JP4057847B2 - リソグラフィ投影装置の較正方法、パターニング装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、放射投影ビームを発生させる放射系と、
目標パターンに従ってビームにパターンを付与するパターニング装置を支持する支持構造物と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板のターゲット部分にパターン付与されたビームを結像させる投影系とを含むリソグラフィ投影装置の較正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ここで用いる「パターニング装置」という用語は、入射放射ビーム横断面に、基板ターゲット部分に作られるパターンに対応するパターンの付与に使用できる装置を意味するように広く解釈されたい。「光弁」の語も、同様の文脈で使用される。概して、前記パターンは、ターゲット部分に作られるデバイス、例えば集積回路その他のデバイス（後述）の特定機能層に対応する。この種のパターニング装置は、マスクと、プログラム可能なミラー配列と、プログラム可能なＬＣＤ配列とを含んでいる：
− マスク。マスクの概念はリソグラフィでは周知であり、例えばバイナリ、交替位相シフト、減衰位相シフト等の種類や、種々のハイブリッド型のマスクが含まれる。放射ビーム内にこのマスクを配置することにより、マスクのパターンに従って、マスクに入射する放射ビームが、選択的に透過（透過性マスクの場合）または反射（反射性マスクの場合）せしめられる。或るマスクの場合、支持構造物は概してマスクテーブルであり、該マスクテーブルは、入射する放射ビーム内の目標位置にマスクを保持し、かつ所望とあれば、放射ビームに対しマスクを移動させることができる。
− プログラム可能なミラー配列。このデバイスの一例は、粘弾性的な制御層と反射面とを有するマトリクス−アドレス可能な面である。このミラー配列の背後の基本原理は、反射面の（例えば）アドレス区域が入射光を回折光として反射する一方、非アドレス区域は入射光を非回折光として反射することである。適当なフィルタを用いて、前記非回折光は反射光から濾外して、回折光のみを後に残すことができる。このようにして放射ビームは、マトリクス−アドレス可能な面のアドレスパターンに従ってパターン付与される。プログラム可能なミラー配列の別の実施例では、複数小ミラーのマトリクス配列を採用している。小ミラーのそれぞれは、適当な局所的電場を印加するか、圧電作動装置を使用することで個別に軸を中心として傾けられる。繰り返すが、ミラーはマトリクス−アドレス可能であるので、アドレスされたミラーは、入射ビームをアドレスされないミラーとは異なる方向に反射する。このようにして、反射ビームは、マトリクス−アドレス可能なミラーのアドレスパターンに従ってパターン付与される。要求されたマトリクス−アドレスは、適当な電子素子を使用して行う。前述の状況のいずれにおいてもパターニング装置は、１個以上のプログラム可能なミラー配列を含むことができる。ミラー配列についてのこれ以上の情報は、例えば米国特許ＵＳ５，２９６，８１９およびＵＳ５，５２３，１９３、ＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７およびＷＯ９８／３３０９６から得ることができる。これらは、ここに引用することで本明細書に取り入れられる。プログラム可能なミラー配列の場合、前記支持構造物は、要求に応じて固定または可動にし得る例えばフレームまたはテーブルとして具体化できる。
− プログラム可能なＬＣＤ配列。この構造物の一例は米国特許ＵＳ５，２２９，８７２に見られ、該特許はここに引用することで本明細書に取り入れられる。前述のように、この場合の支持構造物は、要求に応じて固定または可動にでき、例えばフレームまたはテーブルとして具体化できる。
【０００３】
簡単化する目的で、本明細書の以下残りの或る箇所では、特にマスクおよびマスクテーブルに関係する事例について説明するが、それらの例で説明される一般原理は、既述のパターニング装置の広い文脈で見られたい。
リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用できる。その場合、パターニング装置は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを発生させ、このパターンを、放射線感応材料層（レジスト）で被覆された基板（シリコンウェーハ）のターゲット区画（例えば１つ以上のダイを含む）に結像させることができる。総じて、単一ウェーハは、隣接するターゲット区画の全ネットワークを含んでおり、これらのターゲット区画は、投影系によって一度に一つ順次に照射される。マスクテーブル上のマスクでパターン付与する従来の装置は、２種類の異なる装置に分けられる。一方の種類のリソグラフィ投影装置では、各ターゲット区画が一括照射され、全マスクパターンがターゲット区画に露光される。この種の装置は、普通、ウェーハステッパと呼ばれる。他方の装置は、−普通、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれ− 所定基準方向（「走査」方向）にマスクパターンを投影ビーム下で漸次走査する一方、同時に、該方向と平行または逆平行に基板テーブルを走査することで、各ターゲット区画が照射される。一般に、投影系は倍率Ｍを有するので（概して＜１）、基板テーブルが走査される速度Ｖは、マスクテーブルが走査される速度のＭ倍である。ここに記したリソグラフィ装置についてのより詳しい情報は、例えば米国特許ＵＳ６，０４６，７９２から知ることができ、該特許はここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。
【０００４】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程では、パターン（例えばマスクの）が、少なくとも部分的に放射線感応材料層（レジスト）で被覆された基板上に結像される。この結像段階の前に、基板は種々の処理を受ける。例えばプライミング、レジスト被覆、ソフトベイク等。露光後、基板は、別の処理、例えば露光後ベイク（ＰＥＢ）、現像、ハードベイク、結像した形状特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）の測定／検査等を受ける。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層にパターン付与する基礎として行われる。このパターン付与された層には、次に種々の処理、例えばエッチング、イオン打込み（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械式研摩等が施されるが、これらはすべて、個々の層の仕上げ目的のものである。数層が必要とされる場合は、全処理またはその変化形式が、各新しい層に反復される。場合により、基板（ウェーハ）上にデバイス配列が形成される。これらのデバイスは、次にダイシングまたはソーイング等の技術により互いに分離され、個々のデバイスが、キャリアに取り付けられたり、ピンに接続されたりする。こうした処理に関するこれ以上の情報は、例えば文献Ｐ．ヴァン・ザント著「マイクロチップの製造：半導体加工便覧」（第３版、１９９７年、マグローヒル出版社刊、ＩＳＢＮ０−０７００６７２５０−４）参照のこと。該情報は、ここに引用することで本明細書に取り入れられる。
【０００５】
簡単化のため、投影系は、以下では「レンズ」と呼ぶことがあるが、この用語は、例えば屈折、反射、反射屈折の各光学素子を含む種々の種類の投影系を内包するものとして広く解釈すべきである。放射系は、また放射投影ビームの方向づけ、成形、制御のいずれか用の設計に従って動作する構成素子を含んでおり、該構成素子もまた、以下で集合的または単個で「レンズ」とも呼ぶことにする。更に、リソグラフィ装置には、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有する種類もある。そのような「多ステージ」装置では、付加テーブルを並列的に使用するか、または準備段階を１つ以上のテーブルで行う一方、別の１つ以上のテーブルを露光用に使用する。２ステージ・リソグラフィ装置は、例えば米国特許ＵＳ５，９６９，４４１およびＷＯ９８／４０７９１に記載されており、これらは、ここに引用することで本明細書に取り入れられる。
【０００６】
臨界寸法（ＣＤ）、すなわち単数または複数の形状特徴（ｆｅａｔｕｒｅ［ｓ］）の寸法、例えば、変化すると形状特徴の物理特性の不都合な変動を生じさせるトランジスタのゲート幅等は、リソグラフィ内で縮小するため、単一基板の両端かつ基板間双方での焦点および照射線量の整合性が重要性を増すことになる。従来、ステッパーには、照明系の出力をモニタすることにより線量をモニタするエネルギーセンサと、エリア映像を検知するイメージセンサが使用されていた。最適設定は、「センド−アヘッド・ウェーハ」、すなわち製造行程の前に露光、現像、測定済みのウェーハによって決定される。該ウェーハでは、試験構造物は、いわゆる焦点−エネルギー・マトリクス（ＦＥＭ）内で露光され、最上の焦点合わせおよびエネルギーの設定が、該試験構造物の検証によって決定された。
【０００７】
焦点をモニタする位置合わせ系の使用は既に提案され、この技術を拡張して線量測定にも使用することは、Ｐ．ダークセンほか著「ステッパー位置合わせを使用する焦点および照射線量決定」（“Ｆｏｃｕｓ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｄｏｓｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｓｅｐｐｅｒ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ”，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２７２６／７９９、１９９６）に開示されている。この論文では、焦点合わせマーカーおよび線量マーカーを形成するように修正される位置合わせマーカーが説明されている。公知の位置合わせマーカーの一例は、４つの位相格子配列を含み、そのうちの２つは、第１方向に整列された格子線を有し、他の２つは、第１方向と直角の格子線を有している。焦点合わせマーカーの場合は、格子線が、解像度以下の削減線幅を有する削減構造物に替えられる。例えば、全格子周期が１６μｍの場合、削減線幅は０．７〜０．２５μｍでよい。線量マーカーの場合は、格子線が、透明部分と約０．４の透過度を有する部分とを含んでいる。
【０００８】
ダークセンの説明による方法では、焦点−エネルギー・マトリクスは、放射線感応層を有する基板上に結像されるが、放射線感応層は加工されない。結果として得られる映像は、「潜在映像」と呼ばれ、マーカー映像のところで回折する光の位相遅れを生じさせる照射変動の関数である厚さ変動により形成される。正規の位置合わせマーカーに対するこれらの修正マーカーの位置を測定することで、焦点および線量の誤差を表す位置合わせずれ（ＡＯ）が示される。
【０００９】
この方法の一つの欠点は、線量のＡＯが焦点感応性であるため、線量の較正が、最良焦点面で行わねばならないことである。したがって、焦点と線量との同時較正は、不可能ではないが困難である。別の欠点は、潜在映像のＡＯ測定値は、処理済み映像のＡＯ測定値と同じような代表値ではないことである。例えば、潜在映像の位相遅れ特性はレジスト特性とレジスト厚とに依存するが、更に処理の下流（すなわちレジストの現像およびストリップ後）には、そのような依存はない。また、容易に測定可能な複数ＡＯを生じさせる潜在映像が形成されるのは、通常の処理済みレジスト層が厚く、過剰露光されたレジスト層だけである。したがって、較正処理に使用される線量は、実際の処理段階で使用される線量とは比較できないので、測定値は代表値として得られるものではない。
【００１０】
Ｈ．キース、ニシハラほかの論文「フォトリソグラフィによるオーバーレイ精度の測定とガウス合成の相関２項ラプラシアンによる臨界寸法」（“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｖｅｒｌａｙ Ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｂｙ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｎｇ Ｂｉｎａｒｉｚｅｄ Ｌａｐｌａｃｉａｎ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｓ”，ＩＥＥＥ トランスアクション・オン・パターン・アナリシス・アンド・マシン・インテリジェンス １０巻１号、１９８８年１月刊）には、オーバーレイ精度と臨界寸法の変化とを、フォトリソグラフィ処理の最小形状特徴寸法で小型素子のランダムパターンのターゲットを使用して測定する方法が開示されている。マーカーは、プリントされ、カメラで観察される。カメラ映像は、次いで位置合わせを確定するために処理される。１個の格子を付加することによって、結像された素子の寸法変化が位置合わせの変化を生じさせる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実際の処理条件を、従来以上に代表する、焦点合わせと線量との同時較正を可能にする方法を、現行の位置合わせ用具を使用して得ことにある。
前記目的およびその他の目的は、
放射投影ビームを発生させる放射系と、
目標パターンに従ってビームにパターン付与するパターニング装置を支持する支持構造物と、
基板を保持する基板テーブルと、
パターン付与されたビームを基板のターゲット区画に結像させる投影系を含むリソグラフィ投影装置を較正する本発明の方法により達せられ、
前記方法が、次の段階、すなわち
前記基板テーブルによって保持された基板の放射線感応層上に、前記パターニング装置に設けられた少なくとも１つの位置合わせマーカーを結像させる段階を含み、
前記単数または複数の位置合わせマーカーが、少なくとも１つの格子を含み、かつ焦点感応部分と線量感応部分とを有しており、該焦点および線量感応部分がそれぞれ、対照的な背景上に複数のドットを有し、該複数のドットが、前記結像段階での焦点および線量の設定の変動により、前記単数または複数の格子の見かけの位置が変位することを特徴としている。
【００１２】
本発明により、またリソグラフィ投影装置内で目標パターンに従って投影ビームにパターン付与するパターニング装置が得られ、該パターニング装置が、焦点感応部分と線量感応部分とを含む少なくとも１つの位置合わせマーカーを含み、該焦点感応部分と線量感応部分とがそれぞれ、複数のドットを対照的な背景上に有しており、該複数のドットが、前記マーカー映像の投影時に、焦点・線量設定の変化が前記単数または複数の格子の見かけ位置を変位させるように、配置されている。
【００１３】
好ましくは、基板の放射線感応層上に結像した単数または複数の位置合わせマーカーが、次に現像され、かつマーカー位置が測定されて、基板レベルでの焦点誤差と線量との代表値である位置合わせずれが得られる。マーカー位置は、公知の位置合わせ用具で測定され、信頼性のある一貫した成績が得られる。装置の焦点および線量の設定の完全な較正は、ＦＥＭの結像および現像により得られ、それにより位置合わせマーカーの複数映像が、１配列内での線量および焦点の異なる設定で結像する。本発明では、更に較正処理の第２ステージで、装置の線量および焦点の設定が選択され、最良の焦点位置から変位したところに焦点設定がなされ、次いで装置に対する焦点および線量の完全Ｘ−Ｙ較正が得られるように、位置合わせマーカーが、基板上の複数の異なる位置に結像されるが、その場合、Ｘ方向とＹ方向とは事実上基板平面と平行である。
【００１４】
本発明により、焦点および線量は、実際の処理に従来以上に適用可能な焦点および線量の設定で、単一ウェーハ上の位置合わせマーカーの複数露光を利用することにより較正できる。
本発明の別の態様によれば、デバイス製造方法が得られ、該方法は、次の段階、すなわち、
放射線感応材料層により少なくとも部分的に被覆された基板を得る段階と、
放射系を使用して放射投影ビームを得る段階と、
パターニング装置を用いて投影ビーム横断面にパターン付与する段階と、
パターン付与された放射ビームを放射線感応材料層のターゲット上に投影する段階とを含み、
前記装置が、先ず前述のような焦点および線量の較正を受け、該較正の結果が、引き続き投影段階で使用される焦点および線量の設定を決定するのに使用されることを特徴としている。
【００１５】
本明細書では、本発明による装置をＩＣｓの製造に使用する場合について、具体的に説明したが、該装置には、他の多くの用途があることは言うまでもない。例えば、集積光システム、磁区メモリ用の案内／検出パターン、液晶ディスプレーパネル、薄膜磁気ヘッド等にも使用できる。当業者であれば、これら別の用途と関連して、「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」などの用語は、それぞれより一般的な用語「マスク」、「基板」、「ターゲット区画」の語で置き換え可能であることが理解されよう。
本明細書では、「放射線」や「ビーム」の用語は、紫外線（例えば波長３６５、２４８、１９３、１５７、１２６ｎｍの）およびＥＵＶ（極端紫外線、例えば波長範囲５〜２０ｎｍの）を含むあらゆる種類の電磁放射線を意味するものとして使用されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の複数実施例を添付略示図面を参照にして説明するが、該実施例は、単に例として挙げるものにすぎない。図面では、対応する部品には同じ符号が付されている。
実施例１
図１は、本発明の一具体例によるリソグラフィ投影装置を示している。該装置は、
特にこの場合、放射線源ＬＡをも含む、放射投影ビームＰＢ（例えばＵＶ）を供給する放射系Ｅｘ，ＩＬと、
マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するマスクホールダを備え、投影系ＰＬに対するマスクの精密位置決め用第１位置決め装置に接続された第１客体テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えばレジスト被覆シリコンウェーハ）を保持する基板ホールダを備え、投影系ＰＬに対する基板の精密位置決め用第２位置決め装置に接続された第２客体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗのターゲット区画Ｃ（１個以上のダイを含む）にマスクＭＡの照射された部分を結像させる投影系（「レンズ」）ＰＬ（例えば屈折レンズ系）とを含んでいる。
図示のように、前記装置は透過型（すなわち透過性マスクを有している）である。しかし、一般には、例えば反射型（反射性マスク）であってもよい。あるいはまた、前記装置は、別種のパターニング装置、例えば既述の種類のプログラム可能なミラー配列を採用してもよい。
【００１７】
線源ＬＡ（例えばエキシマレーザー）は放射ビームを発生させる。この放射ビームが、照明系（照明器）ＩＬ内へ、直接または例えばビームエキスパンダＥｘ等の調整装置を通過した後、供給される。照明器ＩＬは、ビーム内の強度分布の半径方向外延および／または内延（通常、σ−外延、σ−内延と呼ばれる）を設定する調節装置ＡＭを含んでいる。加えて、照明器は、一般には、種々の他の構成素子、例えば積分器ＩＮやコンデンサＣＯを含んでいる。このようにすることで、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その横断面が所望の一様性および強度分布とを有することが可能になる。
図１に関し注意すべき点は、線源ＬＡがリソグラフィ投影装置のハウジング内に配置されているが（線源ＬＡが、例えば水銀灯の場合に多い）、リソグラフィ投影装置から離れたところに配置してもよい点である。線源ＬＡが発生させる放射ビームは、投影装置内へ導入される（例えば、適当な指向性ミラーにより）。この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザーの場合に多い。本発明および特許請求の範囲は、これらのシナリオの双方を含んでいる。
【００１８】
放射ビームＰＢは、次いで、マスクテーブルＭＴ上でマスクホールダに保持されているマスクＭＡと交差する。マスクＭＡを横断して、放射ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、該レンズＰＬが、放射ビームＰＢを基板Ｗのターゲット区画Ｃ上に集束させる。第２位置決め装置（および干渉計測装置ＩＦ）により、基板テーブルＷＴは、正確に移動可能であり、それにより例えば、放射ビームＰＢの光路内で異なるターゲット区画を位置決めできる。同じように、第１位置決め装置は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械式に回収後または走査中に、ビーム光路ＰＢに対するマスクＭＡの精密位置決めに使用できる。総じて、対象テーブルＭＴ，ＷＴの運動は、図１には明示されていない長行程モジュール（コース位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）とによって実現される。しかし、ウエーハステッパの場合（ステップアンドスキャン装置と異なり）、マスクテーブルＭＴは、短行程アクチュエータに接続されるか、または固定される。
【００１９】
図示の装置は、２つの異なるモードで使用できる：
１． ステップモードでは、マスクテーブルＭＴは、事実上定置され、全マスク影像がターゲット区画Ｃに一括投影（すなわち単一「フラッシュ」で）される。次いで、基板テーブルＷＴがｘおよび／またはｙ方向にずらされることで、異なるターゲット区画ＣがビームＰＢによって照射される。
２． スキャンモードでは、所定ターゲット区画Ｃが単一フラッシュで露光されない点を除いて、事実上同じシナリオが適用される。すなわち、マスクテーブルＭＴは、投影ビームＰＢがマスク映像全体にわたって走査するように、走査速度νで所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｘ方向）に移動可能であり、同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで等方向または反対方向に移動せしめられる。この場合、ＭはレンズＰＬの倍率（通常はＭ＝１／４または１／５）である。このようにして、比較的大きいターゲット区画Ｃが、解像度に関し妥協することなく露光され得る。
【００２０】
図２には、マスク上に設けられた位置合わせマーカー１が示されており、該マーカーは、例えばガラス基板上にクロムの遮光域で形成され、本発明の較正方法による較正に使用される。図２に見られるように、位置合わせマーカー１は４象限１１〜１４を含み、該象限のそれぞれが格子構造物を含んでいる。象限のうちの２象限１１，１２は、第１方向、すなわち図で見て水平方向に整列された格子線を有し、他の２象限１３，１４は直角方向、つまり図で見て垂直方向に配置された格子線を有している。象限１１，１２の格子線は、標準型を修正したもので、線量変動の測定が可能にされており、他方、象限１３，１４の格子線は、焦点変動を測定するように修正されている。注意すべき点は、焦点および線量の較正用に修正された象限は、図示のように水平方向に隣接しているが、また垂直方向もしくは斜め方向に隣接していてもよい点である。また、焦点感応象限は、線量感応象限とは異なる位置合わせマーカー内に設けてもよい。更に、全象限を焦点または線量感応性に修正する必要は必ずしもない。象限部分は標準線構造を有している。
【００２１】
図３は、象限１１の線構造部分の拡大図であるが、この図に示されているように、格子周期Ｐは３線構造、すなわち、クロム区域２、空き区域３、線量感応区域４を含んでいる。図４に見られるように、象限１２の格子構造も、同じ要素を含んでいるが、空き区域３と線量感応区域４との順序が入れ替わっている。線量感応区域４は、クロム区域２から空き区域３へ向かって透過率Ｔが単調に増大する可変透過性区域を含んでいる。所要透過率は、例えば、擬似乱数的パターンの空き区域および透明区域により、もしくは投影系により解像可能であるよりも小さい寸法の、適宜に分布可能なドットにより得ることができる。図５に示したそのような構成の場合、黒いドットはマスク上のクロム層内の空きドットを表している。投影ビームの波長が２４８ｎｍ、投影系の開口数が０．６の場合、ドット寸法は、例えば、ウェーハ上に約０．１３μｍのドットとして結像される。
【００２２】
象限１１，１２がウェーハ上に結像される場合、ウェーハが受ける線量は、線量感応部分４の映像区域の両端で変動する。該映像の幅を横切る幾つかのドットのところでは、受ける線量がレジストの閾値と交わることになり、このためレジストは、前記線の透過率の高い側で効果的に露光され、透過率の低い側では露光されない。分割線の位置は、ウェーハに到達する有効線量に依存する。ウェーハが加工され、現像されると、現像された位置合わせマーカー線の太さは、線量感応区域の映像の露光部分と非露光部分との間の線の位置に依存し、このことから、位置合わせマーカーの位置を測定した場合、該マーカー位置が明らかに変位する結果となる。また、空きドットは解像度以下の寸法であるため、分割線の位置は、事実上焦点とは無関係である。このことは、焦点感応性である先行技術線量のＡＯの欠点を緩和するものである。異なるエネルギー設定での位置合わせマーカーの複数映像をプリントし、結果として得られる位置合わせずれを測定することにより、装置は、ウェーハレベルで受ける実際の線量を装置のエネルギー設定に相関させることで較正することができる。
【００２３】
位置合わせマーカー１の象限１３，１４の線構造では、図６および図７に見られるように、反復する１つの周期に３区域が含まれている。象限１３の構造は、クロム区域２、空き区域３、焦点感応区域５を含んでいる。象限１４の線構造も同じだが、空き区域３と焦点感応区域５とが入れ替わっている。焦点感応区域の構造は、図８により詳細に示されている。図示のように、焦点感応区域５は、空き区域に６角形状に配列されたクロムのドット７から構成されている。ドット間のピッチＤは、例えば１．８μｍであり、ドット直径ｄは、例えば０．６μｍである。第１ステージに特徴的なＦＥＭの結像と、第２ステージに特徴的な、異なるＸ−Ｙ位置での焦点マーカーおよび線量マーカーの結像とは、また一度に、言い換えるとＦＥＭ露光後のウェーハの現像なしに、行われる。このようにして、位置合わせずれの焦点および線量の較正と、完全Ｘ−Ｙ焦点および線量の較正が単一段階で行うことができる。
【００２４】
ウェーハ上の焦点感応区域５の映像が正確に焦点合わせされた場合は、クロムのドット７が、現像されたレジスト上に結像され、不十分な焦点合わせのドットの場合より濃い黒さの区域が、プリントされた黒い区域２に隣接して生じる結果となり、このため、現像された位置合わせマーカーの測定位置に見かけ変位が生じる。焦点感応区域５の映像が焦点から移動すると、結像スポットの有効直径は減少する。したがって、結像マスクの重心が変位するため、位置合わせずれが観察される。注意すべき点は、焦点感応部分の密度は、等−焦点（ｉｓｏ−ｆｏｃａｌ）挙動が生じる閾値未満に維持されねばならない点である。閾値を超え、一定エネルギーを超えると、焦点感応挙動は観察されない。等−焦点挙動が観察されるさいの密度およびエネルギーは、計算可能であるか、または実験的に決定可能である。
【００２５】
装置の較正は、２ステージ工程で行われる。第１ステージでは、本発明による位置合わせマーカーの位置合わせずれの、焦点および線量への依存度が、ウェーハ上のＦＥＭをプリントすることで実験的に測定される。ＦＥＭは、装置を異なる焦点および線量設定にしてプリントした位置合わせマーカーの複数映像を含んでいる。ウェーハは、次いで現像され、位置合わせマーカー１の各映像ごとの位置合わせずれが測定される。焦点および線量に対する位置合わせずれの、測定された依存度から、２組の曲線が得られる。１つは、線量によりパラメータ化された、焦点合わせの関数である位置合わせずれを表し、他は、焦点合わせによりパラメータ化された、線量の関数である位置合わせずれを表す。２組の曲線により、位置合わせずれ・焦点・線量間の関係に関する完全な情報が得られる。
【００２６】
第２ステージでは、特定の焦点および線量の値が選択される。線量は、問題の処理ウインドーに特定して選択され、焦点は、最良の焦点位置から幾分離れたところに選択され、通常、焦点合わせの関数としての位置合わせずれの曲線は放物線形を示し、選択された焦点位置は、それらの放物線の頂点から幾分離れたところに位置している。選択された線量および焦点の値で、位置合わせマーカーは、複数のＸ−Ｙ位置でテスト基板上に結像される。ウェーハは、次いで現像され、異なるＸ−Ｙ位置での位置合わせずれ・線量・焦点の依存関係に関する完全な情報が確定できる。
【００２７】
実施例２
第２実施例では、位置合わせマーカーの焦点感応部分と線量感応部分が、図９０および図１０に示すように、ドットおよび穴のランダムなパターンに替えられ、その結果、焦点、線量双方に感応する位置合わせマーカーになっている点以外は、第１実施例と同じである。特に、象限のうちの２つは、図９に示すように焦点・線量感応部分２１を有し、該部分は、空いた背景にランダムに配列されたクロムのドット２２を含んでいる。他の２つ象限は、クロムの背景にランダムな配列の穴２４を含む焦点・線量感応部分２３を含んでいる。注意すべき点は、図１０に示したパターンが図９に示したパターンの正確に陰画をなしている点だが、実際には、このようである必要はなく、穴パターンは、ドットのパターンと全く異なるものであってもよい。ドットまたは穴のランダムなパターンを形成する場合に、最小寸法と最大寸法のドットと穴が、最小分離度同様に具体化できる。
【００２８】
実験結果
レチクル上の焦点−エネルギー・マトリックスのプリントおよび測定から得られる実験結果が、図１１と図１２に示されている。焦点−エネルギー・マトリックスでは、本発明の位置合わせマーカーは、名目ゼロに対し−１．５〜＋１．５μｍの１６の焦点段階と、４０〜１５０ｍＪ／ｃｍ²の９つの名目エネルギーレベルとで露光された。図１１の曲線は、焦点マーカーの場合について、位置合わせずれと、異なるエネルギーレベルごとの焦点との関係を示し、図１２曲線は、線量マーカーの場合について、位置合わせずれと、異なるエネルギーレベルごとの焦点との関係を示すものである。明らかに異なる焦点および線量の応答が示しているのは、焦点と線量とが別個に確定できることである。
【００２９】
以上、本発明の具体的な実施例を説明したが、本発明は、前記説明とは別様に実施することもできる。前記説明は、本発明を制限する意図のものではない。例えば、焦点感応部分や線量感応部分は、他の種類の位置合わせマーカー、例えばＫＬＡオーバーレイ器具と一緒に使用するためのチェッカーボードマーカーまたはボックスインボックス・マーカーに組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるリソグラフィ投影装置の図。
【図２】本発明の第１実施例による変更位置合わせマーカーの図。
【図３】図２に示した位置合わせマーカーの線構造の一部を示す拡大図。
【図４】図２に示した位置合わせマーカーの線構造の別の部分を示す拡大図。
【図５】図２に示した位置合わせマーカーの線構造の半透明区域を示す拡大図。
【図６】図２に示した位置合わせマーカーの線構造の更に別の部分を示す拡大図。
【図７】図２に示した位置合わせマーカーの線構造の更に別の部分を示す拡大図。
【図８】図６および図７に示した線構造の焦点感応部分を示す拡大図。
【図９】本発明の第２実施例による位置合わせマーカーの線構造の半透明部分を示す拡大図。
【図１０】本発明の第２実施例による位置合わせマーカーの線構造の半透明部分を示す拡大図。
【図１１】本発明による焦点マーカーについて、種々の焦点ずれおよび線量レベルでの位置合わせずれの測定実験成績を示す図。
【図１２】本発明による線量マーカーについて、種々の焦点ずれおよび線量レベルでの位置合わせずれの測定実験成績を示す図。
【符号の説明】
ＬＡ 線源
Ｅｘ ビームエキスパンダ
ＩＬ 照明系（イルミネータ）
ＡＭ 調節装置
ＩＮ インテグレータ
ＣＯ コンデンサ
ＰＢ ビーム
ＭＡ マスク
ＭＴ マスクテーブル
ＰＬ レンズ
ＷＴ ウェーハテーブル
ＩＦ 干渉計測器
Ｗ ウェーハ
Ｃ ターゲット区画
Ｄ ピッチ
１ 位置合わせマーカー
２ クロム区域
３ 空き区域
４ 線量感応区域
５ 焦点感応区域
１１〜１４ 象限
２１，２３ 焦点／線量感応部分
２２ クロムのドット
２４ 穴

Claims (17)

1. リソグラフィ投影装置を較正する方法であって、該リソグラフィ装置が、
   放射投影ビームを発生させる放射系と、
   目標パターンに従って投影ビームにパターン付与するパターニング装置を支持する支持構造物と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   パターン付与したビームを基板のターゲット部分に結像させる投影系を含み、前記方法が、
   前記パターニング装置に設けた少なくとも１つの位置合わせマーカーを、前記基板テーブルが保持する基板の放射線感応層上に結像させる段階を含む形式のものにおいて、
   前記位置合わせマーカーが、少なくとも１つの格子を含み、前記格子が複数の実線を含み、
   前記格子は、複数の線が反復する構造を含み、該線が前記反復構造の各周期に、事実上不透明な線と、事実上透明な線と、焦点感応部分または線量感応部分とを含み、
   前記焦点感応部分または線量感応部分が前記不透明な線の各１つに隣接配置され、
   該焦点感応部分または線量感応部分がそれぞれ、対照的な背景上に複数のドットを有し、該複数のドットの配列が、前記結像段階での焦点および線量の設定の変化によって前記実線の前記各１つの見かけ幅を変化させることにより前記格子の見かけ位置を変位させるようなものになっており、また、前記線量感応部分は、擬似乱数的パターンに配列された対照的な背景上の対応する複数の解像度以下のドットによって与えられて単調に増大する可変透過率を有し、前記焦点感応部分の密度は、等−焦点（ｉｓｏ−ｆｏｃａｌ）挙動が生じる閾値未満であり、
   前記位置合わせマーカーは、第１の格子の線の方向に垂直な方向に配列されている複数の実線を含む第２の格子を含み、
   前記第１の格子の複数の実線は、複数の線が反復する構造を含み、該線が前記反復構造の各周期に、事実上不透明な線と、事実上透明な線と、焦点感応部分とを含み、
   前記第２の格子の複数の実線は、複数の線が反復する構造を含み、該線が前記反復構造の各周期に、事実上不透明な線と、事実上透明な線と、線量感応部分とを含むことを特徴とする、リソグラフィ投影装置を較正する方法。
2. 前記焦点感応部分が６角形のドット配列を含む、請求項１に記載された方法。
3. 前記焦点感応部分が、前記６角形配列を有する線である、請求項２に記載された方法。
4. 前記線量感応部分が解像度以下（ｓｕｂ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）の複数ドットを含み、該ドットが、前記装置の有効解像度以下の寸法で結像するような寸法を有し、かつ一区域を横切る第１方向で密度が増すように、該区域に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された方法。
5. 前記線量感応部分が前記解像度以下の複数ドットを有する線である、請求項４に記載された方法。
6. 前記結像段階で、前記位置合わせマーカーの複数映像が、装置の別々の線量および焦点設定で結像し、さらに前記方法が、次の段階、すなわち
   前記位置合わせマーカーの現像された映像の位置を測定する段階と、
   測定された位置から、前記装置の焦点および線量の特性を検出する段階とを含む、請求項１に記載された方法。
7. 前記方法が、更に装置の線量設定と、最良焦点位置からずらされた焦点設定とを選択する段階と、
   単数または複数の前記位置合わせマーカーを、基板の放射線感応層上の異なる複数位置に、前記選択された線量・焦点設定を使用して結像させる段階と、
   前記位置合わせマーカーの前記映像の位置を測定する段階と、
   前記測定された位置から、前記装置の焦点および線量の特性による位置との不一致度を検出する段階とを含む、請求項１に記載された方法。
8. 更に、前記不一致度のシステム成分を検出する段階と、
   該システム成分を低減または補償するために、前記装置の設定および／またはパラメータを調節する段階とを含む、請求項７に記載された方法。
9. 線量設定および焦点設定を選択する段階と、前記位置合わせマーカーを複数位置に結像させる段階とが、種々の線量設定で前記位置合わせマーカーの複数映像を結像させる段階と同時に行われる、請求項７または請求項８に記載された方法。
10. 複数位置を測定する単数または複数の段階の前に、前記映像を現像する段階を含む、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された方法。
11. 前記単数または複数の測定段階で、前記映像の位置が、位置合わせ系を使用して測定され、該位置合わせ系が、基準格子上の前記映像により反射される反射光の選択回折位数を結像する、請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載された方法。
12. リソグラフィ投影装置内で目標パターンに従って投影ビームにパターン付与するパターニング装置において、
    前記パターニング装置が、第１及び第２の複数の実線をそれぞれ含む第１及び第２の格子を含む位置合わせマーカーを含み、
    前記第１及び第２の格子の複数の実線のそれぞれは、複数の線が反復する第１及び第２の構造を含み、該線が前記第１及び第２の反復構造それぞれの各周期に、事実上不透明な線と、事実上透明な線と、焦点感応部分及び線量感応部分とを含み、
    前記焦点感応部分及び線量感応部分が前記不透明な線の各１つに隣接配置され、
    該焦点感応部分及び線量感応部分がそれぞれ、対照的な背景上に複数のドットを有し、該複数のドットの配列が、結像段階での焦点および線量の設定の変化によって前記実線の前記各１つの見かけ幅を変化させることにより前記第１及び第２の格子それぞれの見かけ位置を変位させるようなものになっており、また、前記線量感応部分は、擬似乱数的パターンに配列された対照的な背景上の対応する複数の解像度以下のドットによって与えられて単調に増大する可変透過率を有し、前記焦点感応部分の密度は、等−焦点（ｉｓｏ−ｆｏｃａｌ）挙動が生じる閾値未満である、パターニング装置。
13. 前記焦点感応部分が６角形のドット配列を含む、請求項１２に記載されたパターニング装置。
14. 前記焦点感応部分が、前記６角形配列を有する線である、請求項１３に記載されたパターニング装置。
15. 前記線量感応部分が、複数の解像度以下のドットを含み、該ドットが、前記リソグラフィ投影装置の有効解像度以下の寸法で結像するような寸法を有し、かつ一区域を横切る第１方向に密度が増すように、該区域に配置されている、請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載されたパターニング装置。
16. 前記線量感応部分が前記解像度以下の複数ドットを有する線である、請求項１５に記載されたパターニング装置。
17. デバイス製造方法であって、
    放射線感応材料層により少なくとも部分的に被覆された基板を得る段階と、
    放射系を使用して放射投影ビームを得る段階と、
    パターニング装置を用いて投影ビーム横断面にパターンを付与する段階と、
    パターン付与された放射ビームを放射線感応材料層のターゲット区画に投影する段階とを含む形式のものにおいて、
    基板を得る前記段階の前に、前記装置が請求項１から請求項１１までのいずれか１項に従って較正されることを特徴とする、デバイス製造方法。

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