JP2007281384A - マーク形成方法，マーク計測装置およびマーク計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットを向上する。
【解決手段】スキャッタロメトリによって計測されるマークＭとして、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれを、ウエハＷの面において互いに直交する方向であって互いに異なったピッチで繰り返されたライン・アンド・スペース・パターンになるように、ウエハＷの面に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マーク形成方法，マーク計測装置およびマーク計測方法に関する。特に、スキャッタロメトリによって計測されるマークを形成するマーク形成方法と、そのマークを計測するマーク計測装置およびマーク計測方法に関する。

半導体装置を製造する際においては、リソグラフィ技術を用いて、微細なパターンを加工している。

ここでは、感光性材料からなるレジスト膜をウエハの表面に形成した後に、マスクパターンが形成されたマスクを照明することによって、そのウエハ上に形成されたレジスト膜にマスクパターン像を転写する。そして、そのマスクパターン像が転写されたレジスト膜を現像することによって、レジスト膜をパターン加工してレジストマスクをウエハの表面に形成する。その後、そのレジストマスクを用いて、エッチング処理を実施することによって、ウエハをパターン加工する。

このようにリソグラフィ技術を用いて微細なパターンを加工した後には、その加工されたパターンの形状を検査する。たとえば、スキャッタロメトリ（Ｓｃａｔｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって、その検査が実施されている。

スキャッタロメトリは、ライン・アンド・スペース・パターンのように、パターンが一定のピッチで繰り返されて形成された繰返しパターンのマークに光を照射し、その繰返しパターンのマークにおいて反射し散乱した回折光を検出することによって、その繰返しパターンのマークの断面プロファイルを求める技術である。

このスキャッタロメトリにおいては、垂直入射方式と、斜め入射方式とに大別される。前者の垂直入射方式においては、ライン・アンド・スペース・パターンのマークが形成されたウエハ面の垂線に沿うように、光源からマークへ光を照射し、そのマークから、その垂線方向へ反射される回折光を光センサで検出する。一方、後者の斜め入射方式においては、たとえば、ライン・アンド・スペース・パターンのマークが形成されたウエハ面の垂線に対して傾いた角度になるように、光源からマークへ光を照射し、そのマークから反射される回折光を、光源に対面するように配置された光センサで検出する。

そして、スキャッタロメトリでは、その回折光の検出結果に基づいて、そのマークの断面プロファイルを、データ処理を施すことで算出することにより、そのマークが形成された位置や、線幅，テーパー角などを計測することができる。

そして、リソグラフィ工程においては、このスキャッタロメトリによって求めたマークの断面プロファイル結果に基づいて、マスクパターンを転写する際の露光量やフォーカスを補正すると共に、アライメントを実施している（たとえば、特許文献１，非特許文献１，２，３参照）。

特開２００３−１４２３９７号公報 Ｔｏｋｉｈｉｓａ Ｋａｎｅｇｕｃｈｉ他２名、「Ｒｏｂｕｓｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎｔｉｃｉｐａｔｉｎｇ ＣＤ ａｆｔｅｒ ｅｔｃｈｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｂｅｌｏｗ ６５ｎｍ ｎｏｄｅ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＶＩＩＩ， Ｂｒｏｕｃｅ Ｗ． Ｓｍｉｔｈ編、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、２００５年、第５７５４巻（Ｖｏｌ．５７５４）、ｐ．８０１−８１２ Ｈｓｕ−Ｔｉｎｇ Ｈｕａｎｇ他８名、「Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ−Ｂａｓｅｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」、米国、Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ， Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ， ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＶＩＩ， Ｄａｎｉｅｌ Ｊ． Ｈｅｒｒ編、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、２００３年、第５０３８巻（Ｖｏｌ．５０３８）、ｐ．１２６ー１３７ Ｗｅｉｄｏｎｇ Ｙａｎｇ他９名、「Ａ ｎｏｖｅｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｖｅｒｌａｙ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」、米国、Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ， Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ， ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＶＩＩ， Ｄａｎｉｅｌ Ｊ． Ｈｅｒｒ編、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、２００３年、第５０３８巻（Ｖｏｌ．５０３８）、ｐ．２００−２０７

しかしながら、上記のように露光量やフォーカスを補正するためには、互いにピッチが異なった繰返しパターンからなる複数のマークについて、スキャッタロメトリによって断面プロファイルを求める必要がある。つまり、第１のピッチでラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第１マークと、その第１のピッチと異なる第２のピッチでラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第２マークとのそれぞれを、スキャッタロメトリによって別個独立に計測し、それぞれの計測結果を用いて、露光量やフォーカスを補正する処理を実施している。このように複数のマークを独立に計測しているために、このマークの計測に多くの時間が必要になり、スループットが低下する場合がある。また、アライメントを実施する際においても、複数回、マークについての計測を実施する必要がある。このため、上記と同様に、スループットが低下する場合がある。

このように、半導体装置を製造する際には、リソグラフィ工程において、マークの計測に時間を要するために、スループットが低下する場合があった。

したがって、本発明の目的は、リソグラフィ工程においてスループットを向上可能なマーク形成方法，マーク計測装置およびマーク計測方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のマーク形成方法は、スキャッタロメトリによって計測されるマークとして、第１マークと第２マークとのそれぞれを基板の面に形成するマーク形成方法であって、前記基板の面において第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、前記第１マークを形成すると共に、前記基板の面において前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記第２マークを前記第１マークに隣接させて形成する。

上記課題を解決するために、本発明のマーク計測装置は、第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、基板の面に形成された第１マークと、前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記基板の面において前記第１マークに隣接して形成された第２マークとのそれぞれを、スキャッタロメトリによって計測するマーク計測装置であって、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ光を照射する光照射部と、前記光照射部によって光が照射された前記第１マークから反射される回折光と、前記第２マークから反射される回折光とのそれぞれを検出する光検出部と、前記光検出部により検出された前記第１マークからの回折光と、前記光検出部により検出された前記第２マークからの回折光とに基づいて、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれの計測データを算出するデータ算出部とを有する。

上記課題を解決するために、本発明のマーク計測方法は、第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、基板の面に形成された第１マークと、前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記基板の面において前記第１マークに隣接して形成された第２マークとのそれぞれを、スキャッタロメトリによって計測するマーク計測方法であって、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ光を照射する第１ステップと、前記第１ステップにおいて光が照射された前記第１マークから反射される回折光と、前記第２マークから反射される回折光とのそれぞれを検出する第２ステップと、前記第２ステップにおいて検出された第１マークからの回折光と、前記第２マークからの回折光とに基づいて、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれの計測データを算出する第３ステップとを有する。

本発明によれば、リソグラフィ工程においてスループットを向上可能なマーク形成方法，マーク計測装置およびマーク計測方法を提供することができる。

＜実施形態１＞
本発明にかかる実施形態１について説明する。

（マーク）
図１は、本発明にかかる実施形態１において、ウエハＷの面に形成されたマークＭを示す平面図である。

図１に示すように、ウエハＷの面には、スキャッタロメトリによって計測されるマークＭとして、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれがパターン加工により形成されている。たとえば、第１マークＭ１と第２マークＭ２との形状に対応するようにマスクパターンが形成されたマスク（図示なし）を露光装置（図示なし）にて露光することによって、ウエハＷに形成されたレジスト膜にマスクパターン像を転写した後に、現像処理装置（図示なし）にて現像処理を施し、凹凸形状である第１マークＭ１と第２マークＭ２とをウエハＷの面にレジストパターンとして形成する。

ここでは、第１マークＭ１は、図１に示すように、ウエハＷの面の第１領域Ａ１において、ｙ方向に延在する縦のラインパターンＬＬが、そのｙ方向に直交するｘ方向へ第１のピッチＰ１で繰り返された第１の繰返しパターンになるように、ウエハＷの面に形成される。たとえば、５０μｍ幅の第１領域Ａ１において、０．１μｍ幅の縦のラインパターンＬＬが、０．１μｍ幅のスペースを挟むように繰り返されたライン・アンド・スペース・パターンになるように、第１の繰返しパターンを加工することによって、第１マークＭ１をウエハＷの面に形成する。

また、第２マークＭ２は、図１に示すように、ウエハＷの面の第２領域Ａ２において、ｘ方向に延在する横のラインパターンＴＬが、第１のピッチＰ１と異なる第２のピッチＰ２でｙ方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、ウエハＷの面に形成される。たとえば、５０μｍ幅の第２領域Ａ２において、０．１μｍ幅の横のラインパターンＴＬが、０．７μｍ幅のスペースを挟むように繰り返されたライン・アンド・スペース・パターンになるように、第２の繰返しパターンに加工することによって、第２マークＭ２をウエハＷの面に形成する。そして、本実施形態においては、図１に示すように、この第２マークＭ２を、ウエハＷの面において第１マークＭ１に隣接するように形成する。つまり、第１マークＭ１を形成する第１領域Ａ１と、第２マークＭ２を形成する第２領域Ａ２とを、ウエハＷの面においてｙ方向に沿って隣接させて並べ、その第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とのそれぞれに、第１マークＭ１と第２マークＭ２とを形成する。

（マーク計測装置）
図２と図３は、本発明にかかる実施形態１において、マーク計測装置１の要部を示す図である。図２は、マーク計測装置１の要部を示す上面図である。また、図３は、マーク計測装置１の要部を示す断面図であり、図３（ａ）が、図２のＸ１−Ｘ２部分についての断面図であり、図３（ｂ）が、図２のＹ１−Ｙ２部分についての断面図である。

マーク計測装置１は、計測対象になるマークＭとして、上記のようにウエハＷの面に形成された第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれを、斜め入射方式のスキャッタロメトリによって計測する装置であって、図２および図３に示すように、ウエハステージ１１と、光照射部２１と、光検出部３１と、データ算出部４１と、制御部５１とを有する。各部について順次説明する。

ウエハステージ１１は、図２および図３に示すように、マークＭが表面に形成されたウエハＷを支持する。ウエハステージ１１は、ウエハ搬送系（図示なし）によって外部から搬送されたウエハＷを、たとえば、真空吸着によって固定する。また、ウエハステージ１１は、反射鏡（図示なし）が設けられており、その反射鏡に対応するように設置されたレーザ干渉計（図示なし）によって、位置および傾きが検出される。そして、ウエハステージ１１は、駆動モータ（図示なし）を含み、その支持しているウエハＷの表面に沿ったｘ方向と、そのウエハＷの表面においてｘ方向に直交するｙ方向と、そのウエハＷの表面に垂直なｚ方向とのそれぞれの方向へ駆動モータによって移動する。そして、駆動モータによって、ｘ方向，ｙ方向，ｚ方向の各軸の回転方向へ、その支持しているウエハＷを回転移動させて、そのウエハＷの表面の傾きが調整される。ここでは、前述のレーザ干渉計によって検出されたウエハステージ１１の位置および傾きに基づいて、制御部５１が駆動モータを制御して、ウエハステージ１１の位置および傾きが調整される。

本実施形態においては、ウエハステージ１１は、図２に示すように、第１マークＭ１においてラインパターンＬＬが延在する方向が、ｙ方向に沿うと共に、第２マークＭ２においてラインパターンＴＬが延在する方向が、ｘ方向に沿うように、ウエハＷを支持する。

光照射部２１は、図２および図３に示すように、ウエハステージ１１に支持されたウエハＷの面にマークＭとして形成されている第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ光を照射する。ここでは、たとえば、波長が２４０〜７８０ｎｍである白色光を照射する。

本実施形態においては、図２および図３に示すように、光照射部２１は、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとを有する。

第１の光照射部２１ｘは、図２および図３に示すように、第１マークＭ１のラインパターンＬＬが繰返されて形成されているｘ方向に沿うように、光源２１ｘａから白色光を、回転偏光板２１ｘｂを介して、第１マークＭに照射する。そして、図３（ａ）に示すように、ウエハステージ１１が支持しているウエハＷの面の垂線に対して傾斜するように白色光を第１マークＭに照射する。また、第１の光照射部２１ｘは、駆動アーム（図示なし）で支持されており、制御部５１からの制御信号に基づいて、その駆動アームが第１の光照射部２１ｘを回転移動し、光を照射する位置や角度が調整される。

一方、第２の光照射部２１ｙは、図２および図３に示すように、第２マークＭ２においてラインパターンＴＬが繰返されて形成されているｙ方向に沿うように、光源２１ｙａから白色光を、回転偏光板２１ｙｂを介して、第２マークＭ２に照射する。そして、図３（ｂ）に示すように、ウエハステージ１１が支持しているウエハＷの面の垂線に対して傾斜するように白色光を第２マークＭ２に照射する。また、第２の光照射部２１ｙは、駆動アーム（図示なし）で支持されており、制御部５１からの制御信号に基づいて、その駆動アームが第２の光照射部２１ｙを回転移動し、光を照射する位置や角度が調整される。この場合においては、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれが互いに干渉することを防止するために、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれをウエハＷの面の垂直方向において異なるように配置させ、その位置から互いに異なる方向へ回転移動させることが好ましい。たとえば、第１の光照射部２１ｘをウエハＷの上方に配置すると共に、第２の光照射部２１ｙをウエハＷの下方に配置した後に、第１の光照射部２１ｘを下方へ回転移動させ、第２の光照射部２１ｙを上方へ回転移動させる。このようにすることによって、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとが、ウエハＷの上方または下方において同様な位置に同時に移動されなくなるために、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとが互いに干渉することを防止できる。

このように、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれは、ウエハＷの面において互いが直交する方向になるように第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ光を照射する。ここでは、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれは、制御部５１からの制御信号に基づいて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれに、同時に光を照射する。

光検出部３１は、図２および図３に示すように、光照射部２１によって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光と、第２マークＭ２から反射される回折光とのそれぞれを検出する。

本実施形態においては、光検出部３１は、図２および図３に示すように、第１の光検出部３１ｘと、第２の光検出部３１ｙとを有する。

第１の光検出部３１ｘは、図２および図３に示すように、第１の光照射部２１ｘが光を照射するｘ方向において、その第１の光照射部２１ｘに対面するように配置されている。そして、その第１の光照射部２１ｘによって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光を、回転偏光板３１ｘｂとプリズム３１ｘｃとを順次介して、光センサ３１ｘｄで検出する。たとえば、複数のフォトダイオードがマトリクス状に面に配置された光センサ３１ｘｄを用いる。また、第１の光検出部３１ｘにおいては、第１の光検出部３１ｘの位置を移動する駆動アーム（図示なし）が設けられており、制御部５１からの制御信号に基づいて、その駆動アームが第１の光検出部３１ｘを移動させて、第１の光照射部２１ｘからの光を受光する位置や角度が調整される。

一方、第２の光検出部３１ｙは、図２および図３に示すように、第２の光照射部２１ｙが光を照射するｙ方向において、その第２の光照射部２１ｙに対面するように配置されている。そして、その第２の光照射部２１ｙによって光が照射された第２マークＭ２から反射される回折光を、回転偏光板３１ｙｂとプリズム３１ｙｃとを介して、光センサ３１ｙｄで検出する。たとえば、複数のフォトダイオードがマトリクス状に面に配置された光センサ３１ｙｄを用いる。また、第２の光検出部３１ｙにおいては、第２の光検出部３１ｙの位置を移動する駆動アーム（図示なし）が設けられており、制御部５１からの制御信号に基づいて、その駆動アームが第２の光検出部３１ｙを移動させて、第２の光照射部２１ｙからの光を受光する位置や角度が調整される。この場合においては、前述の第１の光照射部２１ｘおよび第２の光照射部２１ｙと同様に、第１の光検出部３１ｘと、第２の光検出部３１ｙのそれぞれが互いに干渉することを防止するために、ウエハＷの面の垂直方向において第１の光検出部３１ｘと第２の光検出部３１ｙとのそれぞれを互いに異なるように配置させ、その位置から互いに異なる方向へ回転移動させることが好ましい。たとえば、第１の光検出部３１ｘをウエハＷの上方に配置すると共に、第２の光検出部３１ｙをウエハＷの下方に配置した後に、第１の光検出部３１ｘを下方へ回転移動させ、第２の光検出部３１ｙを上方へ回転移動させる。このようにすることによって、第１の光検出部３１ｘと第２の光検出部３１ｙとが、ウエハＷの上方または下方において同様な位置に同時に移動されなくなるために、第１の光検出部３１ｘと第２の光検出部３１ｙとが互いに干渉することを防止できる。

このように、第１の光検出部３１ｘと第２の光検出部３１ｙとのそれぞれは、第１マークＭ１から反射される回折光と、第２マークＭ２から反射される回折光とのそれぞれにおいて、各プリズム３１ｘｃ，３１ｙｃで波長ごとに分光された光を受光する。

データ算出部４１は、第１の光検出部３１ｘにより検出された回折光と、第２の光検出部３１ｙにより検出された回折光とのデータに基づいて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データを算出する。

たとえば、データ算出部４１は、回折光のデータと、その回折光のデータに対応するパターンの線幅や断面形状などのプロファイルデータとを予め関連付けてライブラリとして記憶しており、そのライブラリを用いて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データを算出する。具体的には、パターンの線幅、断面形状などのパラメータに対応する回折光のスペクトルを、光学シミュレーションにより解析し、その解析結果をライブラリとして記憶する。たとえば、厳密電磁波解析（ＲＣＷＡ：Ｒｉｇｉｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）にて解析する。そして、第１の光検出部３１ｘにより検出された回折光と、第２の光検出部３１ｙにより検出された回折光とのデータを、その記憶しているライブラリで照合し、それぞれに対応するように照合されたプロファイルデータを計測データとして算出する。

制御部５１は、コンピュータと、そのコンピュータに所定の機能を実現させるためのプログラムとを有しており、各部の動作を制御する。ここでは、制御部６は、オペレータによって操作命令が入力される操作コンソール（図示なし）に接続されており、その操作コンソールに入力された操作命令に対応するように各部を制御する制御信号を生成した後に、その生成した制御信号を各部に出力して制御する。

以下より、上記の本実施形態のマーク計測装置１の動作について説明する。

図４は、本発明にかかる実施形態において、マーク計測装置１がウエハＷに形成されたマークＭを計測する際の動作を示すフロー図である。

まず、図４に示すように、ウエハＷを支持する（Ｓ１１）。

ここでは、図２および図３に示すように、ウエハＷにおいてマークＭが形成された面が上方に向くように、ウエハステージ１１がウエハＷを、たとえば、真空吸着によって固定する。そして、ウエハステージ１１の位置および傾きを調整する。

つぎに、図４に示すように、マークＭへ光を照射する（Ｓ２１）。

ここでは、ウエハステージ１１に支持されたウエハＷの面にマークＭとして形成されている第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ、光照射部２１の第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれが光を同時に照射する。

具体的には、第１の光照射部２１ｘは、図２に示すように、第１マークＭ１のラインスペースＬＬが繰返されて形成されているｘ方向に沿うと共に、図３（ａ）に示すように、ウエハステージ１１が支持しているウエハＷの面の垂線に対して傾斜するように、光源２１ｘａからの白色光を、回転偏光板２１ｘｂを介して、第１マークＭ１に照射する。一方で、第２の光照射部２１ｙは、図２に示すように、第２マークＭ２のラインパターンＴＬが繰返されて形成されているｙ方向に沿うと共に、図３（ｂ）に示すように、ウエハステージ１１が支持しているウエハＷの面の垂線に対して傾斜するように、光源２１ｙａから白色光を、回転偏光板２１ｙｂを介して、第２マークＭ２に照射する。

つぎに、図４に示すように、マークＭからの回折光を検出する（Ｓ３１）。

ここでは、図２および図３に示すように、光照射部２１によって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光と、第２マークＭ２から反射される回折光とのそれぞれを、光検出部３１の第１の光検出部３１ｘと第２の光検出部３１ｙとのそれぞれが同時に検出する。

具体的には、第１の光検出部３１ｘは、図２に示すように、第１の光照射部２１ｘによって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光を、回転偏光板３１ｘｂとプリズム３１ｘｃとを順次介して、光センサ３１ｘｄで検出する。一方、第２の光検出部３１ｙは、図２に示すように、第２の光照射部２１ｙによって光が照射された第２マークＭ２から反射される回折光を、回転偏光板３１ｙｂとプリズム３１ｙｃとを介して、光センサ３１ｙｄで検出する。

つぎに、図４に示すように、マークＭの計測データを算出する（Ｓ４１）。

ここでは、第１の光検出部３１ｘにより検出された回折光と、第２の光検出部３１ｙにより検出された回折光とのデータに基づいて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データをデータ算出部４１が算出する。具体的には、データ算出部４１は、回折光のデータと、その回折光のデータに対応するパターンの線幅や断面形状などのプロファイルデータとを関連付けて記憶しているライブラリにおいて、第１の光検出部３１ｘにより検出された回折光と、第２の光検出部３１ｙにより検出された回折光とのデータを照合し、それぞれに対応するように照合されたプロファイルデータを、各計測データとして算出する。

以上のように、本実施形態は、スキャッタロメトリによって計測されるマークＭとして、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれを、ウエハＷの面に形成する。ここでは、ウエハＷの面において互いに直交する方向であって互いに異なったピッチで繰り返されたライン・アンド・スペース・パターンになるように、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれを、ウエハＷの面に形成する。

そして、その第１マークＭ１と、第２マークＭ２とのそれぞれをマーク計測装置１がスキャッタロメトリによって計測する。ここでは、ウエハＷの面の垂線に対して傾斜するように、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれが、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれに光を照射する。本実施形態においては、第１の光照射部２１ｘと第２の光照射部２１ｙとのそれぞれは、ウエハＷの面において互いが直交する方向になるように、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ光を同時に照射する。具体的には、ｘ方向に沿うように第１の光照射部２１ｘが第１マークＭ１へ光を照射し、ｙ方向に沿うように第２の光照射部２１ｙが第２マークＭ２へ光を照射する。そして、その第１の光照射部２１ｘによって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光を第１の光検出部３１ｘが検出すると共に、その第２の光照射部２１ｙによって光が照射された第２マークＭ２から反射される回折光を第２の光検出部３１ｙが検出する。そして、その第１の光検出部３１ｘにより検出された回折光と、その第２の光検出部３１ｙにより検出された回折光とに基づいて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データをデータ算出部４１が算出する。

このように、本実施形態は、第１のピッチＰ１でラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第１マークＭ１と、その第１のピッチＰ１と異なる第２のピッチＰ２でラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第２マークＭ２とのそれぞれにおいて、ラインパターンの繰返し方向が互いに直交しているために、マーク計測装置１は、第１の光照射部２１ｘおよび第１の光検出部３１ｘと、第２の光照射部２１ｙおよび第２の光検出部３１ｙとを並列に動作させることによって、スキャッタロメトリにより第１マークＭ１と第２マークＭ２とを独立させて、同時に計測することができる。つまり、本実施形態は、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれから反射する回折光を個別に順次検出する場合に対して、２倍の処理能力で検出することができる。したがって、本実施形態は、マークを計測する時間を短縮化でき、スループットを向上することができる。

＜実施形態２＞
本発明にかかる実施形態２について説明する。

図５は、本発明にかかる実施形態２において、マーク計測装置１ｂの要部を示す側面図である。

本実施形態のマーク計測装置１ｂは、図５に示すように、ウエハステージ１１と、光照射部２１ｂと、光検出部３１ｂと、データ算出部４１と、制御部５１とを有する。本実施形態のマーク計測装置１ｂは、実施形態１と同様に、ウエハＷの面に形成された第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれを、スキャッタロメトリによって計測する装置である。しかし、実施形態１のように、斜め入射方式でマークＭを計測するのではなく、本実施形態においては、垂直入射方式によってマークＭの計測を行なう。よって、本実施形態のマーク計測装置１ｂは、図５に示すように、光照射部２１ｂと、光検出部３１ｂとのそれぞれが、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。したがって、重複する個所については、適宜、説明を省略する。

光照射部２１ｂは、図５に示すように、ウエハステージ１１に支持されたウエハＷの面にマークＭとして形成されている第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ光を照射する。

図６は、本発明にかかる実施形態２において、光照射部２１ｂがウエハＷの面においてマークＭへ光を照射する領域を示す平面図である。図６においては、光照射部２１ｂがウエハＷの面においてマークＭへ光を照射する領域ＲＡを、点線で囲って示している。

本実施形態においては、図６に示すように、光照射部２１ｂは、ウエハＷの面において第１マークＭ１と第２マークＭ２との両者を含む領域ＲＡへ光を照射する。また、本実施形態では、垂直入射方式でのスキャッタロメトリによってマークを計測するために、図５に示すように、光照射部２１ｂは、ウエハステージ１１に支持されたウエハＷの面の垂線に沿うように、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれへ光を照射する。すなわち、光照射部２１ｂは、ｚ方向に向かって光を照射する。

これにより、この領域ＲＡの第１マークＭ１からは、０次項以外の回折光がｘ方向に沿うように反射される。そして、この領域ＲＡの第２マークＭ２からは、０次項以外の回折光がｙ方向に沿うように反射される。すなわち、第１マークＭ１については、図６において上下方向に回折光が発生し、第２マークＭ２については、図６において左右方向に回折光が発生する。

光検出部３１ｂは、図５に示すように、光照射部２１によって光が照射された第１マークＭ１から反射される回折光と、第２マークＭ２から反射される回折光とのそれぞれを検出する。

本実施形態においては、光検出部３１ｂは、複数のフォトダイオードがウエハＷの面に沿うようにマトリクス状に配置された光センサ（図示なし）を含み、第１マークＭ１からｘ方向に沿うように反射される０次項以外の回折光と、第２マークＭ２からｙ方向に沿うように反射される０次項以外の回折光とのそれぞれを検出する。

そして、データ算出部４１は、光検出部３１ｂによって検出された第１マークＭ１からの回折光と、光検出部３１ｂによって検出された第２マークＭ２からの回折光との各データに基づいて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データを算出する。ここでは、実施形態１と同様に、データ算出部４１は、回折光のデータと、その回折光のデータに対応するパターンの線幅や断面形状などのプロファイルデータとを予め関連付けて記憶しているライブラリを用いて、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データについて算出する。

以上のように、本実施形態は、実施形態１と同様に、第１マークＭ１と、第２マークＭ２とのそれぞれをマーク計測装置１ｂがスキャッタロメトリによって計測する。ここでは、上記のように、ウエハＷの面において第１マークＭ１と第２マークＭ２との両者を含むように、光照射部２１ｂが垂直入射方式で光を同時に照射する。そして、その照射により、第１マークＭ１においてｘ方向に沿うように反射された０次項以外の回折光と、第２マークＭ２においてｙ方向に沿うように反射された０次項以外の回折光とのそれぞれを、光検出部３１ｂが検出する。そして、その光検出部３１ｂによって検出された第１マークＭ１からの回折光と、光検出部３１ｂによって検出された第２マークＭ２からの回折光との各データに基づいて、データ算出部４１が第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれの計測データを算出する。

このように、本実施形態は、第１のピッチＰ１でラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第１マークＭ１と、その第１のピッチと異なる第２のピッチでラインパターンが繰り返されたライン・アンド・スペースパターンの第２マークＭ２とのそれぞれにおいて、ラインパターンを互いに直交する方向へ延在させると共に、第１マークＭ１と第２マークＭ２とを互いに隣接するように形成しているために、垂直入射方式でのスキャッタロメトリによって第１マークＭ１と第２マークＭ２との両者へ同時に光を照射させた場合には、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれからは、０次項以外の回折光が、互いに直交する方向へ反射される。よって、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのそれぞれにて反射される回折光のそれぞれを、別個独立であって同時に、光検出部３１ｂが検出することができる。したがって、本実施形態のマーク計測装置１ｂは、第１マークＭ１と第２マークＭ２とを独立させて同時に計測することができるために、マークを計測する時間を短縮化でき、スループットを向上することができる。

なお、上記の本実施形態において、ウエハＷは、本発明の基板に相当する。また、上記の本実施形態において、マークＭは、本発明のマークに相当する。また、上記の本実施形態において、第１マークＭ１は、本発明の第１マークに相当する。また、上記の本実施形態において、第２マークＭ２は、本発明の第２マークに相当する。また、上記の本実施形態において、マーク計測装置１，１ｂは、本発明のマーク計測装置に相当する。また、上記の本実施形態において、光照射部２１，２１ｂは、本発明の光照射部に相当する。また、上記の本実施形態において、第１の光照射部２１ｘは、本発明の第１の光照射部に相当する。また、上記の本実施形態において、第２の光照射部２１ｙは、本発明の第２の光照射部に相当する。また、上記の本実施形態において、光検出部３１，３１ｂは、本発明の光検出部に相当する。また、上記の本実施形態において、第１の光検出部３１ｘは、本発明の第１の光検出部に相当する。また、上記の本実施形態において、第２の光検出部３１ｙは、本発明の第２の光検出部に相当する。また、上記の本実施形態において、データ算出部４１は、本発明のデータ算出部に相当する。

また、本発明の実施に際しては、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。

図１は、本発明にかかる実施形態１において、ウエハＷの面に形成されたマークＭを示す平面図である。 図２は、本発明にかかる実施形態１において、マーク計測装置１の要部を示す図である。 図３は、本発明にかかる実施形態１において、マーク計測装置１の要部を示す断面図である。 図４は、本発明にかかる実施形態において、マーク計測装置１がウエハＷに形成されたマークＭを計測する際の動作を示すフロー図である。 図５は、本発明にかかる実施形態２において、マーク計測装置１ｂの要部を示す側面図である。 図６は、本発明にかかる実施形態２において、光照射部２１ｂがウエハＷの面においてマークＭへ光を照射する領域を示す平面図である。

符号の説明

Ｗ…ウエハ（基板）
Ｍ…マーク（マーク）
Ｍ１…第１マーク（第１マーク）、
Ｍ２…第２マーク（第２マーク）、
１，１ｂ…マーク計測装置（マーク計測装置）、
１１…ウエハステージ、
２１，２１ｂ…光照射部（光照射部）、
２１ｘ…第１の光照射部（第１の光照射部）、
２１ｙ…第２の光照射部（第２の光照射部）、
３１，３１ｂ…光検出部（光検出部）、
３１ｘ…第１の光検出部（第１の光検出部）、
３１ｙ…第２の光検出部（第２の光検出部）、
４１…データ算出部（データ算出部）、
５１…制御部

Claims (6)

1. スキャッタロメトリによって計測されるマークとして、第１マークと第２マークとのそれぞれを基板の面に形成するマーク形成方法であって、
   前記基板の面において第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、前記第１マークを形成すると共に、
   前記基板の面において前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記第２マークを前記第１マークに隣接させて形成する
   マーク形成方法。
2. 第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、基板の面に形成された第１マークと、前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記基板の面において前記第１マークに隣接して形成された第２マークとのそれぞれを、スキャッタロメトリによって計測するマーク計測装置であって、
   前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ光を照射する光照射部と、
   前記光照射部によって光が照射された前記第１マークから反射される回折光と、前記第２マークから反射される回折光とのそれぞれを検出する光検出部と、
   前記光検出部により検出された前記第１マークからの回折光と、前記光検出部により検出された前記第２マークからの回折光とに基づいて、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれの計測データを算出するデータ算出部と
   を有する
   マーク計測装置。
3. 前記光照射部は、
   前記基板の面の垂線に対して傾斜するように前記第１マークに光を照射する第１の光照射部と、
   前記基板の面の垂線に対して傾斜するように前記第２マークに光を照射する第２の光照射部と
   を有しており、
   前記光検出部は、
   前記第１の光照射部によって光が照射された前記第１マークから反射される回折光を検出する第１の光検出部と、
   前記第２の光照射部によって光が照射された前記第２マークから反射される回折光を検出する第２の光検出部と
   を有しており、
   前記第１の光照射部と前記第２の光照射部とのそれぞれは、前記基板の面において互いが直交する方向になるように光を前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ同時に照射し、
   前記第１の光検出部は、前記第１の光照射部が光を照射する方向において、前記第１の光照射部に対面する位置にて前記回折光を検出し、
   前記第２の光検出部は、前記第２の光照射部が光を照射する方向において、前記第２の光照射部に対面する位置にて前記回折光を検出する
   請求項２に記載のマーク計測装置。
4. 前記第１の光照射部は、前記第２方向に沿うように、前記第１マークへ光を照射し、
   前記第２の光照射部は、前記第１方向に沿うように、前記第２マークへ光を照射する
   請求項３に記載のマーク計測装置。
5. 前記光照射部は、前記基板の面の垂線に沿うように、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ光を同時に照射し、
   前記光検出部は、前記第１マークから前記第２方向に沿うように反射される回折光と、前記第２マークから前記第１方向に沿うように反射される回折光とのそれぞれを検出する
   請求項２に記載のマーク計測装置。
6. 第１方向に延在するラインパターンが前記第１方向に直交する第２方向へ第１のピッチで繰り返された第１の繰返しパターンになるように、基板の面に形成された第１マークと、前記第２方向に延在するラインパターンが、前記第１のピッチと異なる第２のピッチで前記第１方向へ繰り返された第２の繰返しパターンになるように、前記基板の面において前記第１マークに隣接して形成された第２マークとのそれぞれを、スキャッタロメトリによって計測するマーク計測方法であって、
   前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれへ光を照射する第１ステップと、
   前記第１ステップにおいて光が照射された前記第１マークから反射される回折光と、前記第２マークから反射される回折光とのそれぞれを検出する第２ステップと、
   前記第２ステップにおいて検出された第１マークからの回折光と、前記第２マークからの回折光とに基づいて、前記第１マークと前記第２マークとのそれぞれの計測データを算出する第３ステップと
   を有する
   マーク計測方法。
   

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