像をフォトレジスト上に投影するスキャナによりパターニングされる。パターニングされた後で、エッチング及びイオン衝撃等の方法により基板を改質して基板の材料特性及び／又はトポグラフィを変化させる一方、フォトレジストで覆われた部分は影響を受けない。
【0004】
半導体回路計測は、パターニングされた特徴のトポグラフィ及び位置等、パターニングされたフォトレジストの特性の測定に用いられる。以前にパターニングされたプロセス層に対するフォトレジストのパターニングされた特徴の正確な位置は、フォトリソグラフィプロセスの高い歩留まりの実現に極めて重要である。下敷きとなるプロセス層に対するパターニングされたフォトレジストの見当合わせの誤差（見当誤差）は「重ね合わせ誤差」と呼ばれる。一例として、最小線幅が１０～１４ｎｍ（いわゆる１０ｎｍ設計ルール）の典型的な半導体回路において、許容される最大重ね合わせ誤差は２～３ｎｍである。最先端の半導体回路では、線幅は５ｎｍまで縮小されており、これに伴い最大許容重ね合わせ誤差も縮小している。
【0005】
可視及び赤外波長での光放射はフォトレジスト層だけでなく、フォトレジストの下側の誘電体層も透過できるため、重ね合わせ誤差は一般に光学的重ね合わせ計測装置（一般に光学的重ね合わせ計測ツールと呼ばれる）を用いて計測される。更に、赤外波長はシリコン等の半導体基板を透過できるため、基板を貫通する計測が可能である。重ね合わせ誤差は、半導体基板のスクライブ線（隣接ダイを分離する線）及び／又はダイ内に配置された重ね合わせ目標を用いて計測される。
【0006】
一般的に用いられる重ね合わせ計測ツールは、二つのカテゴリー、すなわち散乱計測ツール及び撮像ツールに分類される。ＫＬＡ社（米国カリフォルニア州ミルピタス市）のＡＴＬ１００（商標）ツール等の散乱計測ツールは、計測ツールの対物レンズの射出瞳からの重ね合わせ目標の周期的な目標特徴の回折（散乱計測）画像を取得する。散乱計測画像は、目標形状から散乱された光放射の角度分布を示すものであり、重ね合わせ誤差を測定すべく処理される。
【0007】
ＫＬＡ社（米国カリフォルニア州ミルピタス市）のＡｒｃｈｅｒ（商標）シリーズツール等の撮像ツールは重ね合わせ目標、例えばＫＬＡのＡＩＭ（商標）重ね合わせ目標等の画像を取得する。取得した画像に画像解析アルゴリズムを適用してプロセス層における目標形状の対称中心及びフォトレジスト層における目標形状の対称中心を特定する。重ね合わせ誤差は、二つの層の目標形状の対称中心間の変位に基づいて計算される。
【0008】
本明細書及び請求項で使用する用語「光放射」及び「光」は一般に、可視、赤外、及び紫外放射のいずれか及び全てを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／０２５０５２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
以下に説明する本発明の複数の実施形態は、特に散乱計測で用いる重ね合わせ目標の改良された設計と共に、そのような重ね合わせ目標を用いる計測のための方法及びシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
従って、本発明の実施形態によれば、半導体計測のための方法が提供される。本方法は、半導体基板に第１の薄膜層と、第１の薄膜層に重ねて第２の薄膜層とを堆積するステップと、第１及び第２の薄膜層をパターニングして重ね合わせ目標を画定するステップを含んでいる。重ね合わせ目標は、第１の薄膜層に形成されて第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、第１の方向に垂直な第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む第１の格子パターンを含んでいる。重ね合わせ目標はまた、第２の薄膜層に形成されて第１の線形格子と同一の少なくとも第３の線形格子と、第２の線形格子と同一の第４の線形格子を含む第２の格子パターンも含んでいて、第２の格子パターンは第１の格子パターンに対して、第１の方向及び第２の方向に所定の第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされている。本方法は更に、撮像アセンブリを用いて、重ね合わせ目標が形成された半導体基板の散乱計測画像を取得するステップと、当該画像を処理して、第１と第２の薄膜層のパターニング間の重ね合わせ誤差を推定するステップを含んでいる。
【0012】
いくつかの実施形態において、第１の格子パターンは更に、第１及び第２の方向に各々向けられた第５及び第６の線形格子を含み、第２の格子パターンは更に、第１及び第２の方向に各々向けられた第７及び第８の線形格子を含み、第３及び第４の線形格子は第１及び第２の線形格子に対して所定の第１及び第２の変位だけ正側にずらされている一方、第７及び第８の線形格子は第５及び第６の線形格子に対して所定の第１及び第２の変位だけ負側にずらされている。
【0013】
開示する実施形態において、第１及び第２の変位の程度は等しい。
【0014】
追加的又は代替的に、各々の線形格子は少なくとも２本の平行な棒材を含み、各々の線形格子の棒材の間隔が予め画定されている、第１の線形格子と第２の線形格子は、棒材の所定の間隔に等しい距離だけ間隔が空けられている。
【0015】
いくつかの実施形態において、半導体基板の平面内の第１及び第２の格子パターンの寸法は１０μｍ×１０μｍ以下である。代替的に、半導体基板の平面内の第１及び第２の格子パターンの寸法は５μｍ×５μｍ以下である。
【0016】
追加的な実施形態において、第１の薄膜層はプロセス層を含み、第２の薄膜層はフォトレジスト層を含んでいる。代替的に、第１及び第２の薄膜層の各々はプロセス層を含んでいる。
【0017】
いくつかの実施形態において、散乱計測画像を取得するステップは、重ね合わせ目標から散乱された光放射を対物レンズの射出瞳に合焦させて、射出瞳を画像センサに結像させるステップを含んでいる。追加的又は代替的に、画像を処理するステップは、重ね合わせ誤差を推定すべく画像内の２次以上の回折次数を比較するステップを含んでいる。
【0018】
本発明の実施形態によれば、半導体ウェハをパターニングに用いるマスク組も提供される。マスク組は、半導体ウェハ上の第１の薄膜層をパターニングすべく構成された第１のフォトリソグラフィマスクを含み、第１のフォトリソグラフィマスクは、第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、第１の方向に垂直な第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む第１の格子パターンを含んでいる。マスク組は、半導体ウェハ上の第１の薄膜層に重なる第２の薄膜層をパターニングすべく構成された第２のフォトリソグラフィマスクを更に含んでいる。第２のフォトリソグラフィマスクは、第２の薄膜層に形成されて第１の線形格子と同一の第３の線形格子及び第２の線形格子と同一の第４の線形格子を少なくとも含む第２の格子パターンを含み、第２の格子パターンは第１の格子パターンに対して、第１の方向及び第２の方向に各々所定の第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされている。
【0019】
本発明は、その実施形態に関する図面及び以下の詳細な説明を参照することにより完全に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態による、半導体ウェハ上の重ね合わせ誤差を測定する散乱計測重ね合わせ計測装置の模式的側面図である。
【図2】本発明の一実施形態による、散乱体計測のための重ね合わせ目標の模式的正面図である。
【図3A】本発明の一実施形態による、２個のフォトリソグラフィマスクを含むマスク組の模式的正面図である。
【図3B】本発明の一実施形態による、２個のフォトリソグラフィマスクを含むマスク組の模式的正面図である。
【図4】本発明の一実施形態による、半導体ウェハ上の重ね合わせ誤差を計測する方法を模式的に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
重ね合わせ目標は、半導体基板上の連続するパターニングされた薄膜層間の重ね合わせ誤差を精密かつ正確に計測すべく一般的に用いられる。これらの層は、例えば、プロセス層及びフォトレジスト層、又はエッチング後処理において、２個のプロセス層を含んでいてよい。従って、以下ではいくつかの例示的な実施形態をプロセス層及びフォトレジスト層に関して記述しているが、これらの実施形態の原理は、第１のプロセス層及び第２のプロセス層に準用することができる。
【0022】
標準的な散乱計測重ね合わせ計測において、重ね合わせ目標は、半導体ウェハの平面内で直交する二方向に向けられた平行且つ等間隔の棒材で形成された線形格子を含み、フォトレジスト層とプロセス層に同一の格子の組が重ね合わされている。フォトレジスト層の格子は、フォトリソグラフィプロセスで適当にずらされたマスク特徴により、プロセス層の格子に対して格子間隔よりも小さい所定の公称変位ｆ０だけずらされている。各線形格子の変位は格子棒材と直交する方向にある。各格子方向について、いくつかの変位は正側、他の変位は負側である。これらの変位は、二層の格子間の対称性、従って＋１と－１次回折の対称性を破り、回折信号から重ね合わせ誤差を抽出することが可能になる。変位の正負の符号は、適当に選択された座標軸を指し、軸の正負の方向は任意に選択できる。同様に、回折次数の符号の選択も任意である。
【0023】
散乱計測重ね合わせ目標の一般的な設計は１個の正方形を含み、当該正方形の４象限として４個のセルが配置されている。このような目標の典型的な寸法は５μｍ×５μｍのセルを４個含むため２０μｍ×２０μｍである。各セルは、プロセス層内に線形格子（プロセス格子）と、当該プロセス格子に重ね合わされたフォトレジスト層内に同一線形格子（フォトレジスト格子）を含んでいる。そのうち２個のセルでは線形格子の棒材はｙ方向に向けられていてフォトレジスト格子はプロセス格子に対してｘ方向にずらされている一方、他の２個のセルでは棒材はｘ方向に向けられていて、第４のセルではフォトレジスト格子はプロセス格子に対してｙ方向に変位ｆ０だけずらされている。
【0024】
このような寸法を有する種類の散乱計測重ね合わせ目標において、１個のセル内の格子ペアと、隣接セル内の直交する格子ペアの棒材の両端との間の回折として生じる光学的クロストークは無視できる。しかし、例えば素子領域に挿入すべく設計された目標のように小さくされた目標サイズでは、目標の全体寸法を５μｍ×５μｍ以下に縮小することが求められる。このような小さな目標では、格子ペアと、これと直交する隣接ペアとの間の光学的クロストークにより測定結果に大きな誤差が生じる恐れがある。
【0025】
以下に説明する複数の実施形態は、フォトレジスト層内の格子の各々を、プロセス層内の格子に対して、格子棒材に対して垂直及び平行な二方向にずらすことにより、小さい散乱計測目標における光学的クロストークの問題に対処する。その結果、格子の両端が棒材の長さ方向にずらされる。このように、各格子の変位の方向及び符号を適当に選択することにより、棒材の両端が、隣接する格子棒材の長辺と同程度にずらされる。また、棒材の両端と隣接格子との距離は、隣接格子の棒材の間隔と同一の間隔を有するように設計されている。従って、棒材の両端は隣接格子に部分的な棒材を追加し、誤差を生じさせずに散乱計測信号に有利な仕方で寄与する。
【0026】
開示する複数の例において、半導体計測方法は、半導体基板に第１の薄膜層を堆積するステップと、第１の薄膜層に重ねて第２の薄膜層を堆積するステップと、第１及び第２の薄膜層をパターニングして重ね合わせ目標を画定するステップを含んでいる。重ね合わせ目標は、第１の薄膜層に形成され且つ第１の方向に向けられた少なくとも第１の線形格子と、第１の方向に垂直な第２の方向に向けられた少なくとも第２の線形格子を含む第１の格子パターンを含んでいる。重ね合わせ目標は更に、第２の薄膜層に形成されて第１の線形格子と同一の少なくとも第３の線形格子と、第２の線形格子と同一の少なくとも第４の線形格子を含む第２の格子パターンを含んでいる。第２の格子パターンは第１の格子パターンに対して、各々が第１及び第２の方向に所定の第１及び第２の変位である公称オフセット量だけずらされている。（本明細書及び請求項において、用語「公称」は、二つの薄膜層のパターニングに用いるマスクの設計に従い、理想的なリソグラフィプロセスで印刷される寸法及びパターンを指す）。
【0027】
本方法は更に、撮像アセンブリを用いて、重ね合わせ目標が形成された半導体基板の散乱計測画像を取得するステップと、当該画像を処理して、第１と第２の薄膜層のパターニング間の重ね合わせ誤差を推定するステップを含んでいる。理想的なプロセスから得られる筈の画像からの散乱計測画像の偏差は、公称オフセット量に対する目標内の格子パターン間の実際のオフセット量の偏差を示す。
【0028】
図１は、本発明の一実施形態による、半導体ウェハ１２上の重ね合わせ誤差を測定する散乱計測重ね合わせ計測装置１０の模式的側面図である。装置１０は、本明細書で記述する重ね合わせ目標の使用を説明するための例として示されている。代替的に、このような目標は他の種類の散乱計測システムに用いられてもよい。
【0029】
散乱体重ね合わせ計測装置１０は、撮像アセンブリ１４、照明アセンブリ１６、コントローラ１８、及びウェハ１２が載置される台座２０を含んでいる。撮像アセンブリ１４は、射出瞳２３を有する対物レンズ２２、キューブビームスプリッタ２４、及び結像レンズ２６を含んでいる。撮像アセンブリ１４は更に、例えばピクセル３０の２次元アレイを有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器を含む２次元センサアレイ２８を含んでいる。結像レンズ２６は、センサアレイ２８上に射出瞳２３を結像させる。
【0030】
照明アセンブリ１６は、光放射を発する光源３２と、レンズ３４を含んでいる。台座２０は対物レンズ２２に近接して配置され、コントローラ１８により制御されるアクチュエータを含み、台座を（デカルト座標系３６における）ｘ、ｙ、及びｚ方向に直線的に移動させること、及び台座をｚ軸の回りに回転させることができる。
【0031】
図示する実施形態において、第１の薄膜層３８が半導体ウェハ１２に堆積され、フォトリソグラフィプロセスによりパターニングされている。後続のプロセスステップにおいて、フォトレジストを含む第２の薄膜層４０が、第１の薄膜層３８に堆積されている。本実施形態において、第１の薄膜層３８を「プロセス層」と称し、第２の薄膜層４０を「フォトレジスト層」と称する。エッチング後処理等、代替的実施形態において、第１及び第２の薄膜層の両方がプロセス層を含んでいてよい。層３８、４０は、フォトリソグラフィプロセスにより形成されたパターンを含み、半導体回路は、図２に示して以下に述べる重ね合わせ目標等の散乱計測重ね合わせ目標の目標特徴を含むウェハ１２に形成される。
【0032】
コントローラ１８がセンサアレイ２８及び台座２０に結合されている。コントローラ１８は典型的に、装置１０の他の要素への接続に適したデジタル及び／又はアナログインターフェースと共に、本明細書に記述する機能を実行すべくソフトウェア及び／又はファームウェアでプログラミングされたプログラマブルプロセッサを含んでいる。代替的又は追加的に、コントローラ１８は、コントローラの機能の少なくとも一部を実行するハードワイヤード及び／又はプログラマブルハードウェア論理回路を含んでいる。コントローラ１８は、図１では簡潔のため単一のモノリシック機能ブロックとして示されているが、コントローラは実際には、本明細書に図示及び記述する信号の受信及び出力に適したインターフェースを有する複数の相互接続された制御部を含んでいてよい。
【0033】
薄膜層３８、４０の散乱計測重ね合わせ目標の散乱計測画像を取得すべく、当該目標が対物レンズ２２の視野（ＦＯＶ）内に入るようにウェハ１２を台座２０に配置される。光源３２は、コヒーレント光放射ビームをレンズ３４に投射し、レンズ３４は更に当該ビームをキューブビームスプリッタ２４に投射する。ビームスプリッタ２４はビームを対物レンズ２２に反射し、対物レンズ２２はビームをウェハ１２に投射する。ウェハ１２に入射した放射は対物レンズ２２へ逆向きに散乱されて、散乱放射の角度分布が射出瞳２３で散乱計測画像を形成する。散乱計測画像はレンズ２６によりセンサアレイ２８上に結像される。コントローラ１８は当該画像を読み出して重ね合わせ誤差を測定すべく処理する。
【0034】
図２に、本発明の一実施形態による、重ね合わせ誤差の散乱計測法による測定に用いる重ね合わせ目標１００を示す。装置１０に対する重ね合わせ目標１００の向きを明確にすると共に目標の説明を容易にすべく直交座標３６も同図に示している。
【0035】
同図のｚ方向から見た目標１００は、４個のセル１０２、１０４、１０６、及び１０８を含んでいる。各セルは、下敷きとなるプロセス層３８に形成された同一の線形格子に重ね合わされたフォトレジスト層４０（図１）に形成された線形格子を含み、線形格子同士はｘ及びｙのｘ及びｙの両で公称オフセット量だけずれている。図示する例において、各線形格子は２本の平行な棒材を含み、格子及び棒材は次表のようにラベル付けされている。
層３８の第１の格子パターン及び層４０の第２の格子パターンについて以下に更に詳述する。
【表1】
【0036】
簡潔のため、図２の各線形格子は２本の棒材しか含んでいないが、実際には層３８、４０に形成される各格子は典型的にはより多くの棒材を含んでいる。
【0037】
セル内の２本の線形格子は互いに平行である。従って、例えばセル１０２の線形格子１４０と１４２は互いに平行である。図示する例において、セル１０２、１０６の格子はｙ方向に向けられ、セル１０４、１０８の格子はｘ方向に向けられている。４個のセル全てにおいて、フォトレジスト層とプロセス層の両方の棒材は同一の公称棒材幅（臨界寸法ＣＤ）Ｗ、及び棒材間隔Ｓを有している。
【0038】
目標１００は、層３８の第１の格子パターン及び層４０の第２の格子パターンを含んでいる。これらをまとめて（表１）、棒材１１２ａ／ｂ、１１６ａ／ｂ、１２０ａ／ｂ、及び１２４ａ／ｂを含む線形格子１４２、１４６、１５０、及び１５４の各々が第１の格子パターンを形成する一方、棒材１１０ａ／ｂ、１１４ａ／ｂ、１１８ａ／ｂ、及び１２２ａ／ｂを含む線形格子１４０、１４４、１４８、及び１５２の各々が第２の格子パターンを形成する。第２の格子パターンは、以下に更に詳細に説明するように、第１の格子パターンに対してｘ及びｙ両方向での変位により画定される公称オフセット量を有している。図２に示す格子パターンは層３８、４０の各々に４個の線形格子を含んでいるが、代替的な実施形態ではこのような公称オフセット量を有する重ね合わせ目標は、より少ない数の格子、例えば２本の格子、又はより多い数の格子を含んでいてよい。更に、図２に示す格子パターンは、ｘ及びｙ両方向に同一の幾何学的寸法（幅、間隔、及びオフセット量を含む）を好都合に有しているが、代替的な実施形態において、ｘとｙ方向の寸法が異なっていてもよい。
【0039】
目標１００の二つの特性、すなわち１）隣接セル間の選択された間隔、及び２）ｘ及びｙの２方向の各々での層３８、４０の棒材間の変位を含む公称オフセット量は、光学クロストークの悪影響を緩和して重ね合わせ誤差の計算に用いる散乱計測画像の向上に有用である。
【0040】
先に述べたように、本明細書における公称オフセット量は、フォトリソグラフィプロセスで設計されたオフセット量を指し、これらのオフセット量は、棒材の生成に用いるフォトリソグラフィマスクの特徴の適切な変位として与えられる。層３８の棒材に対する層４０の棒材の実際のオフセット量は、公称オフセット量と重ね合わせ誤差の和である。公称オフセット量は、散乱計測信号の＋１と－１回折次数の間の対称性を破るために用いられ、これによりコントローラ１８は散乱計測画像を処理して層３８と層４０との重ね合わせ誤差を推定することが可能になる。
【0041】
例えば、セル１０２と１０４を参照するに、セル１０４の層３８の棒材１１６ａ、１１６ｂの両端とセル１０２の層３８の隣接棒材１１２ｂとの公称間隔は、棒材１１２ａと１１２ｂの間隔と同一の公称間隔Ｓを有するように設計されている。同様に、セル１０２、１０８を参照するに、セル１０２の第３８層の棒材１１２ａ、１１２ｂの両端と、セル１０８の第３８層の隣接棒材１２４ｂとの公称間隔は、棒材１２４ａと１２４ｂの間隔と同一の公称間隔Ｓを有するように設計されている。同様の間隔空けが他の２対のセル（セル１０６と１０８、セル１０４と１０６）の間にも適用される。
【0042】
セル１０２を更に参照すると、層３８の棒材１１２ａ、１１２ｂに対する層４０の棒材１１０ａと１１０ｂの間の公称オフセット量はｙ方向に－ｆ０、ｘ方向に－ｆ０の変位を含んでいる。変位ｆ０は典型的には棒材幅Ｗの分数である。ここに、負の変位とは、変位がデカルト座標３６の座標軸の負の方向であることを示す。（座標軸の「正」と「負」の方向の意味は任意に選ばれている）。
【0043】
セル１０８において、棒材１２２ａ、１２２ｂは、各々の棒材１２４ａ、１２４ｂに対してｙ方向に－ｆ０、ｘ方向に＋ｆ０の変位を含む公称オフセット量を有している。
【0044】
セル１０６の公称オフセット量は、セル１０２に対する反対向きの変位を含み、すなわち棒材１１８ａ、１１８ｂは棒材１２０ａ、１２０ｂの各々に対してｘ及びｙ軸の両方の正側に＋ｆ０だけずらされている。
【0045】
最後に、セル１０４の公称オフセット量は、セル１０８に対する反対向きの変位を含み、すなわち棒材１１６ａ、１１６ｂの各々に対して棒材１１４ａ、１１４ｂがｙ方向に＋ｆ０、ｘ方向に－ｆ０だけずらされている。
【0046】
セル間の間隔と格子パターンの（２次元）公称オフセット量を組み合わせることには、各セル内の棒材の両端が隣接セル内の棒材の長辺と同様の構造が得られるという利点がある。例えば、セル１０４内の棒材１１６ａと棒材１１４ａの両端と共にセル１０２内の棒材１１２ｂと棒材１１０ｂの対向する長辺を包含する領域１２６の層構造及び間隔は、セル１０２内の棒材１１２ａと棒材１１２ｂ、及び棒材１１０ａと棒材１１０ｂの対向する長辺を包含する領域１２８と同一である。従って、領域１２６の構造は、セル１０２内の棒材１１０ａ／ｂと１１２ａ／ｂのペアにより形成される散乱計測画像に寄与する。領域１３０内の棒材１１６ｂと棒材１１４ｂの両端も同様に寄与する。
【0047】
重ね合わせ目標１００内に、セル１０２、１０４、１０６、及び１０８の各々が２本の棒材を含んでいる。先に述べたように、代替的な重ね合わせ目標内ではセルは３、４、５本以上の棒材を含んでいてよい。棒材の数が多いほど目標１００の回折効率が向上し、従ってセンサアレイ２８（図１）に結像される散乱計測画像の品質が向上するが、代償として目標サイズが大きくなる。
【0048】
Ｐ＝Ｗ＋Ｓで与えられる格子のピッチ（周期）Ｐは、目標１００から回折された光の第１次（＋１及び－１次）回折が対物レンズ２２（図１）の射出瞳２３内に入射するように選択される。対物レンズ２２の開口数（ＮＡ）及び光源３２により放出されるコヒーレント光放射のスペクトルに応じて、棒材幅Ｗ＝２５０ｎｍ、棒材間隔Ｓ＝２５０ｎｍとして例えば５００ｎｍピッチＰを選択してよい。代替的に、棒材の幅及び間隔が各々Ｗ＝３５０ｎｍ又は４００ｎｍ、Ｓ＝３５０ｎｍ又は４００ｎｍに等しい格子に対応して、ピッチＰは７００ｎｍ又は８００ｎｍのようにより大きくてもよい。代替的な例において、等しくないピッチ及び間隔を選択してもよい。
【0049】
セル内の棒材の数及び棒材のピッチＰに依存して、本発明の一実施形態による重ね合わせ目標は、基板２０の平面内の外形寸法が１０μｍ×１０μｍ未満である場合がある。格子ピッチ、棒材の幅、及び棒材の数を適当に選択することにより、重ね合わせ目標は、５μｍ×５μｍまで小さくしても、重ね合わせ誤差の散乱計測で良好な性能を得ることができ、より微細な設計ルールを実施する場合は２μｍ×２μｍ以下まで小さくすることもできる。
【0050】
図３Ａ、３Ｂは、本発明の一実施形態による、重ね合わせ目標１００の製造に利用できるフォトリソグラフィマスク１８０、１８２を含むマスク組の模式的正面図である。（実際には、このようなマスクは典型的に素子特徴のより大きい組を含むが、簡潔のため図３Ａ、３Ｂは重ね合わせ目標特徴だけを示している）。
【0051】
フォトリソグラフィマスク１８０は、フォトリソグラフィプロセスにおいてプロセス層３８上の第１の格子パターンを不透明な背景１８１の前面に画定する開口部１８４ａ、１８４ｂ等の開口部を含んでいる。例えば、開口部１８４ａ、１８４ｂは各々、棒材１２４ａ、１２４ｂを画定する（図２）。フォトリソグラフィマスク１８２は、不透明な背景１８３の前面にフォトレジスト層４０上の第２の格子パターンを画定する開口部１８６ａ、１８６ｂ等の開口部を含んでいる。例えば、開口部１８６ａ、１８６ｂは各々、棒材１２２ａ、１２２ｂを画定する（図２）。マスク１８２の開口部は、マスク１８０の開口部に対してｘ及びｙの両方向にずらされ且つ第１と第２の格子パターン間に所望の公称オフセット量を生成する。
【0052】
代替的に、各開口部は、均一な格子棒材の代わりに、半導体基板１２上に印刷された対応する複数の線がフォトリソグラフィプロセスの設計規則に従うように、複数の密接に間隔が空けられた平行な開口部の集合を含んでいてよい。個々の線が典型的には装置１０の撮像アセンブリ１４により解像不能であるため、複数の線の集合は重ね合わせ目標の棒材を画定する。
【0053】
【0054】
第１の堆積ステップ２０２において、半導体基板２０に第１の薄膜層（例えば図１に示すようなプロセス層３８）を堆積する。第１のパターニングステップ２０４において、例えば第１のマスクを用いたフォトリソグラフィのプロセスにより、第１の層に第１の格子パターンをパターニングし、続いてエッチングを行う。第２の堆積ステップ２０６において、第１の層に第２の薄膜層（例えばフォトレジスト層４０）を堆積する。第２のパターニングステップ２０８では、例えば第２のフォトリソグラフィマスクを用いて、当該格子パターンの各格子毎にｘ及びｙ方向に所定のオフセット量だけずらしながら第２の格子パターンを第２の層にパターニングする。第１と第２の格子パターンが共に重ね合わせ目標を構成する。
【0055】
上述のように第１及び第２の薄膜層をパターニングした後、散乱計測画像取得ステップ２１０において、例えば装置１０の撮像アセンブリ１４により散乱計測画像を取得する。重ね合わせ誤差推定ステップ２１２において、装置１０のコントローラ１８が散乱計測画像を処理して層３８と層４０との重ね合わせ誤差を推定する。
【0056】
上述の実施形態は例として引用されており、本発明が本明細書に具体的に図示及び記述したものに限定されないことが理解されよう。本発明の範囲には、本明細書に記述する様々な特徴の組み合わせと部分的な組み合わせの両方、及び上述の説明を精査することにより当業者が想到するであろうが従来技術には開示されていない変形及び変更が含まれる。
【図1】
【図2】
【図3A-3B】
【図4】
【国際調査報告】