JP2008042200A - 角度分解分光リソグラフィの特徴付けのための方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】周囲に対する基板のアラインメントの測定および基板上の一連の層の相対アラインメントの測定を可能ならしめるように基板上に与えられる複合アライメント・オーバレイターゲットを提供する。
【解決手段】ある実施形態では、ターゲットは、第１の方向への特定の大きさのオフセットである構造の一部および反対方向への同じ大きさのオフセットである構造の第２の部分を除いて、実質的に等間隔の構造のアレイを備える。基板上のターゲットは、そのアラインメントの測定に使用でき、第１の層上に重畳している第２の層に付与されている同じターゲットは、オーバレイの測定に使用できる。
【選択図】図４

Description

[0001] 本発明は、リソグラフィ技術によるデバイス製造にたとえば使用可能な検査方法、およびリソグラフィ技術を使用するデバイス製造方法に関する。
[0002] リソグラフィ装置は、基板上に、通常は基板のターゲット部分上に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。その場合、代替的にマスクまたはレチクルと呼ばれるパターニングデバイスを、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するために使用することができる。このパターンは基板（例えば、シリコンウェーハ）上の（例えば、１つまたは数個のダイの一部を含む）ターゲット部分に転写することができる。パターンの転写は、通常、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１つの基板は、連続的にパターン化される隣接するターゲット部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、各ターゲット部分が、１回でターゲット部分上に全パターンを露光することにより照射されるいわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）に平行にまたは反平行に同期して基板を走査しながら、上記方向に放射ビームを介してパターンを走査することにより、各ターゲット部分が照射されるいわゆるスキャナとを含む。また、基板にパターンをインプリントすることにより、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することもできる。
[0003] 特に基板の第１の露光の後の１回以上の露光の際に、基板を基板上に転写するパターンと確実にアライメントさせるのは重要なことである。何故なら、正確な深さにパターンを形成するためには、基板上の同じ位置内にパターンを（例えば、半導体チップまたは集積回路等に対して）数回露光しなければならないからである。アラインメントの測定が行われる間の基板層の処理には少なくとも２つのステップがある。第１のステップは、パターンが基板の正しい領域に正しい方向で露光されるように、露光装置に対して基板テーブル上の基板をアライメントさせるステップである。第２のステップは、パターンを露光した後で、２つの層のアラインメントまたは２つの層のオーバレイを測定するステップである。連続している層内のパターンが正確に整合している場合には、オーバレイ誤差はゼロである。
[0004] アラインメント測定の場合にも、オーバレイ測定の場合にも、そこから測定を行うことができる基板上に設置されるターゲットまたはマークが必要になる。ターゲットは、通常、スクライブレーン(scribe lane)と呼ばれる基板の一部の上に設置される。スクライブレーンは、その中に露光されたパターンを持つことのない基板の一部であり、たとえば、ほとんどの場合、同じ基板上の露光されることになる異なるＩＣ等を分離するために基板が鋸切断される位置である。
[0005] アラインメントターゲットは対称的なものでなければならないが、そうでない場合、反射放射が認識可能且つ測定可能なパターンを有する限りにおいて、任意のキャリブレーション済みの所定の形状をとることができる。露光装置に対する基板テーブル上の基板のアラインメントを測定する１つの方法は、基板テーブル上または露光装置（またはリソグラフィ装置の任意の他の部分または基板を整合しなければならないリソグラフィセルの他の部分）内の固定位置にセンサを設置する方法である。第１のパターン露光の前に反射アラインメントターゲットが基板上ですでに露光される。アラインメントビームは、基板上のアラインメントターゲットおよびセンサから反射する。基板上のアラインメントターゲットが整合するのは、反射アラインメントビームがセンサ内の基準点と一致した場合である。この基準点は、例えば、基準格子とすることができる。露光装置は、次に、基板のミスアライメントを修正するために調整されることができる。
[0006] オーバレイ測定の場合もターゲットを使用するが、ターゲットは基板上の（例えば）レジストの連続している層内に位置する。ターゲット（通常、格子の形をしている）が基板の２つの連続している層上にインプリントされる。より詳細に説明すると、レジスト（または放射感応性材料）の層が塗布される度に、オーバレイターゲットがレジストの層上に露光され、エッチングされ、または他の方法で生成され、このオーバレイターゲットが基板の表面上（またはその時点でレジストの前の層が除去されていなかった場合には、その下の層上）のターゲットと比較される。多くの場合、オーバレイターゲットは格子の形をとる。何故なら、ある格子上の他の格子の重なりは、上に位置するオーバレイターゲットの表面から反射したビームの回折パターンを測定することにより、オーバレイ放射ビームを使用して検出することができるからである。それ故、オーバレイビームは、オーバレイターゲットの表面から反射し、反射したビームの像が例えばカメラ上に生成される。反射ビームの特性を比較することにより、基板の１つまたは複数の特性を測定することができる。この測定は、例えば、反射ビームを既知の基板層のオーバレイに関連する既知の測定値のライブラリ内に記憶しているデータと比較することにより行うことができる。
[0007] 次の露光層が１つまたは複数の前の層と確実に整合するように、基板のアラインメントを露光の前に測定しなければならない。この測定はオーバレイの測定とは異なる。何故なら、アラインメント測定は露光の前に行われるのに、オーバレイ測定は露光の後で行われるからである。アラインメント測定の結果は、露光が特定の層の露光の前に修正されるように露光装置に返送されるか、基板が露光システムと一緒に移動することができるように、基板を支持している基板テーブルへ返送される。一方、オーバレイ測定の結果は、短期および長期の両方でオーバレイ誤差の傾向またはシフトを監視し、修正することができるように、リソグラフィ装置に返送することができる。
[0008] アラインメントターゲットおよびオーバレイターゲットの両方を、露光パターン内に入り込まないように基板のスクライブレーン内に位置させることができる。アラインメントターゲットは、その周囲および露光装置に対する基板のアラインメントを示すように配置され、一方、オーバレイターゲットは２つの以降の層内に位置していて２つの層相互の関係を示す。スクライブレーン内に多数のターゲット（すなわち、アラインメントターゲットおよびオーバレイターゲットの両方）を有することは、ユーザがむしろテストパターン等のために使うことを好む、スクライブレーン空間を占めてしまう。
[0009] 例えば、より少ないスクライブレーン空間を占めるアラインメントおよびオーバレイの両方を測定するシステムの開発が望まれている。
[0010] 本発明のある態様によれば、複合アライメント・オーバレイターゲットを備えており、複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを有し、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセットが実質的に基板の平面内に位置する、基板が提供される。
[0011] 本発明のある態様によれば、複合アライメント・オーバレイターゲットを備えており、複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対するオフセットを有し、オフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する異なるオフセットを有し、第１および第２の部分のオフセットが同じ方向であり、且つ実質的に基板の平面内に位置する、基板が提供される。
[0012] 本発明の他の態様によれば、複合アライメント・オーバレイターゲットを備える基板であって、該ターゲットが２つの重畳層を備え、各層が構造のアレイを備えるターゲットを含み、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１のオフセットの方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、基板が提供される。
[0013] 本発明の他の態様によれば、基板の特性を測定するように構成されている検査装置であって、
基板上で複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するように構成されている露光ツールと、
基板上で複合アライメント・オーバレイターゲット放射を当てるように構成されている放射源と、
複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射を検出するように構成されているディテクタと、を備え、
複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを有し、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第２の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、
検査装置が提供される。
[0014] 本発明のさらに他の態様によれば、基板上に構造の第１のアレイを与えるステップであって、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、ステップと、
構造の第１のアレイにアラインメント放射ビームを当てるステップと、
構造の第１のアレイから反射したアラインメント放射ビームを、基板上以外に位置するモデルターゲットから反射したアラインメント放射ビームと比較するステップと、
モデルターゲットに対する基板のアラインメントを判定するステップと、
基板上のレジスト層に、基板上の構造の第１のアレイがその上に重畳している構造の第２のアレイを有するように、構造の第１のアレイに類似した構造の第２のアレイを与えるステップと、
構造の重畳アレイにオーバレイ放射ビームを当てるステップと、
構造の重畳アレイから回折した放射回折スペクトルを測定するステップと、
構造の重畳アレイのオーバレイの範囲を判定するために回折放射の強度の非対称性を判定するステップとを含む、
検査方法が提供される。
[0015] 本発明の他の態様によれば、基板の特性を測定するように構成されているリソグラフィ装置であって、
基板上の複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するように構成されている露光ツールと、
複合アライメント・オーバレイターゲットを照射するために放射ビームを供給するように構成されている放射源と、
複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射ビームを検出するように構成されているディテクタと、を備え、
複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１のオフセットの方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置している、
リソグラフィ装置が提供される。
[0016] 本発明のまたさらなる態様によれば、基板の特性を測定するように構成されているリソグラフィセルであって、
基板上の複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するための露光ツールと、
複合アライメント・オーバレイターゲットを放射するために放射ビームを供給するための放射源と、
複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射ビームを検出するためのディテクタと、を備え、
複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、
リソグラフィセルが提供される。
[0017] 添付の略図を参照しながら本発明の実施形態について以下に説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。図面中、対応する参照符号は対応する部材を示す。
[0024] 図１ａは、リソグラフィ装置の略図である。この装置は、
[0025] 放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
[0026] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように組み立てられ、かつ特定のパラメータによりパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続しているサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
[0027] 基板（例えば、レジストが塗布されたウェーハ）Ｗを保持するように組み立てられ、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、
[0028] 基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを含む）にパターニングデバイスＭＡにより、放射ビームＢに与えるパターンを投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズ系）ＰＬとを備える。
[0029] 照明システムは、放射をある方向に向け、整形し、または制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型または他のタイプの光コンポーネント、またはこれらの任意の組合せなどの種々のタイプの光コンポーネントを含むことができる。
[0030] サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および例えば、パターニングデバイスが真空環境内で保持されるのか否かというような他の条件に依存する態様でパターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械技術、真空技術、静電技術または他のクランプ技術を使用して、パターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定または移動することができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、例えば、投影システムに対して、パターニングデバイスを所望の位置に確実に位置させることができる。本明細書での「レチクル」または「マスク」という用語の使用はどれも、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であると考えることができる。
[0031] 本明細書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを形成するように放射ビームの断面にパターンを付与するために使用することができる任意のデバイスを指すものとして広義に解釈すべきである。放射ビームに付与されたパターンは、例えば、パターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含んでいる場合には、基板のターゲット部分の所望のパターンに正確に対応しない場合があることに留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されたパターンは、集積回路のようなターゲット部分で生成されるデバイスの特定の機能性層に対応する。
[0032] パターニングデバイスは透過性のものであっても反射性のものであってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネル等がある。マスクはリソグラフィで周知のものであり、バイナリ、Alternating位相シフト、およびAttenuated位相シフト、ならびに種々のハイブリッドマスクタイプのようなマスクタイプを含む。プログラマブルミラーアレイの一例は、異なる方向に入射放射ビームを反射するように、それぞれを個々に傾斜させることができる小さなミラーのマトリクス配置を使用する。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスにより反射した放射ビームにあるパターンを付与する。
[0033] 本明細書で使用する「投影システム」という用語は、使用する露光放射、または液浸液の使用または真空の使用のような他の要因に適している屈折系、反射系、反射屈折系、磁気光学系、電磁光学系および静電光学系またはこれらの任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを含むものとして広義に解釈すべきである。本明細書内のどこかで「投影レンズ」という用語が使用されている場合には、もっと一般的な用語である「投影システム」と同じものであると考えることができる。
[0034] 本明細書で説明する場合には、装置は、透過型のもの（例えば、透過マスクを使用する）である。別の方法としては、装置は反射性型のもの（例えば、上記タイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、または反射マスクを使用する）であってもよい。
[0035] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）またはもっと多くの基板テーブル（および／または２つ以上のサポート構造）を有するタイプであってもよい。このような「マルチステージ」機械の場合には、追加のテーブルを並列に使用することができ、または準備ステップを１つまたは複数のテーブル上で実行する一方で、１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用できる。
[0036] リソグラフィ装置は、また、投影システムと基板との間の空間を満たすために、基板の少なくとも一部を、例えば、水のような屈折率が比較的高い液体で覆うことができるタイプのものであってもよい。液浸液は、また、例えば、マスクと投影システムとの間のようなリソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増大するためのものであって、当業者であれば周知のものである。本明細書で使用する場合には、「液浸」という用語は、基板のような構造は液体に浸している必要はなく、液体は露光の間、投影システムと基板との間に位置していればよいことを意味する。
[0037] 図１ａを参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受光する。この放射源およびリソグラフィ装置は、例えば、放射源がエキシマレーザの場合のように、別々のエンティティであってもよい。このような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成するものとは見なされず、放射ビームは、例えば、適当な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けを借りて、放射源ＳＯからイルミネータＩＬに通過する。他の場合、放射源は、例えば、放射源が水銀ランプである場合のように、リソグラフィ装置の一部であってもよい。放射源ＳＯとイルミネータＩＬは、必要に応じて、ビームデリバリシステムＢＤと一緒に放射システムと呼ぶ場合もある。
[0038] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えることができる。一般的に、イルミネータの瞳面の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯのような種々のタイプの他のコンポーネントを備えることができる。イルミネータは、断面に所望の均一性および強度分布を持つように放射ビームを調整するために使用することができる。
[0039] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射し、パターニングデバイスによりパターン化される。パターニングデバイスＭＡを横切った後で、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳはビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に集束させる。第２のポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉デバイス、リニアエンコーダまたは静電容量センサ）により、例えば、放射ビームＢの経路内の異なるターゲット部分Ｃを位置決めするために、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１のポジショナＰＭおよびもう１つの位置センサ（図１ａに明示的に示されていない）を、例えば、マスクライブラリからの機械的検索の後、または走査中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするために使用することができる。一般に、サポート構造ＭＴは、第１のポジショナＰＭの一部を形成しているロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）により移動させることができる。同様に、基板テーブルＷＴは、第２のポジショナＰＷの一部を形成しているロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールにより移動させることができる。ステッパの場合には（スキャナとは反対に）、サポート構造ＭＴを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もできるし、または固定することもできる。パターニングデバイスＭＡおよび基板Ｗは、パターニングデバイスターゲットＭ１、Ｍ２および基板ターゲットＰ１、Ｐ２を用いて位置を調整することができる。図に示すように、基板ターゲットは、専用のターゲット部分を占めているが、これらのターゲットはターゲット部分（スクライブレーンターゲットと呼ばれる）間の空間内に位置させることができる。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に２つ以上のダイが位置している場合には、パターニングデバイスターゲットをダイ間に位置付けすることができる。
[0040] 図の装置は下記のモードのうちの少なくとも１つで使用することができる。
[0041]１．ステップモードでは、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴは本質的に静止状態に保たれるが、一方、放射ビームに与えられた全パターンは一度に（すなわち、１回の静的露光で）ターゲット部分Ｃ上に投影される。基板テーブルＷＴは、次に、Ｘおよび／またはＹ方向にシフトされ、そのため異なるターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズにより１回の静的露光で画像形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0042]２．走査モードでは、サポート構造ＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期して走査され、一方、放射ビームに与えられたパターンが、ターゲット部分Ｃ上に投影される（すなわち、１回の動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、拡大（縮小）および投影システムＰＳの画像の反転により決定することができる。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズにより１回の動的露光の際のターゲット部分の（走査方向でない方向の）幅が制限され、一方、走査移動の長さによりターゲット部分の（走査方向の）高さが決まる。
[0043] ３．他のモードでは、サポート構造ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持する本質的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴは、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃ上に投影されている間に移動または走査される。このモードでは、一般に、パルス放射源が使用され、プログラマブルパターニングデバイスが、基板テーブルＷＴの各移動の後で、または走査中の連続する放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上記タイプのプログラマブルミラーアレイのようなプログラマブルパターニングデバイスを使用し、マスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
[0044] 上記使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードを使用することもできる。
[0045] 図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、同様に基板上で１つまたは複数の前および後露光プロセスを行うデバイスを含む、リソセルまたはクラスタとも呼ばれるリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。従来は、これらの装置は、レジスト層を堆積するための１つまたは複数のスピンコータＳＣと、露光レジストを現像するための１つまたは複数のディベロパＤＥと、１つまたは複数のチルプレートＣＨと、１つまたは複数のベークプレートＢＫとを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板をピックアップし、基板を異なる処理デバイス間で移動し、基板をリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに供給する。多くの場合、集合的にトラックと呼ばれるこれらのデバイスは、また、自分自身も、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介して、リソグラフィ装置を制御する監視制御システムＳＣＳにより制御されるトラック制御ユニットＴＣＵにより制御される。それ故、スループットおよび処理効率を最大限にするために、いくつかの装置を作動することができる。
[0046] リソグラフィ装置により露光される基板を、正しく一様に露光するためには、以降の層間のオーバレイ誤差、ラインの太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）等のような１つまたは複数の特性を測定するために、露出基板を検査することが望ましい。誤差が検出された場合には、特に同じバッチの１つまたは複数の他の基板を依然として露光できるほどすぐに、また速く検査を行える場合には、１つまたは複数の以降の基板を露光するように調整することができる。また、歩留まりを改善するために、１つまたは複数のすでに露光した基板をストリップし再加工し、または廃棄することができ、それにより欠陥があると分かっている１つまたは複数の基板の露光を行わないですませることができる。基板の１つまたは複数のターゲット部分に欠陥がある場合には、正常なこれらのターゲット部分だけをさらに露光することができる。
[0047] 基板の１つまたは複数の特性、特に異なる基板または同じ基板の異なる層の１つまたは複数の特性が層毎にどのように異なっているのかを測定するために検査装置が使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに内蔵することができるが、スタンドアロン装置であってもよい。迅速に測定するためには、検査装置は、露光の直後に露光レジスト層内の１つまたは複数の特性を測定することが望ましい。しかし、レジスト内の潜像のコントラストは非常に小さいので、放射により露光されたレジストの部分と露光されていない部分との間の屈折率の違いは非常に小さく、すべての検査装置が、潜像の役に立つ測定を行うのに十分な感度を有しているわけではない。それ故、通常露光基板上で最初に行われ、レジストの露光部分および非露光部分間のコントラストを増大する後露光ベークステップ（ＰＥＢ）の後で測定を行うことができる。この段階で、レジスト内の像を準潜像と呼ぶことができる。レジストの露光または非露光部分を除去した時点で、またはエッチングのようなパターン転写ステップの後で、現像したレジスト像の測定を行うこともできる。後者の場合には、欠陥のある基板の再加工の可能性が制限されるが、有用な情報を提供することができる
[0048] 図２は、本発明のある実施形態で使用することができるスキャタロメータを示す。このスキャタロメータは、基板Ｗ上に放射を投影する広帯域（白光）放射プロジェクタ２を備える。反射放射は、スペクトロメータのディテクタ４に入り、このディテクタは、鏡面反射放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、例えば、ＲＣＷＡ(rigorous coupled wave analysis)および非線形回帰分析、または図２の下部に示すようなシミュレーションしたスペクトルのライブラリとの比較により、検出スペクトルを発生する構造またはプロファイルを再構成することができる。一般に、再構成のために、構造の一般的な形状は既知のものであり、いくつかのパラメータが、構造を構成したプロセスのデータから入手されるが、構造のいくつかのパラメータだけは、スキャタロメータのデータから決定することになる。このようなスキャタロメータは、垂直入射スキャタロメータ、または斜め入射スキャタロメータとして構成することができる。放射源２は、スキャタロメータの一部であってもよいし、外部放射発生装置からの放射の単なるコンジットであってもよい。
[0049] 本発明のある実施形態と一緒に使用することができるもう１つのスキャタロメータが図３に示される。このデバイスにおいては、放射源２が放射した放射は、干渉フィルタ１３およびポラライザ１７を通るレンズ系１２により焦束し、部分反射面１６により反射し、ある実施形態の場合には、少なくとも０．９または０．９５の高い開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡の対物レンズ１５を介して基板Ｗ上に焦束する。液浸スキャタロメータは、開口数が１を超えるレンズを有することもできる。次に、反射放射は、検出した散乱スペクトルを有するために、部分反射面１６を通りディテクタ１８に達する。ディテクタは、レンズ系１５の焦点距離のところに位置する後投影瞳面１１内に位置することができるが、瞳面は代わりに補助光学系（図示せず）により、ディテクタ上に再度像形成することができる。瞳面は、放射の半径方向の位置が入射角を画定し、角位置が放射の頂角を画定する面である。ある実施形態の場合には、ディテクタは２次元ディテクタであり、そのため基板ターゲットの２次元角散乱スペクトルを測定することができる。例えば、ディテクタ１８は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、例えば、フレーム毎に４０ミリ秒のような積分時間を有することができる。放射源２は、スキャタロメータの一部であってもよいし、または外部放射発生装置からの放射の単なるコンジットであってもよい。
[0050] 多くの場合、例えば、入射放射の強度を測定するために、基準ビームが使用される。そうするために、放射ビームが部分反射面１６上に入射した場合、その一部は、基準ミラー１４の方向に基準ビームとして部分反射面を透過する。次に、基準ビームは、同じディテクタ１８の異なる部分上に投影される。
[0051] 例えば、４０５〜７９０ｎｍまたは２００〜３００ｎｍのようなもっと低い範囲内で問題の波長を選択するために、一組の干渉フィルタ１３を使用することができる。干渉フィルタは、一組の異なるフィルタを備えるものではなく、同調可能なものであってもよい。１つまたは複数の干渉フィルタの代わりに格子を使用することができる。
[0052] ディテクタ１８は、１つの波長（または狭い波長範囲）の散乱放射の強度、複数の波長の強度を別々に、またはある波長範囲の積分した強度を測定することができる。さらに、ディテクタは、ＴＭおよびＴＥ偏光放射の強度および／またはＴＭおよびＴＥ偏光放射の位相差を別々に測定することができる。
[0053] 複数の波長を混合することができる大きなエタンデュー(etendue)を与える、広帯域放射源（すなわち、広い範囲の放射周波数または波長、それ故、色を含む）を使用することができる。広帯域の複数の波長は、好適には、各波長は＊８の帯域幅および少なくとも２＊８（すなわち、波長の２倍）の間隔を有することが好ましい。いくつかの放射「源」は、ファイバの束により分割された拡張した放射源の異なる部分であることができる。このようにして、角度分解散乱スペクトルを複数の波長のところで並列に測定することができる。２次元スペクトルよりももっと多くの情報を含んでいる３次元スペクトル（波長および２つの異なる角度）を測定することができる。それにより、計測プロセスをもっと堅牢にするもっと多くの情報を測定することができる。このことについては、欧州特許出願第ＥＰ１，６２８，１６４Ａ号により詳細に開示されている。
[0054] 基板Ｗ上のターゲットは、現像後レジストの実線のバーが形成されるように印刷される格子であってもよい。バーは、基板内に交互にエッチングすることができる。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬ内の色の収差を感知し、照明の対称性およびこのような収差の存在は、印刷した格子内にはっきり現れる。それ故、印刷格子のスキャタロメータのデータは、格子を再構成するために使用される。ラインの幅および形状のような格子のパラメータは、プリントステップおよび／または他のスキャタロメータプロセスのデータから再構成プロセスに入力することができる。
[0055] すでに説明したように、基板が露光される度に、基板が１回以上の前の露光の場合と露光デバイスに対して同じ方向を向いていることが重要である。何故なら、露光パターンは、露光の度に１つまたは複数の前の層内のパターンと望ましくは、完全に重なるように、各レジスト層内で整合しているからである。アラインメントに誤差が生じると、基板上の露光パターンのオーバレイに誤差が生じ、基板がダメになり、場合によっては表面を剥奪し、再度露光を行わなければならなくなる。それ故、露光間の基板の相対アラインメントが（基板上の以降の層のオーバレイを測定することにより）検出され、計算したすべての誤差が、可能な場合には、露光装置または１つまたは複数の露光後のプロセスにより補償される。
[0056] リソグラフィ装置（露光装置を含む）から独立している検査装置が、基板の１つまたは複数の特性を測定するために、特に層毎および基板毎の基板の１つまたは複数の特性の違いを測定するために使用される。それにより検査装置は、またリソグラフィ機械毎の基板の１つまたは複数の特性の違いを測定するためにも使用され、それ故、一連の装置を使用した場合でも、同じ品質の製品を製造するためにリソグラフィ機械をどのようにキャリブレーションしたらよいのかを判定する際に役に立つ。この測定は、オーバレイ計測学により行われる。
[0057] オーバレイを測定する目的で、基板のスクライブレーン内の重畳格子の回折スペクトルが、基板のミスアライメントを測定するために使用されてきた。格子の形をしているオーバレイターゲットの動作原理は、オーバレイビームがその下の格子と整合している、または相互に全く重畳していない格子に入射した場合、格子から反射するオーバレイビーム内に特定の回折スペクトルが生成されるというものである。しかし、格子にミスアライメントがあると、種々の回折オーダの上で見ることができる回折スペクトルに種々の回折オーダＮおよび−Ｎの間に若干の強度の非対称が生じる。ミスアライメントが大きければ大きいほど、回折スペクトル内の強度の非対称が大きくなる。
[0058] 基板のアラインメントおよびオーバレイが測定できる状態でスクライブレーン空間を節約する１つの解決方法は、両方の測定に使用することができるターゲットを使用する方法である。それ故、図４および図５は、アラインメント測定およびオーバレイ測定の両方に使用することができるターゲットを示す。
[0059] 図４は、本発明のある実施形態による基本アラインメントターゲットを示す。もちろん、本発明のある実施形態は、例えば、高度ターゲット(enhanced target)と呼ばれるサブセグメント(sub-segmented)またはミックス(mixed)一次・高次回折オーダターゲットとすることができるより複雑なアラインメントターゲットにも適用することができる。望ましくは、アラインメントターゲットは、実質的に等間隔で、周期的アレイ（例えば、一次元アレイまたは２次元アレイ）を生成する一連の構造１０を含むことが好ましい。図４のアラインメントターゲットは、構造の仮定周期的アレイに対して、図左側の４つの構造（例えば、矩形構造）が−ｄｎｍの小さなシフトを有している点、および図の右側の４つの構造が＋ｄｎｍのシフトを有している点、すなわち、アレイの右側の構造が図４の左側の構造と同じシフトを有しているが、方向が反対であるという点を除けば、このようなアラインメントターゲットに類似している。反対方向のシフトは、同じオフセットｄでなくてもよい。構造の各組は、例えば、＋ｄおよび−ｅのシフトを有することができる。
[0060] 図５は、小さなシフトを持たない第２のアラインメントターゲットの重ね合わせを示す。これら２つの層間のオーバレイ誤差の測定については後で説明する。しかし、アラインメントターゲットの２つの層は、もちろん、底部ターゲットが、小さなシフト＋ｄまたは−ｄを有さないで、トップ層がシフトを有するように交換することができる。
[0061] 構造の間隔（または構造間の距離）は、現在のアラインメントシステムで測定することができるように選択することができる。例えば、既知のアラインメント測定システムによりアラインメントを測定することができるように間隔を選択することができる。
[0062] アラインメントターゲットと同じパターン、または少なくとも同じ周波数のパターンを有するアラインメントビームを、すでに説明したように、または図４に示すように、このアラインメントターゲットと比較することができる。アラインメントシステムは、固定基準点に対するアラインメントターゲットの位置を判定する。固定基準点は、アラインメントターゲットに類似の形状または少なくとも類似の周波数の基準格子であってもよいし、または固定基準点は、自己参照干渉計であってもよい。
[0063] 図５は、基本アラインメントターゲット構造１０上に重ねられた構造２０の第２の層を示す。第２の層２０は、ほとんどの場合、レジスト（または放射感応性）層Ｒの上にインプリントされるか、エッチングされるか、または露光される。オーバレイ測定ビームは、構造の第２の層２０の表面から反射する。第２の層が第１の層と整合している場合には、反射ビームの回折パターンで１つの一連の構造しか「見ることができない」("visible")。しかし、標準オーバレイ測定の場合のように、２つの層の間にミスアライメントがあると、オーバレイ測定ビームの回折スペクトルは、構造２０の下の構造１０（すなわちアラインメントターゲット）ならびに上の層により影響を受ける。図５の場合には、第２の層はバイアスを有していない。しかし、ある実施形態は、バイアスを有していない第１の層１０および例えば＋ｄおよび−ｄのようなバイアスを有する第２の層２０を有する。
[0064] 値ｄは有利に小さい。
[0065] 第１のターゲット、すなわちアラインメントターゲットで小さなシフト＋または−ｄを使用する場合には、アラインメント測定システムは、ｄがゼロであると予想する。何故なら、アラインメント測定システムはアラインメントビーム内にシフトを有していないからである。しかし、ｄが十分小さい場合には（例えば、１０〜５０ｎｍ程度、ある実施形態の場合には約２０ｎｍ程度の）、アラインメント測定システムはシフトを検出することができず、誤差は検出されなくなる。通常、シフトはアラインメント測定中に平均される。
[0066] 一方、オーバレイ測定の場合には、それぞれがオーバレイ測定ターゲットを含んでいる２つの層のオーバレイが、回折オーダＮおよび回折オーダ−Ｎ間の強度の非対称Ａを測定することにより入手される。オーバレイが小さい場合には、非対称はオーバレイに線形的に比例する。
Ａ＝Ｋ×ＯＶ （１）
ここで、Ｋは未知の比例係数である。
[0067] オーバレイは、反対方向のバイアスｄを有する２つの重なり格子を使用して測定した非対称から判定することができる。上式は、例えば、異なるバイアス＋ｄおよび−ｅ、または例えば、同じ方向の異なるバイアス＋ｄおよび＋ｅを考慮に入れるように修正される。これにより２つの非対称が測定される。
Ａ１＝Ｋ（ＯＶ＋ｄ）
Ａ２＝Ｋ（ＯＶ−ｄ） （２）
[0068] これにより、解くことができる２つの未知数（ＯＶおよびＫ）を有する２つの式が得られる。しかし、ｄは、格子のピッチと比較すると小さい｜ＯＶ＋ｄ｜の値に対して非対称が線形的に変化するように、ｄは小さい値でなければならない。
[0069] ＴＩＳ(tool induced shift)は、２回目に１８０度回転した同じ格子を測定することにより判定される。オーバレイも格子と一緒に回転されるが、ＴＩＳは、同じ大きさと符号を有し、次に誤差として判定し除去されることになる。測定した非対称Ａは、センサの欠陥によるオフセット項Ａ＿ツールを含む。それ故、測定した非対称は下式で表される。
Ａ＝Ｋ×ＯＶ＋Ａ＿ツール （３）
[0070] 基板を回転することにより、オーバレイの符号は変わるが、Ａ＿ツールはそのままである。それにより、格子の２つの測定値により非対称のＴＩＳを判定することができる。
[0071] 本明細書において、ＩＣ製造の際のリソグラフィ装置の使用について特に言及する場合があるが、本発明のリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用の案内および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような他の用途にも使用することができることを理解されたい。当業者であれば、このような別の用途の場合、本明細書で使用する「ウェーハ」または「ダイ」という用語は、それぞれもっと一般的な用語である「基板」または「ターゲット部分」と同義語であると考えることができることを理解することができるだろう。本明細書における基板は、例えば、トラック（通常、基板にレジストの層を塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジツールおよび／またはインスペクションツールのような露光の前後で処理することができる。適用できる場合には、本明細書の開示を、上記および他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板を、例えば、多層ＩＣを形成するために２回以上処理することができる。そのため、本明細書で使用する基板という用語は、多重処理層をすでに含んでいる基板を意味する場合もある。
[0072] 光リソグラフィとして本発明の実施形態を使用するために上記説明を特に参照することができるが、本発明は、例えばインプリントリソグラフィのような他の用途にも使用することができ、その場合、前後関係から判断できる場合には、光リソグラフィに限定されないことを理解することができるだろう。インプリントリソグラフィの場合には、パターニングデバイスの形状が基板上に形成されるパターンを画定する。パターニングデバイスの形状は、基板に塗布されたレジストの層内に押しつけることができ、その場合、レジストは電磁放射、熱、圧力またはこれらの組合せを適用することにより硬化される。パターニングデバイスをレジストから取り除くと、レジストが硬化した後でその中にパターンが残る。
[0073] 本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）、ならびにイオンビームまたは電子ビームのような粒子ビームを含むすべてのタイプの電磁放射線を含む。
[0074] 「レンズ」という用語は、前後関係からそう解釈できる場合には、屈折型、反射型、磁気型、電磁型および静電型光コンポーネントを含む種々のタイプの光コンポーネントのうちの任意のもの、または組合せを意味する。
[0075] 今まで本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明は上記以外の方法でも実行することができることが理解される。例えば、本発明は、上記の方法を記述している機械読み取り可能命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、またはこのようなコンピュータプログラムを記憶しているデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。
[0076] 上記の説明は例示としてのものであって本発明を制限するものではない。それ故、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記発明を種々に変更できることを理解することができるだろう。
[0018] リソグラフィ装置を示す。 [0019] リソグラフィセルまたはクラスタを示す。 [0020] 本発明の一実施形態によるスキャタロメータを示す。 [0021] 本発明の第２の実施形態によるスキャタロメータを示す。 [0022] 複合アライメント・オーバレイターゲットを示す。 [0023] 図４のアラインメントターゲットをベースとするオーバレイターゲットを示す。

Claims (20)

  1. 複合アライメント・オーバレイターゲットを備えており、複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを有し、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセットが実質的に基板の平面内に位置する、基板。
  2. 前記ターゲットが前記構造のアレイ上に重畳している構造の層を有し、前記構造の層が前記構造のアレイに類似したオフセットを有する、請求項１に記載の基板。
  3. 前記構造の約半分が前記第１の方向に前記第１のオフセットを有し、前記構造の残りが前記反対方向に前記第２のオフセットを有する、請求項１に記載の基板。
  4. 前記第１のオフセットの大きさが前記第２のオフセットと実質的に同じである、請求項１に記載の基板。
  5. 前記オフセットが１０ｎｍから５０ｎｍまでの間である、請求項１に記載の基板。
  6. 前記オフセットが約２０ｎｍである、請求項５に記載の基板。
  7. 前記ターゲットが格子を含み、前記構造が格子のバーである、請求項１に記載の基板。
  8. 前記ターゲットが矩形構造の一次元アレイを有する、請求項１に記載の基板。
  9. 前記ターゲットが矩形構造の２次元アレイを有する、請求項１に記載の基板。
  10. 複合アライメント・オーバレイターゲットを備えており、複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対するオフセットを有し、オフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する異なるオフセットを有し、第１および第２の部分のオフセットが同じ方向であり、且つ実質的に基板の平面内に位置する、基板。
  11. 前記ターゲットが前記構造のアレイ上に重畳している構造の層を有し、前記構造の層が前記構造のアレイに類似したオフセットを有する、請求項１０に記載の基板。
  12. 前記オフセットが１０ｎｍから５０ｎｍまでの間である、請求項１０に記載の基板。
  13. 複合アライメント・オーバレイターゲットを備える基板であって、該ターゲットが２つの重畳層を備え、各層が構造のアレイを備えるターゲットを含み、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１のオフセットの方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、基板。
  14. 前記構造の約半分が前記第１の方向に前記第１のオフセットを有し、前記構造の残りが前記反対方向に前記第２のオフセットを有する、請求項１３に記載の基板。
  15. 前記第１のオフセットの大きさが前記第２のオフセットと実質的に同じである、請求項１３に記載の基板。
  16. 前記オフセットが１０ｎｍから５０ｎｍまでの間である、請求項１３に記載の基板。
  17. 基板の特性を測定するように構成されている検査装置であって、
    基板上で複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するように構成されている露光ツールと、
    基板上で複合アライメント・オーバレイターゲット放射を当てるように構成されている放射源と、
    複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射を検出するように構成されているディテクタと、を備え、
    複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを有し、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第２の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、
    検査装置。
  18. 基板上に構造の第１のアレイを与えるステップであって、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、ステップと、
    構造の第１のアレイにアラインメント放射ビームを当てるステップと、
    構造の第１のアレイから反射したアラインメント放射ビームを、基板上以外に位置するモデルターゲットから反射したアラインメント放射ビームと比較するステップと、
    モデルターゲットに対する基板のアラインメントを判定するステップと、
    基板上のレジスト層に、基板上の構造の第１のアレイがその上に重畳している構造の第２のアレイを有するように、構造の第１のアレイに類似した構造の第２のアレイを与えるステップと、
    構造の重畳アレイにオーバレイ放射ビームを当てるステップと、
    構造の重畳アレイから回折した放射回折スペクトルを測定するステップと、
    構造の重畳アレイのオーバレイの範囲を判定するために回折放射の強度の非対称性を判定するステップとを含む、
    検査方法。
  19. 基板の特性を測定するように構成されているリソグラフィ装置であって、
    基板上の複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するように構成されている露光ツールと、
    複合アライメント・オーバレイターゲットを照射するために放射ビームを供給するように構成されている放射源と、
    複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射ビームを検出するように構成されているディテクタと、を備え、
    複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の前記同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１のオフセットの方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置している、
    リソグラフィ装置。
  20. 基板の特性を測定するように構成されているリソグラフィセルであって、
    基板上の複合アライメント・オーバレイターゲットを露光するための露光ツールと、
    複合アライメント・オーバレイターゲットを放射するために放射ビームを供給するための放射源と、
    複合アライメント・オーバレイターゲットから反射した放射ビームを検出するためのディテクタと、を備え、
    複合アライメント・オーバレイターゲットが構造のアレイを備え、前記構造の第１の部分が構造の仮定周期的アレイに対する第１のオフセットを有し、第１のオフセットが第１の方向にあり、前記構造の第２の部分が構造の同じ仮定周期的アレイに対する第２のオフセットを有し、第２のオフセットが第１の方向とは反対の方向にあり、第１および第２のオフセット両方が実質的に基板の平面内に位置する、
    リソグラフィセル。
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