JP7703055B2

JP7703055B2 - 改善されたオーバーレイ誤差計測のための誘起変位

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Publication number: JP7703055B2
Application number: JP2023578670A
Authority: JP
Inventors: マークギノフカー; ヨエルフェラー
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2025-07-04
Anticipated expiration: 2041-10-21
Also published as: JP2024538474A; EP4338009A1; KR102755839B1; KR20240077467A; TW202338503A; EP4338009A4; CN117546090B; US11774863B2; CN117546090A; WO2023069095A1; US20230129618A1; TWI862882B

Description

本発明は、一般に半導体デバイスの製造に関し、特に半導体回路計測のための方法およびターゲットフィーチャに関する。

半導体回路は、一般にフォトリソグラフィ法を使用して製造される。フォトリソグラフィでは、半導体基板の上に感光性ポリマーの薄層（フォトレジスト）が堆積され、光放射または他の放射を使用してパターニングされ、フォトレジストによって覆われた基板の一部が残る。フォトレジストは、スキャナが、通常は紫外線を使用してフォトレジストにレチクルの画像を投影することによってパターニングされる。パターニングの後に、基板は、基板の材料特性および／またはトポグラフィを変化させるためのエッチングおよびイオン衝撃などの方法によって修正され、基板の、フォトレジストによって覆われた部分は影響されない。

半導体回路計測は、パターニングされたフィーチャのトポグラフィおよび位置など、パターニングされたフォトレジストの特性を測定するために使用される。フォトレジストのパターニングされたフィーチャの、以前のプロセスの層に対する正確な位置は、フォトリソグラフィプロセスの高収率を実現するために不可欠である。下の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位置合わせのあらゆる誤差（位置ずれ）が、「オーバーレイ誤差」と称される。一例として、最小線幅が１０～１４ｎｍ（いわゆる１０ｎｍの設計ルール）の一般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、線幅は５ｎｍまで縮小しており、それに伴って最大許容オーバーレイ誤差も減少している。

可視光および赤外線の波長における光放射が、フォトレジスト層を貫通し得、さらにフォトレジストの下の誘電体層を貫通し得るので、オーバーレイ誤差は、一般に、光学式オーバーレイ計測装置（一般に光学式オーバーレイ計測ツールと称される）を使用して測定される。その上、赤外線波長は、シリコンなどの半導体基板に入り込むことができ、基板を通る計測を可能にする。

ＫＬＡ株式会社（米国カリフォルニア州ミルピータス）によるＡｒｃｈｅｒ（商標）シリーズツールなどの光学式オーバーレイ計測ツールは、半導体基板のスクライブライン（隣接したダイを分離するライン）および／またはダイの内部にあるオーバーレイターゲット（ＫＬＡによるＡＩＭ（商標）オーバーレイターゲットなど）を撮像する。プロセス層のターゲットフィーチャの対称性の中心と、パターニングされたフォトレジスト層のターゲットフィーチャの対称性の中心とを検出するために、取得画像に対して画像解析アルゴリズムが適用される。２つの層におけるターゲットフィーチャの対称性の中心の間の変位に基づいてオーバーレイ誤差が計算される。

あるいは、スキャトロメトリモードでオーバーレイ誤差が測定されてもよい。この測定モードでは、計測ツールの対物レンズの射出ひとみから、オーバーレイターゲットの周期的なターゲットフィーチャのスキャトロメトリ画像が取り込まれる。オーバーレイ誤差を測定するために、ターゲットフィーチャから散乱される光放射の角度分布を指示するスキャトロメトリ画像が処理される。
本明細書および特許請求の範囲において使用される「光線」、「光放射」、「光」、および「放射ビーム」という用語は、一般に、可視光、赤外線、および紫外線のすべてを指す。

米国特許出願公開第２０１５／０２０４６６４号

以下で説明される本発明の実施形態は、半導体回路計測のための改善された方法および目標特性を提供するものである。

したがって、本発明の一実施形態によれば、半導体計測のための方法が提供される。この方法は、半導体基板上に第１の膜層を堆積し、第１の膜層の上に重ねて第２の膜層を堆積するステップを含む。第１の膜層および第２の膜層をパターニングして、複数のオーバーレイターゲットを画定し、オーバーレイターゲットが、それぞれの第１の位置を有する第１の膜層において第１の名目距離の間隔で形成された第１のターゲットフィーチャと、それぞれの第２の位置を有する第２の膜層において第１の名目距離とは異なる第２の名目距離の間隔で形成された第２のターゲットフィーチャとを含む。それぞれの第２のターゲットフィーチャが、それぞれの第１のターゲットフィーチャの上に重なって、オーバーレイターゲットのうちのそれぞれの１つを画定する。この方法は、撮像アセンブリを使用して、オーバーレイターゲットが形成されている半導体基板の少なくとも１つの画像を取り込むステップと、少なくとも１つの画像を処理して、オーバーレイターゲットの各々における第１のターゲット位置と第２のターゲット位置との間のそれぞれの変位を測定するステップとをさらに含む。測定変位ならびに第１および第２の名目距離に基づいて、第１の膜層のパターニングと第２の膜層のパターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差と、撮像アセンブリの測定誤差との両方が推定される。

いくつかの実施形態では、第１および第２の膜層をパターニングするステップは、フィールドのマトリクスをパターニングして、フィールドの各々に複数のオーバーレイターゲットを画定するステップを含み、画像を取り込むステップは、フィールドのうちの少なくとも１つにおける複数のオーバーレイターゲットの少なくとも１つの画像を取り込むステップを含む。

さらなる実施形態では、第１の名目距離および第２の名目距離は、それぞれのオーバーレイターゲットについて、第１の位置と第２の位置との間のそれぞれの変位がそれぞれの名目変位に対応するように選択される。加えて、またはその代わりに、実際のオーバーレイ誤差と測定誤差との両方を推定するステップは、オーバーレイターゲットのセットについて、測定変位をそれぞれのモデル化された変位と比較するステップを含み、それぞれのモデル化された変位は、スキャナモデルから計算された変位と、所与のオーバーレイターゲットに関するそれぞれの名目変位との和を含む。

さらなる実施形態では、スキャナモデルは、フォトリソグラフィプロセスによって第１の膜層に形成されたパターンと第２の膜層に形成されたパターンとの間の変位を定義する係数を含む。

いくつかの実施形態では、測定誤差を推定するステップは、それぞれの名目変位とオーバーレイターゲットのセットにわたる測定変位との間の直線性係数を見出すステップを含む。加えて、またはその代わりに、直線性係数を見出すステップは、スキャナモデルの係数および直線性係数を推定するために、それぞれの測定変位とモデル化された変位との間に回帰法を適用するステップを含む。

さらなる実施形態では、実際のオーバーレイ誤差を推定するステップは、測定変位に直線性係数を適用するステップを含む。

さらなる実施形態では、実際のオーバーレイ誤差および測定誤差を推定するステップは、スキャナモデルの係数を見出すステップを含み、第１および第２の膜層をパターニングするステップは、スキャナモデルに対して少なくとも部分的に垂直なオーバーレイターゲットのそれぞれの名目変位を選択するステップを含む。加えて、またはその代わりに、それぞれの名目変位を選択するステップは、スキャナモデル上への名目変位の投影を計算するステップと、投影が定義済みの限界を超過しないように、それぞれの名目変位を選択するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、それぞれの名目変位を選択するステップは、オーバーレイターゲットのそれぞれの名目変位を選択するステップにおいて使用する、それぞれのオーバーレイターゲットの位置における垂直の名目変位を計算するステップを含む。

本発明の一実施形態によれば、光学的計測装置も提供される。光学的計測装置は、半導体基板と、半導体基板の上に堆積した第１の膜層と、第１の膜層の上に重なる第２の膜層とを含む。第１の膜層および第２の膜層をパターニングして、複数のオーバーレイターゲットを画定し、オーバーレイターゲットが、それぞれの第１の位置を有する第１の膜層において第１の名目距離の間隔で形成された第１のターゲットフィーチャと、それぞれの第２の位置を有する第２の膜層において第１の名目距離とは異なる第２の名目距離の間隔で形成された第２のターゲットフィーチャとを含む。それぞれの第２のターゲットフィーチャが、それぞれの第１のターゲットフィーチャの上に重なって、オーバーレイターゲットのうちのそれぞれの１つを画定する。この装置は、上にオーバーレイターゲットが形成されている半導体基板の少なくとも１つの画像を取り込むように構成された撮像アセンブリをさらに含む。コントローラは、少なくとも１つの画像を処理して、オーバーレイターゲットの各々における第１のターゲット位置と第２のターゲット位置との間のそれぞれの変位を測定し、測定変位ならびに第１および第２の名目距離に基づいて、第１の膜層のパターニングと第２の膜層のパターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差と、撮像アセンブリの測定誤差との両方を推定するように構成されている。

本発明は、実施形態の以下の詳細な説明が図面とともに解釈されると、より十分に理解されよう。

本発明の一実施形態による、半導体基板上のオーバーレイ誤差を測定するための光学式計測装置の概略側面図である。本発明の一実施形態による、基板上のオーバーレイターゲットを示す図１の半導体基板の概略上面図である。本発明の一実施形態による、オーバーレイターゲットを示す図１の半導体基板の単一フィールドの概略上面図である。本発明の一実施形態による、２つのオーバーレイターゲットの概略上面図である。本発明の一実施形態による、スキャナモデルの補正可能項およびオーバーレイ誤差測定の直線性係数を推定する方法を概略的に示す流れ図である。本発明の一実施形態による、オーバーレイターゲットを選択するための代替方法を概略的に示す流れ図である。本発明の一実施形態による、オーバーレイターゲットを選択するための代替方法を概略的に示す流れ図である。

概要
オーバーレイ計測のためのオーバーレイターゲットは、一般に、半導体基板上の連続したパターン層の間のオーバーレイ誤差の精密かつ正確な測定のために使用される。これらの層は、たとえば、処理層およびレジスト層（フォトレジスト）を含み得、エッチング後の用途では２つの処理層を含み得、またはいくつかの多数個取り用途と同様に、１つの処理層を含み得る。したがって、以下で、処理層およびレジスト層を参照しながら、いくつかの例示の実施形態を説明するが、これらの実施形態の原理は、第１の処理層および第２の処理層に、変更すべき点を変更して適用され得る。いくつかの多数個取り用途では、第１の処理層と第２の処理層とは同一の材料を含み得る。

半導体回路の製造プロセスでは、測定されたオーバーレイ誤差は、一般に、フォトリソグラフィプロセスにおいて回路のフィーチャを印刷するのに使用されるスキャナに対するフィードバックを計算して提供するために使用される。以下でさらに詳述されるように、フィードバックは、所与のスキャナモデル（「補正可能項」と称される）の係数の形で与えられる。このモデルは、スキャナにおける半導体基板の位置付けおよび配向における誤差を記述する（ウェーハモデル）のに加えて、スキャナのレチクルと基板との間の光学的パターン配置誤差および機械的パターン配置誤差も記述する（フィールドモデル）。代替的または付加的に、測定されたオーバーレイ誤差は、半導体基板を「処置する」ため、すなわち、半導体基板にわたるフォトレジストパターンの変位が以前の処理層に対して所定の限界内にあって、基板の処理を次のステップへ継続することができるか、それとも、パターニングされた基板を繰返し処理のために戻す必要があるか、を判定するために使用され得る。

しかしながら、補正可能項の精度は、たとえば計測装置の撮像アセンブリにおける測定誤差といった、オーバーレイ誤差を測定するのに使用される計測装置の不正確さによる影響を受ける可能性がある。たとえば、計測装置によって測定され、Ｍｅａｓ＿Ｄｉｓｐｌで表される、処理層におけるターゲットフィーチャの対称性の中心の間の測定変位は、Ａｃｔｕａｌ＿Ｄｉｓｐｌで表される実際の変位との線形関係を有し得るが、理想値１から逸脱した直線性係数を有する可能性がある。線形関係は、式Ｍｅａｓ＿Ｄｉｓｐｌ＝α＊Ａｃｔｕａｌ＿Ｄｉｓｐｌ＋βと記述され得る。この式で、αは直線性係数であり、βは実用的な用途では一般に無視できるオフセットである。直線性係数αが１と異なると、オーバーレイ誤差の測定値を大幅に歪める可能性がある。これらの歪みは、結果として、スキャナへ、不正確な補正可能項の形で誤ったフィードバックを送って、さらにはパターニングされた半導体基板の処置に関する誤判定をもたらす可能性もある。以下で説明する実施形態では、計測装置によって導入される誤差を推定するために線形誤差モデルが使用されるが、代わりに、２次または他の関数モデルなどの高次誤差モデルが使用されてもよい。

本明細書で説明される本発明の実施形態は、第１の膜層のパターニングと第２の膜層のパターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差と、撮像アセンブリの測定誤差との両方を推定することによって、オーバーレイ誤差計測の前述の問題に対処する。この目的のために、たとえば、開示される実施形態は、測定されたオーバーレイ誤差と実際のオーバーレイ誤差との間の直線性係数を抽出するための方法を提供する。

以下の説明において、半導体基板上の一対の連続した膜層におけるそれぞれのオーバーレイターゲットは、第１の位置を有する第１の膜層に形成された１つ以上の第１のターゲットフィーチャおよび第２の位置を有する第２の膜層に形成された第２のターゲットフィーチャで構成されている（「連続した」という用語は、基板上の第１の膜層および第２の膜層の堆積の順序を指すが、直接の連続を意味するわけではなく、すなわち、ここで参照された第１の層と第２の層との間に１つ以上のさらなる層があり得る）。当技術で既知の計測システムでは、第１の位置と第２の位置との間の、「オフセット」とも称される名目変位はゼロである。そのようなゼロ変位またはゼロオフセットのターゲットについては、理想的な計測システムによって測定されるオーバーレイ誤差はゼロである。この名目変位は、フォトリソグラフィプロセスで使用されるレチクルの設計において実施される。しかしながら、実際には、位置の間の実際の変位は、不整合および他の製造誤差のためにゼロではない。

しかしながら、本発明の実施形態では、オーバーレイターゲットのうちの少なくともいくつかにおけるターゲットフィーチャのそれぞれの位置の間の名目変位は、意図的に、既知の非ゼロ値に設定される。したがって、理想的な測定条件の下でさえ、実際の変位はターゲットごとに変化するはずであり、ターゲットフィーチャの第１のセットと第２のセットとの間の実際の変位は、プロセスによってもたらされたオーバーレイ誤差に、位置間の意図的な（名目上の）変位を加算することによって与えられる。したがって、測定変位、すなわち計測装置によって測定されるオーバーレイターゲットのターゲットフィーチャの第１のセットと第２のセットとの間の変位は、これらのフィーチャの間の実際の変位と、計測装置によって導入される任意の誤差との合計に等しい。本実施形態では、測定誤差を推定して、実際のオーバーレイ誤差のより正確な測定値を導出するために、ターゲットフィーチャの位置の間の、意図的な、変化する変位が使用される。

このように、使用され得るオーバーレイターゲットのセットを生成するために、半導体表面に、第１の膜層と、その上に重なる第２の膜層とが堆積される。「リソフリーズリソエッチ」（ＬＦＬＥ）などのいくつかの多数個取り用途では、第１の層と第２の層とが同一の膜材料を含む。第１および第２の膜層は、それぞれの第１および第２の位置を有する、第１および第２の膜層にそれぞれ存在する第１および第２のターゲットフィーチャを含む複数のオーバーレイターゲットを画定するようにパターニングされる。第１のターゲットフィーチャの間には第１の名目距離だけ間隔があり、第２の位置の間には第１の名目距離とは異なる第２の名目距離だけ間隔がある。それぞれの第２のターゲットフィーチャが、第１のターゲットフィーチャの上に重なって、オーバーレイターゲットのうちの１つを画定するが、位置の間の名目距離が異なるために、オーバーレイターゲットは異なる名目変位を有する。（本明細書の文脈および特許請求の範囲において使用される「上に重なる」という用語は、その明白な意味に従って使用されており、ターゲットフィーチャのうちの１つは他のフィーチャの上に配設されているが、フィーチャの正確な整列や重なりについては制限がない。）

計測ツールにおける撮像アセンブリは、オーバーレイターゲットが形成されている半導体基板の１つ以上の画像を取り込む。１つ以上の画像が、オーバーレイターゲットの各々における第１のターゲット位置と第２のターゲット位置との間のそれぞれの変位を測定するように処理される。前述のように、これらの変位は、プロセス誤差による、膜層におけるパターンの間の実際の変位と、撮像アセンブリの測定誤差との両方を反映する。これらの測定変位および（第１および第２の層における異なる名目距離の結果としての）名目変位の既知の変動に基づいて、撮像アセンブリの測定誤差と、第１の膜層のパターニングと第２の膜層のパターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差との、両方が推定され得る。測定誤差をモデル化することにより、たとえば直線性係数を見出すことによって、実際のオーバーレイ誤差が、改善された精度で導出され得る。

以下で説明される実施形態では、ターゲットフィーチャの位置は、これらのフィーチャの、たとえば対称性のそれぞれの中心といった所定の幾何学的な特性によって決定される。あるいは、ターゲットフィーチャの位置を決定するためにターゲットフィーチャの他の特性が使用されてもよい。

説明された実施形態は、オーバーレイ誤差計測を撮像することを参照しているが、本発明の原理は、さらなるオーバーレイ誤差計測方法にも同様に適用され得る。さらに、説明された実施形態はスキャナによるパターニングを参照しているが、本発明の原理は、パターニングの代替形態またはより複雑な方法によって生成されるパターンにも同様に適用され得る。

システム記述
図１は、本発明の一実施形態による、半導体基板１２上の２つのパターニングされた膜層の間の変位を測定するための光学式計測装置１０の概略側面図である。この装置は、具体性および明瞭さのための例として示されており、本発明の原理は、当技術で既知の他の種類の計測ツールを使用して同様に適用され得る。

光学式計測装置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、および基板１２を載せるテーブル２０を備える。撮像アセンブリ１４は、対物レンズ２２、立方体ビームスプリッタ２４、および撮像レンズ２６を備える。撮像アセンブリ１４は、たとえば、画素３０の２次元配列を有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを備えるセンサ２８をさらに備える。

照明アセンブリ１６は、光学的放射を放射する光源３２およびレンズ３４を備える。テーブル２０は、対物レンズ２２の近傍に配置されており、コントローラ１８によって制御されるアクチュエータを備え、これらのアクチュエータによって、テーブルの、（直角座標３６を基準とする）ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向の直線運動やｚ軸のまわりの回転運動が可能になる。図１および後続の図において、装置１０に対するこれらの図の配向を明確にするために、直角座標３６が示されている。

描写された実施形態では、第１の膜層３８および第２の膜層４０は半導体基板１２上に堆積されており、続く図に示されるように、リソグラフィプロセスでパターニングされている。現在の例では、第１の層３８は処理層であり、第２の層４０は処理層の上に堆積されたレジスト層である。あるいは、層３８と層４０との両方が、処理層でよく、同一の材料を含む層を含む。

基板１２上の層３８におけるパターンと、その上の層４０におけるパターンとの間の変位を測定するために、フォトリソグラフィのプロセスによって、層３８および４０に、以下の図２および図３Ａ～図３Ｂに示されるようなターゲットフィーチャを備えるオーバーレイターゲットが形成された。基板１２は、テーブル２０上に、レンズ２２とレンズ２６とを組み合わせた光学部品がセンサ２８上に基板を結像するように配置され、すなわち、基板およびセンサは光学的共役面に配置される。

コントローラ１８は、センサ２８から画像を受け取り、テーブル２０の位置および配向を調節する。コントローラ１８が一般的に備えるプログラマブルプロセッサは、装置１０の他の要素と接続するための適切なデジタルインタフェースおよび／またはアナログインタフェースとともに、本明細書で説明された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においてプログラムされている。代替的または付加的に、コントローラ１８は、コントローラの機能のうちの少なくともいくつかを実行する、配線接続されたハードウエア論理回路および／またはプログラマブルハードウエア論理回路を備える。図１において、コントローラ１８は、簡単さのために１つの単体機能ブロックとして示されているが、実際には、図に示されてテキストで説明される信号の入出力のための適切なインターフェースを用いて相互接続された複数の制御ユニットを備え得る。本明細書で説明されたものなどの方法を実施するプログラム命令は、伝送されてよく、またはキャリア媒体に記憶されてもよい。キャリア媒体は、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクもしくは光ディスク、不揮発性メモリ、固体メモリ、磁気テープなどの記憶媒体を含み得る。

半導体基板１２上のオーバーレイターゲットの画像を取り込むために、光源３２が、光放射のビームをレンズ３４に投射し、レンズ３４が、ビームを、立方体ビームスプリッタ２４にさらに投射する。ビームスプリッタ２４がビームを対物レンズ２２へと反射し、対物レンズ２２がビームを基板１２に投射する。基板１２に当たった放射が、散乱されて対物レンズ２２に戻り、ビームスプリッタ２４に通され、レンズ２６に伝達されて、センサ２８に合焦される。コントローラ１８は、基板１２上の層３８およびその上の層４０におけるそれぞれのオーバーレイターゲットのフィーチャの位置を識別するために、センサ２８によって取り込まれた画像を読み出して処理する。コントローラ１８は、ターゲットフィーチャのそれぞれの位置の間の変位に基づいて、これら２つのパターン層の間の変位を測定する。

あるいは、装置１０は、スキャトロメトリモードで変位を測定するように構成されてもよい。このモードについては、レンズ２６は、対物レンズ２２の射出ひとみ（図示せず）をセンサ配列２８に結像するように変更および／または移動される。このスキャトロメトリ画像は、ターゲットフィーチャから散乱された光放射の角度分布を指示し、この場合、コントローラ１８は、変位を測定するために角度分布を処理するように構成される。

図２は、本発明の一実施形態による、半導体基板１２上のオーバーレイターゲット１１２、１１４を示す（ｚ方向からの）概略上面図である。

フォトリソグラフィプロセスにおいて、基板１２上で、Ｍ個のフィールド１０３のマトリクス１００が露光された（フィールドの数Ｍは、表示された実施形態では３２であるが、代替実施形態では３２より少なくても多くてもよい）。フォトリソグラフィプロセスの連続的な露光ステップでは、スキャナは、以下でさらに詳述される複数のオーバーレイターゲット１１２および１１４とともにダイ１０２を露光するために、フィールド１０３にレチクルの画像を投影する（代替実施形態では、１つのフィールド１０３の内部で複数のダイ１０２が露光されてもよい）。図２のフィールド１０３とダイ１０２との間の相違を明確にするために、フィールド１０３ａはクロスハッチングで示され、（フィールド１０３ａ内にない）ダイ１０２ａは、逆のクロスハッチングで示されている。ダイ１０２は、スクライブライン１０４によって分離され、電気回路素子１０８を備える活性化領域１０６（スクライブラインによって囲まれている）を含む。

例示の実施形態では、半導体基板１２は、一般にウェーハまたは半導体ウェーハとも称され、通常は３００ｍｍの直径を有する。各ダイ１０２は、通常は、たとえば寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形であるが、代わりに他の大きさや形状も使用される。スクライブライン１０４は、通常は約１００μｍの幅を有する。

半導体基板１２上の膜層（図１に示される層３８および４０など）は、以下でさらに詳述されるように、各フィールド１０３内にＮ個（Ｎ≧２）のオフセットしたオーバーレイターゲット１１２を画定するようにパターニングされ、層３８のターゲットフィーチャの対称性の中心と層４０のターゲットフィーチャの対称性の中心との間に非ゼロの名目変位がある。代わりに、名目変位ならびに測定変位が、ターゲットフィーチャの他の幾何学的特徴の間に定義され得る。膜層は、各フィールド１０３の内部にさらなるデフォルトのオーバーレイターゲット１１４を、名目変位ゼロで画定するようにパターニングされてもよい。図２では、オフセットターゲット１１２がダイ１０２内に示され、デフォルトのオーバーレイターゲット１１４がスクライブライン１０４に示されているが、代わりに、各タイプのオーバーレイターゲットがフィールド１０３の任意の位置に配置されてもよい。

スキャナ補正可能項を定義するために、以下で詳述されるように、各フィールド１０３内の各ポイントは２つの２次元直交座標系を使用して定義され、すなわち、ウェーハ座標軸１２０およびフィールド座標軸１２２で、それぞれのｘ軸およびｙ軸が、直角座標３６のｘ軸およびｙ軸と整列している。ウェーハ座標軸１２０は、ウェーハ（すなわち半導体基板１２）を基準とし、その座標軸はｘ^Ｗおよびｙ^Ｗとラベルを付けられ、Ｗは「ウェーハ」を指す。各フィールド１０３は、そのそれぞれのフィールド座標軸１２２を有し、それぞれのフィールド内で同一の位置に配置され、座標軸はｘ^Ｆおよびｙ^Ｆとラベルを付けられ、Ｆは「フィールド」を指す（明瞭さのために、フィールド座標軸１２２の１つのセットのみが示されている）。したがって、フィールド１０３内の所与のポイントの位置は４つの座標（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）によって記述され得、（ポイントが位置する特定のフィールドについて）ｘ^Ｗおよびｙ^Ｗはウェーハ座標軸１２０を指し、ｘ^Ｆおよびｙ^Ｆはフィールド座標軸１２２を指す。

フィールド１０３にｊ（ｊ＝１、２、．．．、Ｍ）のラベルを付け、オフセットターゲット１１２にｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）のラベルを付けると、半導体基板１２内の名目変位ターゲットの座標は、（ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）と記述され得る。各フィールド１０３においてフィールド座標軸が繰り返すので、フィールド座標軸１２２に関連するフィールド座標（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）は、１つのインデックス（ｉ）のみを有する。

図３Ａは、本発明の一実施形態による、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２を示す、半導体基板１２の単一フィールド１０３の概略上面図である。

それぞれのオフセットしたオーバーレイターゲット１１２が、第１の膜層３８に形成されたターゲットフィーチャの第１のセット、および第２の膜層４０に形成されたターゲットフィーチャの第２のセットを備える。これら２つのターゲットフィーチャのセットは、スキャナが、（それぞれのフォトリソグラフィプロセスステップで、）層３８にターゲットフィーチャの第１のセットを形成するために第１のレチクルを通してそれぞれのフォトレジスト層を露光し、同様に、ターゲットフィーチャの第２のセットを形成するために第２のレチクルを通して層４０を露光することによって、形成される。第１のレチクルは、電子ビーム書き込みなどの高度に正確な製作方法を使用して、第１の名目距離だけ間隔を置いた第１のターゲットフィーチャを形成するように設計して製作されている。同様に、第２のレチクルは、第１の所定の名目距離とは異なる第２の名目距離だけ間隔を置いた第２のターゲットフィーチャを形成するように設計して製作されている。それぞれの第２のターゲットフィーチャが、それぞれの第１のターゲットフィーチャの上に重なって、対応するオフセットターゲット１１２を画定する。

第１および第２の名目距離は、第１および第２のターゲットフィーチャを備える、それぞれのオフセットしたオーバーレイターゲット１１２が、第１および第２のターゲットフィーチャのセットの対称性の中心の間に、それぞれｘ方向およびｙ方向にΔＸおよびΔＹの名目変位を有するように選択されている。描写された実施形態では、名目変位ΔＸおよびΔＹは等しく、図３Ａにおけるそれぞれのターゲット１１２内の数字のラベルによって指示されている（あるいは、不同の名目変位ΔＸおよびΔＹが選択されることがあり、その場合、それぞれのターゲット１１２が２つの変位図によって特徴付けられることになる）。したがって、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２ａに関して、ターゲットフィーチャの第２のセットは、ターゲットフィーチャの第１のセットに対して、名目上、ΔＸ＝＋８ｎｍおよびΔＹ＝＋８ｎｍだけ、すなわち両方の正の軸方向に８ｎｍだけ変位されており、オフセットしたターゲット１１２ｂに関して、名目変位は、ΔＸ＝－５ｎｍおよびΔＹ＝－５ｎｍ、すなわち負の軸方向に５ｎｍである。

現在の実施形態では、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２は、ｘ方向とｙ方向との両方に名目変位を有するが、同じ原理が、一方向のみのオフセットを有する一方向のオーバーレイターゲットに、変更すべき点を変更して適用され得る。

一般に、それぞれの名目変位ΔＸ_ｉおよびΔＹ_ｉを有するＮ個のオフセットしたオーバーレイターゲットｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）が、フィールド１０３に形成される。下記の説明ではＮ＝１５が採用されるが、１５よりも多数のターゲットや少数のターゲットが形成されてもよい。ターゲット１１２の名目変位は、試験用のフォトリソグラフィプロセスで予期されるオーバーレイ誤差と同程度であるのが有利である。

Ｎ個のオフセットしたオーバーレイターゲットは、類似でも非類似でもよい。類似のターゲットの一例にはボックスインボックスターゲットがあり、ターゲットの外ボックスは処理層に形成され、内ボックスはレジスト層に形成される。非類似のターゲットの一例にはボックスインボックスターゲットがあり、ターゲットのうちのいくつかについては、外ボックスが処理層にあって内ボックスがレジスト層にあり、他のターゲットについては、内ボックスが処理層にあって外ボックスがレジスト層にある。この種の方式は、たとえばＡＩＭターゲットといった他のターゲット設計にも適用され得る。

図３Ｂは、本発明の一実施形態による、２つのオーバーレイターゲット１６２および１６４の構成要素の概略上面図である。これらのターゲットは、層３８における第１のターゲットフィーチャ１４２および１４４と、層４０における第２のターゲットフィーチャ１５２および１５４とから構成され、半導体基板１２上に２つのボックスインボックスオーバーレイターゲット１６２および１６４を形成する。ボックスインボックスオーバーレイターゲットのターゲットフィーチャは、オーバーレイ誤差計測に使用され、本実施形態ではオーバーレイターゲットの変位を例示するために使用されており、ｘ軸およびｙ軸に沿って整列した名目上同心の２つの正方形（一方が他方の中にある）を備える。外側の正方形は、通常は２０μｍ×２０μｍの寸法を有し、内側の正方形は１０μｍ×１０μｍの寸法を有するが、代わりに他の寸法も使用され得る。ｘ方向とｙ方向との両方におけるそれぞれの正方形の中心は、正方形の対称性の中心であり、ここではターゲットフィーチャの位置を定義するように使用される。明瞭さのために、描写された実施形態は、ターゲットフィーチャ（正方形）のｘ方向のみの変位を示しており、ｙ方向では、ターゲットフィーチャの中心が互いに整列している。

第１の膜層３８に、２つの正方形を備える２つの第１のターゲットフィーチャ１４２および１４４が形成される。中心線１４６および１４８は、それぞれ、ｘ方向における第１のターゲットフィーチャ１４２および１４４の中心を示す。第１のターゲットフィーチャ１４２と１４４とのｘ方向の間隔は、第１の名目距離１．００００１０ｍｍであり、中心線１４６と１４８との間の距離として示されている。第２の膜層４０に、２つの第２のターゲットフィーチャ１５２および１５４（２つの正方形）が形成される。中心線１５６および１５８は、それぞれ、ｘ方向における第２のターゲットフィーチャ１５２および１５４の中心を示す。第２のターゲットフィーチャ１５２と１５４とのｘ方向の間隔は、第２の名目距離１．００００００ｍｍであり、中心線１５６と１５８との間の距離として示されている（明瞭さのために、２つの名目距離の差は大いに強調して示されている）。

半導体基板１２上のそれぞれの膜層にターゲットフィーチャ１４２、１４４、１５２、および１５４を形成するフォトリソグラフィプロセスに誤差がないと想定すると、ターゲットフィーチャはｘ方向に整列し、そのため、ターゲットフィーチャ１４４の中心線１４８とターゲットフィーチャ１５４の中心線１５８とが重なって整列して、オーバーレイターゲット１６４を形成する。したがって、オーバーレイターゲット１６４の名目変位は（たとえば図２のターゲット１１４と同様に）ゼロであり、半導体基板１２上で２つのターゲットフィーチャの中心線１４８と１５８とが重なることによって示されている。ターゲットフィーチャ１４４と１５４とのこのゼロ整列と、対の中心線１４６と１４８との間の１．００００１０ｍｍの第１の名目距離と、対の中心線１５６と１５８との間の１．００００００ｍｍの第２の名目距離との間の差とにより、ターゲットフィーチャ１４２および１５２によって形成されたオーバーレイターゲット１６２は、半導体基板１２上のそれぞれの中心線１４６と１５６との分離によって示されるような、ｘ方向における１０ｎｍ（０．００００１０ｍｍ）の名目変位を有する。したがって、オーバーレイターゲット１６２は、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２に類似である。

ターゲットフィーチャは、描写された実施形態ではオーバーレイターゲット１６４に関して名目変位がゼロになるように整列するが、異なる整列方式が実施されることもあり、したがって、オーバーレイターゲット１６２と１６４との名目変位も変化する。オーバーレイ誤差が生じると、実際の変位は名目変位と異なるはずである。

ｙ方向の名目変位（またはｘ方向とｙ方向との両方の名目変位）は、ボックスアンドボックスオーバーレイターゲット、ならびにＫＬＡが提供するＡＩＭ、ＡＩＭｉｄ（ダイ内ＡＩＭ）、ｒＡＩＭ（ロバストＡＩＭモアレ）、およびＳＣＯＬ（スキャトロメトリオーバーレイ）ターゲットなどの他の種類のオーバーレイターゲットでも、類似のやり方で実施され得る。

計測および解析
１．スキャナモデル
スキャナモデルは、スキャナにおける半導体基板１２の置き違いによって誘起されるオーバーレイ誤差、ならびにレチクルの画像を基板に投影する際にスキャナの内部に生成する誤差、および類似の系統的な挙動による他の誤差を記述するために使用される。たとえば、スキャナモデルは、ウェーハすなわち半導体基板１２上のポイント（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）においてスキャナに誘起されるｘ方向のオーバーレイ誤差Ｍｏｄｅｌ＿ＯＶＬＸ（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）およびｙ方向のオーバーレイ誤差Ｍｏｄｅｌ＿ＯＶＬＹ（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）を、
Ｍｏｄｅｌ＿ＯＶＬＸ（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）＝
ＯｆｆＸ＋ＳｃａｌＸ＊ｘ^Ｗ＋ＷＲｏｔＸ＊ｙ^Ｗ＋ＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ
および
Ｍｏｄｅｌ＿ＯＶＬＹ（ｘ^Ｗ，ｙ^Ｗ，ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）＝
ＯｆｆＹ＋ＷｒｏｔＹ＊ｘ^Ｗ＋ＳｃａｌＹ＊ｙ^Ｗ＋ＦＲｏｔＹ＊ｘ^Ｆ＋ＭａｇＹ＊ｙ^Ｆ、
といった２つの式で記述し得、ＯＶＬはオーバーレイ誤差を指す。適切な座標を掛けたスキャナ補正可能項は、以下のように、スキャナの内部の様々な誤差によるパターン配置誤差を示す。
ＯｆｆＸ＝ウェーハ（半導体基板１２）の一定の置き違いによるｘ方向のパターン配置誤差、
ＯｆｆＹ＝ウェーハの一定の置き違いによるｙ方向のパターン配置誤差、
ＳｃａｌＸ＝ウェーハの動きのスケーリング誤差によるｘ方向のパターン配置誤差、すなわち、スキャナの内部で、ウェーハが、一定の係数による意図された距離と異なる距離だけ移動することによる誤差、
ＳｃａｌＹ＝ウェーハの動きのスケーリング誤差によるｙ方向のパターン配置誤差、
ＷＲｏｔＸ＝ウェーハの回転による、すなわちスキャナの内部のウェーハの配置における角度誤差による、ｘ方向のパターン配置誤差、
ＷＲｏｔＹ＝ウェーハの回転によるｙ方向のパターン配置誤差、
ＭａｇＸ＝スキャナの光学倍率誤差によるｘ方向のパターン配置誤差、
ＭａｇＹ＝スキャナの光学倍率誤差によるｙ方向のパターン配置誤差、
ＦＲｏｔＸ＝スキャナフィールドの意図しない回転によるｘ方向のパターン配置誤差、および
ＦＲｏｔＹ＝スキャナフィールドの意図しない回転によるｙ方向のパターン配置誤差
である。

これらのスキャナ補正可能項は、一般に、直線回帰などの当てはめプロシージャにより、測定されたオーバーレイ誤差をスキャナモデルによるオーバーレイ誤差に当てはめることによって、測定されたオーバーレイ誤差から推定される。次いで、補正可能項は、スキャナにフィードバックされて、次の露光のためのスキャナ内のウェーハの直線位置決め誤差および回転位置決め誤差の補正、ならびにフィールド１０３へのスキャナレチクルの投影の誤差の補正に使用される。

代替実施形態では、ウェーハおよび／またはフィールド座標における高次項を備えるスキャナモデルが使用され得る。

２．オーバーレイ誤差測定における直線性誤差
上記で説明されたように、測定変位Ｍｅａｓ＿Ｄｉｓｐｌと実際の変位Ａｃｔｕａｌ＿Ｄｉｓｐｌには直線関係があるが、直線性係数は理想値１から逸脱する可能性がある。この関係は、非ユニティ直線性係数αを用いて、Ｍｅａｓ＿Ｄｉｓｐｌ＝α＊Ａｃｔｕａｌ＿Ｄｉｓｐｌ＋βという式で記述され得る。オフセットβは無視できると想定され、続く計算から省略されることになる。

オーバーレイ誤差計測における直線性誤差は、特性化および補正が行われなければ、不正確なスキャナ補正可能項をもたらし、結果的に不適切なスキャナ補正、または場合によりスキャナによるパターン配置誤差の増加さえもたらす可能性がある。その上、この直線性誤差が、パターニングされた基板１２の不正確な処置につながる可能性もある。

３．直線性誤差を解消するためのオフセットしたオーバーレイターゲットの使用
図４は、本発明の一実施形態による、スキャナモデルの補正可能項およびオーバーレイ誤差測定の直線性係数を推定する方法を概略的に示す流れ図２００である。この方法は、ｘ方向の変位に関連して以下に提示される。同じ方法がｙ方向の変位にも適用され得る。

この方法は開始ステップ２０２から始まる。変位選択ステップ２０４において、Ｎ個の名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が選択される（変位選択のための特定の方法が図５および図６において詳述される）。ターゲット形成ステップ２０６において、半導体基板１２のそれぞれのフィールド１０３の内部に、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２が形成される（図３Ａ）。変位計測ステップ２０８において、層３８および４０におけるターゲットフィーチャの対称性のそれぞれの中心の間の変位が、光学式計測装置１０を使用して、それぞれのフィールド１０３のそれぞれのターゲット１１２について測定される。ｘ方向において測定されたＭ×Ｎの変位は、Ｍｅａｓ＿ＤｉｓｐｌＸ（ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）によって表され、ｉ＝１、２、．．．、Ｎであって、ｊ＝１、２、．．．、Ｍである。

スキャナモデル選択ステップ２１０において、たとえば上記で説明されたモデルといった、計算のために使用されるスキャナモデルが選択される。モデル化された変位誤差ステップ２１２では、ターゲット１１２の種々の名目変位を明らかにするために、元のスキャナモデルのモデル化されたオーバーレイ誤差が修正される。モデル化された変位は、したがってスキャナによるオーバーレイ誤差とターゲット１１２の名目変位との合計であって、直線性係数α_ｘも考慮に入れる。上記で導入された表記法を使用して、ｊ番目のフィールド１０３におけるｉ番目のオフセットターゲット１１２のモデル化された変位は、
Ｍｏｄｅｌ＿ＤｉｓｐｌＸ（ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）＝
α_ｘ＊［ＯｆｆＸ＋ＳｃａｌＸ＊ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ＋ＷＲｏｔＸ＊ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ＋ＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉ＋ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ、ｙ^Ｆ _ｉ）］
と記述される。

オフセットターゲット１１２の位置が、フォトリソグラフィプロセスのスキャナにおいて使用されるレチクルによって定義されるので、ΔＸ_ｉはフィールド座標（ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）のみに依拠する。

計算ステップ２１４において、スキャナ補正可能項ＯｆｆＸ、ＳｃａｌＸ、ＷＲｏｔＸ、ＭａｇＸ、ＦＲｏｔＸおよび直線性係数α_ｘは、モデル化された変位Ｍｏｄｅｌ＿ＤｉｓｐｌＸ（ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）のすべてのＭ×Ｎの値と、変位のそれぞれの測定値Ｍｅａｓ＿ＤｉｓｐｌＸ（ｘ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｙ^Ｗ _ｉ，ｊ，ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）との間に回帰法を適用することによって推定される。モデルが変数の積を含むので、直線回帰ではなく高次回帰を適用する必要がある。回帰法の目的は、推定されたスキャナ補正可能項および直線性係数に対する、可能性のあるランダムまたは高次の計測誤差の影響を最小化することである。回帰を実行すると、次式で与えられる合計Ｓｘを最小化する、補正可能項の値と直線性係数とのセットが見つかる。

あるいは、単一の直線性係数α_ｘを推定するのにすべてのフィールド１０３を含める代わりに、α_ｘの計算は、フィールド１０３の１つ以上の部分集合に基づいて実行されてもよく、各部分集合が、１つ以上のフィールド（流れ図２００には示されていない）を含む。さらに代替として、すべてのフィールドにわたって変位が平均されてよく、ウェーハモデルに関連する項は省略され得る。半導体基板１２にわたってフィールド１０３の複数の部分集合に対してα_ｘを推定することにより、基板にわたってα_ｘの複数のそれぞれの値が得られ、これらは、基板にわたる潜在的な測定誤差と、オーバーレイ誤差計測の直線性係数α_ｘの付随する変動とを反映する。フィールド１０３の部分集合にわたってα_ｘを推定するために、各部分集合について上記の合計Ｓｘが別個に計算され、それに応じてＳ_ｘにおける合計の限界が変更される。この方法は終了ステップ２１６で終了する。

非直線回帰に対する代案として、モデルに測定値を当てはめるために、当技術で既知の他の計算方法が使用されてもよい。これらの方法は、たとえば直線回帰の適用を可能にし得る、変数の非線形変換を含み得る。

４．オフセットしたオーバーレイターゲットの選択
図５の流れ図３００および図６の流れ図４００は、本発明の一実施形態による、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２を選択するための２つの代替方法を概略的に示す。

Ｎ個のオフセットしたオーバーレイターゲット１１２の大きさおよびそれらの位置がスキャナモデルの線形空間内に存在する場合、すなわち、Ｎ個のターゲットの名目変位とターゲット位置との組合せが、スキャナモデルによって全面的に記述され得る場合には、オフセットしたオーバーレイターゲットは、スキャナ補正可能項の推定値を修正するだけで、図４で説明された方法による、直線性係数α_ｘおよびα_ｙに関するいかなる情報も、もたらさないであろう。したがって、スキャナ補正可能項は、名目変位による誤差と、直線性係数α_ｘおよびα_ｙの未訂正の値による誤差との両方を含むことになる。したがって、ターゲット１１２の対称性の中心の変位の大きさおよびターゲットの位置は、図４の変位選択ステップ２０４で選択される（そして、ターゲット形成ステップ２０６で実施される）べきであり、そのため、計算において使用されるスキャナモデルに対して少なくとも部分的に直交する。ここで、「部分的に直交する」という用語は、変位のベクトルが、スキャナモデルに対して直交する成分を有することを意味するように使用される。ターゲット１１２の位置がフィールド座標（ｘ^Ｆ，ｙ^Ｆ）に依拠するので、直交性を決定するために使用されるのは、スキャナモデルのフィールド座標依拠部分だけである。

前述の要件は、（線形スキャナモデルについては）Ｎが統計的に有意な測定値をもたらすほど十分に大きければ、ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）の、無作為に選択されたほぼすべての変位のセットに対して満たされ得る。しかしながら、数的な検討のためには、以下の図５および図６に示されるような系統的な方法が有利である。

流れ図３００（図５）は、スキャナモデルに対してオフセットしたオーバーレイターゲット１１２の直交性の判定および改善のための反復法を示す。この方法は開始ステップ３０１から始まる。選択ステップ３０２において、Ｎ個の名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が選択される。投影ステップ３０４において、スキャナフィールドモデルへのΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の投影ＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉは、ｉ＝１、２、．．．、Ｎについて、ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）とＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉとの間の直線回帰からスキャナフィールド補正可能項ＭａｇＸおよびＦＲｏｔＸを推定することによって計算される。投影の大きさを計算するステップ３０６において、投影の相対的な大きさＰｒｏｊ_ｘは次式で計算される。

第１の比較ステップ３０８において、Ｐｒｏｊ_ｘが所定の限界と比較される。Ｐｒｏｊ_ｘが所定の限界を超過する場合、調節ステップ３１０において、名目変位ターゲットの大きさおよび／または位置を無作為に選択するか、またはより大きな線形空間（モデルのベクトルによって張られる線形空間を部分空間として含む）の線形基底からのベクトルにわたって系統的に繰り返すことによって、別の名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が選択される。Ｐｒｏｊ_ｘが所定の限界未満の値に達するまで、投影ステップ３０４、投影の大きさを計算するステップ３０６、第１の比較ステップ３０８、および調節ステップ３１０が繰り返される。

Ｐｒｏｊ_ｘが所定の限界を超過しないように名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が決定されると、第２の比較ステップ３１２において、名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の大きさが、フォトリソグラフィプロセスにおけるオーバーレイ誤差の予期される大きさと比較される。名目変位の大きさが検討中のフォトリソグラフィプロセスについて予期されるオーバーレイ誤差値の範囲と大幅に異なる場合、名目変位の大きさを予期される範囲に収めるために、スケーリングステップ３１４においてΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）のすべての成分に共通の定数が乗算される。名目変位が満足できる大きさになるまでステップ３１２および３１４のループが繰り返されてから、終了ステップ３１６においてプロセスが終了する。この方法から得られる名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）は、ステップ２０６（図４）などの、ターゲット１１２を形成するフォトリソグラフィステップにおいて適用される。

流れ図４００（図６）は、スキャナフィールドモデルに対して直交する、すなわちスキャナフィールドモデル上へのゼロ投影を有する、オフセットしたオーバーレイターゲット１１２を選択するための直接的な方法を示す。この方法は開始ステップ４０２から始まる。選択ステップ４０４において、ステップ３０２および３０４（図５）と同様に、Ｎ個の名目変位ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が選択される。投影ステップ４０６において、スキャナフィールドモデルへのΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の投影ＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉは、ｉ＝１、２、．．．、Ｎについて、ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）とＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉとの間の直線回帰からスキャナフィールド補正可能項ＭａｇＸおよびＦＲｏｔＸを推定することによって計算される。垂直な名目変位成分を計算するステップ４０８において、ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の成分ΔＸ_ｉ ^{ＯＲＴＨＯ}（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）すなわちスキャナフィールドモデルＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉに対して直交するΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の成分は、ｉ＝１、２、．．．、Ｎについて、ΔＸ_ｉ ^{ＯＲＴＨＯ}（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）＝ΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）－ＭａｇＸ＊ｘ^Ｆ _ｉ＋ＦＲｏｔＸ＊ｙ^Ｆ _ｉと計算される。

比較ステップ４１０において、ステップ３１２および３１４（図５）と同様に、垂直な名目変位成分ΔＸ_ｉ ^{ＯＲＴＨＯ}（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）の大きさが、検討中のフォトリソグラフィプロセスにおけるオーバーレイ誤差の予期される大きさと比較される。必要に応じて、垂直な名目変位成分ΔＸ_ｉ ^{ＯＲＴＨＯ}（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）には、必要な大きさが実現されるまで、スケーリングステップ４１２において共通の定数が乗算される。この方法は終了ステップ４１４で終了する。この方法から得られる垂直な名目変位ΔＸ_ｉ ^{ＯＲＴＨＯ}（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）は、ステップ２０６（図４）などのリソグラフィステップにおいて、ターゲット１１２の形成に適用される。

同様に、高次元スキャナモデル、すなわち非直線モデルについては、選択された変位のセットΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）は、スキャナモデルによって定義された高次元平面に存在してはならない。たとえば、２次式のスキャナモデルについては、高次元平面は５つのベクトル

および

によって張られる。この場合、Ｎ＞５については、ほぼすべてのベクトルΔＸ_ｉ（ｘ^Ｆ _ｉ，ｙ^Ｆ _ｉ）が、十分な直交性の要件を満たすことになる。

前述の実施形態は例として引用されたものであり、本発明は、特に上記で示されて説明され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、上記で説明された様々な特徴の組合せと部分組合せとの両方、ならびに、前述の説明を読むことによって当業者に思い浮かぶ、従来技術には開示されていない変形形態およびその変更形態を含む。

Claims

半導体計測のための方法であって、
半導体基板上に第１の膜層を堆積し、前記第１の膜層の上に重ねて第２の膜層を堆積するステップと、
前記第１の膜層および前記第２の膜層をパターニングして、複数のオーバーレイターゲットを画定するステップであって、前記オーバーレイターゲットが、
それぞれの第１の位置を有する前記第１の膜層において第１の名目距離の間隔で形成された第１のターゲットフィーチャと、
それぞれの第２の位置を有する前記第２の膜層において前記第１の名目距離とは異なる第２の名目距離の間隔で形成された第２のターゲットフィーチャであって、それぞれの第２のターゲットフィーチャが、それぞれの第１のターゲットフィーチャの上に重なって、前記オーバーレイターゲットのうちのそれぞれの１つを画定する、第２のターゲットフィーチャとを備える、
画定するステップと、
撮像アセンブリを使用して、前記オーバーレイターゲットが形成されている前記半導体基板の少なくとも１つの画像を取り込むステップと、
前記少なくとも１つの画像を処理して、前記オーバーレイターゲットの各々における、それぞれの前記第１の位置と前記第２の位置との間の変位を測定するステップと、
前記測定変位および前記第１および第２の名目距離に基づいて、前記第１の膜層の前記パターニングと前記第２の膜層の前記パターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差と、前記撮像アセンブリの測定誤差との両方を推定するステップと
を含み、
前記第１の名目距離および前記第２の名目距離が、前記オーバーレイターゲットの各々について、前記第１の位置と前記第２の位置との間のそれぞれの変位がそれぞれの名目変位に対応するように選択され、
前記実際のオーバーレイ誤差と前記測定誤差との両方を推定するステップが、前記オーバーレイターゲットのセットについて、前記測定変位をそれぞれのモデル化された変位と比較するステップを含み、前記モデル化された変位の各々が、スキャナモデルから計算された変位と、所与のオーバーレイターゲットに関する前記それぞれの名目変位との和を含み、
前記スキャナモデルが、フォトリソグラフィプロセスによって前記第１の膜層に形成されたパターンと前記第２の膜層に形成されたパターンとの間の変位を定義する係数を含み、
前記測定誤差を推定するステップが、前記それぞれの名目変位と前記オーバーレイターゲットの前記セットにわたる前記測定変位との間の、１以外の直線性係数を見出すステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１および第２の膜層をパターニングするステップが、フィールドのマトリクスをパターニングして、前記フィールドの各々に前記複数のオーバーレイターゲットを画定するステップを含み、画像を取り込むステップが、前記フィールドのうちの少なくとも１つにおける前記複数のオーバーレイターゲットの前記少なくとも１つの画像を取り込むステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記直線性係数を見出すステップが、前記スキャナモデルの前記係数および前記直線性係数を推定するために、それぞれの前記測定変位と前記モデル化された変位との間に回帰法を適用するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、前記実際のオーバーレイ誤差を推定するステップが、前記測定変位に前記直線性係数を適用するステップを含むことを特徴とする方法。
光学式計測装置であって、
半導体基板であって、前記半導体基板の上に堆積した第１の膜層と、前記第１の膜層の上に重なる第２の膜層とを備える半導体基板において、前記第１の膜層および前記第２の膜層をパターニングして、複数のオーバーレイターゲットを画定し、前記オーバーレイターゲットが、
それぞれの第１の位置を有する前記第１の膜層において第１の名目距離の間隔で形成された第１のターゲットフィーチャと、
それぞれの第２の位置を有する前記第２の膜層において前記第１の名目距離とは異なる第２の名目距離の間隔で形成された第２のターゲットフィーチャであって、それぞれの第２のターゲットフィーチャが、それぞれの第１のターゲットフィーチャの上に重なって、前記オーバーレイターゲットのうちのそれぞれの１つを画定する、第２のターゲットフィーチャとを備える、
半導体基板と、
上に前記オーバーレイターゲットが形成されている前記半導体基板の少なくとも１つの画像を取り込むように構成された撮像アセンブリと、
前記少なくとも１つの画像を処理して、前記オーバーレイターゲットの各々における前記それぞれの第１の位置と第２の位置との間の変位を測定し、前記測定変位および前記第１および第２の名目距離に基づいて、前記第１の膜層の前記パターニングと前記第２の膜層の前記パターニングとの間の実際のオーバーレイ誤差と、前記撮像アセンブリの測定誤差との両方を推定するように構成されているコントローラと
を備え、
前記第１の名目距離および前記第２の名目距離が、前記オーバーレイターゲットの各々について、前記第１の位置と前記第２の位置との間のそれぞれの変位がそれぞれの名目変位に対応するように選択され、
前記コントローラが、前記オーバーレイターゲットのセットについて、前記測定変位を、それぞれのモデル化された変位と比較するように構成されており、前記モデル化された変位の各々が、スキャナモデルから計算された変位と、所与のオーバーレイターゲットに関する前記それぞれの名目変位との和を含み、
前記スキャナモデルが、フォトリソグラフィプロセスによって前記第１の膜層に形成されたパターンと前記第２の膜層に形成されたパターンとの間の変位を定義する係数を含み、
前記測定誤差を推定するステップが、前記それぞれの名目変位と前記オーバーレイターゲットの前記セットにわたる前記測定変位との間の、１以外の直線性係数を見出すステップを含むことを特徴とする光学式計測装置。
請求項５に記載の装置であって、前記第１および第２の膜層が、フィールドのマトリクスを形成して前記フィールドの各々に前記複数のオーバーレイターゲットを画定するようにパターニングされ、前記撮像アセンブリが、前記フィールドのうちの少なくとも１つにおける前記複数のオーバーレイターゲットの前記少なくとも１つの画像を取り込むように構成されていることを特徴とする装置。
請求項５に記載の装置であって、前記直線性係数を見出すステップが、前記スキャナモデルの前記係数および前記直線性係数を推定するために、それぞれの前記測定変位と前記モデル化された変位との間に回帰法を適用するステップを含むことを特徴とする装置。
請求項５に記載の装置であって、前記実際のオーバーレイ誤差を推定するステップが、前記測定変位に前記直線性係数を適用するステップを含むことを特徴とする装置。