JP2007096292A - 偏光リソグラフィーのためのオーバーレイターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】偏光リソグラフィーにおいて使用するためのターゲットおよびその使用方法。
【解決手段】参照用層の上に位置する第１構造部と、第２層の上に位置する第２構造部とを含む。上記第１構造部が上記第２層を通して可視となるように上記第２層は光透過性を備えている。上記第２構造部は、複数の各サブ構造部を有するフォトマスクから形成される。上記複数の各サブ構造部の全ての各サブ構造部は、第１の配向方向に配向されている。上記第２層上に上記第２構造部をパターニングするために偏光が使用され、上記偏光は、上記第１配向方向と同じ偏光方向を有している。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

（技術分野）
本発明は、一般的には、集積回路のウエハの製造に関し、特に、偏光リソグラフィーにて用いられるオーバーレイターゲット（overlay target）およびオーバーレイターゲットの使用方法に関するものである。

（背景技術）
一般に、半導体ウエハ上への各集積回路の製造は、半導体ウエハ上への、絶縁体、導電体、半導体などの各素材が、複数、互いに積み重ねられた積層体の形成を含む。各層は、前に形成された層上にフォトレジスト層を塗布することによって形成される。

上記フォトレジスト層のパターニングの間にて露光されないフォトレジスト層の部分は、洗浄により除去される。上記のようなフォトレジスト層は、望ましい多くの各技術の一つを使用して形成される。

上記のような各形成が適切に完了すると、上記複数の各層は、組み合わされて、集積回路の機能を発揮するようになる。個々の各層の位置合せは、半導体ウエハ内にて適切に形成された、集積回路の構造を形成するために重要である。

各層の位置合せの不良は、その不良（各位置のずれに起因する）の程度が小さくても、集積回路の特性を劣化させ、上記不良の程度が大きくなると（不適切な電気接続の形成による）、集積回路の動作不良を招来する。

各層の位置合せの不良は、フォトマスクが層をパターニングするために使用され、半導体ウエハ上にて以前に形成された各層に対し適切に位置合せ（位置調整）されないときに生じることがある。位置合せの不良は、機械的なズレの誤差、光学レンズの倍率の誤差、光学レンズの収差の誤差などに起因することがある。

機械的なズレの誤差は、処理中の、半導体ウエハおよび／またはフォトマスクのズレを引き起こすことがある。光学レンズの倍率の誤差は、半導体ウエハの互いに異なる各層の間にて、倍率のミスマッチングを引き起こすことがある。光学レンズの収差の誤差は、光が通るレンズ位置に応じて、上記レンズを通り光の特性が相違することにより、使用されるレンズにとって、最初に想定された特性と異なる理想的ではない結果を生じることがある。

複数の各オーバーレイターゲットが、半導体ウエハの個々の各層の位置合せのために、従来より使用されている。１以上のターゲットを備えることが可能な半導体ウエハの最上層の上にフォトレジスト層がパターニングされた後（そして、対象の層が実際に形成される前）、オーバーレイ測定のツールの一部としての光学システムは、対応する各黒点（上記オーバーレイターゲットに対応したフォトレジスト層の部分）に沿って、上記各ターゲットの画像を捕捉し、かつ、光学の分析演算法は、上記フォトレジスト層が半導体ウエハに関する各仕様範囲内にて位置合せされているか否かを決定できる。

形成された上記フォトレジスト層が、位置合せ不良と決定されると、上記フォトレジスト層は、通常、化学的洗浄を用いて除去される。新たなフォトレジスト層が塗布され、パターニングされ、フォトレジスト層が所定の各仕様範囲内に収まるまで、上記光学的な処理が、繰り返される。

上記先行技術の第一の欠点は、各オーバーレイターゲットが、機械的なズレの誤差、光学レンズの倍率の誤差を検出するために使用され得るが、顕著な位置合せの不良を引き起し得る光学レンズの収差の誤差を正確に捕捉できないことである。

上記先行技術の第二の欠点は、各オーバーレイターゲットが、偏光を用いることの利点を活用できないことである。

上記先行技術のさらに他の欠点は、各オーバーレイターゲットが、一般に、フォトレジスト層とそのフォトレジスト層の直下の別の層とを含み、互いに隣り合う各層の形成が、位置合せの不良を順次加算することになるので、互いに隣り合う各層の間では、各仕様の範囲内である一方、位置合せの不良の合計が、各仕様の範囲を超えることがある。

（本発明の要旨）
本発明は、オーバーレイターゲット、および上記オーバーレイターゲットを偏光リソグラフィーに用いた使用方法を提供するものであり、本発明の好ましい各実施形態によって、上記各欠点や他の欠点を、一般的に解決または回避でき、かつ、技術的な利点を達成できるものである。

本発明の好ましい実施形態によれば、半導体ウエハの各層の位置合せに用いるためのオーバーレイターゲットが提供される。上記オーバーレイターゲットは、参照用層の上に位置する第１構造部と、第２層の上に位置する第２構造部とを含む。上記第１構造部が上記第２層を通して可視となるように上記第２層は光透過性を備えている。上記第２構造部は、複数の各サブ構造部を有するフォトマスクから形成される。上記複数の各サブ構造部の全ての各サブ構造部は、第１の配向方向に配向されている。上記第２層上に上記第２構造部をパターニングするために偏光が使用され、上記偏光は、上記第１配向方向と同じ偏光方向を有している。

本発明の好ましい他の実施形態によれば、オーバーレイターゲットの黒点部分を形成するためのマスクが提供される。上記マスクは、第１構造部と第２構造部とを含む。上記第１構造部は、複数の各第１サブ構造部を、それら全ての各第１サブ構造部が第１配向方向に沿って配向されて有している。上記第２構造部は、複数の各第２サブ構造部を、それら全ての各第２サブ構造部が第２配向方向に沿って配向されて有している。上記第２配向方向は、上記第１配向方向と異なる方向を有している。

本発明の好ましいさらに他の実施形態によれば、フォトマスクの位置合せのための方法が提供される。上記方法は、半導体ウエハ上にてフォトレジスト層をパターニングするために、上記フォトマスク上に、所定の偏光方向に設定された偏光を照射し、上記フォトレジスト層の各構造部および参照用層上の構造部の画像データを処理することによって、位置合せを決定することを含む。上記方法は、さらに、上記フォトマスクと上記参照用層との位置合せが不良のとき、上記フォトレジスト層を剥離し、上記フォトマスクを位置調整のために移動することを含む。上記フォトマスク上の各構造部の少なくとも一つは、上記偏光の所定の偏光方向が上記フォトマスクの上記構造部の配向方向に対し直交すると、上記偏光を通さなくなるものである。

本発明の好ましい実施形態の利点は、本発明のオーバーレイターゲットが、機械的なズレ、光学レンズの倍率の誤差、および、光学レンズの収差の誤差に起因する、層の位置合せの各不良を測定するために使用可能なことである。

本発明の好ましい実施形態の他の利点は、本発明のオーバーレイターゲットが、単一の参照用層のみにて使用可能なことである。上記他の利点は、上記オーバーレイターゲットの設計および使用を簡便化できる。その上、単一の参照用層の使用は、連続的な各層の形成において、層の位置合せ不良の蓄積が無いので、層の位置合せをより一層正確にできるという結果を招来する。

本発明の好ましい実施形態のさらに他の利点は、本発明のオーバーレイターゲットが、水平と垂直との偏光の双方にて形成された各層を用いて使用され得ることである。これにより、複数の各オーバーレイターゲットの設計が要求されるより、単一のオーバーレイターゲットを使用できるから、本発明のオーバーレイターゲットの設計および使用を簡素化できる。

本発明に関する上記の各記載は、後述する本発明の詳細な説明を、より理解し易くするために、本発明の構成および利点をについてかなり広く概略的なものとなっている。本発明に係る、各請求項に記載の主題を形成する他の構成や利点については後述される。

本明細書にて開示された技術思想や特定の各実施形態は、本発明の同じ各目的を達成するために、変更したり、他の構成や他の工程を設定するための基礎として容易に利用され得ることは、当業者にとって明らかであろう。

添付された各請求項に示す本発明の技術思想および権利範囲から離れない等価物についても、当業者であれば理解されるであろう。

本発明の、および本発明の各利点に対するより完全な理解のために、添付した各図面と共に取り入れられる後述する説明が参照される。

（説明のための各実施形態の詳細な説明）
本明細書にて示された好ましい各実施形態の製造方法および使用方法について以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明は、広い範囲の個々のの各状況にて実施され得る、数多くの各技術思想を提供するものであることについて正しく理解されるべきであろう。説明された個々の各実施形態は、本発明を製造および使用する個々の各方法について、単に説明するためのものであって、本発明の権利範囲を限定するものではない。

本発明を、特定の状況、つまり、偏光リソグラフィー使用する半導体製造における、好ましい各実施形態について以下に説明する。しかしながら、本発明は、非偏光を用いるリソグラフィーを含む、リソグラフィー工程を有する他の半導体製造にも適用可能である。

参照される図１ａおよび図１ｂは、従来のオーバーレイターゲットを説明するための各平面図である。図１ａに示される平面図のオーバーレイターゲットは、第１従来のオーバーレイターゲット１００を図示している。上記オーバーレイターゲット１００は、第１層の上に形成されたフレーム１０５と第２層の上に形成されたボックス１１０とを含む。

上記ボックス１１０は、通常、黒丸（黒玉）として示されている。第１層および第２層は、互いに完全に位置合せされているとき、上記ボックス１１０は、上記フレーム１０５内において、中央（水平方向にも、垂直方向にも）に位置することになる。

第１層と第２層との間にて、位置合せの不良が生じているとき、その不良がどのようなものでも、上記ボックス１１０が、上記フレーム１０５内において、中央に位置せず、結果として、例えば、シフトボックス１１１になる。上記シフトボックス１１１では、第２層が、第１層に対して、左方向および少し上方向にシフトされている（ズレている）ことが示される。

図１ｂに示す平面図は、第２従来のオーバーレイターゲット１２０を図示する。上記オーバーレイターゲット１２０は、４つの各側部１２６からなる、不完全な外側フレーム１２５と、４つの各側部１３１からなる不完全な内側フレーム１３０とを含む。上記第１のオーバーレイターゲット１００と同様に、第１層および第２層は、互いに適切に位置合せされているとき、不完全な外側フレーム１２５と、不完全な内側フレーム１３０とは中央位置に配置される。４つの各側部１３３からなる不完全な内側フレーム１３２のシフトは、第２層が、第１層に対して、右方向および下方向にシフトされていることを示す。

各層の位置合せが不良か否かに関し、各オーバーレイターゲットを用いて決定するために従来使用され得る、光学的画像を処理する各処理技術を使用する数多くの各演算手順（各アルゴリズム）が知られている。上記各演算手順は、各層の間での位置合せの不良の存在を決定するために、画像（濃度）に基づく処理技術、または回折に基づく処理技術にも使用できる。

画像に基づく処理技術は、オーバーレイターゲットの画像を捕捉し、その後、オーバーレイターゲット１００のフレーム１０５およびボックス１１０（図１ａ）といった、上記オーバーレイターゲットの各部材の位置的な関係性を決定するために、演算手順を上記画像を処理するために適用することを含む。

回折に基づく処理技術は、一般にレーザといった光源にてオーバーレイターゲットを走査し、上記オーバーレイターゲットからの散乱光の画像を捕捉することを含む。その後、演算手順は、上記散乱光の画像を処理するために使用され、上記オーバーレイターゲットの各部材の位置的な関係性を決定する。

位置合せの不良を決定するための上記各演算手順および各処理技術については、本発明の技術分野の当業者にとって、よく理解されているものと判断されるので、本明細書において、以後、上記各演算手順および各処理技術に関する説明を省いた。

液浸の技術は、所望する光学特性を有する液体を、画像捕捉装置と半導体ウエハとの間に介在させるものである。液浸の技術の使用は、従来のリソグラフィー技術により従来のリソグラフィープロセスに使用される光の波長を短くせずに、４０ｎｍ以下のオーダーの外形サイズにて集積回路を形成することを可能とする。偏光を用いると、光の照射領域の深さを増加させるように、コントラストが増加した画像を提供でき、よって、より小さな外形サイズの集積回路の形成でさえ可能にする。

図２に示すように、偏光リソグラフィーを用いる集積回路の製造方法に使用される、本発明の好ましい実施形態に基づくオーバーレイターゲット２００を形成するための複合マスクが図示されている。上記複合マスクは、説明を簡素化するために単一の図面にて集積回路の複数の相違する各層を生成するために使用されるフォトマスクの要部を図示している。オーバーレイターゲット２００として図示された複合マスクは、参照用の層の上に形成されるフレーム２０５を含む。フレーム２０５を形成するために使用されるフォトマスクの部分は、上記参照用の層を形成するために使用されるフォトレジストをパターニングするときに使用されるフォトマスクの一部であってもよい。

上記フレーム２０５は、半導体基板の上に形成された第１層の上に形成されてもよい。上記第１層に形成されるとき、位置合せの不良の可能性が小さくなる。上記オーバーレイターゲット２００の複合マスクは、また、第１内側フレーム２１０と、第２内側フレーム２２０とを含む。上記第１内側フレーム２１０、および上記第２内側フレーム２２０は、オーバーレイターゲットの黒丸部分を含む。

第１内側フレーム２１０は、垂直方向に短い構成部材２１２および垂直方向に長い構成部材２１３のような、垂直方向に配向させた複数の各構成部材から形成することが可能ななものである。第２内側フレーム２２０は、水平方向に短い構成部材２２２および水平方向に長い構成部材２２３のような、水平方向に配向させた複数の各構成部材から形成することが可能なものである。

第１内側フレーム２１０を形成する各構成部材と、第２内側フレーム２２０を形成する各構成部材とは、互いに直交するように配列されている。図２では、垂直方向の各構成部材から形成された第１内側フレーム２１０と、水平方向の各構成部材から形成された第２内側フレーム２２０とを図示しているが、第１内側フレーム２１０を、水平方向の各構成部材から形成し、第２内側フレーム２２０を、垂直方向の各構成部材から形成してもよく、その場合でも、本発明の権利範囲や精神に何ら影響しない。

フレーム２０５を、参照用の層の上、例えば、半導体ウエハ上に形成された第１層の上に形成することができ、上記第１層に続いて形成される各層、例えば、第２層、第３層、第４層などの各層の形成のために使用することもできる。代わりに、フレーム２０５を、形成される層のすぐ前の層の上に形成してもよい。例えば、フレーム２０５を、第３層の上に形成することもできる。形成される第３層は、第４層の上に形成される。

偏光リソグラフィーにおいて使用される光の偏光に応じて、第１内側フレーム２１０、または第２内側フレーム２２０の何れかは、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の各構成部材の配向方向を備えて、フォトレジスト層の上にてパターニングされる。

このとき、偏光の偏光方向が、第１内側フレーム２１０と、第２内側フレーム２２０との各構成部材の配向方向と直交するときは、上記直交した各構成部材に対し、上記偏光がブロック、すなわち遮断される。

例えば、偏光が、垂直方向に配向しているとき、第１内側フレーム２１０は、フォトレジスト層に上にてパターニングされ、第２内側フレーム２２０の各配列は、上記フォトレジスト層に照射される上記偏光からブロックされる。

それゆえ、垂直方向に配向した偏光を用いる層のためのオーバーレイターゲットは、フレーム２０５および第１内側フレーム２１０を含むことが望ましい。このとき、光学的な画像データの処理システムは、上記オーバーレイターゲット２００の画像を捕捉し、捕捉した画像データに対する各演算手順より画像データの処理を実行し、上記各層が適切に位置合せされているか否かについて決定する。

水平方向に配向した偏光（垂直方向に配向した偏光）を、同一方向である水平方向に配向した各構造部（垂直方向に配向した各構造部）と共に使用することは、ＴＥ偏光法またはＳ偏光法と呼ばれる。

本発明の好ましい実施形態によれば、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の各構成部材の外形寸法（幅および深さ）は、層のパターニングの設計ルールの寸法近くに維持されることが望ましい。例えば、ポリシリコン層のパターニングにおいて４５ｎｍの製造プロセスを用いるために、上記各構成部材は、約６０ナノメータの幅と、約１４０ナノメータのピッチのものであることが望ましい。上記各構成部材の幅および／またはピッチは、層のパターニングの設計ルールや、製造技術に応じて異なるものを使用できる。

図３ａないし図３ｃは、本発明の好ましい実施形態に基づく、互いに異なる各配向方向の偏光を用いて形成されるオーバーレイターゲット２００（図２）をそれぞれ図示する各平面図である。

図３ａは、垂直方向の配向を有する偏光が層の可視化（模様化、パターニング）に使用されるときの、オーバーレイターゲット２００における一つの像３００を示す。垂直配向の偏光が、上記オーバーレイターゲット２００に対し使用されると、上記像３００が、各層の位置合せに使用される光学的な画像データの処理装置により観察される。

光学的な画像データの処理装置は、フレーム２０５、および、垂直配向された各構成部材を有する第１内側フレーム２１０については観察できて捕捉できるが、第２内側フレーム２２０については観察できず捕捉できない。

図３ｂは、水平方向の配向を有する偏光が層の可視化に使用されるときの、オーバーレイターゲット２００における一つの像３５０を示す。水平配向の偏光が、上記オーバーレイターゲット２００に対し使用されると、上記像３５０が、各層の位置合せに使用される光学的な画像データの処理装置により観察される。

光学的な画像データの処理装置は、フレーム２０５、および、水平配向された各構成部材を有する第２内側フレーム２２０については見えて捕捉できる。

非偏光（または、垂直または水平以外の配向を有する偏光）を層の可視化に使用されるとき、光学的な画像データの処理装置は、フレーム２０５と共に、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の双方については見えて捕捉できる。その後、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の双方は、フォトレジスト層に上にパターン化されることが分かる。

第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の双方ともの存在は、位置合せの処理性能の阻害において必ずしも必要ではないが、片方の場合には、新たな光学的なデータを適切に処理する、新たな補償工程が必要となる場合も生じる。

さらに、水平方向および垂直方向の双方の各配向を有する偏光を、層の可視化に使用できる。図３ｃに示される像３７５は、光学的な画像データの処理装置が、フレーム２０５と共に、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の双方についても見えて捕捉できることを図示している。

フォトレジスト層への露光については、順次な露光（例えば、水平方向に配向された偏光を用いた第１の露光に続いて、垂直方向に配向された偏光を用いた第２の露光を行う）、または、水平方向の配向および垂直方向の配向の双方の偏光を、同時に照射する同時露光を用いることができる。水平方向の配向および垂直方向の配向の双方の偏光を用いて同時に照射する一つの技術は、通常、四重極照射と呼ばれている。水平方向の配向および垂直方向の配向の双方の偏光を用いて同時に照射する他の技術も使用可能である。

第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の双方が、オーバーレイターゲットの一部であるとき、第２内側フレーム２２０に対する第１内側フレーム２１０の相対位置の比較や、それに加えて、上記フレーム２０５に対する上記双方の各相対位置の比較によって、上記オーバーレイターゲット内での各シフト（ズレ）の存在を測定することが可能となる。

水平配向の偏光および垂直配向の偏光の双方の使用は、レンズ収差により導かれるオーバーレイシフトの検出に用いることができる。ダブル露光法といった、双方の各配向を有する偏光を使用するとき、上記露光用の用具により導き出される各シフトは、水平配向の偏光および垂直配向の偏光の露光の間にて生じることがある。そのような各シフトを、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０の比較によって検出することができる。

図４に、本発明の好ましい実施形態に基づく、代替のオーバーレイターゲット４００を形成するための複合マスクが図示されている。上記オーバーレイターゲット４００を形成するための複合マスクは、フレーム４０５、内側フレーム４１０、および内側ブロック４２０を含む。上記フレーム４０５は、半導体ウエハ上に形成された第１層などの参照用送の上に形成されても、また、上記オーバーレイターゲット４００の使用のために作製された層の前に形成された何れかの層の上に形成されてもよい。

上記内側フレーム４１０は、垂直方向に短い構成部材４１２および垂直方向に長い構成部材４１３のような、垂直方向に配向させた複数の各構成部材から形成することが可能ななものである。上記内側ブロック４２０は、水平方向に延びる構成部材２２２のような、かつ、互いに実質的に同一の寸法を備え、水平方向に配向させた複数の各構成部材から形成することが可能なものである。

上記内側フレーム４１０を形成する各構成部材と、上記内側ブロック４２０を形成する各構成部材とは、互いに直交するように配列されていることが望ましい。

図４では、垂直方向の各構成部材から形成された内側フレーム４１０と、水平方向の各構成部材から形成された内側ブロック４２０とを図示しているが、内側フレーム４１０を、水平方向の各構成部材から形成し、内側ブロック４２０を、垂直方向の各構成部材から形成してもよく、その場合でも、本発明の権利範囲や精神に何ら影響しない。

ポリシリコン層のパターニングにおいて４５ｎｍの製造プロセスを用いるためには、内側フレーム４１０および内側ブロック４２０の各構成部材は、約６０ナノメータの幅と、約１４０ナノメータのピッチのものであることが望ましい。上記各構成部材の幅および／またはピッチは、層のパターニングの設計ルールや、製造技術に応じて異なるものを使用できる。

前記オーバーレイターゲット２００（図２）の場合と同様に、上記オーバーレイターゲット４００では、リソグラフィーの偏光の性質は、内側フレーム４１０または内側ブロック４２０の何れかの利用を決定する。図４に示すように、垂直方向の配向の偏光を、リソグラフィープロセスに用いたとき、内側フレーム４１０がフォトレジスト層上にパターン化され、また、水平方向の配向の偏光を、リソグラフィープロセスに用いたとき、内側ブロック４２０がフォトレジスト層上にパターン化される。

非偏光（または、垂直または水平以外の配向を有する偏光）をリソグラフィープロセスに使用すると、内側フレーム４１０および内側ブロック４２０の双方を、フォトレジスト層上にパターン化できて、上記双方を位置合せプロセスに使用することが可能となる。

オーバーレイターゲットの他の各実施形態も可能である。前述したように、第１内側フレーム２１０および第２内側フレーム２２０（双方とも図２）、並びに、内側フレーム４１０および内側ブロック４２０（双方とも図４）の各構成部材の配向方向を入れ替えることが可能である。

しかしながら、上記各構成部材の配向方向は、互いに直交するように設定されることが望ましい。上記各構成部材の外形寸法については種々変化させてもよい。例えば、フレームまたはボックスでは、各構成部材の幅および／またはピッチについて、同一を維持するよりむしろ変化させたほうが好ましい。

その上、２を超える各配向方向を備えた偏光をリソグラフィープロセスに用いるべきとき、オーバーレイターゲットは、２を超える、各内側フレーム、または各内側フレーム／各内側ボックスを含むことが好ましく、各内側フレーム／各内側ボックスの各構成部材の配向方向は、偏光の偏光方向に沿うようにそれぞれ設定される。

図５に、本発明の好ましい実施形態に基づく、集積回路の製造方法における、各層の位置合せのためのオーバーレイターゲットの使用のための演算手順５００としてのフローチャートが図示されている。

上記演算手順５００は、オーバーレイターゲット２００（図２）や、オーバーレイターゲット４００（図４）のような、偏光と共に用いるために、特有に設計された各要素を含むオーバーレイターゲットの利用するためのものである。

それらの各オーバーレイターゲットは、フォトレジスト層をパターニングする間に使用される、垂直または水平といった、特定の偏光方向の偏光に応じて、可視像または不可視像となる、互いに異なる各部分を有している。演算手順５００は、半導体ウエハの上に各層をパターニングする工程の間の半導体製造プロセスによって実行される各処置の記述であってもよい。

上記製造プロセスは、半導体基板の上にフォトレジスト層を塗布すること（ブロック５０５）から始めることができる。上記半導体基板には、他の層が、予め形成されていてもよく、また、形成されていなくともよい。一旦、フォトレジスト層が塗布されると、そのフォトレジスト層が、フォトマスクを用いてパターン化される（ブロック５１０）。

上記パターニングを、所望の偏光性の光を用いて実行し、また、上記パターニングに用いられた光の偏光性に応じて、上記オーバーレイターゲットの互いに異なる各部分をフォトレジスト層の上にパターン化してもよい。例えば、オーバーレイターゲット２００（図２）を参照して説明すると、垂直配向の偏光をフォトマスクのパターニングに用いたとき、第１内側フレーム２１０は、フォトレジスト層の上にパターン化されるが、第２内側フレーム２２０はパターン化されない。

フォトレジストがパターン化された（ブロック５１０）後、オーバーレイターゲットの画像が捕捉される（ブロック５１５）。上記画像は、オーバーレイの測定装置の一部によって作成されてもよい。上記画像は、写真を取るように、１回のステップにて捕捉されてもよく、また、光学的スキャナにて対象分野を横切るように、順次のスキャンニングにより捕捉されてもよい。

その後、上記画像は、作製された層の位置合せの是非を決定するための画像処理演算手順により、参照用層に基づいて処理される（ブロック５２０）。画像処理演算手順および／または画像処理の各パラメータは、パターニングに使用される偏光の性質に基づいて異なる。例えば、オーバーレイターゲット２００（図２）が、上記位置合せのプロセスに使用されると、画像処理の各パラメータは、偏光の配向方向に基づき変化し、内側フレームの所望の位置での変化を処理するように変化した各パラメータを有するものになる。

しかし、オーバーレイターゲット４００（図４）が、上記位置合せのプロセスに使用されると、画像処理の各演算手順は、偏光の配向方向に基づき変化し、フレームまたはボックスの何れかを処理するように変化した演算手順を有するものになる。

上記画像処理の各演算手順は、参照用層に対する、作製された層の位置合せの程度の指標を付与する、数値の返答を提供するものであってもよい。その後、作製された層の位置合せに関する決定が行われる（ブロック５２５）。オーバーレイターゲットが、各仕様の範囲内にて位置合せされた場合、その後、作製されるべき層の形成が続行される（ブロック５３０）。

上記プロセスは、フォトレジストの各パターンのエッチング、上記フォトレジストの非露光部分の洗浄による除去、作製される層内への構造部の堆積成長などを含む。層の作製が完了した後、作製されるべき新たな層があれば（ブロック５３５）、製造プロセスは、ブロック５０５に戻り、次に層の作製を開始する。もし、作製されるべき新たな層がないときには、製造プロセスは終了する（エンドとなる）。

もし、オーバーレイターゲットが、各仕様の範囲内にて位置合せされていないときには、フォトレジスト層は剥離により除去される（ブロック５４０）。フォトレジスト層の除去後、フォトマスクの位置が調整される（ブロック５４５）。上記フォトマスクの位置の調整は、画像処理の演算手順の結果に基づき実行されてもよい。フォトマスク層を、再度、塗布し（ブロック５０５）、パターニングおよび位置合せの精度検出プロセスを繰り返してもよい。

単一の層が、複数の各フォトマスクを用いてパターン化するという、特定の状況下の場合が存在する。本発明に係るオーバーレイターゲット、および偏光の利用は、複数の各フォトマスクの使用による単一の層のパターニングにも適用可能である。

複数の各フォトマスクの使用による単一の層のパターニングのプロセスにおける、実施形態の、順次の各サブプロセスは、次の通りである。

ａ）フォトマスク＃１を位置合せして配置し、ｂ）ウエハを位置合せして配置し、ｃ）第１配向方向の偏光を用いてパターニングし、ｄ）フォトマスク＃２を位置合せして配置し、ｅ）第２配向方向の偏光を用いてパターニングする。このとき、上記各フォトマスクの位置合せは、前記演算手順５００（図５）といった、位置合せの演算手順を用いて達成される。

本発明、およびその各利点について以上のように詳細に説明したが、添付した各請求項によって定義されるような本発明の精神と権利範囲から離れない範囲内にて、本明細書にてなされ得る種々な、各変形や各置換や各代替物については理解されるべきである。

その上、本明細書に記載の権利範囲については、本明細書に記載された特定の各実施形態の、プロセス、装置、複合物、手段、各方法および各ステップに限定されることが意図されていない。

本明細書に記載の各実施形態に対応したのと同様な機能を実行し、また、同様な効果を達成できる、現在存在している、または後ほど発展する、プロセス、装置、複合物、手段、各方法、または各ステップについて、本発明に基づき利用できることが、当業者であれば、本発明の開示から容易に理解されるであろう。

したがって、添付した本請求項の発明は、上記のようなプロセス、装置、複合物、手段、各方法、または各ステップも、本発明の権利範囲内に包含することが意図されている。

従来のオーバーレイターゲットを示す平面図である。 従来の他のオーバーレイターゲットを示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、オーバーレイターゲットを形成するための複合マスクの平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、図２のオーバーレイターゲットの一部を、集積回路の複数層の上に形成されるように示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、図２のオーバーレイターゲットの他の一部を、集積回路の複数層の上に形成されるように示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、図２のオーバーレイターゲットを、集積回路の複数層の上に形成されるように示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、代替のオーバーレイターゲットを形成するための複合増子を示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態に基づく、図２および図４のオーバーレイターゲットを用いて各層を位置合せするための各手順を示すフローチャートである。

Claims (23)

1. 半導体ウエハの各層の位置合せに用いるためのオーバーレイターゲットであって、
   参照用層の上に位置する第１構造部と、
   第２層の上に位置する第２構造部とを含み、
   上記第１構造部が上記第２層を通して可視となるように上記第２層は光透過性を備えており、
   上記第２構造部は、複数の各サブ構造部を有するフォトマスクから形成され、
   上記複数の各サブ構造部の全ての各サブ構造部は、第１の配向方向に配向され、
   上記第２構造部は、上記第１配向方向と同じ偏光方向を有している偏光を用いたパターニングにより上記第２層上に形成されているオーバーレイターゲット。
2. さらに、上記第２層の上に位置し、上記第２構造部にて囲まれた第３構造部を含み、
   上記第３構造部は、上記第１配向方向と異なる第２配向方向に全て沿った配向方向を備えた、第２の複数の各サブ構造部からなり、
   上記３構造部は、上記第２配向方向と同じ偏光方向を有している偏光を用いたパターニングにより上記第２層上に形成されている、請求項１に記載のオーバーレイターゲット。
3. 上記第２構造部は、上記第１構造部内に含まれている、請求項１に記載のオーバーレイターゲット。
4. オーバーレイターゲットの黒丸部分を形成するためのマスクであって、
   第１の配向方向に全て配向された第１の複数の各サブ構造部から形成された第１構造部と、
   上記第１構造部により囲まれ、上記第１の配向方向と異なる第２の配向方向に全て沿った配向方向を備えた、第２の複数の各サブ構造部からなる第２構造部とを含むマスク。
5. 上記第１の配向方向と、上記第２の配向方向とは、互いに直交している、請求項４に記載のマスク。
6. 上記第１の複数の各サブ構造部は、実質的に、互いに等しい幅とピッチとを備え、上記第２の複数の各サブ構造部は、実質的に、互いに等しい幅とピッチとを備えている、請求項４に記載のマスク。
7. 上記第１の複数の各サブ構造部と、上記第２の複数の各サブ構造部とは、実質的に、互いに等しい幅とピッチとを備えている、請求項６に記載のマスク。
8. 上記黒丸は、フレーム内に含まれ、
   上記フレームは、上記第１構造部および上記第２構造部を含む層に対して、下層に形成されている、請求項４に記載のマスク。
9. 上記第１構造部は、四角のフレーム形状であり、上記第２構造部は、四角のフレーム形状である、請求項８に記載のマスク。
10. 上記第１構造部は、四角のフレーム形状であり、上記第２構造部は、四角のボックス形状である、請求項８に記載のマスク。
11. 上記第１構造部および上記第２構造部は、上記第１の配向方向または上記第２の配向方向の何れかと直交する偏光方向の偏光が照射されると、上記偏光の光路を遮断するものである、請求項４に記載のマスク。
12. 上記オーバーレイターゲットは、偏光リソグラフィーを用いる製造プロセスにて使用される、請求項４に記載のマスク。
13. フォトマスクを位置合せするための製造方法であって、
    上記フォトマスクは、２以上の各構造部を含み、上記フォトマスク上の上記各構造部の少なくとも一つは、上記各構造部の配向方向に対し直交する特定の配向方向の偏光が照射されると、不透明になるものであり、
    半導体基板上に形成されたフォトレジスト層をパターン化するための上記フォトマスクに対し、上記特定の配向方向を備えた偏光を照射する工程と、
    上記フォトレジスト層上の各構造部と参照用層上の構造部との画像データを処理することによって、位置合せの程度を決定する工程と、
    上記決定に基づき、上記フォトマスクと上記参照用層との位置合せが不良のとき、上記フォトレジスト層を剥離する工程と、
    上記フォトマスクを移動する工程とを含む製造方法。
14. 上記決定する工程は、
    上記フォトレジスト層上の各構造部と上記参照用層上の構造部との画像データを捕捉する工程と、
    上記フォトレジスト層上の各構造部が、上記参照用層上の構造部内において、どの程度中心位置にあるかの数値指標を決定する工程とを含む、請求項１３に記載の製造方法。
15. 上記捕捉する工程は、上記フォトレジスト層上の各構造部と上記参照用層上の構造部との画像を一度に取り込むものである、請求項１４に記載の製造方法。
16. 上記捕捉する工程は、上記フォトレジスト層上の各構造部と上記参照用層上の構造部との上を、順次、光にて走査するものである、請求項１４に記載の製造方法。
17. 上記フォトマスク上の構造部毎の配向が相違している、請求項１３に記載の製造方法。
18. 上記フォトマスク上の構造部毎の配向が、他の構造部に対し直交している、請求項１７に記載の製造方法。
19. 上記フォトレジスト層上の各構造部、および、上記参照用層上の構造部は、オーバーレイターゲットを含む、請求項１３に記載の製造方法。
20. 上記照射する工程と、上記決定する工程と、上記剥離する工程と、上記移動する工程とを、集積回路のための層毎に実行する、請求項１３に記載の製造方法。
21. 上記偏光には、水平方向に配向された偏光と、垂直方向に配向された偏光とが用いられる、請求項１３に記載の製造方法。
22. さらに、上記フォトマスクと上記参照用層との位置合せを決定する工程と、
    上記フォトマスクを通した上記フォトレジスト層の部分を露光する工程と、
    上記半導体基板の下層を露出するために上記フォトレジスト層を除去する工程と、
    上記半導体基板の各露出部分を変化させる工程とを含む、請求項１３に記載の製造方法。
23. 上記半導体基板の各露出部分を変化させる工程は、上記半導体基板の層をエッチングする工程を含む、請求項２２に記載の製造方法。

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