JP4365818B2 - リソグラフィ装置の焦点試験方法およびシステム、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法に関し、特にリソグラフィ装置で焦点試験を行うための方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板上に、通常は基板の目標部分上に所望のパターンを形成する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造の際に使用することができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニング・デバイスを、ＩＣの個々の層上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・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つまたは数個のダイの一部を含む）上に転写することができる。パターンの転写は、通常、基板上に塗布された放射線感光材料（レジスト）の層上に画像を形成することにより行われる。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目標部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置は、各目標部分が、一度に目標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）に平行にまたは逆平行に同期状態で基板を走査しながら、上記走査方向に放射線ビームを通してパターンを走査することにより、各目標部分が照射されるいわゆるスキャナとを含む。また、基板上にパターンを印刷することにより、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。

リソグラフィ装置の検定の一部は、システムの焦点の検定に関連する。現在のリソグラフィ装置においては、焦点の検定は、通常、焦点の検定用に特に作られた検定ウェハ上で行われる。何故なら、これらの検定用ウェハを使用すれば、再現可能な試験結果が得られるからである。

しかし、リソグラフィ装置の動作中に、特に製造ウェハ上で焦点試験を行えれば好都合である。製造ウェハは、１つまたは複数の製造ステップですでに処理されている場合があり、そのためすでに製品のフィーチャを含んでいる場合がある。焦点試験システムとこれらのフィーチャとの間のクロストークが、焦点試験の結果に影響を与える恐れがある。特に、結果は焦点試験から得られるものであるが、結果の信頼性には疑問がある場合がある。

実際の製造ウェハ上で焦点性能の測定を行うことができれば好都合である。しかし、この製造ウェハの層のフィーチャは、現在の焦点試験測定技術と干渉を起こすことがあり、その場合、焦点試験の結果は信頼することができないものになる。それ故、通常のウェハ（処理済み層を含んでいる、または含んでいない）上での焦点試験が信頼できるものかどうかを表示するある種のインジケータを使用することは望ましいことである。

ある態様によれば、本発明は、リソグラフィ装置で焦点試験を行うための方法を提供する。上記方法は、
放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャ、および第２の焦点フィーチャにより、リソグラフィ装置で基板を照明するステップと、
基板上に画像形成された第１の焦点感知フィーチャにより、焦点試験の結果を提供するために、基板を分析するステップとを含む。
基板は通常の製造ウェハであり、基板上に画像形成された第２の焦点フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、焦点試験の結果が容認される。この態様の場合、焦点感知フィーチャは、フィーチャの焦点がぼけた場合、基板の面に沿った変位のような画像形成されたフィーチャのある特性に測定可能なシフトが起こることを意味する。

通常の製造ウェハは、基板の作業処理中に使用する基板である。通常の製造ウェハは、平らな研磨済みのウェハ（多くの場合、その頂部上に樹脂を含む）である場合もあるし、または１つまたは複数の処理ステップをすでに終わっていて、１つまたは複数のフィーチャを有する層を含んでいる基板である場合もある。基板は、照明後であって分析を行う前に現像することができ、または基板層上の潜像上で（すなわち、照明した基板を現像しないで）分析を行うこともできる。第１の焦点感知フィーチャおよび第２の焦点フィーチャは、１枚の試験マスク上、複数の試験マスク上、または別々の試験マスク上に形成することができる。また、第１の焦点感知フィーチャおよび第２の焦点フィーチャは、試験マスク上の１つの形のマークとして形成することもできる。この場合、試験マスク内においては、１つの形のマークの別々の面が、第１の焦点感知フィーチャおよび第２の焦点フィーチャとして使用される。

所定の統計的特性は、例えば、第２の焦点フィーチャが焦点不感知フィーチャを含んでいる場合には、基板上の画像形成された第２の焦点フィーチャの位置の標準偏差であってもよい。

他の態様においては、本発明は、パターニング・デバイスから基板上にパターンを転写するステップと、焦点試験を行うステップとを含むデバイス製造方法に関する。上記焦点試験は、
放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャ、および第２の焦点フィーチャにより、リソグラフィ装置で基板を照明するステップと、
基板上に画像形成された第１の焦点感知フィーチャにより焦点試験の結果を提供するために、基板を分析するステップとを含む。
基板は通常の製造ウェハであり、基板上に画像形成された第２の焦点フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、焦点試験の結果が容認される。

さらに他の態様においては、本発明は、パターニング・デバイスから基板上にパターンを転写するように配置されているリソグラフィ装置に関する。リソグラフィ装置は、下記のステップを行うために配置されている焦点試験装置を備える。下記のステップとは、
放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャ、および第２の焦点フィーチャにより、リソグラフィ装置で基板を照明するステップと、
基板上に画像形成された第１の焦点感知フィーチャにより焦点試験の結果を提供するために、基板を分析するステップとを含む。
基板は通常の製造ウェハであり、基板上に画像形成された第２の焦点フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、焦点試験の結果が容認される。

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。

図１は、本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置の略図である。この装置は、放射線ビームＢ（例えば、ＵＶ放射線またはＥＵＶ放射線）を調整するように構成されている照明システム（照明装置）ＩＬと、
パターニング・デバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように作られていて、いくつか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ている第１の位置決め装置ＰＭに接続している支持構造（例えば、マスク・テーブル）ＭＴと、
基板（例えば、レジストでコーティングされたウェハ）Ｗを保持するように作られていて、いくつかのパラメータにより基板を正確に位置決めするように構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続している基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴと、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つまたは複数のダイを含む）上にパターニング・デバイスＭＡにより、放射線ビームＢに与えるパターンを投影するように構成されている投影システム（例えば、屈折投影レンズ・システム）ＰＳとを備える。

照明システムは、放射線をある方向に向け、整形し、または制御するための屈折性、反射性、磁性、電磁性、静電性または他のタイプの光学構成要素、またはこれらの任意の組み合わせのような種々のタイプの光学構成要素を含むことができる。

支持構造ＭＴはパターニング・デバイスの重量を支える。支持構造は、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どうかというような他の条件に依存する方法でパターニング・デバイスを保持する。支持構造は、パターニング・デバイスを保持するために、機械、真空、静電または他の締付け技術を使用することができる。支持構造は、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。支持構造は、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。「レチクル」または「マスク」という用語が本明細書のどこかで使用されている場合には、もっと一般的な用語である「パターニング・デバイス」と同じものであると見なすことができる。

本明細書で使用する「パターニング・デバイス」という用語は、放射線ビームの断面に、基板の目標部分にパターンを生成するようなパターンを与え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広義に解釈すべきである。放射線ビームに与えられたパターンは、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補助フィーチャを含んでいる場合には、基板の目標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、放射線ビームに与えられたパターンは、集積回路のような目標部分で生成されるデバイスの特定の機能層に対応する。

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、２進交互位相シフトおよび減衰位相シフトおよび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線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ックス配置を使用する。傾斜したミラーは、ミラー・マトリックスにより反射した放射線ビームをあるパターンの形にする。

本明細書で使用する「投影システム」という用語は、使用する露光放射線、または浸漬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光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システムおよび静電光学システムまたはこれらの任意の組み合わ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見なすことができる。

本明細書で説明する場合には、装置は、透過性タイプのもの（例えば、透過性マスクを使用する）である。別の方法としては、装置は反射性タイプのもの（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、または反射性マスクを使用する）であってもよい。

リソグラフィ装置は、２つ（二重ステージ）またはもっと多くの基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプであってもよい。このような「多重ステージ」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つまたは複数の他のテーブルを露光に使用しながら、１つまたは複数のテーブル上で実行することができる。

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。浸漬液は、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内の他の空間に適用することもできる。浸漬技術は、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、「浸漬」という用語は、基板のような構造は液体内に沈んでいる必要はなく、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。

図１を参照すると、照明装置ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受光する。この放射線源およびリソグラフィ装置は、例えば、放射線源がエキシマ・レーザの場合のように、別々のものであってもよい。このような場合、放射線源は、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、適当な方向づけミラーおよび／またはビーム・エクスパンダを含むビーム供給システムＢＤの助けを借りて、放射線源ＳＯから照明装置ＩＬに伝達される。他の場合、放射線源は、例えば、放射線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。放射線源ＳＯと照明装置ＩＬは、必要に応じて、ビーム供給システムＢＤと一緒に放射システムと呼ぶ場合もある。

照明装置ＩＬは、放射線ビームの角度輝度分布を調整するための調整手段ＡＤを備えることができる。一般的に、照明装置の瞳面内の輝度分布の少なくとも外部および／または内部半径範囲（通常、それぞれσアウタおよびσインナと呼ばれる）を調整することができる。さらに、照明装置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構成要素を備えることができる。照明装置は、その断面で所望の均一性および輝度分布を達成する目的で、放射線ビームを調整するために使用することができる。

放射線ビームＢは、支持構造（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Ｍ）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。マスクＭＡを横切った後で、放射線ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳはビームの焦点を基板Ｗの目標部分Ｃ上に結ぶ。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニア・エンコーダまたは容量性センサ）により、例えば、放射線ビームＢの通路内の異なる目標部分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の位置決め装置ＰＭおよびもう１つの位置センサ（図１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、放射線ビームＢの通路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために使用することができる。一般的に、マスク・テーブルＭＴは、第１の位置決め装置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の位置決め装置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）、マスク・テーブル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。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク・アラインメント・マークＭ１、Ｍ２および基板アラインメント・マークＰ１、Ｐ２により整合することができる。図に示すように、基板アラインメント・マークは、専用の目標部分を占めているが、これらのマークは目標部分（スクライブ・レーン・アラインメント・マークと呼ばれる）間の空間内に位置させることもできる。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが位置している場合には、マスク・アラインメント・マークをダイの間に位置させることができる。

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。
１．ステップ・モードの場合には、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは本質的に固定されていて、一方、投影ビームに与えられた全パターンが一度に（すなわち、１回の静的露光で）目標部分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、そのため異なる目標部分Ｃを露光することができる。ステップ・モードの場合には、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目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードの場合、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期状態で走査され、投影ビームに与えられたパターンが、目標部分Ｃ上に投影される（すなわち、１回の動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、拡大（縮小）および投影システムＰＳの画像の逆特性により決定することができる。走査モードの場合には、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目標部分の（走査方向でない方向の）幅が制限され、一方、走査運動の長さにより目標部分の（走査方向の）高さが決まる。
３．他のモードの場合、マスク・テーブル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固定状態に維持され、基板テーブルＷＴは、放射ビームに与えられたパターンの形が目標部分Ｃ上に投影されている間に移動または走査される。このモードの場合、一般的に、パルス放射線源が使用され、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の各運動の後で、または走査中の連続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、マスクを使用しないリソグラフィに容易に適用することができる。

上記使用モードの組み合わせおよび／または変更したもの、または全然異なる使用モードを使用することもできる。

動作環境内でリソグラフィ装置の焦点特性を試験することができ、試験の結果が信頼できるものかどうかを判断することができれば好都合である。通常、これらの焦点試験は、すべての予見できない環境を除外するために、特別に作った試験ウェハを使用して行われる。しかし、動作状態で使用する場合には、好適には、できるだけ短い非生産時間を含むことが好ましい通常の製造ウェハを使用して、リソグラフィ装置の焦点試験を行うことができなければならない。このような焦点試験は、処理中のウェハ上、すなわち、リソグラフィ装置で１つまたは複数の処理ステップがすでに行われたウェハ上で、焦点試験を行うことにより実行することができる。従来の焦点試験方法の場合には、焦点試験マスク上の焦点感知マークがウェハ上に投影され、ウェハ上の結果として得られた露光および現像した（変位した）フィーチャから測定値が得られる。しかし、通常の製造ウェハ上の焦点試験の信頼性は変動する場合があり、実行した焦点試験が信頼できるものかどうかを判断する際に役に立つインジケータは存在しない。

ウェハ上にすでに存在するフィーチャ（すなわち、ウェハ上のパターン形成された層）が、ウェハ上の焦点試験パターンから読みとる測定値と干渉を起こし（例えば、クロストーク効果により）、そのため焦点試験の結果が信頼できないものになる場合がある。しかし、ウェハ・フィーチャによる誤差が一定である場合には、焦点試験の結果を判断する際に、これらの誤差を考慮に入れることができる。マークは製品上のレジスト内に直接露光され（および測定終了後に、製品自身に損傷を与えないで除去することができる）る。クロストークがフィールド毎に位置に関して一定でない場合には、試験は使用することはできない。クロストークが、すべてのフィールドにおいて各フィールド内の点に関して一定である場合には、クロストークを容易に校正することができ、ウェハおよび試験の結果を信頼することができる。

それ故、行った焦点試験の信頼性を表示するある種のインジケータが必要になる。例えば、焦点不感知マークが必要になり、またこのマークは、各露光（フィールド）に対して、フィールド内の製品の同じ部分に正確に投影されなければならない。または、すなわち、焦点試験の試験構造および製品自身に対する試験マークのオーバレイ誤差は、各露光（フィールド）に対して最小でなければならない。

本発明による焦点試験方法を使用すれば、製品（処理済みの層を含むウェハ）上で行った焦点試験が使用することができるものかどうかについての信頼性の高いインジケータを提供することができる。このインジケータは、リソグラフィ装置のトラブルシューティングまたは確認の際に役に立つ場合がある。また、リソグラフィ装置の種々の動作パラメータの処理の依存性を調査することもできる。さらに、リソグラフィ装置の自動処理制御（ＡＰＣ）のためにもこれらのタイプの焦点試験を使用することができる。本発明の焦点試験方法は、通常の製造ウェハにも適用することができるので（この場合も、照明し測定した焦点試験層を、処理済みのウェハに損傷を与えないで除去することができる）、リソグラフィ装置のユーザはこれらのタイプの焦点試験を行うことができる。

特殊な場合、例えば、焦点試験により校正曲線を作成する場合に、焦点感知マークに関連する所定の統計的特性に基づいて、信頼性の高いインジケータを提供するためにすでに通常の方法で使用されている焦点感知マークを使用することができる。校正曲線は、露光中所定のフィールドに焦点のズレを人工的に適用することにより決定される。焦点感知マークは、人工的なズレにより横方向のシフトに変換される。この変換の性質は直線的なものなので（または少なくとも既知の関数によるものなので）、焦点感知フィーチャの所定の統計的特性は、例えば、校正の剰余、検定ウェハおよび製品ウェハ校正曲線または適合度の違い、適合度の推定シグマ、または製品校正曲線と所定の設計曲線との間の差である場合がある。本発明で使用する統計的特性は、統計的特性の上記例のうちの１つ、２つまたはそれ以上をも含むことができる。

図２は、複数のｍ個（図２の場合、ｍ＝４９個）の画像形成された焦点不感知マーク１１を有する焦点試験マスクを使用する試験シーケンスを示す。試験ウェハ上の（１からｎの番号がついていて、ｊ＝１．．．ｎ（例えば、ｎ＝９）のＦ_ｊ）全部でｎ個のフィールド１５が、同じ焦点試験マスクにより露光される。各フィールド１５内には、画像形成されたマーク１１が位置していて（同様に、ｉ＝１．．．ｍで、ｊが関連するフィールド１５を示すＭ_ｉｊで示す）、各フィールド内には、マーク１１がウェハ上の（半）製品の同じエリアを占拠している。ウェハ上の同じ製品（部分）上の各フィールドを照明することにより、露光され照明された試験フィールド１５の下の層内の製品のフィーチャは、フィールド毎に同一になり、そのため各マーク１１は、フィールド毎に同じ方法で影響を受ける。

次に、図３に示すように、スタック状のフィールドＦ_ｊ上で統計的分析を行うことができ、それによりインジケータは、下に位置するウェハによるクロストーク成分が一定であるかどうかを表示することができる。例えば、処理済みのウェハ上で測定したこのインジケータを、検定ウェハ上で測定した同じインジケータと比較することにより、この製品ウェハ上の露光に対して行なった試験の信頼性についての決定的な結論を得ることができる。

以下に、このようなインジケータの１つの可能な例について説明する。すべてのフィールド上の各マーク位置の標準偏差の計算は下記式により行われる。

ここで、

はｘの平均値を示す。

各マークの位置の標準偏差は、２つの直交方向（例えば、ウェハ表面上のｘ方向およびｙ方向）またはその組合わせの方向で計算することができる。

あるヒストグラム内のｍ個のすべての標準偏差値を結ぶと、図４に示すグラフのようなものができる。このヒストグラムの分布は、例えば、すべてのσ_ｉの平均に、定数（例えば、３）へすべてのσ_ｉの標準偏差を掛けたものを加えたものと表現することができる。次に、すべてのσ_ｉの分布を、信頼性インジケータｒＩにより下記のように記述することができる。

ここで、定数（ｃｏｎｓｔ．）は０より大きい任意の数である。
ｒＩ_ｂａｒｅが値ｖを示し、ｒＩ_{ｐｒｏｄｕｃｔ}＝１０＊ｖの場合を考えてみよう。この場合、関連する焦点試験の結果は信頼できない。

もう１つの使用することができるインジケータは、例えば、一連のフィールド内の別々の等しいマークの標準偏差（すなわち、図３の１本の矢印）を考慮にいれることができる。マークのうちの１つが非常に広い分布を示す場合には、焦点試験の結果は、少なくともそのマーク１１の周囲の特定のエリアについては、すでに信頼できないと見なすことができる。このことは焦点試験の結果を解釈する際に役に立つ。何故なら、フィールド上で非常に大きな標準偏差を示している焦点不感知マークの周囲のエリア内の焦点試験の結果（焦点感知マークによる）を除外することができるからである。

現在のリソグラフィ装置の場合、焦点試験のために多くの異なる技術を使用することができる。ここで、特定の実施形態について説明するが、この説明は、他の（測定）装置または手順を使用しなくても、現在のリソグラフィ装置に本発明を適用することができることを示す。

レベリング検定試験（ＬＱＴ）は、現在のリソグラフィ装置に通常適用される１つの試験である。ＬＱＴ試験は、ＸＰＡマークの頂部に接着されているウェッジ１２を含む特殊なレチクル１０（その一例を図５に示す）を、ウェハ上に画像形成する。特殊な試験レチクルまたは焦点試験マスク１０は、正規のパターン内に多数のマーク１３（図の例の場合には、１３×１９個のマーク１３である）を含む。試験マスク１０は、さらに、別々のエリア内に追加の整合マーク１４および追加のデータを含む。多数のマーク１３は、その頂部上にウェッジ１２を位置させることにより焦点感知マークに変わる。図５の場合には、各ウェッジ１２の最も高い頂部は、黒いコーナーにより表示され、この頂部の位置を変えることにより、ウェハ上のそのマークの結果としての焦点ぼけが異なる（ｘ，ｙ）方向を向く。これにより画像の非テレセントリシティができ、これによりこれらのマークは、焦点ぼけに正比例して（ｘ，ｙ）方向にシフトする。比例定数は、ウェハの中心内に、それぞれが既知の焦点のズレを含む、例えば９つのフィールドを画像形成することにより、およびこれら９つの校正フィールドの測定値を適合させることにより発見することができる。発見した（ｘ，ｙ）方向のシフトは、例えば、レンズまたはオーバーレイ誤差によるものではなく、焦点ぼけだけによるものであることを確認しておく必要がある。この目的のために、各焦点マークは、レチクル・レベルのところにウェッジ１２を有さないいくつかの基準マーク１３により囲まれている。それ故、これらの基準マーク１３は、焦点に反応しないで、フィールド内の（ｘ，ｙ）フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）および焦点の結果からのオーバーレイ誤差を除去する働きをするだけである。フィールド内のフィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）は、９つの校正フィールド上で平均した、マークごとの平均（ｘ，ｙ）シフトを考慮し、修正することにより決定される。この修正の後で、検定ウェハ上のＬＱＴ試験だけのために、基準マークのベクトルは方向がランダムであり、長さが短い（すなわち、数ｎｍである）［請求項３］。

製品（すなわち、ＩＣ）の頂部上にこれらのマーク１３を画像形成すると、フィールド内修正が検定ウェハ上のそれと有意に異なる場合がある。これは、マーク１３を通しての読出しシステム上の製品の影響だけによるものである。ウェハ上の各フィールド上のマーク１３毎のこの製品の影響が、全て同じものである場合には（基準マークのベクトルが同じ方向および同じ大きさである場合には）、そのことは、単に定数を修正するだけで修正することができることを意味する。そうである場合には、製品上の焦点試験は成功である。何故なら、製品の外乱を校正により修正することができるからである。

しかし、マークに対する製品の影響がフィールド毎に有意に異なっている場合には、うまく修正することはできない。

例えばＬＱＴ試験の一例の信頼性インジケータを発見するために、９つの校正フィールド上の基準マーク（ｉ）の位置の標準偏差を、最初に計算しなければならない。この値はσ_ｉと呼ばれる［請求項５］。フィールド毎にＮ個の基準マークを含む層の場合には、全部でＮ個のマーク上の全部のσ_ｉの統計は、＜σ_ｉ＞_{ｆｉｅｌｄ}およびσ（σ_ｉ）_{ｆｉｅｌｄ}を形成する。発見した信頼性インジケータは、この時点で（＜σ_ｉ＞_{ｆｉｅｌｄ}＋３＊σ（σ_ｉ）_{ｆｉｅｌｄ}）に等しい［請求項６］。この分析は、ＸおよびＹ両方向で行うことができる。

上記図５の上記実施形態の場合には、焦点試験マスク１０は、すでに、焦点感知フィーチャおよび焦点不感知フィーチャの両方を含む。この中、焦点感知フィーチャ（マーク１３にウェッジ１２を加えたもの）は、焦点試験の結果を決定するために使用され、焦点不感知フィーチャ（ウェッジ１２を含まないマーク１３）は、焦点試験の結果の信頼性を予測するために使用される。それ故、使用した焦点試験マスク１０は、両方のフィーチャを提供する。

例えば、位相マスクを使用するリソグラフィ装置のような他の焦点試験方法の場合には、焦点試験マスクは、例えば、ボックス内ボックス状の構造のような複数の同一の焦点試験マークまたは位相シフト・マークを含む。位相シフト焦点モニタ試験および位相シフト格子焦点モニタのような多くの技術を使用することができる。これらの技術の場合には、焦点試験マスク上の焦点不感知フィーチャとして使用することができる基準マークを使用しない。しかし、オーバーレイ誤差および／またはレンズのために、ボックス内ボックス状の構造全体をシフトすることができる。それ故、この場合、全ボックス内ボックス構造の（ｘ，ｙ）変位は、（現在の焦点試験測定法で）決定することができ、多数のフィールド上のこれら変位に関連する統計は、ＬＱＴ焦点試験のところで説明した方法の実施形態と似ている信頼性インジケータを決定する方法のために使用することができる。

もう１つの可能な方法は、試験レチクル上のものと同じ位置のところに同じマークを有しているが、焦点に依存しない第２のレチクルを使用し、これを最初に露光し、それを読出し、結果が影響を受けているかどうかを判断するために信頼性インジケータを使用し、受けていない場合には、ウェハをクリーニングし、その上にレジストを再度置き、焦点特性を測定するために本当の試験マスクを露光する方法である。

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参照する場合があるが、本発明のリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気領域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「目標部分」と同義語であると見なす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、露光前または露光後に、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）、計測ツールおよび／または検査ツール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。

光リソグラフィ装置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・デバイス内の形が基板上に生成されるパターンを決める。パターニング・デバイスの形は、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線、熱、圧力またはこれらの組み合わ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。

本明細書で使用する「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）、およびイオン・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。

「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、屈折性、反射性、磁性、電磁性および静電性光学構成要素を含む種々のタイプの光学構成要素のうちの任意のものまたは組み合わせを意味する。

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を理解することができるだろう。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、またはその中に記憶している上記コンピュータ・プログラムを有するデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形をとることができる。

上記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の範囲から逸脱することなしに、上記発明を種々に修正することができることを理解することができるだろう。

本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置である。 焦点不感知マーク画像を含む一連のフィールドの略図である。 統計的分析目的のためのスタック状の一連のフィールドの略図である。 例示としての焦点試験の標準偏差値のヒストグラムを表すグラフである。 焦点試験マスクの一例である。

符号の説明

Ｂ 放射線ビーム
ＩＬ 照明装置
ＭＡ パターニング・デバイス
ＭＴ 支持構造
ＰＭ 第１の位置決め装置
ＰＷ 第２の位置決め装置
Ｗ 基板
Ｃ 目標部分
ＰＳ 投影システム
ＳＯ 放射線源
ＢＤ ビーム供給システム
ＩＮ インテグレータ
ＣＯ コンデンサ
ＩＦ 位置センサ
Ｍ１，Ｍ２ マスク・アラインメント・マーク
Ｐ１，Ｐ２ 基板アラインメント・マーク
１０ レチクル
１１ 焦点不感知マーク
１２ ウェッジ
１３ マーク
１４ 整合マーク
１５ フィールド

Claims (18)

1. リソグラフィ装置で焦点試験を行うための方法であって、
   放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
   第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャと、第２の焦点不感知フィーチャとにより、リソグラフィ装置で前記基板を照明するステップと、
   前記基板上に画像形成された前記第１の焦点感知フィーチャにより、前記焦点試験の結果を提供するために、基板を分析するステップとを含み、
   前記基板が通常の製造ウェハであり、
   前記基板上に画像形成された前記第２の焦点不感知フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、焦点試験の結果が容認される方法。
2. 前記基板上の複数のｎ個のフィールドが照明され、各フィールドが、前記基板上の製品の同じ部分を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の限界が、同じリソグラフィ装置での検定ウェハを測定した結果得られた信頼性インジケータに一定の値を掛けた信頼性インジケータの最大値を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の焦点感知フィーチャが、複数の焦点感知マークを含み、前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数の焦点不感知マークを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、すべてのフィールド上の前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差である、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差から全フィールド上で計算した信頼性インジケータを含む、請求項１または２に記載の方法。
7. パターニング・デバイスから基板上にパターンを転写するステップと、焦点試験を行うためのステップとを含むデバイス製造方法であって、前記焦点試験が、
   放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
   第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャと、第２の焦点不感知フィーチャとにより、前記リソグラフィ装置で前記基板を照明するステップと、
   前記基板上に画像形成された前記第１の焦点感知フィーチャにより前記焦点試験の結果を提供するために、前記基板を分析するステップとにより行われ、
   前記基板が通常の製造ウェハであり、前記基板上に画像形成された前記第２の焦点不感知フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、前記焦点試験の前記結果が容認される方法。
8. 前記基板上の複数のｎ個のフィールドが照明され、各フィールドが、前記基板上の製品の同じ部分を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記所定の限界が、同じリソグラフィ装置での検定ウェハのために測定した結果得られた信頼性インジケータに一体の値を掛けた信頼性インジケータの最大値を含む、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記第１の焦点感知フィーチャが、複数の焦点感知マークを含み、前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数の焦点不感知マークを含む、請求項７ないし９のいずれかに記載の方法。
11. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、すべてのフィールド上の前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差である、請求項７または８に記載の方法。
12. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差から全フィールド上で計算した信頼性インジケータを含む、請求項７または８に記載の方法。
13. パターニング・デバイスから基板上にパターンを転写するように配置されているリソグラフィ装置であって、前記リソグラフィ装置が、
    放射線感光材料の層を含む基板を提供するステップと、
    第１の焦点感知フィーチャであって、焦点がぼけた場合に、画像形成したフィーチャのある特性に測定可能なシフトを与える第１の焦点感知フィーチャと、第２の焦点不感知フィーチャとにより、前記リソグラフィ装置で前記基板を照明するステップと、
    前記基板上に画像形成された前記第１の焦点感知フィーチャにより前記焦点試験の結果を提供するために、前記基板を分析するステップと
    を行うように配置されている焦点試験装置を備え、
    前記基板が通常の製造ウェハであり、前記基板上に画像形成された前記第２の焦点不感知フィーチャに関連する所定の統計的特性が所定の限界内に入った場合だけ、焦点試験の結果が容認されるリソグラフィ装置。
14. 前記焦点試験装置が、さらに、前記基板上の複数のｎ個のフィールドを照明するように配置され、各フィールドが、前記基板上の製品の同じ部分を含む、請求項１３に記載のリソグラフィ装置。
15. 前記所定の限界が、同じリソグラフィ装置での検定ウェハを測定した結果得られた信頼性インジケータに一定の値を掛けた信頼性インジケータの最大値を含む、請求項１３または１４に記載のリソグラフィ装置。
16. 前記第１の焦点感知フィーチャが複数の焦点感知マークを含み、前記第２の焦点不感知フィーチャが複数の焦点不感知マークを含む、請求項１３ないし１５のいずれかに記載のリソグラフィ装置。
17. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、すべてのフィールド上の前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差である、請求項１３または１４に記載のリソグラフィ装置。
18. 前記第２の焦点不感知フィーチャが、複数のｍ個の焦点不感知マークを含み、前記所定の統計的特性が、前記複数のｍ個の各焦点不感知マークに対する標準偏差から全フィールド上で計算した信頼性インジケータを含む、請求項１３または１４に記載のリソグラフィ装置。

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