JP2006344947A - 特徴付け方法、プロセス操作を特徴付ける方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留りを改善するデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】基板ウェハの処理の間、基板ウェハの変形を監視するシステムが開示されている。実施例では、各露光及び処理操作後に、複数の基準マークの位置をデータ・ベース内の値と比較することによって、基板ウェハ内の歪みが測定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、特徴付け方法、プロセス操作を特徴付ける方法、及びリソグラフィ装置を用いたデバイス製造方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分の上に付加する装置である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用されてよい。そうした状況では、マスクなどのパターン形成構造体が、ＩＣの個々の層に対応して回路パターンを生成するために使用されることがあり、このパターンは、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部を含む）の上に結像されてよい。一般に、単一の基板は引き続いて露光される隣接する目標部分のネットワークを含むことがある。既知のリソグラフィ装置には、全パターンを目標部分の上に一挙に露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所与の方向（「スキャニング」方向）に投影ビームを介してこのパターンをスキャンし、一方、この方向に対して平行又は逆平行に基板を同期的にスキャンすることによって、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとが含まれる。

一般的にリソグラフィプロセスによる一般のデバイス製造は、様々な工程の複数のサイクルを含む。これらの工程は、光感応性材料を基板にコーティングする（又はそうではなく、その基板の１つ又は複数の表面に光感応性材料を付加する）工程と、光感応性材料上に像を投影する工程と、光感応性材料を現像する工程と、新しい層の材料内に基板を覆う工程を含んでもよい基板を加工する工程とを含むことができる。リソグラフィプロセスで直面することがある問題の１つは、連続する層が互いの上面に正確に結像しないで、いわゆるオーバレイ誤差があるという問題である。構成要素の性能にとって好ましくないことになるオーバレイ誤差が既に存在する時、後続の工程へ進むのを回避するために、各サイクルの後にオーバレイ誤差が測定されることがある。したがって、オーバレイ誤差が余り大きい場合、つい最近の層が除去されて、次の工程に進む前にその工程が繰り返される。

オーバレイ誤差を最小にするために、一般に基板には複数の基準マークが提供されて、投影装置内の基板テーブル上の基板の位置が露光操作前に極めて正確に測定される。このようにして基板と、先に付加されたパターン形成層と、リソグラフィ装置内のマスクの相対位置が既知であるので、露光操作の精度を最大化することが可能である。

マルチ・サイクルのリソグラフィプロセスに伴うもう１つの問題は、特別の層及び／又は特別のパターンの付加で生じるおそれがある基板の変形である。変形には、例えば、起伏のある３次元の変形、基準マークの変形（形状又は深さ）、或いはウェハ上に堆積された層の特性又は層厚さの変化を含む。化学機械研磨（ＣＭＰ）は基板の変形の原因となることで広く知られている。３００ｍｍ以上の直径を有する基板ウェハが使用されることに伴い、ウェハの変形が、なおさら重要な要因になり得ると予想される。変形を最小限にするためには、プロセスが基板の全領域にわたり可能なかぎり一定に維持されることが望ましいことになる。基板ウェハの変形は、ウェハの結像内の誤差につながるおそれがあり、特定の操作の繰り返しが必要になることがある。リソグラフィによって製造される特定の構成要素に対するプロセスの進展の間に、やはりプロセスが、最適化されて基板の変形量を最小化し、或いは少なくとも限度内に維持することができる。オーバレイ誤差又は基板変形の結果生じる誤差を低減し、或いはそのような誤差を少なくとも早期に検知することが、歩留り改善をもたらすことになる。

本発明の一実施例による、基板上になされたプロセス操作を特徴付ける方法は、基板がその上に複数の基準マークを有し、ある数の測定フィールド及びある数のフィールド当たり測定位置に対して基板上の位置を測定することと、ある数の測定フィールド、ある数のフィールド当たり測定位置、及びいくつかのモデル・パラメータに少なくとも基づく推定分散を計算することと、基板の状態を確定するためにしきい値と計算された推定分散を比較することを含む。

他の実施例はデバイス製造方法及びそのような方法を説明している機械実行可能な命令の集合を有するデータ記憶媒体を含む。

次に本発明の実施例が、添付の図面を参照して単に例として説明される。

図中、対応する参照符号は、対応する部分を指す。

本発明の実施例は、歩留りを改善するデバイス製造方法を含む。

本明細書では、ＩＣ製造でのリソグラフィ装置の使用に対して特に言及するが、ここで説明したリソグラフィ装置は、他の用途、集積光学システム、磁気ドメイン・メモリ用のガイダンス及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造なども有することができることを理解されたい。そのような他の適用分野の文脈においては、本明細書での用語「ウェハ」又は「ダイ」の使用はいずれもより一般的な「基板」又は「目標部分」とそれぞれ同義と見なされてよいことを、当業者であれば理解するであろう。ここで言う「基板」は、露光前に或いはその後に、例えばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し露光したレジストを現像するツール）、或いは測定、又は検査ツール内で処理することができる。適用可能である場合には、本発明の開示はそのような及び他の基板処理ツールに適用することができる。更に、基板は２回以上、例えば多層ＩＣを生成するために処理されてよい。したがって本明細書で使用される用語、基板は既に複数の処理された層を含む基板を指すこともできる。

本明細書で使用される用語「放射線」及び「ビーム」は、イオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームと同様に紫外（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長を有する）及び極紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。

本明細書で使用される用語「パターン形成構造体」は、基板の目標部分にパターンを生成するようにその断面内にパターンを有する投影ビームを与えるのに使用されてよい構造体も指すものと広く解釈されるべきである。投影ビームに与えられたパターンが基板の目標部分内の所望のパターンに正確に一致しないことがあることに留意されたい。一般に、投影ビームに与えられたパターンは、集積回路などの目標部分内に作製されるデバイス中の特定の機能層に一致することになる。

パターン形成構造体は、透過型でも反射型でもよい。パターン形成手段の例には、マスク、プログラマブル・ミラー・アレー、及びプログラマブルＬＣＤパネルを含む。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、様々な種類のハイブリッド・マスクと同様にバイナリ、レベンソン型位相シフト、及びハーフ・トーン型位相シフトなどの種類のマスクを含む。プログラマブル・ミラー・アレイの例では、それぞれが入射してくる放射線ビームを別の方向に反射するように個々に傾斜させることができる小さなミラーのマトリックス配列を使用し、このようにして反射したビームがパターン形成される。パターン形成構造体の各例では、支持構造体は、例えば、必要に応じて固定することも動かすこともでき、且つパターン形成手段が、例えば投影システムに関して所望の位置にあるようにすることができるフレーム又はテーブルでよい。本明細書で用語「レチクル」又は「マスク」の使用は、より一般的な用語「パターン形成構造体」と同義と見なされてよい。

本明細書で使用される用語「投影システム」は、例えば、使用される露光放射線に適した、又は液浸液を使用するのか、真空を使用するのかなど他の要因に適した、屈折式光学システム、反射式光学システム、及び反射屈折式光学システムを含めた、様々な種類の投影システムも包含するものと広義に解釈されるべきである。本明細書で用語「レンズ」の使用は、より一般的な用語「投影システム」と同義と見なされてよい。

照明システムは、放射線の投影ビームを誘導し、成形し、又は制御するための屈折式、反射式、又は反射屈折式の光学的構成要素を含めて様々な種類の光学的構成要素をも包含することができ、またそのような構成要素は、やはり以下に、集合的或いは単独に「レンズ」と称されてよい。

リソグラフィ装置は、２つのステージ（２ステージ）、或いは複数個の基板テーブル（及び／又は２以上のマスク・テーブル）を有するものであってよい。そのような「複数ステージ」の装置では、追加のテーブルは、並行に使用することができ、或いは１つ又は複数のテーブル上では予備的操作が実行されてよく、一方、１つ又は複数の他のテーブルは露光のために使用される。

リソグラフィ装置は、投影システムの終端要素と基板の間の空間を満たすように、基板が、相対的に高い屈折率を有する液体、例えば水に浸漬される種類のものでもよい。液浸液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムの第１要素の間にも適用できる。投影システムの開口数を増大させるための液浸技術は、当技術分野で良く知られている。

欧州特許公報第０７９４４６５Ａ２号に、アライメント補正値が、ロットからのウェハの選択に為されるオーバレイ測定から得られ、同じ又は後続のロット内の他のウェハの露光に使用される、リソグラフィ方法の説明があるのを本発明者らは見つけている。

米国特許出願第２００２／０１０２４８２Ａ１号に、ウェハ・ステージの重ね合わせ性能を決定するための製造並びに工程中の基準ウェハの使用方法が説明されているのを本発明者らは見つけている。

米国特許第５，２５２，４１４号には、第２レジスト層がパターン形成された第１レジスト層の上面に付加される、レジスト・コーティングを特徴付ける方法について説明されているのを本発明者らは見つけている。第１及び第２レジスト層内のパターンの間のオーバレイ精度が、レジスト・コーティングの定量的な評価を与える。

米国特許第５，８６３，６８０号には、初期プロセスの層と露光条件の間のオーバレイ誤差に関する情報が後続の層のアライメントを補正するのに使用される、デバイス製造方法が説明されているのを本発明者らは見つけている。

図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示している。その装置は以下を含む。

放射線（例えば、ＵＶ又はＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを提供する照明システム（照明装置）ＩＬ。

パターン形成構造体（例えば、マスク）ＭＡを支持するために、且つ品目ＰＬに対してパターン形成構造体を正確に位置決めするために第１位置決め装置ＰＭに接続されている第１支持構造体（例えば、マスク・テーブル）ＭＴ。

基板（例えば、レジスト・コート・ウェハ）Ｗを保持し、且つ品目ＰＬに対して正確に基板を位置決めするために第２位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴ。

基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイを含む）の上にパターン形成構造体ＭＡによって、投影ビームＰＢに与えられたパターンを結像するための投影システム（例えば、反射式投影レンズ）ＰＬ。

ここに図示されているように、リソグラフィ装置は、反射型の（例えば、反射マスク又は前述の種類のプログラマブル・ミラー・アレイを使用する）ものである。代替的に、その装置は透過型の（例えば、透過型マスクを使用する）ものでもよい。

照明装置ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受け取る。例えば、光源がプラズマ放電光源である場合は、放射線源及びリソグラフィ装置は別々の要素でよい。そのような場合には、光源が、リソグラフィ装置の一部分を形成すると見なされず、放射線ビームは、一般に、例えば適切な集光ミラー及び／又はスペクトル純化フィルターを含む放射線コレクタを使って光源ＳＯから照明装置ＩＬへ送達される。他の場合では、例えば光源が水銀ランプである場合は、光源は一体型の装置の一部分でよい。光源ＳＯ及び照射装置ＩＬは、放射線システムと称されてよい。

照明装置ＩＬは、ビームの角度強度分布を調整する調整構造を含むことができる。一般に、照明装置のひとみ面内での強度分布の少なくとも１つのアウター半径方向広がり及び／又はインナー半径方向広がり（一般に、それぞれσアウター及びσインナーと呼ばれる）が調整されてよい。照明装置は、投影ビームＰＢと呼ばれる、その断面内に所望の均一性及び強度分布を有する調節された放射線ビームを提供する。

投影ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡ上に入射させられる。マスクＭＡによって反射されて、投影ビームＰＢは、基板Ｗの目標部分Ｃの上にビームを焦点合せするレンズＰＬを通過する。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ２（例えば、干渉装置）を使って、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路内に別の目標部分Ｃを位置合わせするために、正確に動かすことができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭ及び位置センサＩＦ１が、例えばマスク・ライブラリから機械的に検索した後、又は走査の間に、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置決めするために使用されてよい。一般に、対象テーブルＭＴ及びＷＴの動きは、位置決め装置ＰＭ又はＰＷの一部分を形成するロング・ストローク・モジュール（位置の粗調整）及びショート・ストローク・モジュール（位置の微調整）を使って実現することになる。しかし、ステッパの場合には（スキャナとは違って）マスク・テーブルＭＴは、ショート・ストローク・アクチュエータだけに接続することができ、或いは固定することもできる。マスク・アライメント・マークＭ１、Ｍ２及び基板アライメント・マークＰ１、Ｐ２を用いて、マスクＭＡ及び基板Ｗが位置合せ可能である。

図示された装置は、次の好ましいモードで使用することができる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが本質的に静止状態に保たれ、一方、投影ビームに与えられた全パターンは一挙に目標部分Ｃの上に投影（即ち、単一静的露光）される。次いで、基板テーブルＷＴが、Ｘ及び／又はＹ方向に動かされ、したがって別の目標部分Ｃが露光される。ステップ・モードでは、照射野の最大寸法が、単一静的露光で結像される目標部分Ｃの寸法を制限する。

２．スキャン・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、同期的に走査され、投影ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃの上に投影される（即ち、単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）率及び像反転特性によって確定される。スキャン・モードでは、照射野の最大寸法が、単一動的露光中の目標部分の幅（非走査方向の）を制限し、スキャン操作の長さが、目標部分の高さ（走査方向の）を決める。

３．別のモードでは、マスク・テーブルＭＴが、プログラマブル・パターン形成構造体を本質的に静止状態に保時し続け、基板テーブルＷＴが動かされ或いは走査されて、投影ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃの上に投影される。このモードでは、一般にパルス化された放射線源が使用され、基板テーブルＷＴの各移動後、或いは、走査の間の一連の放射線パルスの合間に、必要に応じてプログラマブル・パターン形成構造体が更新される。この操作モードは、上述した種類のプログラマブル・ミラー・アレイなどのプログラマブル・パターン形成構造体を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に応用できる。

前述した使用モード、或いは全く別の使用モードによる、それらの組合せ及び／又は変形形態が、やはり利用されてよい。

図２には、平面図として、上面に適用されている複数の基準マーク２０を有する基板Ｗを図示する。２ステージ・リソグラフィ投影装置中に、ある数の基準マーク２０が、基板Ｗ当たり２５の領域内にあってよい。基板Ｗ上の基準マーク２０の各相対位置の精密測定に対しそのような装置を使用する場合、測定操作に多くの時間を要する。

図３は、この方法の操作を示す。この方法の第１の操作は、測定操作Ｓ１であり、そこで基板Ｗ上の基準マーク２０のいくつか又は全ての各相対位置が測定される。この操作は、いずれにしても基板Ｗに対して基板テーブルＷＴのアライメント及びレベリング測定のために基準マーク２０の位置が測定されるリソグラフィ投影装置内で実施することができ、或いは別の装置で実施することもできる。この測定操作Ｓ１に使用される装置は、基板Ｗ上に連続した２層の間のアライメントを測定するオーバレイ検査用に使用されるものと同じ装置であってよい。このオーバレイ検査操作Ｓ３は、後で説明する。

測定操作Ｓ１の間に、測定システムは、制御器の制御のもとでウェハＷ上のその多数の基準マーク２０の相対位置を測定する。プロセッサが、データ・ベース内の情報／値と測定Ｓ１の結果を比較するのに使用される。

この方法の様々な変形態様が、測定結果とデータ・ベース内の格納された情報の間の比較結果によって決まる可能性がある。例えば、オペレータ警報が、比較により基板Ｗがあらかじめ決められた限度を超えて変形していることが分かった場合に起動されてよい。そのような警報には、例えば、ライト又はサウンド表示或いはコンピュータ・モニタ又は制御ステーション上のメッセージを含むことができる。その代わりに、比較結果が、制御器によって基板Ｗの後続の露光を制御するのに用いられてよい。どちらの場合でも、測定操作結果及び比較操作結果は、基板変形がその処理の間にどう変化したかの履歴を集める助けとなるようにデータ・ベース中に自動的に保存され、情報に追加されてよい。これは、異なる基板が時間が経ってどのように変形したかを比較するのに用いるだけでなくその特定の基板に対する履歴としても共に有用である。

測定操作Ｓ１に続いてウェハがリソグラフィ投影装置中で露光され、その後現像される（図３の操作Ｓ２）。通常、露光及び現像操作Ｓ２の終了時に基準マーク２０は覆われておらず（又は、その上の層を通して見える場合は覆われたままでよい）、したがってオーバレイ精度が評価されるオーバレイ検査Ｓ３を含めてこれらの基準マーク２０を用いて、次の測定が実施されてよい。

次の操作Ｓ４はパターン転写操作であり、これは光感応性材料で覆われていない（即ち、現像中に除去された）基板領域上に対する層の堆積、その領域のドーピング（例えばイオン放射による）又はエッチングを含むことができる。リソグラフィ投影装置での次の露光の前に、（それ自体が投影ビームをパターン形成するように働いて、放射線システムによって所望のパターンに生成される）パターン形成構造体を支持する支持構造体に対して基板Ｗの位置及び方向が、基準マーク２０を用いて測定されてよい。投影ビームが、投影システムによって基板Ｗの目標部分の上に投影されてよい。

一実施例では、フィード・フォワード・ループＦＦが操作Ｓ１で測定された変形及び比較結果が考慮されて露光及び現像操作Ｓ２の露光操作を制御するのに使用される。

露光及び現像操作Ｓ２に続いて、連続するサイクルの間に基板Ｗに堆積される後続の２つの層のアライメントが測定される、アライメント測定操作Ｓ３が実施される。この操作は、最も新しい層のその前の層に対するアライメントが不十分であれば、確実にその最新の層を除去して新たな層を堆積させ、その結果、検出された層の間の位置のずれが、そうした基板を使用できなくしたとしてもその基板Ｗに更に後続の層を適用することで不必要な労力が費やされずに済むというものである。

図３は、基準マーク２０の位置が互いに対して測定され、その結果がデータ・ベース内の情報と比較される、別の或いは追加の測定操作Ｓ５を示す。ある種類の装置では、アライメント測定操作Ｓ３及び測定操作Ｓ５を同時に実施して、既に測定された基板を露光するためにリソグラフィ投影装置を空けるようにすると（点線で示されている）便利なことがある。代わりに、測定操作Ｓ３が、操作Ｓ４の後に、操作Ｓ５とは独立に実施されてもよい。露光操作Ｓ２のフィード・フォワード制御が、やはり可能である（図３にＡＦＦで標示されている）。したがって、投影装置内でマスクに対する基板Ｗの位置を位置合わせするために、操作Ｓ１でいくつかの基準マーク２０だけを測定することで充分であることになる。

測定、露光、現像、アライメント測定、及びパターン転写操作Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、基板Ｗ上の所望の構造に従って必要応じて複数回実施されることになる１つのサイクルを形成する。各測定操作Ｓ１、Ｓ５の結果は、自動格納装置によって自動的にデータ・ベースに格納されてよい。このようにして、基板Ｗの変形履歴がその処理の間に集積可能である。これによってプロセス技師は、その複数の露光、現像及び工程操作Ｓ２、Ｓ４のうちのどれが許容できない量の基板Ｗの変形をもたらしているのかを特定することができる。

基板Ｗが露光される前の第１の測定操作は、データ・ベースとの比較なしに実施されてよい。この状況では、露光即ちプロセスはまだ生じてないので、露光即ちプロセスによる基板Ｗの変形は生じていない。

場合によっては、比較操作において、データ・ベースに格納されている、基板Ｗと同じバッチの基板Ｗから得られた値と比較するだけで有利になることがある。異なるバッチの基板は所与の露光、現像及び処理操作に対して異なる仕方で反応することがあり、したがって同じバッチの基板からの値のみが有効な比較を構成することになってよい。オペレータ警報を作動させることにより、リソグラフィ投影装置の設定のドリフトか、或いは大きすぎる変形を受けた基板Ｗをオペレータに知らせることができる。

データ・ベース内の値は、考慮中の特定の基板Ｗに対する前の測定操作Ｓ１、Ｓ５の値であってよい。比較によりサイクル間、又は全体で所定の値を超える変形が示された場合、オペレータ警報が作動するか、或いは変形の原因を明らかにするように露光操作Ｓ２が制御装置によって制御されてよい

制御装置は、位置ずれ又は非直交変形（自動的に、或いは警報によってオペレータに手動調整させる）、或いは更に高次の変形（即ち非線形変形）までも明らかにするように露光操作Ｓ２を制御することができる。

図４は、いくつかのロットについて平均した特定のサイクル（例えば、サイクルｎ）に関するフィンガープリント・データと、所与のロット（例えば、ロットｍ）の基板について平均した基板データが、所与のロットに対する特定のサイクルの結果を予測するのにどのように用いることができるかを示している。

不一致の基板を特定する総計的方法には、次のモデルに基づく線形回帰分析を用いる。
Δ＝β_０＋β_１ｘ＋β_２ｙ＋残差

上式で、Δは（ｘ、ｙ、ｚ）の測定位置と予測位置の間の差である。一般にモデル適合性は完全ではなく、各測定に対し残差が生じることになる。この残差は、２つの成分、いわゆる修正不能成分及びランダム成分からなると考えてよい。修正不能成分は、定義から、適用したモデルによって記述できない定数である。測定ノイズと呼ばれることもあるランダム成分は、実際の測定デバイスに関連したノイズ、及び例えば測定目標の特性のランダムな変動からなる。

測定ノイズの分散（σ^２）は、予測されたモデル・パラメータの信頼性の計量として用いることができる。更に、ノイズ・レベルは、測定の質にも影響する。その結果、本発明者らは分散を推定し、条件変更に対する分散の感度を決定することで有用な基準値を得ることができることを確認した。

実際には、多重線形回帰がいくつかの構成要素に対して適用され、その場合、構成要素は、バッチ又はロット当たり複数の基板の複数のアライメント測定を含む基板であってよい。したがって、モデル化基板データは、各測定位置に残差が生じることになる。各測定値に対する残差をすべての基板について平均することにより、その位置の修正不能誤差の推定値が得られる。プロセスの変化、基板テーブル上の粒子などの誤差、又は層間の相互作用がある場合には、修正不能誤差のパターンが変化することになり、検出可能である。

特定の実施例では、測定ノイズの分散の推定が得られてよい。例えば、この量は、各測定フィールド（ｍ）内の、それぞれの測定位置の数（ｎ）からの残差分散を加算し、結果をｎ−（ｋ＋１）で割ることによって推定することができる。ここで、総数ｋ＋１はモデルで用いたパラメータの数である。ｒｅｓ_ｉ，ｊをフィールドｊ内の位置ｉでの残差であると定義すると、σ^２の推定の式は、以下になる。

推定標準偏差（推定分散の平方根）の信頼区間は次式で表せる。

ここで

は、推定標準偏差であり、αは信頼水準（例えば、信頼水準９５％で、信頼水準α＝０．０５）を表わし、ｚ_α／２は、確率Ｐ（ｚ≦ｚ_α／２）が１−α／２であるｚ値であり、この確率は、標準の正規分布表から得ることができ、且つ、ｃは次式で求まる。

上の式は、ランダム成分がほぼ正常である状態に対して成立する。しかし、分布が正規分布より平坦になっているので（つまり、分布が正規分布から外れていて、しかし尖度は比較的小さく、ここで尖度は、平均値とσから出てくるパラメータである）、したがってｃはより小さくなり、上で定義した信頼度は１により近づく傾向がある。

例として、測定フィールド４４、フィールド当たり測定点２５、且つパラメータ３のモデルでは、ｃは約０．０２３になる。

２ステージ・リソグラフィ投影装置内で、第１基板の測定が実施されると同時に、第２基板上に露光操作を伴う本発明の少なくとも１つの実施例による方法を用いることによって、基準マークの相対位置の測定操作が、露光操作より時間がかからず、またある場合には、露光操作に用いられる手順に関連して、ともかく基板の位置を測定するために測定操作が実施される必要があるので、処理量を低減させずに製造中の基板の変形が監視可能である。そのような方法を使用して、パターン形成に使用されるリソグラフィ装置内で、他のツールに対して行われるプロセス操作の効果を監視することが可能になる。

比較の結果が、所定の最大値より大きい場合に、オペレータは警報を受けることができる。これは、ある量を超えて変形した基板は、更に露光、現像、及び処理操作が実施される前に不合格となるものなので、顧客にとって歩留り改善が可能である。更に、リソグラフィを使用するデバイス製造に対して多段処理プロセスの進展の間に、容認できない基板変形を発生させたこれらの操作が、早い段階で特定することができる。本発明の実施例は、装置がずれて、基準以下の基板が製造されている場合、装置のユーザに対して警報を発するのに使用することもできる。本発明の実施例の以下の例では、図５ａ及び図５ｂに示されたデータは、模擬実験され及び／又はモデル化されたものであり、実際の測定や試験を必ずしも反映していないことに留意されたい。

「実施例１」
図５ａ及び図５ｂに示されたように、本発明の分散の推定方法は、測定された量の少しの変化にかなり敏感であってよい。図５ａは、１０，０００のバッチの模擬実験を示しており、そこで、それぞれの実験は４４フィールド、フィールド当たり２５測定点、及び３モデル・パラメータの測定を含む。図で分かるように、標準偏差σは約１ｎｍであり、ｃは約０．０２２９である。図５ｂでは、このバッチは、各実験に２５ｎｍの位置ずれ誤差を有するように修正されている。図から分かるように、第２のバッチはσが約１．２６ｎｍ及びｃは約０．０２６９である。その結果、２つのバッチは容易に見分けが付き、実際、２つの曲線は少しも重ならない。したがって、この例は、

の分解能は、テスト結果を見分け、且つ妥当に設計されたテスト（つまり、妥当な数のフィールド、フィールド当たりの測定点、及びモデル・パラメータの選択）を推定するのに充分であることを実証している。

「実施例２」
図６ａ及び図６ｂは、本発明の実施例に従って、４４フィールドが、フィールド当たり２５点測定されている２５枚のバッチのウェハのそれぞれ、Ｘ及びＹにおける標準偏差を示す。図６ａ及び図６ｂにプロットされている各点に対し、３σ即ち９９．７％の信頼区間に相当するエラー・バーが示されている。Ｘプロットからは、ウェハ４、６及び２２が、かなり規準の外の所に出現し、一方、Ｙプロット上では、ウェハ４、６、９及び２２が、かなり規準の外にある。これらの知見は、図７ａ及び図７ｂに示される残差のプロットによって確認される。

図７ａは、ウェハ１に対する残差のプロットを示す。見て分かるように、ウェハ１の残差ベクトルは、比較的短く、オーバレイ性能が良いことを示している。対照的に、図７ｂは、ウェハ２２に対する類似のプロットを示す。見て分かるように、領域Ｘ＝１００ｎｍ及びＹ＝２５ｎｍ内に、例えば、ウェハ上の汚染スポット或いは他の原因のオーバレイ問題である恐れのある不連続がある。いずれの場合も、図６ａ及び図６ｂに示された計量が、かなり容易に、不良ウェハ２２と良品ウェハ１を定量的に区別することを可能にし、オペレータやコンピュータ制御装置に対し適切なプロセス・フィードバックを提供する。

「実施例３」
代わりの実施例では、本発明が製造環境内で適用されてよい。この環境内では、ウェハ・アライメントは、オーバレイ・フィールドのモデルと測定を比較することで可能であり、多数のウェハ・アライメントからなるバッチが、オーバレイ・ウエハと比較することが可能である。したがって、バッチ当たりの測定ノイズが推定できる。この分析を容易にするために、測定されたアライメント・マークは、ウェハ間で一致させるべきである。図８ａに示されているように、各２５枚の１１バッチと、１２のスクライブ・ライン・プライマリ・マーク・ペア（ＳＰＭ ｐａｉｒ）を用い、３パラメータ・モデルを選択し、ｃ＝０．０４８に設定すると、その値は（信頼区間内）最良適合線の約０．１ｎｍ以内である。その一方、図８ｂに示されているように、バッチ番号７の１枚のウェハの１マークに加えられた３０ｎｍのずれは、そのバッチが１１バッチに対する平均値を表す線から約０．５ｎｍにあることで、明瞭に又容易にそのバッチを他と見分けることが可能である。

一種の製造欠陥は、ウェハ・テーブルのチャック上の粒子の存在であるかもしれない。そのような粒子は、ウェハ・アライメントに系統的な変化をよく生ずる傾向があり、そのために、本明細書で説明した分散をベースとする分析の有効性を減ずる。しかし、系統的な変化を追跡することによって、理論的にそれらの誤差の原因を決定し、或いはプロセス条件の変化を監視することができる。

「実施例４」
モデル自体の品質は、本発明の実施例を用いて監視可能である。特に、所与のパラメータβ_ｉに対し、信頼区間を次のように定義できる。

ここで、推定パラメータの標準誤差

は、

、フィールド当たりの測定点の数、及びこれらの点の（ｘ及びｙの）位置の関数である。信頼区間の他の係数、ｔ_{ν，α／２}は、ｔ分布の表、或いは計算機のいずれかから得られ、自由度（ν）及び所望の信頼水準（α）に従って変化する。例として、９５％の信頼水準、及び多数のフィールド当たり測定点に対して、ｔ_{ν，α／２}は、ほぼ２（即ち、信頼区間は、標準誤差のほぼ２倍である）。信頼限界

を用いると、推定パラメータが、統計的にゼロに等しいか（或いはゼロでないか）どうかを決定することができ、この情報は、例えば、リソグラフィ装置の装置定数を最新のものにするのに使用できる。

こうして、正確な推定又は測定ノイズの測定が与えられたとすると、パラメータβ_ｉの信頼区間が得られる。種々のパラメータの信頼区間を知ることで、パラメータのいくつかは、例えば、不信頼として棄却することが可能になり、或いは上で指摘したように、系統的誤差が調査され並びに／或いは装置の定数が変更されるべきであるとの決定につながることになる。

更に、フィールド当たりの推定結果に基づき各パラメータに対して標準偏差が計算できる。この計算を実施している間に、標準誤差からかなりの偏差が確認される場合、この情報は、分散を引き起こす別の重要な機序があるかどうかを決定するのに使用できる。例えば、露光のランダム誤差は、測定ノイズのために標準偏差の期待値に関連して標準偏差を上昇させることになる。

「実施例５」
本発明の他の実施例を用いて、ウェハ・マップ・データが得られてよい。この実施例では、前述の実施例と同様に、フィールド当たりいくつかの数の測定が実施される。測定されるフィールドはリソグラフィ装置の照射野に対応させてよいが、しかし、これは必要ない。更に、各フィールド内のマスク配置は、一致させるべきである。これらの制約が、修正不能誤差がフィールドからフィールドでほぼ一定であることを確保し、意図された目的に対し

が、妥当な計量であることを確保する。

修正不能誤差の分散の問題に対する可能な一解決策は、残差分析を用いることによる回帰モデルの拡張である。図９は、共通のチャック上で測定された５枚のウェハの例を提供する。ｎｍにおける二乗平均平方根誤差

が、図９のグラフのｙ軸にプロットされている。プロットに見られるように、フィールド７、２８、３６、及び５７のそれぞれに、大きなばらつきを生じている。一旦これらのフィールドが取り除かれると、新しい平均残差が、Δ＝β_０＋β_１ｘ＋β_２ｙ＋β_３ｘ^２＋β_４ｙ^２＋β_５ｘｙ＋残差、に従って回帰モデルに自乗及び交差項を考慮に入れて計算され、それによって修正不能誤差を除ける傾向がある。図１０は、拡張したモデルに従ってプロットされた同じデータを示す。見られるように、一般にデータはより平滑化され、図９よりもばらつきの大きな所が突出しており、平均値は図９より小さくなっている。この本発明の例では、最大のばらつきのフィールド２８は、ウェハ識別マークに関係している。スキャン領域の幾何学的形状が変更されて、このマ−クを避け、例えばその走査半径を制限することによって、例えば１４０ｍｍにすると、データはもっと均一になる。そのように変更した、図１１に見られるように、単一の大きなばらつきが、残りの部分からフィールド５７の所で突出している。図１２は、図の上の右手角に見ることができ、一般に１００の所に表示されるフィールド５７を含むウェハ・マップであり、そこに２５０ｎｍ高さの焦点スポットが局在している。前述の例に関して、本発明の方法は、特定のフィールドに誤差がある指標を簡単に識別しておくことが可能である。前述のように、この判定は、オペレータや、制御システムが更に調査することを可能にし、誤差の予想される原因が決定され、リソグラフィプロセスがそれを考慮に入れて制御される。

図１３は、焦点スポット含む場合とそうでない場合（それぞれ上及び下の線）の測定ノイズを示す。標準偏差の差異が一部はこのスポットの高さに、一部は一般により小さいが他のばらつきによることを発明者は確定した。

測定された情報は、一般に基板に及び／又は統計的手段と同様に問題の特定層に関連するある種類のデータを含むことができる。例えば、その情報は、生の位置データ、基板マーカーを表す生のセンサ・データの表示及び／又は、パラメータによって示される基準格子に関する個々の測定の倍率、並進、回転又は差異などのデータからの計算を含むことができる。

データ・ベースに格納されている情報が、前記測定操作結果を含む場合、平均測定結果の偏差によって、ある基板を合格か不合格にすることができるし、或いは、処理条件の変化、又は装置若しくは処理条件の問題を強調させることもできる。そのような場合、好ましくは、情報は基板と同じバッチの基板に前に行った測定操作結果を含み、したがってこれらの基板が、全て同じ処理を受けているということが分かる。もちろん他の比較が為されてもよい。例えば、比較用に用いられるデータ・ベース中の情報は、異なるバッチのウェハ内の同じ層からの値とすることもできる。バッチ又はロットは、同じ操作を受けた一組のウェハである。

好ましくは、本発明の実施例による方法は、前記測定結果を自動的に記憶し及び／又は前記データ・ベース中の操作を比較する操作を含み、したがって結果の履歴が保存される。これは技術者が歩留りを最適化する意図で特定のプロセスを調査するのに診断の道具として有用であってよい。

露光操作を、先行するサイクルの操作と比較した結果により制御することも可能である。したがって、露光操作は、測定された基板の変形を考慮に入れて制御することもでき、それによって基板内にある変形をなくすような方法で露光操作が基板を露光することを保証する。

本発明の特定の実施例がこれまで説明されてきたが、本発明は説明されたのとは異なる方法で実施されてよいことを理解されたい。本発明の実施例は、本明細書で説明された方法を実施するためにリソグラフィ装置を制御するためのコンピュータ・プログラム（例えば１つ又は複数の組、或いは一連の命令）並びに機械読取り可能な形式の中に１つ又は複数のそのようなプログラムを格納する記憶媒体（例えば、ディスク、半導体メモリ）をも含む。本明細書の説明は本発明を限定することを意図していない。

本発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を示す図である。 基準マークの一般的なパターンを有する基板ウェハを示す図である。 本発明の実施例による様々な作業方法を示す概略図である。 予測するためにサイクルのフィンガープリント・データ及び基板データの使用を示す図である。 本発明の実施例による模擬実験に対する測定ノイズ分布である。 本発明の実施例による模擬実験に対する測定ノイズ分布である。 本発明の実施例による実験に対する測定ノイズの標準偏差をプロットした図である。 本発明の実施例による実験に対する測定ノイズの標準偏差をプロットした図である。 図６ａの群からとったウェハの残差をプロットした図である。 図６ｂの群からとったウェハの残差をプロットした図である。 本発明の実施例に従って測定され、分析されたウェハのバッチに対する測定ノイズをプロットした図である。 本発明の実施例に従って測定され、分析されたウェハのバッチに対する測定ノイズをプロットした図である。 本発明の実施例に従って測定され、分析されたいくつかのフィールドに対する二乗平均平方根誤差をプロットした図である。 本発明の拡張されたモデルの実施例に従って測定され、分析されたいくつかのフィールドに対する二乗平均平方根誤差をプロットした図である。 本発明の実施例に従って測定され、分析されたいくつかのフィールド番号に対する二乗平均平方根誤差をプロットした図である。 図９〜図１１で測定されたウェハの中の一ウェハのマップ図である。 図９〜図１２で測定されたウェハに対する測定ノイズを示す図である。

Claims (14)

1. ある数の測定フィールド及びある数のフィールド当たり測定位置に対して基板上の位置を測定する工程と、
   少なくとも前記ある数の測定フィールドと前記ある数のフィールド当たり測定位置とある数のモデル・パラメータとに基づいて推定分散を計算する工程と、
   前記基板の状態を決定するためにしきい値量と計算された前記推定分散を比較する工程とを含む基板を特徴付ける方法。
2. 前記測定を実施することによって前記しきい値量を決定する工程と、
   複数の基板に対して複数のそれぞれの推定分散を決定するために計算する工程とを更に含み、前記比較する工程が、前記複数の基板の推定分散の平均とそれぞれの前記推定分散の１つを比較する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 各推定分散に対する信頼区間を計算する工程を更に含み、前記比較工程が、更に、それぞれの前記推定分散の１つに前記信頼区間を加算及び減算して推定分散の範囲を生成し、且つ前記しきい値量と前記推定分散の範囲を比較することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記計算された推定分散が前記しきい値量を超えた時、警報信号を生成する工程、プロセス変数を変更する工程、該当する基板を更に調査する工程及び／又は該当する基板を廃棄する工程からなる群から選択されたアクションを起こす工程を更に含む請求項１に記載の方法。
5. 前記測定された位置が、リソグラフィ製造工程中の前記基板上に印刷された構造体の位置に該当する、請求項１に記載の方法。
6. 前記構造体がアライメント・マークを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記構造体が、マイクロ・エレクトロニクス・デバイスの一部を含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記マイクロ・エレクトロニクス・デバイスが、集積回路、集積光学システム、磁気ドメイン・メモリ、液晶ディスプレイ、及び／又は薄膜磁気ヘッドの群から選択される、請求項７に記載の方法。
9. ある数の測定フィールド及びある数のフィールド当たり測定位置用の基板の複数のバッチのそれぞれから各基板上の位置を測定する工程と、
   少なくとも、前記ある数の測定フィールドと、前記ある数のフィールド当たり測定位置と、ある数のモデル・パラメータとに基づいて各バッチに対する推定分散を計算する工程と、
   計算された前記推定分散をしきい値量と比較して、前記バッチの状態を決定する工程とを含む基板のバッチを特徴付ける方法。
10. 前記しきい値量が前記バッチに対する前記推定分散の平均値である、請求項９に記載の方法。
11. 前記比較工程が、各バッチに対する前記推定分散に信頼区間を加算し又は減算した結果を前記しきい値量と比較することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記推定分散が前記しきい値と選択された信頼区間以上異なっているバッチを特定する工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
13. 基板上の位置測定のためにモデルの質をモニタする方法であって、
    モニタされるパラメータと、自由度と、望ましい信頼水準を選択する工程と、
    ある数の測定フィールド及びある数のフィールド当たり測定位置用の基板上の位置を測定する工程と、
    少なくとも前記ある数の測定フィールドと前記ある数のフィールド当たり測定位置とに基づいて推定分散を計算する工程と、
    前記推定分散、前記自由度、前記望ましい信頼水準、及び前記推定分散に基づいて前記パラメータに対する信頼区間を決定する工程と、
    前記信頼区間を前記しきい値と比較する工程と、
    前記比較に基づいてリソグラフィ装置を制御する工程とを含む、基板上の位置測定のためにモデルの質をモニタする方法。
14. デバイスの製造方法であって、
    パターン形成構造体を使用して、アライメント・マーク及びデバイス層の機能部分を含むパターンをその断面に有する放射線ビームを与える工程と、
    基板の目標部分の上に前記パターン形成されたビームを投影し、潜像パターンを生成する工程と、
    前記潜像を現像する工程と、
    基板を処理する工程と、
    ある数の測定フィールド及びある数のフィールド当たり測定位置に対し、基板上のパターンの部分の相対的位置を測定する工程と、
    少なくとも前記ある数の測定フィールドとある数のフィールド当たり測定位置とある数のデル・パラメータに基づいて、推定分散を計算する工程と、
    前記計算された推定分散をしきい値量と比較し、前記基板の状態を決定する工程とを含むデバイスの製造方法。