JP2006066455A - 自己参照の動的ステップおよび走査フィールド内走査歪みのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スキャナフィールド内歪みを効果的で効率的に判断する。
【解決手段】 リソグラフィスキャナで起る動的走査歪みを判断する方法と装置において、識別するフィールド全体に特殊なレクチルパターンを露光する。次に、ウェーハを90度回転し、同じフィールドで1回またはそれ以上の露光を行う。現像したウェーハ上で連結したアライメント構造を測定し、並進、回転、走査スキュー内で動的走査歪みを再構築する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は概して半導体製造工程、特にＵＬＳＩフォトリソグラフィに使用する走査投影システムのフィールド内歪みの識別およびモニタリングに関するものである。

今日のリソグラフ工程では、装置の性能要件を満たすために層間のオーバーレイ許容差をますます小さくする必要がある。重要な層でのオーバーレイ位置合わせは、装置の性能、歩留、繰返し精度などに直接的な影響を及ぼす。一般的なミクロ電子工学の装置または回路には、２０以上のレベルあるいはパターンレイヤがある。他のレベルへのパターン要素の配置は、最小要素サイズあるいは臨界次元(ＣＤ)の何分の一という精度内で、他のレベル上の対応要素の配置と一致、つまり重複しなければならない。

オーバーレイ誤差は、これに限られるわけではないが、一般的にいくつかの技術を用いて、オーバーレイツールという適切な名前で呼ばれる測定ツールで測定する。非特許文献１を参照されたい。オーバーレイ測定ツールあるいはオーバーレイツールという用語は、互いの距離が2000μm (ミクロン) 離れた2つのアライメント属性の相対的な位置を判断する能力をもつあらゆるツールを意味する。オーバーレイ誤差と歩留に対するその影響の重要性については、他の文献でも報告されている。非特許文献２と非特許文献３を参照されたい。

リソグラフは、オーバーレイ誤差を、繰返し可能な (システム) 効果と繰返し不可能な (変量) 効果に定量化および分割する統計的コンピュータアルゴリズム （例えばKlass II (非特許文献４参照) やMonolith (非特許文献５参照) など）を作り出した。非特許文献６、上記非特許文献５、上記非特許文献１と非特許文献７を参照されたい。オーバーレイモデリングの理論の全般的な論評は文献に報告されている。上記非特許文献１を参照されたい。

オーバーレイ誤差は一般的に次の2つの主なカテゴリーに分けられる。最初のカテゴリー、フィールド間誤差あるいはグリッドオーバーレイ誤差は、ステッパやスキャナなどの露光ツールを用いてシリコンウェーハ上のフォトレジストに記録された、結像フィールドの並進および回転 (偏揺) の実際の位置に関係している。2つ目のカテゴリー、フィールド内オーバーレイ誤差は、個々の露光フィールドの公称中心点を基準に取るフィールドの中の個々の位置的オフセットである。一般的にフィールド間オーバーレイ誤差は、レンズ収差 や歪み、走査の不規則性、およびレクチルアライメントに関連する。

この考察では、ほとんどのオーバーレイ測定は、各フォトリソグラフィ工程の後の最終的なエッチングの前に、シリコン製品ウェーハ上で行われることを念頭に入れておくことが重要である。製品ウェーハには、フォトレジストターゲットパターンがその下にあるターゲットパターンと位置が正しく合うまでエッチングを施すことができない。非特許文献８を参照されたい。製造施設は、ステッパあるいはスキャナツールのアライメントが正確にできるよう、露光ツールのアライメントとカリブレーションに依存するところが大きい。非特許文献９、非特許文献１０と非特許文献１１を参照されたい。不正確なオーバーレイモデリングアルゴリズムは、露光ツールのカリブレーション手順を狂わせ、露光ツールシステムのアライメント精度を低下させる。上記非特許文献８を参照されたい。

過去30年以上にわたり、マイクロ電子工学業界は、フォトリソグラフィによる結像システムの絶え間ない改善により、臨界次元を急激に縮小させてきた。今日、このようなフォトリソグラフィシステムは、その性能限界にまで達している。半導体装置の臨界次元が50 nmに近づくにつれ、オーバーレイ誤差要件は間もなく原子寸法に近づく。非特許文献１２を参照されたい。次世代装置の仕様のニーズを満たすには、新たなオーバーレイ法を開発しなければならない。特に、システム効果と変量効果を正確に分離し、推定できる原因を追求することができるオーバーレイ法があれば、装置の工程歩留を大幅に向上させることができる。上記非特許文献３を参照されたい。特に、高度な工程制御または自動化制御ループに取り入れることのできる新しいオーバーレイ法が最も重要である。非特許文献１３と非特許文献１４を参照されたい。最後に、レンズ歪み誤差の定量化が重要な関心事であるもう一つの領域に、電子ビーム製造工程中におけるフォトマスクとレクチルの製造がある。非特許文献１５を参照されたい。

半導体製造施設は一般的に以下のような複雑なオーバーレイ手順の一種を使用し、フォトリソグラフィのステッパとスキャナの両方で、システムオーバーレイ誤差の他の原因とは無関係のフィールド内歪みの大きさを判断することに役立てている。この技術を簡略化して図示した。非特許文献１６を参照されたい。図33は、一般的なオーバーレイターゲットを示したもので、1つの大型 (外部) ボックスと1つの小型 (内部) ターゲットボックスである。図31は、従来の技術で使用された歪みテストレチクルの一般的な一部を示したものである。ほとんどのレクチル上のクロームターゲットパターンは、結像面で生じるパターンと比較して4〜5倍大きいことに留意されたい。これは単に、現代のステップと走査システム (スキャナ) が縮小システムだという意味である。さらに、論考の目的上、レクチルパターンは幾何学的に完全であるものと仮定する （実際には、レクチル上の要素の絶対位置を測り、そこで生じた誤差を差し引く）。まず、フォトレジストで覆われたウェーハをウェーハステージに置き、全体的に位置を合わせる。次に、図2のレクチルのフィールド全体の画像を、フォトレジストでコーティングを施したウェーハ上に露光する。これについては図31および図32を参照されたい。説明のために、歪みテストレクチルは、レクチル表面全体にわたってM*Pの距離を取って一様に並べた外部ボックスの5 x 5アレイからなると仮定する (図2を参照)。一般的に、光学システムの中心は事実上収差がないと考えられている。上記非特許文献１６を参照されたい。この仮定では、図2のレクチルが、図18参照に示したレクチルブレードを用いて、図2のボックスAのようにレクチルフィールドの中心に単一のターゲットのみが露光されるよう部分的に覆われるようにする。次に、レクチルパターンの中心が印刷した5 x 5外部ボックスアレイの左角上のウェーハ位置1に直接並ぶように、ウェーハステージを動かす（図31の位置1）。さらに、スキャナは、小型ターゲットボックスの画像を、フォトレジストでコーティングを施したウェーハ上に露光する。ウェーハステージ、光学システム、走査動力学が真に完全であれば、小型ターゲットボックスの画像 (図33参照) は、以前の露光による大型ターゲットボックスの画像の中に完璧に収まることになる。この時点では、スキャナとウェーハステージは、各露光が以前のものとステッピング距離P分離れた5 x 5アレイの小型ターゲットボックスをステップおよび露光するようプログラムされている。

完全なステージであると仮定して、小型ターゲットボックスの最終的な座標は、プログラムされたステッピング距離Pがグリッドの間隔と等しい完璧なグリッドを形成すると考えられている。最後に、最初のフィールド全体の露光が真に完全な画像を形成すれば、小型ターゲットボックスの5 x 5アレイ全体は、大型ターゲットボックスの5 x 5アレイ内に完全に収まることになる。最初のフィールド全体の露光パターンは実際には不完全な結像システム (およびスキャナシステム) が原因で歪んでいるため、大型ターゲットボックスの実際の位置は、小型ターゲットボックスに対してずれている。次にウェーハは、リソグラフィ処理の最後のいくつかのステップを通り、最終的なフォトレジストパターンが付いたオーバーレイターゲットが製作される。

各フィールド位置で生じたオーバーレイ誤差は、標準の光学的オーバーレイツールで測定でき、その結果はフィールド内誤差と解釈できる。以下の式1および式2に記載のモデルを用い、オーバーレイデータの分析、レンズ歪み誤差の計算ができる。

以下のフィールド内モデリング方程式は、最小二乗回帰法を用いてオーバーレイデータを一致させることに一般的に使用されるものである。上記非特許文献１６と上記非特許文献８を参照されたい。
dxf(xf,yf) = Tx + s*xf - q*yf + t1*xf² + t2*xf*yf - E*(xf³ + xf*yf²) （式1）
dyf(xf,yf) = Ty + s*yf + q*xf + t2*yf² + t1*xf*yf - E*(yf³ + yf*xf²) （式２）
式中
(xf,yf) = フィールド内座標
(dxf, dyf)(xf,yf) = (xf, yf) の位置におけるフィールド内歪み
(Tx, Ty) = (x,y) フィールド内並進
s = フィールド内全体の尺度または倍率
q = フィールド内回転
(t1, t2) = フィールド内台形誤差
E = フィールド内レンズ歪み

この技術には2つの問題がある。まず1つ目は、ウェーハのステージ誤差が非常に小さく、ランダムに分散し、統計的モデルで完全に説明できると考えるのが一般的なことである。上記非特許文献１６、非特許文献１７、非特許文献１８と上記非特許文献１１を参照されたい。概して、ウェーハステージの位置の不確実性がシステム誤差とランダム誤差の両方をもたらすが、フィールド内歪みはリソグラフィツールのウェーハステージに関してのみ測定できるため、装置ごとのウェーハステージの相違が不正確なレンズ歪みマップとして現れる。2つ目は、レンズの中心ではレンズ歪みがゼロであるということは正しいと考えることである。さらに、式1と式2で表したモデルは、概してスキャナスケールオーバーレイ誤差のモデリングにはまったく不適切であり (一般的にフィールド内歪みは、スキャナスキューとスキャナスケールオーバーレイ誤差だけの原因となる)、レクチルステージとウェーハステージの間の同期誤差は以下に記載されるさらに複雑な誤差を生み出すことになる。

ステージと「アーチファクト」自己カリブレーションの技術については、非特許文献１９と非特許文献２０に記載されている。これはプレート (アーチファクト) を、ステージ上にある測定可能なターゲットの長方形アレイと共に配置し、ツールステージおよびツールの画像収集システムまたはアライメントシステムを用いてターゲットの絶対位置を測ることからなる。この測定工程は、アーチファクトをステージ上に再挿入して繰り返されるが、ターゲット1個分の間隔でX方向に移動し、次に、ステージ上でアーチファクトが挿入されたままターゲット1個分の間隔でY方向へ再び繰り返される。最後に、アーチファクトは、その最初の方向および測定したターゲット位置に対して90度の角度で挿入され、ターゲット位置が測定される。測定されたツール測定値は、ツールの公称座標システムにおいて一組の (x, y) 絶対位置となる。次に、アーチファクト、およびステージx, yグリッド誤差の繰返し可能ならびに繰返し不可能の部分の混合上の両方ターゲットの絶対位置を、全体的並進 (Txg, Tyg)、回転 (qg)、全体的スケール ((sxg+syg)/2) の要因内で判断する。

この技術にはいつかの欠点がある、この技術で評価されるものと同一の装置上でその測定を行わなければならない点などがそれである。さらに、この技術は、絶対座標上でツールを測定することが必要である。つまり、測定ツールは、印刷されたターゲットの公称中心に対して、そのターゲットの絶対位置を測ることになるため、結像フィールド全体にわたる絶対測定値が必要となる (一般的なサイズは約100 mm²より大きい)。

フィールド内歪みを判断するもう一つの技術は、Smith、McArthurおよびHunterの特許文献１の方法で、生産環境におけるオーバーレイ測定ツールと併用できる自己参照技術である。スキャナの大きな非繰返し性が存在するときのフィールド内スキャナ歪み診断では、この技術は、ウェーハ上にEO以下の露光を生じながら多数回スキャンされた、光伝送を減じた特殊なレクチルの使用法を教えている。その結果、この技術は、スキャナフィールド内歪みの繰返し可能部分を正確に判断することに使用できるが、走査ごとに変化するフィールド内歪みの部分には使えない。スキャナY倍率はこの一例である。

フィールド内誤差を判断するためのこれらの技術のもう一つの欠点は、測定ツールとしてスキャナ自体を使用することである。スキャナの価格が1000万ドル以上することから、フィールド内歪みを判断するための測定ツールとしてスキャナ自体を使用せず、比較的安価なオーバーレイ測定ツールを使用するフィールド内誤差のための技術が望ましい。さらに、技術は実行が簡単で、製造環境における日常の操作担当者が使用できるものが望ましい。また、スキャナフィールド内歪みの非繰返し可能部分を測定できるものがさらに望ましい。

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故に、スキャナフィールド内歪みを判断する効果的で効率的な手段が求められている。

本発明では、スキャナフィールド内歪みまたは並進誤差のレンズ要素を判断することができる。このレンズ要素は、投影結像対象または投影システム収差、およびウェーハとレクチルの走査動作の相対性力学に依存する走査要素に依存する。レンズ要素は繰返し可能でクロス走査座標xのみに依存し、走査方向yの座標から独立している。走査要素には並進またはスリップがあり、また走査の各列 (固定したy座標) では定数であるが、走査長さ上では列ごとに変化する (異なるy値) 回転または偏揺要素を含む。この走査要素は、繰返し可能部分と非繰返し可能部分の両方を含んでいる。一態様は、走査要素の抽出である。これは、要素を有するフィールド内歪みの構造が原因で発生する動的走査歪みまたは走査歪みとも呼ばれる。

まず、アライメント属性を含むレクチルが、走査歪みが測定されるフィールド全体にわたり露光される。次に、ウェーハを90度回転させ、元のフィールド全体にわたって1回または複数回の走査を行う。この走査は、互いを結合させる働きがある。次に、結合したアライメント属性構造のオーバーレイ測定を行う。次に、スキャナフィールド内歪みのレンズ要素を利用して、ソフトウェアアルゴリズムは動的走査歪みを再構築する。本発明の方法の最終結果は、走査の個別の数列における動的走査歪みからなるファイルである。

本発明のその他の特徴と利点は、本発明の原理を例を示しながら説明する以下の実施例で明白なはずである。

本発明の一態様は、評価されているものと同じ装置上で測定を行う必要がないことである。従って、フィールド内歪みが、評価している投影リソグラフィツールと明確に異なるオーバーレイ測定ツール上で判断されることが可能なもの、およびそうされるものが望ましい。

本発明のもう一つの態様は、測定ツールの公称中心に対する印刷されたターゲットの絶対位置が必要でないことである。これに代わって、要素の相対座標または相対移動 (ボックスインボックスやその他のアライメント属性) が互いに測定される。これらのアライメント属性間の距離は一般的に2.0mm以下であるため、絶対位置は必要ではない。ボックスインボックス構造の場合、これらの距離は一般的に約0.2 mm以下である。例えばLeica LMS 2000、Leica IPRO (Leica LMS IPRO Brochure参照)、またはNikon 5I (K. 児玉等著"Measuring system XY-5i", SPIE Vol. 2439, 144:155, 1995（先行文献Ａ）参照) などの絶対測定ツールの価格は一般的に200万ドル以上であり、半導体製造施設では稀である。これに対して、KLA 5200やBio-rad Q7の価格は一般的に50万ドル程度であり、半導体製造施設で広く利用されている。この技術のもう一つの欠点は、フィールド内歪みが露光ごとに繰返し可能でなければならず、これはスキャナ動力学では除外されてしまう点である。

本発明のもう一つの態様は、フィールド内歪みの判断に必要な測定の回数を大幅に減少する手順を使用することである。さらに、この技術により、スキャナ動力学的歪みの繰返し不可能な部分の判断ができる。

スキャナフィールド内歪みまたは並進誤差の構造は、投影結像対象またはシステム収差のみに依存するレンズ要素 (図4参照)、およびウェーハとレクチルの走査動作の相対性力学のみに依存する走査要素に分解することができる (図5参照)。レンズ要素は繰返し可能であるが、走査要素は繰返し可能部分と非繰返し可能部分の両方を含んでいる。さらに、レンズと走査要素は、フィールド内誤差の抽出を簡素化する特定の機能形態を持っている。一般的にフォトリソグラフィステップおよび走査またはスキャナシステムは、図18に示したように、互いに反対方向に移動するレクチルとウェーハステージとしての投影光学素子のごく一部を通して露光放射を連続的に通すことにより、フォトレジスト表面にレクチルパターン (一般的に4倍または5倍に縮小) を形成する。走査レクチルステージと走査ウェーハステージは、2つの異なる速度で協調しながら反対方向に移動する。

図1は、走査中、フォトレジストでコーティングされたシリコンウェーハ上に現れる可能性のある部分的に露光されたスキャナフィールド (および座標システム) の瞬間的な（上から見下ろした）図を示したものである。レンズ歪みがない状態でウェーハステージとレクチルステージの間の一致が欠落していることは、並進オフセット誤差 ― ・T(x,y,ys) ― を示している。このとき・T(x,y,ys) は、スキャナが位置 (ys) にある場合の、レンズスリットの画像内にあるフィールド内位置x,yのウェーハ上での瞬間並進オフセットとして定義される (図1参照)。実際にフォトレジストに結像したいずれの点における最終的な歪み誤差またはオーバーレイ誤差 (・F(x,y) は、瞬間誤差 (・T(x,y,ys) 平均となり、スキャナスリットの輝度関数によって重み付けられる。スキャナが（同期誤差や振動誤差なく）完全に動作した場合、フォトレジストの各フィールドポイントにおける最終的な歪みまたは並進誤差 ・sL(x) は、単に、スキャナスリットの輝度関数によって重み付けられた静的投影レンズ歪み ・d(x) の平均になる。ジー・ドゥ・トゥバルト（G. de Zwart）等著"aberration averaging; Performance of a Step and Scan System for DUV Lithography", SPIE Vol. 3051, 817:835, 1997（先行文献Ｂ）を参照されたい。

従って、横断走査誤差あるいは走査歪みには2つの別々の原因がある。走査フィールド全体で大きさと方向 (x方向または走査方向に対して垂直の方向) が違う投影レンズ歪み誤差と、ウェーハステージおよびレクチルステージの瞬間 (繰返し可能および非繰返し可能) 位置オフセットの平均を表す同期誤差の2つである。

レクチルとウェーハが互いに剛体として協調して移動するため、協調が欠如すると瞬間オフセット誤差 (ΔTx,ΔTy)(x,y,ys) が現れる。この (ΔTx,ΔTy)(x,y,ys) は、完璧に配置されたウェーハに対するウェーハに投影された画像の瞬間並進オフセット誤差である。この誤差は、走査スリットの中心に対するウェーハのフィールド内座標 (x,y) ばかりでなく、瞬間位置ysの関数でもある。図1はスロット中心に対するスキャナフィールド全体とフィールド中心の関係を示したもので、この関連位置はysである。ここでの問題はステージとレクチルの横断誤差だけであるため、瞬間オフセットベクトル (ΔTx, ΔTy)(x,y,ys) は、瞬間横断オフセット誤差 (ΔX(ys), ΔY(ys)) および瞬間偏揺または回転誤差θs(ys) のみに以下のように依存する：
(ΔTx,ΔTy)(x,y,ys) = (ΔX(ys)+θs(ys)*(y-ys) , ΔY(ys)-θs(ys)*x) （式３）

瞬間オフセットベクトルのもう一つの原因は、投影レンズの静的歪みの寄与から発生する。従って、(ΔXsl,ΔYsl)(x,y) が静的レンズ歪みである場合、瞬間オフセットベクトル (ΔTx,ΔTy) に対する寄与は以下のようになる：
(ΔTx,ΔTy)(x,y,ys) = (ΔXsl,ΔYsl)(x,y-ys) （式３ａ）

静的レンズ歪みは、走査した画像フィールドを作り出すためにウェーハステージとレクチルステージが互いに移動しないときに判断したスキャナのフィールド内歪みという意味になる。従って、静的レンズ歪みは、レクチルステージとウェーハステージの相対的移動によって同期あるいは動的偏揺からの寄与を含むことはない。図1を参照すると、(ΔXsl, ΔYsl)(x,y) はスロット幅 (SW) とスロット高さ (SH) のみに対して定義される。故に、x, yはそのレンジによって変化する。
x = (-SW/2:SW/2) y = (-SH/2:SH/2) （式３ｂ）

(ΔXsl,ΔYsl) を決定するには、様々な技術がある。非常に正確な技術は前述の特許文献１（米国特許第６５７３９８６号明細書) に記載されているが、静的レンズ歪みを測定するためのこの技術やその他の技術は、以下に説明する技術では不要である。

式3と式3aを組み合わせると、瞬間オフセット誤差に対する以下のような合計となる：
(ΔTx,ΔTy)(x,y,ys) =
(ΔXsl,ΔYsl)(x,y-ys)+(ΔX(ys)+θs(ys)*(y-ys), ΔY(ys)- θs(ys)*x) （式３ｃ）
ここで、x,yは、以下のフィールド内座標のスパン全体にわたって変化する；
x = (-SW/2:SW/2) y = (-L/2:L/2) （式３ｄ）
これに対してysは、以下のレンジにわたって変化する：
ys=(y-SH/2:y+SH/2) （式３ｅ）
これは投影画像が、スロット (正確には照射された部分) がフィールド位置 (x,y) 上にある場合のみ移動で問題が起るからである。

投影画像の効果は、瞬間オフセット (ΔTx,ΔTy) のスロット上の加重平均となる：
(ΔXF,ΔYF)(x,y) =
INT{dys * w(y-ys)* (ΔTx,ΔTy)・(x,y,ys) } / INT{dys*w(y-ys)} （式３ｆ）
式中、
x,y = フィールド内座標、x = (-SW/2:SW/2), y = (-L/2:L/2)
ys = ダイの公称中心から基準を取った特定の瞬間での走査スリットの中心位置
SW = スロット幅
L = スキャナフィールド長さ
dys = スキャナフィールドの微分量
INT{} = スキャナフィールド上の積分、積分レンジは ys = ( -(L+SH)/2 : (L+SH)/2) ) から延長
w(y) = 重み関数。248nmのレジストでは、一般的にスロット輝度プロファイル走査スリットに比例する。スリット開口部の外の地点では0である。
(ΔXF,ΔYF)(x,y) = フィールド内歪み。走査同期誤差およびレンズ収差の効果も含む。

(ΔTx,ΔTy) (走査動力学 (式3) およびレンズ歪み (式3a)) という2つの明確な部分は加法的であり、従ってフィールド内歪み (ΔXF,ΔYF) も以下のような同様の部分に分けることができる：
(ΔXF,ΔYF)(x,y)=(ΔxL,ΔyL)(x)+(ΔXS(y), ΔYS(y)-x *dΔYS(y)/dx) （式３ｇ）
式中、レンズ収差寄与 (ΔxL,ΔyL)(x) は以下の式で求める；
(ΔxL,ΔyL)(x) =
INT{dys * w(y-ys)* (ΔXsl,ΔYsl)(x,y-ys) } / INT{dys*w(y-ys)} （式３ｈ）
また、走査動力学寄与 (ΔXS(y),ΔYS(y) - x *dΔYS(y)/dx) は以下の式で求める；
(ΔXS(y),ΔYS(y) - x *dΔYS(y)/dx) = INT{dys * w(y-ys)*
(ΔX(ys)+θs(ys)*(y-ys) , ΔY(ys)-θs(ys)*x)} / INT{dys*w(y-ys)} （式３ｉ）

式3h)および式3i)の別々の要素を識別することで、オーバーレイ誤差の様々な要素の個別の式を求めることができる。従って、同期誤差によるxおよびy方向における動的スリップは以下の式で求める；
ΔXS(y) = x方向の動的スリップ =
INT{dys*w(ys)*ΔX(y-ys)} / INT{dys*w(ys)} （式３ｊ）
ΔYS(y) = y方向の動的スリップ =
INT{dys*w(ys)*ΔY(y-ys)} / INT{dys*w(ys)} （式３ｋ）
同期誤差による動的偏揺または回転誤差は以下の式によって求める；
dΔYS(y)/dx=動的偏揺=INT{dys*w(ys)*θs(ys))} / INT{dys*w(ys)} （式３ｌ）

フィールド内誤差 (ΔxL,ΔyL) における動的レンズ歪みの影響は以下の式によって求める；
ΔxL (y) = x方向の動的レンズ歪み =
INT{dys*w(ys)* ΔXsl (y-ys)} / INT{dys*w(ys)} （式３ｍ）
ΔyL (y) = y方向の動的レンズ歪み =
INT{dys*w(ys)*ΔYsl (y-ys)} / INT{dys*w(ys)} （式３ｎ）

フィールド内歪み (ΔXF,ΔYF) の構造の解釈は、式3g)を参照すれば十分理解できる。ここで、フィールド内歪みは、横断走査座標x上のみに依存し、さらに走査方向yに沿う位置とは無関係の動的レンズ歪み (ΔxL,ΔyL) によって寄与に分けられる。式3m)および式3n)から、動的レンズ歪みは、静的レンズ歪みの加重平均である。この加重平均w(y)は、走査方向yにおける輝度分散に依存し、またフォトレジスト工程や走査方向に依存する可能性もある。動的レンズ歪みには、走査同期誤差の影響がなく、高度に繰返し可能な効果だけを有するため、動的レンズ歪みは走査ごとに変化しない。従って、フィールド内歪みに対する動的レンズ歪みの寄与は、単一の走査列に沿った任意のベクトル移動セットであるが、走査におけるすべての列で同一となることがある。図4を参照されたい。

式3g)におけるフィールド内歪みへのその他の寄与は、動的スリップと偏揺誤差ΔXS(y),ΔYS(y), dΔYS(y)/dxであり、これは走査方向yに沿った位置のみに依存し、横断走査座標xとは無関係である。式3j)、式3k)、式3l)から、動的スリップと偏揺は、瞬間並進および偏揺オフセットを伴う重み因子w(y)の畳込みであることが分かる。動的スリップと偏揺は、スキャナ同期誤差の効果の他には何もないため、走査ごとに変化しない繰返し可能部分と走査ごとに変化する非繰返し可能部分の両方を含むことになる。図5を参照すると、走査の各列には異なる並進と回転誤差があり、これらは一般的に異なるもので、およそのSH（スロット高さ）より少ない距離についてのみに強い相互関連がある。

要約すると、レンズ歪みとスキャナ同期誤差の両方が存在する場合、オーバーレイ歪み誤差の合計 [δX(x,y), δY(x,y)] は、以下の形で表すことができる；
δX(x,y) = ΔXS(y) + ΔxL(x) , （式１２）
δY(x,y) = ΔYS(y) + ΔyL(x) - x *dΔYS(y)/dx （式１３）

KrFや248nmリソグラフィで使用されるような酸触媒フォトレジストでは、潜在的な酸画像が大きな照射線量になるまで飽和しないため、重み関数は一般的にスロット全体にわたる光I(y)の輝度に直接比例する。しかしながら、一般的なI系フォトレジストでは、潜在的な画像は、通常の照射線量で飽和する。これは、フォトレジストの特定の場所において、最初に作用する露光が、同量での露光で後に作用するものよりも、光活性素材の大きな部分を消費することを意味する。従って、w(y)はもはやI(y)に対して比例しない。この飽和効果により、重み関数は、使用するフォトレジスト露光量ばかりでなく、走査方向 (正yあるいは負y) にも依存していることになる。

（実施例１）
スキャナレンズ歪みが存在する場合での並進、回転、スキュー内でのスキャナ同期誤差 (略して「走査誤差」) と関連する歪みを判断する方法を説明する。実施例1の工程経路を図12に示した。

（レクチルの準備）
図6のように、オーバーレイグループＯＧの (Mx x My) アレイがあるレクチルＯＬを用意し、測定される投影リソグラフィツール (装置) に装填し、レクチルアライメントマークＲＭに位置を合わせる。図11の断面図に示したように、レクチルＯＬは、オーバーレイグループＯＧを定義するクロームコーティングを施したガラスまたは融解シリカである。図104および図105は、実施例1におけるＯＧの具体化を示したものである。これは両方とも、アライメント属性AA、補間アライメント属性AA'、M*dp距離AAからのオフセットからなる。オーバーレイが重なり合っているとき、図104aおよび105aに示したように、AAおよびAA'は完成アライメント属性CAAを形成する。図8は、図7のアライメント属性AAおよび補間アライメント属性AA'が互いに重なった投影からなるウェーハ上で見た図である。図8の内部角型トーラスはAA'の投影を表し、外部角型トーラスはウェーハへのAA投影を表している。暗色部は露光されたフォトレジストまたはその他の記録媒体を表している。

図7は、暗色フィールドマスクのオーバーレイグループＯＧを具体化したものである。暗色領域はレクチルから除去したクロームを表し、ミクロン単位で一般的な寸法を示している。これらの寸法は、オーバーレイレクチルＯＬが4:1 (図6のM = 4) または5:1 (図6のM = 5) 縮小結像ツールで使用されたときの概数である。1:1結像ツールで使用した場合 (画像サイズの拡大縮小がない場合)、図7の寸法は約4〜5倍縮小され、完成アライメント属性 (図8のCAA) は、一般的に約15〜30 umのオーバーレイ測定ツールに適したバーインバー構造の推奨サイズ範囲内に収まるようになる。Overlay Target Design, KLA-Tencor, KLA-Tencor, 1:4, 1996を参照されたい。図6のM*dpは、アライメント属性AAとその補間AA'の間の距離で、図7の例では500ミクロンに相当する。

図9はオーバーレイグループＯＧのもう一つの具体化で、今回は明色フィールドマスクのものである。暗色領域はレクチルに残ったクロームを表し、ミクロン単位で一般的な寸法で示している。これらの寸法は、オーバーレイレクチルＯＬが4:1 (図6のM = 4) または5:1 (図6のM = 5) 縮小結像ツールで使用されたときに適切となる。その他の拡大Mでの結像ツールのサイズと適合の設計基礎には上述と同じコメントが当てはまる。図6のM*dpはアライメント属性間の距離で、図9の例では500ミクロンに相当する。図10は完成アライメント属性CAAで、図9のアライメント属性AAと補間アライメント属性AA'が互いに重なった投影からなるウェーハ上で見た図である。図8の内部ボックスはAA'の投影を表し、外部ボックスはウェーハ上のAAの投影を表している。暗色領域は、ポジティブトーンレジストの場合のウェーハに残ったレジストを表す。

図6を参照すると、オーバーレイグループＯＧは距離M*p"離れている。p"は、半導体ウェーハに使用するときは一般的に0.5mm〜10mmの範囲である。Mは使用する投影結像ツールの縮小拡大率である。半導体製造においては、これは一般的にM = 1, 4または5、最も多くは4または5である。従って、M = 4またはM = 5システムでのM*p"の典型的な寸法は、p" = 1mm (M = 4) またはp"= 0.8mm (M = 5) のウェーハ上での投影パターンのピッチp"になる4mmである。p"の一般的な値は0.5mmから10mmの範囲、dpの一般的な値は0.02mmから1mmである。p"の大きな制約は、走査歪みパターンの詳細に十分対応できる程度に小さくなければならないという点である。言い換えれば、ピッチp"で測定される走査歪みの値を補間することにより、オーバーレイグループ間における未測定箇所での歪みが適度の近似 (最大歪みの約30%以下の誤差) となるよう細かい間隔でサンプルする必要があることになる。オフセットdpの大きな制約は、それが走査歪みが大きく変化しない領域内に存在するという点である。言い換えれば、図6のオーバーレイグループは、走査歪みの最大値の約5%以下でレンズ歪みが変化する領域であると本書で定義している、走査フィールドのアイソプラナティックな歪みパッチ内にあるようにすべきだと言うことになる。

また、オーバーレイレクチルＯＬ上には、レクチルアライメントマークＲＭが配置される。これにより、使用する投影結像ツールに対してレクチルを正確に並べることができる。

レクチルＯＬ上のオーバーレイグループＯＧの数は、測定される装置または装置セットの最大投影サイズによって決まる。レクチル上のオーバーレイグループの延長が最大フィールドのサイズを超えた場合、Mx x Myアレイ全体は必要ではなくなり、その最大フィールドまたは他のユーザが指定したフィールド内に収まる小さな区分が本発明の方法では利用できる。

（装填／レクチルの位置合わせ）
次に、オーバーレイレクチルＯＬを投影リソグラフィツール (装置) に装填し、位置合わせを行う。レクチルの位置合わせは、一般的にレクチルアライメントマークＲＭを用いて実行する。精度の低い装置では、大きめのアライメント属性AAとその補間AA'をレクチルの機械的なバンクまたは配置と組み合わせれば、レクチルアライメントには十分である。このような状況では、レクチルアライメントマークは必要ではない。

（ウェーハの準備／装填／位置合わせ）
次に、フォトレジストコーティングを施したウェーハを用意する。図16を参照すると、このウェーハは、すでに全体的ウェーハアライメントマークGM0およびGM90上に配置されている。GM0は、デフォルトまたは0度の方向でのノッチで装填されたウェーハに適切なウェーハアライメントマークである。図16に示したように、一般的にウェーハアライメントには、2つのマーク (またはそれ以上の可能性もある) が必要になる。半導体ウェーハに求められるアライメント精度、および標準的なボックスインボックスまたはバーインバー完成アライメント属性は、一般的に約2um以下である。これは、完成アライメント属性の測定に使用するオーバーレイツール測定学が、最も正確で繰返し可能な形態において動作するためである。KLA 5105 Overlay Brochure, KLA-Tencorを参照されたい。GM90は、デフォルトまたは0度の方向から90度回転したノッチで装填されたウェーハに適切なアライメントマークである。2つのマークを図16に示した。ウェーハのエッジおよびノッチからアライメントを行うことによってウェーハプリアライメントシステムが必要許容誤差を満たすことができる場合には、パターンなしのウェーハを使用できる。用意ができたら、ウェーハを装填し、測定する投影リソグラフィツール上で位置合わせを行う。

（レクチルの露光）
次に図17を参照すると、オーバーレイレクチルＯＬを露光して、オーバーレイグループＯＧのNx x NyアレイをレクチルＯＬからウェーハWに投影し、ウェーハW上に投影されたオーバーレイグループＰＯＧのNx x Nyアレイが出来上がる。投影されたアレイ全体は装置の動的走査歪みを測定するフィールドFからなる。本発明は、フィールドFに存在する走査歪みのこの単一の具体化に起る同期または動的歪みを判断する。

（ウェーハの回転／アライメント）
1回目の露光後、ウェーハを90度回転し、全体的ウェーハアライメントマークGM90を用いて位置合わせを行う。回転ステップでは、ウェーハは、レジスト現像サイクルを飛ばしてトラックを通り、レジストコーティングサイクルを飛ばしてトラックを通って戻り、ウェーハチャックに再び挿入される。場合によっては、装置のプリアライメントシステムがウェーハを回転する前に、手動で約90度回転させることが必要なこともある。いずれにしても、ウェーハの回転が行われたら、上述したようにGM90マークのみを用いて位置合わせを行う。全体的ウェーハアライメントマークGM0を90度回転した後で、これらが外見上個別に同一のままのである場合には、マークの新しい位置はマークGM90と同じ機能を果たすことができる。本発明の目的として、ウェーハは時計回りまたは反時計回りに90度回転できる。実施例の説明では、図27に示したように、ウェーハは時計回りに90度回転したと仮定している。

（ＯＬレクチルを露光して完成アライメント属性を作成）
次に、オーバーレイレクチルＯＬでウェーハを1回以上露光すると、ＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３の中の1つまたはそれ以上からなる投影重複オーバーレイグループのNx x Nyアレイが出来上がる (図18および図34参照)。図15を参照すると、フィールドFは幅よりも長い破線の長方形で、走査方向は矢印で示されている。走査機構の目的は、ウェーハとレクチルステージの機械的同期を利用して投影結像フィールドを拡大し、それによって結像対象によって投影される領域を最小限にすることであるため、これは走査フィールドの一般的な寸法である。ジェー・ブルーニング（J. Bruning）著"Optical Lithography - Thirty years and Three Orders of Magnitude", SPIE Vol. 3051, 14:27, 1997（先行文献Ｃ）を参照されたい。半導体ウェーハスキャナの一般的な最大走査フィールドは22 x 32.5、25 x 33、26 x 33、26 x 34（図1に示すようにmm単位のSW x L）である。従って、半導体ウェーハスキャナでは、すべてのNx x Ny投影オーバーレイグループで完成アライメント属性を作成するためには、2回に分けた走査 (図15ではフィールドR1およびR2) が必要になる。R1とR2は重複領域OLなしでも実行できるが、結果として得られる完成アライメント属性の測定値セットはフィールド全体での動的誤差を部分的にしか判断できないことになる。これは、走査フィールド全体の中の小さな一部のみを分析したり、対象となる投影フィールドが非常に小さくて単一のフィールドR1だけが対象フィールドFとオーバーレイになる場合には有用であるが、ここでは2つのフィールドが重複する場合を実施例として取り上げている。Fに対してさらに少ない数、あるいは多い数のフィールドを重複する場合は、この実施例から容易に適応できる。図20は、図18のどのオーバーレイグループがどの露光（一回目、R1、R2）で出来たかを明確に示したものである。

公称または0度の方向でノッチを見ると (図18参照)、フィールドFの露光 (図18の実線) によって定義されたオーバーレイグループを組み合わせた場合、図6のレクチルＯＬの露光R1は、Nx x Ny'アレイからなるオーバーレイグループ (図18の破線) を配置して完成アライメント属性CCALを形成する。Ny'はNy以下であるため、R1はそのように配置される。フィールドFがウェーハ座標の中心 (xc,yc) で露光した場合、図6のレクチルレイアウトでは、露光R1の中心は露光座標 (図27) (xe,ye) = (yc - p"*(Ny - Ny')/2 - dp, -xc) に作成される。ウェーハのノッチが0度または公称方向になっている場合、露光座標 (xe,ye) はウェーハと共には回転しないが、ウェーハ座標と一致する。ウェーハと露光座標の両方に、図27のように、原点としてのウェーハ中心WCがある。これでR1露光を完了したので、フィールドFの下部の完成アライメント属性 (図18のCAAL) のNx x Ny'アレイが出来上がる。

次に、露光R2はフィールドFの上部を覆い、フィールドFの上部に対する完成アライメント属性CAAUのNx x Ny"アレイを形成するように配置されたオーバーレイグループ (図18の破点線) からなるが、Ny"はNyより小さいため、CAAUアレイは列b = Ny-Ny"+1から列b = Nyに延長する。フィールドF全体にわたる走査歪みを診断できるよう、下部および上部の露光、つまりR1とR2は、少なくとも2つのオーバーレイグループで重複する必要がある。図18を参照すると、列b = Ny-Ny"+1から列b = Ny'までは、投影された重複オーバーレイグループＯＬＡＰ２からなり、それぞれが完成アライメント属性CAALおよびCAAUからなる。Ny'とNy"に関して、これはNy'+Ny"> = Ny+2という意味になる。(xc,yc) に配置したフィールドFでは、露光R2は (xe,ye) = (yc + p"*(Ny - Ny")/2 + dp, -xc) に配置され、図18の破点線のオーバーレイグループのようになる。

F露光の最終結果、R1とR2は、投影された重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１のNx X Ny-Ny"アレイを作成し、そのそれぞれはフィールドFおよびR1の完成アライメント属性CAALを少なくとも1つを含んでいる。さらに、投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ２のNx X Ny'-Ny+Ny"アレイは、フィールドFとR1の完成アライメント属性CAALを少なくとも1つ、およびフィールドFとR2の完成アライメント属性CAAUを少なくとも1つを含んでいる。さらに、投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ３のNx X Ny-Ny'+1アレイは、フィールドFとR2の完成アライメント属性CAAUを少なくとも1つを含んでいる。

（ウェーハの現像）
次にウェーハを現像する。

（オーバーレイターゲットの測定）
次に、オーバーレイ測定ツールを用いて、完成アライメント属性の少なくとも2つのコラムの位置オフセット誤差を判断する。従って、最初の実施例では、
2つの外部コラム (図18のa = 1およびa = Nx) を測定する。測定した各コラムの中で、合計Ny'+Ny"のすべての完成アライメント属性Ny' CAALおよびNy" CAAUを測定する。アライメント属性CAALまたはCAAUを測定しない影響として、特定の列の走査歪みに関する情報を失うが、OLAP2グループ内にアライメント属性のある少なくとも2列を測定する必要がある。

（レンズ歪みマップの準備）
次に、測定される装置の動的レンズ歪みのマップを準備する。動的レンズ歪み (式3a) は、フィールド内歪みのレンズ収差の効果を表している。レンズ歪みは短期間 (1日以下) では一定しており、従って、その寄与は予め判断できるものであり、走査歪みを判断する本発明の精度における修正および向上に利用できる。

動的レンズ歪みを判断するには数々の方法がある。最も正確なものはSmithの方法 (前述の特許文献１) である。レンズ歪みを判断するもう一つの方法はSmith、McArthur、およびHunterの方法(前述の特許文献１) である。この技術は、走査歪みと共にレンズ歪みの繰返し部分の測定に適用でき、出来上がった平面フィールドはスキャナフィールド内歪み (式3g) の機能形態および抽出された動的レンズ歪みと一致する。もう一つの技術は、動的フィールドを1回露光し、LMS IPROなどの絶対位置測定ツールを用いて、印刷された機能の絶対位置を測定することに関する (Leica LMS IPRO Brochure, supra参照)。繰り返すことになるが、出来上がった平面フィールドはスキャナフィールド内歪み (式3g) の機能形態および抽出された動的レンズ歪みと一致する。

レンズ歪みと比べて走査歪みが大きい場合は、レンズ歪みからの寄与を無視することができる。

（スキャナ歪みマップの再構築）
この時点で、ソフトウェアアルゴリズムを用いてスキャナ歪みを計算する。結果は図14に示した表のように、走査 (y) 位置の関数としての走査歪みからなる。以下にソフトウェアアルゴリズムの詳細を記載する。

上述したように、式12と式13は、スキャナ同期誤差とレンズ歪みがある場合、フィールド内歪みが2つのベクトル部分の合計である；
δX(x,y) = ΔXS(y) + ΔxL(x) , （式１２）
δY(x,y) = ΔYS(y) + ΔyL(x) - ΔYR(x,y) （式１３）
式中 (x, y) はフィールド内座標である。これらは図19に示したようにフィールドFの中心にある。また、ΔXS(y)、ΔYS(y) は走査動力学に関する統合された平均並進誤差を表し、ΔxL(x)、ΔyL(x) はレンズ歪みに関する並進誤差を表し、ΔYR(x,y) は統合された走査平均偏揺誤差 (ΔYR(x,y) = x*[dΔYS(y)/dx] = x*[θavg(y)] ) を表す。

フィールドFにおけるオーバーレイグループの理想的位置 (dxF,dyF)(x,y) からのずれは、以下の式で求められる：
dxF( x,y) = Tx - q*y + ΔxL(x) + ΔXS(y) （式１４）
dyF( x,y) = Ty + q*x + ΔyL(x) + ΔYS(y) + x*θavg(y) （式１５）
式中、Tx、Ty、qは、レクチルおよびステージの誤った位置付けによるフィールド内並進および回転の総計を表す。

フィールドR1におけるオーバーレイグループの理想的位置 (dxR1,dyR1)(x,y) からのずれは、以下の式で求められる：
dxR1( x,y)=Tx'-q'*y - ΔyL(y+n1*p") + ΔYS'(x) + y*θ'avg(x) （式１６）
dyR1( x,y) = Ty' + q'*x + ΔxL(y+n1*p") + ΔXS'(x) （式１７）
式中、n1 = は許可される最大の露光フィールド内でフィールドR1が中心にあるときであり、Tx'、Ty'、q'は並進および回転のもう一つのセットである。

フィールドR2におけるオーバーレイグループの理想的位置 (dxR2,dyR2)(x,y) からのずれは、以下の式で求められる：
dxR2( x,y)=Tx" - q"*y - ΔyL(y-n2*p")+ΔYS'(x) + y*θ"avg(x) （式１８）
dyR2( x,y) = Ty" + q"*x + ΔxL(y-n2*p") + ΔXS"(x) （式１９）
式中、n2 = は許可される最大の露光フィールド内でフィールドR2が中心にあるときであり、Tx"、Ty"、q"は並進および回転のもう一つのセットである。

外部ボックスの移動の表示に + の記号、内部ボックスには - の記号を使用し、下部の完成アライメント属性CAALは以下のオーバーレイ測定値を生ずる：
BBx(x,y;L) = Tx-Tx' + ΔxL(x) - ΔYS'(x) + (-q + q' -θ'avg(x))
*y + ΔyL(y+n1*p") + ΔXS(y) （式２０）
BBy(x,y;L) = Ty-Ty' + ΔyL(x) - ΔXS'(x) + ( q - q' +θavg(y))
*x - ΔxL(y+n1*p") + ΔYS(y) （式２１）
これに対して、上部の完成アライメント属性CAAUは以下のオーバーレイ測定値を生ずる：
BBx(x,y;U) = Tx-Tx" + ΔxL(x) - ΔYS" (x) + (-q + q" -θ"avg(x))
*y + ΔyL(y-n2*p") + ΔXS(y) （式２２）
BBy(x,y;U) = Ty-Ty" + ΔyL(x) - ΔXS" (x) + ( q - q" +θavg(y))
*x - ΔxL(y-n2*p") + ΔYS(y) （式２３）

R1とR2が重複する領域において、投影された重複グループOLAP2は、完成アライメント属性の上部CAAUおよび下部CAALの両方を含んでいる。同位置における上部と下部のオーバーレイ測定値の差、および左側に既知のレンズ歪みを挿入すると、以下が求められる：
BBx(x,y;U) - BBx(x,y;L) - ΔyL(y-n2*p") - ΔyL(y+n1*p") =
Tx"+Tx'-ΔYS" (x)+ΔYS'(x)+(q"-q'-θ"avg(x)+θ'avg(x))*y （式２４）
BBy(x,y;U) - BBy(x,y;L) - ΔyL(y-n2*p") - ΔyL(y+n1*p") =
-Ty"+Tx' - ΔXS" (x) + ΔXS' (x) + (-q"+q')*y （式２５）
式24と式25の解釈は、下部に対する上部の各コラムの並進および回転が何であるかが分かることから、各コラムに沿うyにおける2点以上に式24および式25を適用することにより、完成アライメント属性の上部セットCAAUに対する完成アライメント属性の下部セットCAALの位置を固定することができる。

式20〜式23のさらなる解釈は、具体的なコラムまたは固定x値を考慮すると、レンズ歪みの不確定あるいは未知の部分は一般的に並進、回転、およびｘスケールからなる。これらの未知数を基に、またフィールドFの明確な2つのコラム (y値) から得たデータを利用して、a + b*yという形式の式内でのΔXS(y)、定数 d 内でのθavg(y)、および定数c内でのΔYS(y) を決定することができる。これを全部合わせると、(a+b*y,c+d*x) という式内のスキャナ歪み (ΔXS(y) , ΔYS(y) + θavg(y)*x) を判断することができる。式中、a、b、c、dは未知の定数である。簡単に述べると、並進、回転、スキュー (b項) 内の走査歪みが分かるということである。

式20〜式23は、一般的に特異値分解を用いて解き、最小長さの解を求める。ダブリュー・プレス（W. Press）等著"Numerical Recipes, The Art of Scientific Computing", Cambridge University Press, 52:64, 1900（先行文献Ｄ）を参照されたい。これらは一般的に式の数という意味で過剰決定 (未知数よりも式の方が多い) であるが、数学的な意味では単数形のままであり、これらの式の解には曖昧さがある。上述した4つのパラメータにおいて、ウェーハステージのこの曖昧さは、フィールド内回転誤差を起こすことにもなる。

これで本発明の工程の最後のステップを完了し、走査歪みの最終結果を表形式 (図14) にして記録できる。

（実施例2）
図6のレクチルに代わって、本発明は図13のレクチルレイアウトで実施することができる。これも一定ピッチM*p"で、オーバーレイグループＯＧのMx X Myアレイからなる。違いはオーバーレイグループの詳細だけである。さて、オーバーレイグループＯＧはアライメント属性AA、および単一方向にオフセットになったただ1つの補間アライメント属性からなる。この構造のオーバーレイグループの一例を図21に示した。ここでは、暗色フィールドレクチル設計は、外部バーアライメント属性AA、および内部バーアライメント属性AA'からなる補間アライメント属性からなる。M = 4または5の縮小結像リソグラフィツールに適したレクチル寸法を示している。図22は、図21のオーバーレイグループを利用した場合、図18の投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３がどのように見えるかを示したものである。下部CAAL、上部CAAU、完成アライメント属性も示した。暗色領域は露光レジストに対応する部分である。オーバーレイグループの外観以外に、このレクチルは、実施例に記載されたレクチルと同じ方法で使用できる。

（実施例3）
この場合、レクチルＯＬ（図6）のオーバーレイグループＯＧは、1対のウェーハアライメントマークからなる。図23を参照すると、オーバーレイグループＯＧはアライメント属性AA、およびそこからオフセットになった補間アライメント属性AA'からなる。AAはウェーハアライメントマークWAM0で、ウェーハが公称または0度の位置にあるとき、リソグラフィツールウェーハアライメントシステムおよびステージによる使用に適している。AA'はウェーハアライメントマークWAM90で、ウェーハアライメントマーケティングWAM0を時計方向に90度回転させたものである。図24は、図23のオーバーレイグループを利用した場合、図18の投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３がどのように見えるかを示したものである。下部CAAL、上部CAAU、完成アライメント属性も示した。実施例の露光ステップは、ウェーハパターンが図24の投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３となるよう、明らかな方法で修正しなければならない。詳細においてこれ以外の異なるステップは、オーバーレイターゲットの測定である。この場合には、光学オーバーレイ測定ツールを使用する代わりに、リソグラフィツールウェーハステージおよびアライメントシステムを使用する。完成アライメント属性は1対のウェーハアライメントマーク (図3、および図24のCAAL、CAAU) であり、リソグラフィシステムは2つのアライメントマークAA'とAAのオフセットを測り、そこから公称オフセット (D,0) を差し引いて所要のオーバーレイ測定値となる。公称オフセット (D,0) は、露光プランの詳細と、ウェーハアライメントシステムの最小分離要件によって決まる。一般的に、Dは約0.5〜1 mmで、精度が最も高い非常に小さな距離でウェーハステージが使用されるようにする。従って、オーバーレイ測定ツールに言及するときは、小さい距離（4 mm未満）で使用する絶対位置合わせ測定ツールも含めている。ウェーハアライメントマークWAMは、測定している装置のウェーハアライメントマークと同じものである必要はない。別の絶対位置合わせ測定ツールでもよい。この実施例は、本発明のすべての手順と技術をリソグラフィツールに組み込んで自己分析することに有用である。

（実施例4）
この場合、レクチルＯＬ（図6）のオーバーレイグループＯＧは、単一のウェーハアライメントマークからなる。図25を参照すると、オーバーレイグループOGは、90度回転したとき補間になるアライメント属性AAからなる。WAMはウェーハアライメントマークで、リソグラフィツールウェーハアライメントシステムによる使用に適している。図26は、図25のオーバーレイグループを利用した場合、図18の投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３がどのように見えるかを示したものである。下部CAAL、上部CAAU、完成アライメント属性も示している。実施例の露光ステップは、ウェーハパターンが図26の投影重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３となるよう、明らかな方法で修正しなければならない。完成アライメント属性の詳しい方法と説明は、実施例3に記載されている。この実施例は、この手順と技術を投影結像ツールに組み込んで自己分析することに非常に有用である。

（実施例5）
図28は本発明の実施例5を示したものである。オーバーレイの測定回数を出来る限り少なくして動的走査歪みの繰返し部分を測定したい場合には、2つのレクチルを使用する。1つ目のレクチルＯＬは、すでに上述したものである。2つ目のレクチルＯＬ'は、図6のレクチルのパターン付きクローム面（図28）の反対側の面に部分的な反射コーティングPRを加えて変更したものである。ここで、部分的反射コーティングPRは一般的に、レジスト露光に使用する入射光の50%〜99%を反射する。これに対して、パターン付きクローム面PSはオーバーレイグループＯＧを含んでいる。従って、オーバーレイレクチルＯＬ'は透過減少レクチル、つまり、その透過が通常のレクチルよりも少ないという意味である。操作するとき、図17のフィールドFを作成する「レクチルの露光」ステップは、レクチルＯＬ'で実施する。さて、部分的反射コーティングPRによって正価のレクチル透過が減少しているため、1回露光の代わりに複数回の露光を行い、レジストが正しい除去線量を受けるようにする。N回露光してフィールドFを作成する効果は、動的走査歪みの繰返し不可能な部分がNに比例する露光回数を平均することにより、正価の動的走査歪みに対する寄与を減少するものである。「レクチルの露光」ステップを実施した後、本発明の残りを先に述べたように実施する。特に「ＯＬレクチルを露光して完成アライメント属性を作成」ステップは、通常のレクチルＯＬを用いて実施する。

（実施例6）
図29は本発明の実施例6を示したものである。これは実施例5の透過減少レクチルＯＬ'のもう一つの具体的変形で、裏面に部分的反射コーティングを施す代わりに、オーバーレイグループＯＧを含むパターン面を減衰位相シフトマスクとしてパターン付けするものである。ビー・リン（B. Lin）著"The Attenuated Phase Shift Mas"（先行文献Ｅ）を参照されたい。オーバーレイグループには、減衰位相シフト素材のみを用いてパターン付けを行う。重要なのはこの層の位相シフト特性ではなく、一般的に約10%以下の透過特性のみが重要なのである。その他の点では、この実施例は実施例5と同一である。

（実施例7）
図30は本発明の実施例7を示したものである。ここでは図6の透過性レクチルＯＬに代わって、反射性レチクルを使用している。これの暗色フィールドバージョン (図30) では、オーバーレイグループはマーク上の反射層の存在で定義される。

（その他の実施例および変形）
ここまで、オーバーレイパターンを作成するレクチルが完全であることを前提とした。実際にはこのようには行かないが、Nikon 5I (Measuring System XY-5i, supra参照) やLeica LMS 3200シリーズツールなどの絶対測定ツールを用いて、すべてのオーバーレイグループにおける個々の構造の位置を最初に測ることによって、レクチル製造における誤差を考慮することができる。次に、式20〜式23を定式化することにおいて、レクチル誤差 (フォトリソグラフィ露光ツールのデマグニフィケーションによって分割) は、方程式の右側に明確に書き出し、次に、生じた左側のオーバーレイ測定値から差し引く (従って右側を無効にする)。その結果は、上記の式20〜式23になるが、左側に現れるオーバーレイ測定値に修正を行っている。次に、上述した通りに分析を行う。

本発明のレクチルは一般的にガラスまたは溶融シリカで、その開口部はクロームコーティングで輪郭を取っている。これは半導体製造で使用される投影リソグラフィツールでは、よく普及しているものである。レクチルが形成する形状は、レクチルを装填する特定の投影リソグラフィツールが必要とする形式によって決まる。従って、装置の複製性能を分析することを目的として、本発明のレクチルＯＬは、オーバーレイグループを配置した一片の紙またはマイラーからなるものである。

ここまでに検討してきた本発明の完成アライメント属性は、半導体製造で最も一般に使用されてるボックスインボックス、バーインバー、またはウェーハアライメントマークである。実際には、何百という様々なオーバーレイターゲットパターンが利用可能で (前述の非特許文献１５、エム・ファン・デン・ブリンク（M. Van den Brink）等著"Direct-Referencing Automatic Two-Points Reticle-to-Wafer Alignment Using a Projection Column Servo System", SPIE Vol. 633, Optical Microlithography V, 60:71, 1986（先行文献Ｆ）と米国特許第６０７９２５６号明細書（先行文献Ｇ）参照)、いくつかの一般的な完成アライメント属性を図3に示した。完成アライメント属性によって取り出された抽出形態は、測定ステップに使用するオーバーレイ測定で決定される。

本発明で使用するオーバーレイ測定ツールは、KLA-Tencor (KLA 5105 Overlay Brochure, supra、KLA 5200 Overlay Brochure, KLA-Tencor参照) やBio-Rad Semiconductor Systemsが製造したものなど、一般的に従来型の光学オーバーレイツールである。Quaestor Q7 Brochure, Bio-rad Semiconductor Systemsを参照されたい。また、これ以外に本発明で使用できる光学オーバーレイツールには、米国特許第５４３８４１３号明細書（先行文献Ｈ）に記載されたものなどがある。さらに、ステッパやスキャナ (前述の非特許文献１８参照) によっては、そのウェーハアライメントシステムやウェーハステージを、オーバーレイツールとして機能するよう利用できる。しかしながら、このような機能は、アライメント属性 (2つのウェーハアライメントマークからなる) の全体的なサイズを、ウェーハステージが従来型光学オーバーレイツールと同様の精度の距離に限定する。この距離は一般的に約2.0 mm以下である。オーバーレイに電気的アライメント属性を使用する場合 (前述の非特許文献１８、ティー・ハサン（T. Hasan）等著"Automated Electrical Measurements of Registration Errors in Step and Repeat Optical Lithography Systems", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-27, No. 12, 2304:2312, December 1980（先行文献Ｉ）と米国特許第６１４３６２１号明細書（先行文献Ｊ）参照)、本発明のように使用するオーバーレイ測定ツールは、対応する測定に使用する電気機器に対応する。

上述した実施例は、半導体製造で一般的に使用されている投影結像ツール (スキャナ。
ディー・コーテ（D. Cote）等著"Micrascan TM III Performance of a Third Generation, Catadioptric Step and Scan Lithographic Tool", SPIE Vol. 3051, 806:816, 1997（先行文献Ｋ）、ジェー・マルケンス（J. Mulkens）等著"ArF Step and Scan Exposure System for 0.15 Micron and 0.13 Micron Technology Node"; SPIE Conference on Optical Microlithography XII, 506:521, March 1999（先行文献Ｌ）とジェー・ブイ・シュート（J.V. Schoot）著"0.7 NA DUV Step and Scan System for 150nm Imaging with Improved Overlay, SPIE Vol. 3679, 448:463, 1999（先行文献Ｍ）参照) に応用することに関して主に記載した。この技術と方法は、平面スキャナなど、他の走査投影ツール (米国特許第５２８５２３６号明細書（先行文献Ｎ）と上記先行文献Ｃ参照)、オフィス用複写機、およびXUV (ビー・ニューナム（B. Newnam）等著"Development of XUV Projection Lithography at 60-80 nm", SPIE Vol. 1671, 419:436, 1992（先行文献Ｏ）参照)、SCALPEL、EUV (極紫外線) (ジェー・ビヨルクホルム（J. Bjorkholm）等著"Reduction Imaging at 14nm Using Multiplayer-Coated Optics: Printing of Features Smaller than 0.1 Micron", Journal Vacuum Science and Technology, B 8(6), 1509:1513, Nov/Dec 1990（先行文献Ｐ）参照)、IPL (イオン投影リソグラフィ)、EPL (電子投影リソグラフィ) (前述の非特許文献１０参照) など、次世代リソグラフィシステム (ngl) にも応用できる。

本発明は記録媒体をポジ型フォトレジストとして主に記載した。この技術は、レクチル上のオーバーレイグループを適切に調整すれば、ネガ型フォトレジストでも同様に機能する。概して、記録媒体は、リソグラフィ投影ツール上に一般的に使用される記録媒体である限り、いかなる記録媒体でもよい。従って、EPLツール上では、PMMAなどの電子ビームフォトレジストを記録媒体として利用できる。

これまでのところ、記録媒体が置かれた基板はウェーハであると記載してきた。半導体製造の場合には、これが当てはまる。その基板の正確な形態は、投影リソグラフィツールと、特定の製造環境におけるそのツールの使用法によって決まる。従って、フラットパネル製造施設では、フォトレジストが置かれる基板は、ガラス板またはガラスパネルである。マスク作成ツールは、基板としてレクチルを使用する。これ以外に、回路基板またはマルチチップモジュールキャリヤも基板となり得る。

上記の説明は、本発明の特定の実施例を詳しく述べたものである。但し、当然のことながら、上述の内容がいかに詳しいものであると思われても、本発明は、その精神と基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態に体化することができる。記載の実施例は、あらゆる点で説明のために示したにすぎず、内容を制限するものではない。故に、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付の「特許請求の範囲」によって示される。この「特許発明の範囲」と同等の意味および範囲での変更はすべて、この範囲内に含まれるものである。

スキャナ露光フィールド、スキャナスリット、スキャナ座標システムを示した図である。 ステージで測定した走査歪みとレンズ歪みに使用するレクチルの概略図である。 一般的なオーバーレイパターンまたは完成アライメント属性を示した図である。 走査同期誤差がない場合のレンズ歪みまたはオーバーレイ誤差のベクトルプロットを示す図である。 瞬間走査同期誤差を構成する要素を示した図である。 動的フィールド内走査誤差を抽出する実施例のレクチルの概略図である。 ミクロン単位で示した暗色フィールドマスクのオーバーレイグループ（ＯＧ）の一例を示す図である。 図7のAAおよびAA'を用いた、完成アライメント属性を示す図である。 左側は、一般的な明色フィールドマスクのオーバーレイグループ（ＯＧ）、右側は、縮小率4:1でウェーハに投影されたオーバーレイグループＯＧを示した図である。 図9のAAおよびAA'を用い、ポジ型フォトレジストに印刷した完成アライメント属性を示した図である。 図6のレクチルの側面図である。 本発明の実施例の工程フロー図である。 望ましいレクチルの実施例2を示した図である。 本発明の方法の最終結果を表すデータファイルを示した図である。 フィールドFの動的走査誤差を判断するための露光プランを示した図である。 0度および90度の方向でのウェーハ使用に適したウェーハアライメントマークのあるウェーハを示した図である。 動的走査歪みを判断するための、1回目の露光後のウェーハを示した図である。 0度および90度の方向での露光後のウェーハを示した図である。 フィールド内座標の標準形式を示す図である。 図18に使用した概略図である。 本発明の方法を実行するための暗色フィールドレクチル上で具体化した最小オーバーレイグループの一例を示した図である。 図21のオーバーレイグループで具体化した重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３を示した図である。 1対のウェーハアライメントマークからなるオーバーレイグループＯＧを示した図である。 図23のオーバーレイグループで具体化した重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３を示した図である。 単一のウェーハアライメントマークからなる一般的なオーバーレイグループを示した図である。 図25のオーバーレイグループで具体化した重複オーバーレイグループＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３を示した図。 本発明の論考で使用したウェーハ座標システムを示した図である。 透過を減少させる機構としての部分的な反射面を利用した本発明の部分的透過の変形の断面図である。 透過を減少させる機構としての減衰位相シフトマークを利用した本発明の部分的透過の変形の断面図である。 反射レクチルを利用した本発明のもう一つの変形の断面図である。 従来の技術におけるレンズ歪み露光パターンの一例を示した図である。 図2に用いた概略図を説明する図である。 完全にオーバーレイされたボックスインボックス構造を示した図である。 図7のオーバーレイグループで具体化したＯＬＡＰ１、ＯＬＡＰ２とＯＬＡＰ３を示した図である。

符号の説明

ＯＬ オーバーレイレクチル
ＲＭ レクチルアライメントマーク

Claims (24)

1. レクチルを有する投影結像ツールにおいて走査歪みを判断する方法で、その方法には以下が含まれる：
   記録媒体を有する基板上に第１位置でレクチルパターンを露光すること、そこで該レクチルパターンはアライメント属性の少なくとも２つのアレイを含み、アライメント属性の該アレイは相互補間する特徴があり、該アレイは同じピッチで互いにオフセットとなる；
   該基板を任意の角度に回転し、該基板上に第２位置でレクチルパターンを露光すること、そこで第２位置のレクチルパターンが第１位置のレクチルパターンと重複する；
   該基板上で重複して露光したパターンのアライメント属性の位置的オフセットを測定すること；および
   該位置的オフセット測定値から走査歪みマップを決定すること。
2. 請求項１に記載の方法で、任意の角度での該基板の回転が、該基板を９０度回転することを含むもの。
3. 請求項１に記載の方法で、走査歪みマップが既知のレンズ歪みに従って判断されるもの。
4. 請求項１に記載の方法で、該基板が半導体表面であるもの。
5. 請求項１に記載の方法で、該基板がシリコンウェーハであるもの。
6. 請求項１に記載の方法で、該基板がフラットパネルディスプレイであるもの。
7. 請求項１に記載の方法で、該基板がレクチルであるもの。
8. 請求項１に記載の方法で、該基板がフォトリソグラフィマスクであるもの。
9. 請求項１に記載の方法で、該基板が電子的記録媒体であるもの。
10. 請求項１に記載の方法で、該投影結像ツールがフォトリソグラフィステッパシステムで使用されるもの。
11. 請求項１に記載の方法で、該投影結像ツールがフォトリソグラフィ走査システムで使用されるもの。
12. 請求項１に記載の方法で、該投影結像ツールが電子ビーム結像システムで使用されるもの。
13. 請求項１に記載の方法で、該投影結像ツールが極紫外線フォトリソグラフィツールで使用されるもの。
14. 請求項１に記載の方法で、該投影結像ツールがＸ線結像システムで使用されるもの。
15. 請求項１に記載の方法で、該記録媒体がポジ型レジスト素材であるもの。
16. 請求項１に記載の方法で、該記録媒体がネガ型レジスト素材であるもの。
17. 請求項１に記載の方法で、該記録媒体が電子ＣＣＤであるもの。
18. 請求項１に記載の方法で、該記録媒体が液晶素材であるもの。
19. 請求項１に記載の方法で、該記録媒体が感光素材であるもの。
20. リソグラフィ投影結像の装置で、該装置が以下のものを含むもの：
    投影レンズ；および
    記録媒体を有する基板を支持するウェーハステージで、該基板上に第１位置でレクチルパターンを露光し、そこで該レクチルパターンはアライメント属性の少なくとも２つのアレイを含み、アライメント属性の該アレイは相互補間する特徴があり、該アレイは同じピッチで互いにオフセットとなり、該基板を任意の角度に回転し、該基板上に第２位置でレクチルパターンを露光し、そこで第２位置のレクチルパターンが第１位置のレクチルパターンと重複し、該基板上で重複して露光したパターンのアライメント属性の位置的オフセットを測定し、該位置的オフセット測定値から走査歪みマップを決定するもの。
21. 請求項２０に記載の装置で、走査歪みマップが既知のレンズ歪みによって決定されるもの。
22. 請求項２０に記載の装置で、該基板が９０度回転されるもの。
23. 投影結像システムにおいて走査レンズ歪みを判断する方法で、その方法には以下が含まれる：
    記録媒体を有する基板上に任意の位置でレクチルパターンを露光すること、そこで該レクチルパターンを第１位置で露光し、該基板を９０度回転し、該レクチルパターンが２回目の露光を受ける；
    該基板上で露光した該レクチルパターンに含まれるアライメント属性の位置的オフセットを測定すること；および
    位置的オフセット測定値から走査レンズ歪みマップを判断すること。
24. 請求項２３に記載の方法で、該走査歪みマップが既知のレンズ歪みに従って判断されるもの。
    

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