JP4578494B2 - オーバーレイ測定を使用するリソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーバーレイを測定するデバイスを製造するためのリソグラフィ装置および方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板に、通常は基板のターゲット部分に、所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。そのような例では、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使用して、ＩＣの個々の層に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）のターゲット部分（例えば、１つまたはいくつかのダイの部分を含む）に転写することができる。パターンの転写は、一般に、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層へのイメージングによっている。一般に、単一基板は、連続してパターニングされる隣り合うターゲット部分のネットワーク(network)を含む。知られているリソグラフィ装置には、各ターゲット部分に光が当てられてターゲット部分に全パターンが一度に露光されるステッパと、各ターゲット部分に光が当てられて放射ビームによってパターンが所定の方向（「スキャン」方向）にスキャンされ、同時に同期してこの方向に対して平行または逆平行に基板がスキャンされるスキャナとがある。パターンを基板にインプリントすることによって、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することもできる。

リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、（例えば、マスクの）パターンの像は、放射感応性材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板の上に、このレジストの光学的特性または表面の物理的特性のどちらかの変化によって形成される。代わりに、イメージングで、格子エッチング技術またはナノインプリント技術のようなレジストのないプロセスを使用することができる。このイメージングより前に、基板は、下塗、レジストコーティング、およびソフトベークなどの様々な手順にかけられることがある。露光後、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および像に形成された特徴の測定／インスペクションなどの他の手順にかけられることがある。この手順の配列は、デバイス例えばＩＣの個々の層をパターニングするための基礎として使用される。そのようなパターニングされた層は、次に、エッチング、イオン打込み（ドーピング）、金属化、酸化、化学機械研磨、その他のような、全て個々の層を仕上げるように意図された様々なプロセスにかけられることがある。いくつかの層が必要とされる場合には、全手順またはその変形が、新しい層ごとに繰り返されなければならない。最終的には、基板（ウェーハ）上に、デバイスのアレイが存在する。これらのデバイスは、次に、ダイシングまたは鋸引きによって互いに分離され、個々のデバイスは、キャリアに取り付け、ピンに接続し、その他を行うことができる。

製造基板の通常の処理の中で行われるのでインライン(in-line)と呼ばれるレジスト現像後（または、エッチングの場合の基板表面）の測定およびインスペクションは、デバイス間のスクライブレーン(scribelane)にある測定ターゲットを使用して、リソグラフィ装置での２つの連続したプロセス間のオーバーレイを測定するために使用することができる。いくつかの方法を使用することができ、その方法には、基板表面の２つの（垂直）方向での引き続くオーバーレイの測定、または複雑な２次元測定ターゲットを使用する直接測定が含まれ得る。

基板上のスペースの使用がより効率的で、かつ素早く正確な結果を与えるリソグラフィ装置のオーバーレイ測定方法を提供することが望ましい。

本発明の実施形態に従って、パターニングデバイスから基板にパターンを転写するように構成されたリソグラフィ装置が提供され、本リソグラフィ装置は、基板の中の基準回折格子セットおよびこの基準回折格子セットの上の測定回折格子セットを設けるように構成されており、この基準回折格子セットは、第１の方向のラインエレメントを有する２つの基準回折格子と第２の方向のラインエレメントを有する１つの基準回折格子とを含み、第２の方向は第１の方向に対して実質的に垂直であり、また、測定回折格子セットは基準回折格子に似た３つの測定回折格子を含み、その測定回折格子のうちの２つは、第２の方向でそれぞれの基準回折格子に対して逆に偏っている。そして、リソグラフィ装置は、オーバーレイ測定デバイスを含み、このオーバーレイ測定デバイスは、その基準回折格子の組および測定回折格子の組の３つの回折格子の非対称を測定し、かつ測定された非対称から第１と第２の両方向のオーバーレイを得るように構成されている。

本発明の実施形態に従って、パターニングデバイスから基板にパターンを転写するステップを含むデバイス製造方法が提供され、基準回折格子セットを前記基板中に設けるステップと、この基準回折格子セットは、第１の方向のラインエレメントを有する２つの基準回折格子および第２の方向のラインエレメントを有する１つの基準回折格子を含み、第２の方向は第１の方向に対して実質的に垂直であり、測定回折格子セットを前記基準回折格子セットの上に設けるステップと、この測定回折格子セットは基準回折格子に似た３つの測定回折格子を含み、その測定回折格子のうちの２つは第２の方向でそれぞれの基準回折格子に対して逆に偏っており、基準回折格子セットおよび測定回折格子セットの３つの回折格子の非対称を測定するステップと、測定された非対称から第１および第２の両方向のオーバーレイを得るステップと、を含むオーバーレイ測定が実施される。

本発明の実施形態に従って、本発明に従った方法によって製造されたデバイスが提供される。

本発明の実施形態は、これから、単なる例として、添付の模式的な図面を参照して説明される。図面において、対応する参照符号は、対応する部分を指し示す。

図１は、本発明の一実施形態に従ったリソグラフィ装置を模式的に示す。本装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射またはＤＵＶ放射）を条件付けするように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬを含む。支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴは、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置付けするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されている。基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴは、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置付けするように構成された第２のポジショナＰＷに接続されている。投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳは、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板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）に投影するように構成されている。

照明システムは、放射の方向付け、整形、および／または制御を行うために、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学コンポーネント、またはそれらの任意の組合せなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

支持構造は、パターニングデバイスを、たとえばその重さを支え、支持する。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中に保持されるか否かなどの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、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。支持構造は、例えばフレームまたはテーブルであってもよく、これは、必要に応じて固定または可動にすることができる。支持構造は、パターニングデバイスが、例えば投影システムに対して、所望の位置にあることを保証することができる。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「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。

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、例えば基板のターゲット部分にパターンを作るために、パターンを放射ビームの断面に与えるために使用することができる任意のデバイスを意味するものとして、広く解釈すべきである。例えばパターンが位相シフト特徴(phase-shift feature)またはいわゆるアシスト特徴(assist feature)を含む場合、放射ビームに与えられたパターンが基板のターゲット部分の所望のパターンに必ずしも対応していないことは、留意すべきである。一般に、放射ビームに与えられたパターンは、集積回路などのターゲット部分に作られているデバイスの特定の機能層に対応している。

パターニングデバイスは透過型または反射型とすることができる。パターニングデバイスの例には、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パネルがある。マスクはリソグラフィではよく知られており、マスクには、バイナリ、Alternating位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプがある。プログラマブルミラーアレイの例では、小さなミラーのマトリックス配列を使用し、この小さなミラーの各々は、入射放射ビームを様々な方向に反射するように個々に傾けることができる。傾いたミラーが、ミラーマトリックスで反射された放射ビームにパターンを与える。

本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用される露光放射のために、または、液浸液の使用または真空の使用のような他の要素のために適切であるような、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型および静電型の光学システム、またはそれらの任意の組合せを含んだ任意のタイプの投影システムを含むものとして広く解釈すべきである。本明細書での「投影レンズ」という用語の使用はどれも、より一般的な用語「投影システム」と同義であると考えることができる。

ここで示すように、本装置は透過型である（例えば、透過マスクを使用する）。代わりに、本装置は反射型であってもよい（例えば、先に言及したような型のプログラマブルミラーアレイを使用するか、または反射マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は、２個（デュアルステージ）またはより多くの基板テーブル（および／または２個以上のマスクテーブル）を有する型であってもよい。そのような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルは並列に使用することができ、または、１つまたは複数のテーブルが露光に使用されている間に、準備プロセスを１つまた複数の他のテーブルで行うことができる。

また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間のスペースを満たすために、基板の少なくとも部分を比較的高い屈折率を有する液体、例えば水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、リソグラフィ装置の他のスペース、例えばマスクと投影システムの間に使用することができる。液浸技術は、投影システムの開口数を増すために当技術分野でよく知られている。本明細書で使用されるような用語「液浸」は、基板などの構造物が液体中に浸されなければならないことを意味するのではなく、むしろ露光中に、投影システムと基板との間に液体があることを意味するだけである。

図１を参照して、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射を受け取る。例えば放射源がエキシマレーザであるとき、放射源およびリソグラフィ装置は別個の構成とすることができる。そのような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとは考えられず、放射は、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含んだビームデリバリシステムＢＤを使用して、放射源ＳＯからイルミネータＩＬに送られる。他の場合、例えば放射源が水銀ランプであるとき、放射源はリソグラフィ装置の一体化部分とすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要な場合にはビームデリバリシステムと一緒に、放射システムと呼ばれることがある。

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アジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内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、σ−outer、σ−innerとそれぞれ呼ばれる）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のなどの様々な他の部品を含むことができる。イルミネータを使用して、断面内に所望の一様性および強度分布を持つように放射ビームを条件付けすることができる。

放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）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）に入射し、そしてパターニングデバイスによってパターニングされる。マスクＭＡを通り抜けた放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過する。この投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ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、または容量センサ）を使って、例えば放射ビームＢの経路内に異なったターゲット部分Ｃを位置付けするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１のポジショナＰＭおよび他の位置センサ（図１にはっきり示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に取り出した後で、またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置付けすることができる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成す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）を使って実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成す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を使用して実現することができる。ステッパ（スキャナに対して）の場合は、マスクテーブルＭＴは、ショートストローク用アクチュエータだけに接続することができ、または、固定することができる。マスクＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。図示のように基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めるが、この専用ターゲット部分は、ターゲット部分とターゲット部分の間のスペースに位置付けすることができる（この専用ターゲット部分はスクライブレーンアライメントマーク(scribe lane alignment mark)として知られている）。同様に、２以上のダイがマスクＭＡに設けられた状況では、マスクアライメントマークはダイとダイの間に位置付けすることができる。

図示の装置は、下記のモードのうちの少なくとも１つで使用されるかもしれない。
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に保たれるが、一方で、放射ビームに与えられた全パターンは一度にターゲット部分Ｃに投影される（すなわち、単一静的露光）。次に、異なるターゲット部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴはＸ方向および／またはＹ方向にシフトされる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードでは、放射ビームに与えられたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間に、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期してスキャンされる（すなわち、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の速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）および像反転特性によって決定することができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光でのターゲット部分の（非スキャン方向の）幅が制限されるが、スキャン移動の長さによってターゲット部分の（スキャン方向の）高さが決定される。
３．他のモードでは、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して基本的に静止状態に保たれ、そして基板テーブルＷＴは、放射ビームに与えられたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間に、動かされる、すなわちスキャンされる。このモードでは、一般に、パルス放射源が使用され、そしてプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの各移動の後で、またはスキャン中に連続した放射パルスの間で、必要に応じて更新される。この動作モードは、先に言及したような型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ニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に応用することができる。

上述の使用モードの組合せおよび／または変形、あるいは全く異なる使用モードを使用することもできる。

基板６の表面の１つまたは複数の特性は、図２に示すようなスキャトロメータ配列を使用して決定することができる。スキャトロメータ(scatterometer)は、広帯域（白色）放射源２を含むことができ、この放射源２は、放射を基板６に向ける。拡張広帯域放射源(extended broadband radiation source)は、少なくとも５０ｎｍの波長を有する放射ビームを基板表面に供給するように構成することができる。反射した放射は、スペクトロメータのディテクタ４に送られ、このディテクタが、鏡面反射放射(specular reflected radiation)のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。

スキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータまたは斜め入射スキャトロメータであってもよい。単一角度で波長範囲の反射を測定するのではなく、単一波長の反射を角度範囲で測定するスキャトロメータの変形物を使用することもできる。

以下で説明する１つまたは複数の実施形態では、図３に示すように、基板表面６で反射された角度分解スペルトルの特性を複数の角度および波長で高ＮＡレンズの瞳面４０内で測定することによって、基板６の特性を測定するように構成されたスキャトロメータが使用される。スキャトロメータは、放射を基板に投影するように構成された放射源２と、反射スペクトルを検出するように構成されたディテクタ３２とを含む。瞳面は、放射の半径方向の位置が入射角を定義し、かつ角度位置が放射の方位角および任意の実質的な共役面を定義する面である。ディテクタ３２は、高ＮＡレンズの瞳面に配置される。ＮＡは高く、ある実施形態では、少なくとも０．９または少なくとも０．９５である。液浸スキャトロメータは、１を超えるＮＡのレンズを有することさえある。

以前の角度分解スキャトロメータは、散乱光の強度を測定するだけであった。本発明の実施形態は、いくつかの波長をある角度範囲で同時に測定することができる。異なる波長および角度についてスキャトロメータで測定された特性には、ＴＭおよびＴＥ偏光の強度およびＴＭ偏光とＴＥ偏光の位相差がある可能性がある。

光源２は、レンズシステムＬ２を使用して干渉フィルタ３０を通して集束され、顕微鏡対物レンズＬ１によって基板６に焦点が合わされる。そして、散乱スペクトルを検出するために、放射は、部分反射表面３４によって、逆に投影された瞳面４０のＣＣＤディテクタ３２に反射される。瞳面４０は、レンズシステムＬ１の焦点距離Ｆにある。ディテクタおよび高ＮＡレンズは、瞳面に配置される。高ＮＡレンズの瞳面は通常レンズの中にあるので、補助光学コンポーネントを用いて瞳面の像を形成し直すことができる。

例えば１フレーム当たり４０ミリ秒の積分時間で、反射光の瞳面の像がＣＣＤディテクタ３２に形成される。このようにして、基板ターゲット６の２次元角度散乱スペクトルの像がディテクタ３２に形成される。ディテクタ３２は、例えば、ＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタのアレイであってもよい。スペクトルを処理することで、対称な検出構造が得られるので、センサを回転対称にすることができる。これによって、基板６上のターゲットは、センサに対するどんな回転方向からでも測定することができるので、小型の基板テーブルの使用が可能になる。基板６の並進と回転の組合せで、基板６上の全てのターゲットを測定することができる。

おおよそ４０５〜７９０ｎｍまたは２００〜３００ｎｍなどのもっと短い波長の範囲で関心のある波長を選ぶために、一組の干渉フィルタ３０がを使用することもできる。干渉フィルタは、一組の異なるフィルタを含むのではなく調節可能であってもよい。１つまたは複数の干渉フィルタの代わりに、回折格子を使用することもできる。

基板６（または、反射表面３４さえも）が回折格子であってもよい。回折格子は、現像後に一連のバーが固体レジスト線状に形成されるように印刷することができる。バーは、代わりに、基板にエッチングすることもできる。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ＰＳのコマ収差および照明対称に対して敏感であり、そのような収差の存在は、印刷された回折格子のばらつきとなって現れる。したがって、印刷された回折格子のスキャトロメータデータは、回折格子を再構成するために使用される。印刷プロセスおよび／または他のスキャトロメータプロセスについての知識から、ラインの幅および形などの回折格子の１つまたは複数のパラメータが、再構成プロセスに入力される。

スキャトロメータを使用して、スペクトルを検出し、対称瞳面像を生成することができ、この対称瞳面像から、不連続点を測定し、したがって、１つまたは複数の回折格子特性を計算することができる。

反射スペクトルの非対称を測定し、この非対称がオーバーレイの程度に関係付けられることによって、２つのミスアライン周期構造のオーバーレイを測定するように、スキャトロメータを構成することができる。反射スペクトルおよび／または検出構造の非対称を測定し、この非対称がオーバーレイの程度に関係付けられることによって、２つのミスアライン回折格子または周期構造のオーバーレイを測定するように、スキャトロメータを構成することができる。対称検出構造によって、どんな非対称もはっきりと見分けることができる。これは、回折格子のミスアラインを測定する簡単な方法を提供する。

使用される基板パターンの１つのタイプが図４に示されている。基準回折格子１４は、その上に（または、回折格子１４の上に作られた誘電体層１６の上に）印刷された測定回折格子１２を有している。測定回折格子１２が基準回折格子１４に対して片寄っている量は、図４に示されるようにオーバーレイ２２として知られている。

留意されたいことであるが、放射源２は、物体をその表面法線に対して対称に照明することができ、スキャトロメータのディテクタは、いくつかの角度から散乱放射を測定する。ただし、斜角から物体を照明する光源２もまた可能である。

オーバーレイメトロロジー(overlay metrology)は、角度散乱スペクトルの非対称の測定に基づいている。対称構造は対称角度スペクトルを生じ、ターゲットの非対称は、角度散乱スペクトルの非対称として現れる。この特性が、角度分解スキャトロメータを使用するオーバーレイメトロロジーの基礎である。

幅２０のバー（またはラインエレメント(line element)）１８で作られた２つの部分的に重なるミスアラインの回折格子（測定回折格子１２と基準回折格子１４）（図４を参照されたい）は、１つの合成非対称ターゲットを形成する。結果として得られた角度散乱スペクトルの非対称は、図３に示す角度分解スキャトロメータ４で検出され、以下のようにオーバーレイ２２を得るために使用される。

第１および第２の対でそれぞれ＋ｄおよび−ｄの故意の偏りを有する２つの回折格子対（各々が、互いに重なった測定回折格子１２および基準回折格子１４を有する）が使用され、したがって、各々が合成非対称ターゲットを形成する。言い換えると、一方の対では、測定回折格子１２は一方の方向にシフトし、他方の対では反対方向にシフトしている。同じ配列が、以下でより詳細に述べる図５に示す実施形態で使用され、Ｘ１およびＸ２とラベル表示された測定回折格子は、距離＋ｄおよび−ｄにわたってそれぞれシフトしている。

したがって、各対の回折格子間の実際の横方向シフトは、Ｘ_１＝ＯＶ＋ｄおよびＸ_２＝ＯＶ−ｄであり、ＯＶはオーバーレイ２２である。回折格子対が位置合せされたとき、オーバーレイは０であり、また、回折格子に入射する照明の強度がＩ_ｉｌｌであり、回折格子で反射された放射の強度が、第１の方向でＩ_＋１、同じ面内の反対方向でＩ_−１である場合、オーバーレイＯＶ＝０のとき、Ｉ_＋１＝Ｉ_−１である。しかし、ＯＶ≠０の場合、Ｉ_＋１≠Ｉ_−１である。

オーバーレイが小さい場合、強度差はオーバーレイに比例する。すなわち、
Ｉ_＋１ −Ｉ_−１＝Ｋ×ＯＶ （１）。
ここでＫは定数であり、プロセスに依存するので知られていない。

スキャトロメータでオーバーレイメトロロジーをキャリブレーションするために、２つの回折格子ターゲットは、上で述べたように使用される。

ＯＶ＋ｄの場合、測定された非対称は、Ａ_＋＝Ｋ（ＯＶ＋ｄ） （２ａ）、であり、また、ＯＶ−ｄの場合、測定された非対称は、Ａ₋＝Ｋ（ＯＶ−ｄ） （２ｂ）、である。

スケーリング因子Ｋは、オーバーレイ

を得るために消去することができる。

したがって、オーバーレイは、角度分解散乱スペクトルの非対称の測定を使用して、ただ１つの次元について計算することができる。２次元（ＸおよびＹ）のオーバーレイ測定の場合、一般に、別々の回折格子対の組１２、１４を使用する必要があり、したがって合計で４個である（Ｘ次元の２つに加えてＹ次元の２つ）。代わりに、上で述べた回折格子１２、１４のバーパターンではなく２次元パターンを含む回折格子対が使用される。しかし、そのような２次元パターンは、基板６の中（基準回折格子１４）および基板６の上（測定回折格子１２）に得るのがいっそう困難であり、さらに光学的効果がオーバーレイ測定の障害を引き起こすことがある。

したがって、本発明の実施形態に従って、図５に示されるような構成が使用され、この構成は、Ｘ方向とＹ方向の両方のオーバーレイの直接測定を可能にする。３つの基準回折格子１４のセット（すなわち、基準回折格子セット）が使用され、基板６にて、例えば基板６のスクライブレーンスペース(にて処理される。外側の回折格子１２は、第１の方向のラインまたはバー１８を有し、中間の回折格子１４は第２の方向のラインまたはバー１８を有し、ここで第２の方向は第１の方向に対して実質的に垂直である。オーバーレイ測定を実施するために、３つの殆ど同一の測定回折格子１２のセット（すなわち、測定回折格子セット）が、基準回折格子１４上に処理または印刷される。中間の測定回折格子Ｙは、中間の基準回折格子と同じであるが、外側の測定回折格子Ｘ１およびＸ２は、第２の方向（すなわち、回折格子Ｘ１およびＸ２の線に対して垂直）に偏り、距離ｄにわたってシフトしている。非対称の直接かつ明白な測定を可能にするために、距離ｄは、回折格子線１８のピッチ距離（すなわち、回折格子線１８の周期）よりも小さい。例えば、一般的な５００ｎｍのピッチ距離では、偏り距離は一般に１０ｎｍである可能性がある。

図５の実施形態において、測定回折格子Ｘ１およびＸ２は、互いの方に偏っているが、偏りが逆向きである限り、外向き方向の偏りを回折格子に加えることも可能である。さらに、回折格子Ｘ１、Ｙ、Ｘ２の順序は、本発明に関して無関係であるので、３つの回折格子は任意の望ましい順序で設けることができる。

３つの回折格子Ｘ１、Ｙ、Ｘ２の各々に関して、例えば、上で説明したように反射スペクトルを検出するスキャトロメータを使用するオーバーレイ測定デバイスを使用して、オーバーレイ測定が行われ、３つの測定された非対称がもたらされる。

正しい測定を得るために、照明特性を考慮すべきである。例えば、照明の偏光は、Ｘ１、Ｘ２およびＹ回折格子に関して同じであるべきである。直線偏光の照明源（例えば、上で図１を参照して説明したイルミネータＩＬ）が使用される場合、偏光は、測定回折格子１２の方向に合わされるべきである。さらに、非常に短い時間で２つの測定を得るために、例えば２つの測定スポットを使用して２つの回折格子Ｘ１、Ｘ２が同時に照明される測定配列を想像することができる。また、基板６上の測定回折格子Ｘ１、Ｘ２、Ｙに対応する３つの測定スポットを有する測定配列を使用することができ、この場合、各測定スポットの偏光は、関連した測定回折格子１２に従って合わせられる。

Ｘ回折格子の測定された非対称は、Ａ_ｘ＋およびＡ_ｘ−であり、Ｙ回折格子の測定された非対称はＡ_ｙである。上で説明したような式（１）がＡ_ｙ測定に適用され、Ａ_ｘ＋およびＡ_ｘ−測定に式（２ａ、２ｂ）が適用される。ＸおよびＹに及ぼす処理の効果は十分に等しいと仮定して、定数Ｋは３つの測定全てに対して等しいと見なすことができ、それらの式は、次のように書き直すことができる。

このように、本発明に従った回折格子配列を使用したオーバーレイ測定から、第１と第２の両方向のオーバーレイを計算することができる。したがって、４つの回折格子を使用すること、または複雑な２次元回折格子を使用することは必要でない。結果として、基板６上のより少ない「スペース」(“real estate”)が必要になり、さらに、従来技術の方法に比べてより少ない測定が必要なので、より素早くオーバーレイ結果を得ることができる。

本発明に従った３つの回折格子（基準回折格子セット１４と測定回折格子セット１２の両方）の配列が、基板６のスクライブレーンスペースに与えられる。完成ウェーハで、また完成ダイのエッジ領域でさえも、これらの配列はやはり存在し、目に見える。したがって、本方法の使用は、本発明の実施形態に従って製造されたデバイスでも目に見える。

この明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及することがあるが、本明細書で説明したリソグラフィ装置には、集積光学システム、磁気ドメインメモリの誘導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、その他の製造などの他の用途がある可能性があることは理解すべきである。理解すべきことであるが、そのような他の用途の背景では、本明細書での用語「ウェーハ」または「ダイ」の使用はどれも、より一般的な用語「基板」または「ターゲット部分」とそれぞれ同義であると考えることができる。本明細書で参照する基板は、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に塗布し、さらに露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツールで、露光前または後に処理することができる。応用可能な場合、本明細書の開示は、そのようなおよび他の基板処理ツールに応用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作るために一度より多く処理されることがあるので、本明細書で使用される基板という用語は、複数の処理された層をすでに含む基板も意味することができる。

光リソグラフィの背景での本発明の実施形態の使用について上で特に言及したが、本発明は他の用途、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、背景が許す場合には、光リソグラフィに限定されない、ことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが基板に作られるパターンを画定する。基板に塗布されたレジスト層にパターニングデバイスのトポグラフィを押し込むことができ、それから、電磁放射、熱、圧力またはこれらの組合せを利用してレジストを硬化させる。レジストが硬化された後で、パターニングデバイスをレジストから出して、レジストにパターンを残す。

本明細書で使用された用語「放射」および「ビーム」は、紫外（ＵＶ）放射（例えば、約３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを含んだ、全ての種類の電磁放射を包含する。

用語「レンズ」は、背景が許す場合、屈折型、反射型、磁気型、電磁型および静電型を含む様々なタイプの光学コンポーネントのつまたは組合せを意味することができる。

本発明の特定の実施形態を上で説明したが、本発明は説明されたのと異なる方法で実施できることを理解されたい。例えば、本発明は、先に開示されたような方法を記述する機械読取可能命令の１つまたは複数のシーケンスを含んだコンピュータプログラム、またはそのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク）の形を取ることができる。

上述の説明は、例示であり制限しない意図である。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなしに、説明した本発明に対する変更を行えることは、当業者に明らかであろう。

本発明の実施形態に従ったリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の実施形態に従って非対称を測定するために使用することができるスキャトロメータ配列を示す図である。 本発明の実施形態に従ったリソグラフィ装置で使用することができるスキャトロメータ配列を示す図である。 本発明の方法の実施形態で利用された基板の基準回折格子および測定回折格子を示す断面図である。 本発明の方法の実施形態で使用されるときの測定回折格子セットを示す上面図である。

Claims (8)

1. 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構成されたリソグラフィ装置であって、前記リソグラフィ装置は、
   基板中の基準回折格子セットと、
   前記基準回折格子セット上の測定回折格子セットと、を設けるように構成され、
   前記基準回折格子セットは、第１の方向のラインエレメントを有する２つの基準回折格子および第２の方向のラインエレメントを有する１つの基準回折格子を備え、前記第２の方向は前記第１の方向に対して実質的に垂直であり、前記測定回折格子セットは、３つの測定回折格子を備え、前記測定回折格子のうちの２つは、一方の前記測定回折格子が前記基準回折格子に対して前記第２の方向で一の向きの偏りを有し、他方の前記測定回折格子が前記基準回折格子に対して前記第２の方向で前記一の向きとは反対向きの他の向きの偏りを有しており、さらに、
   前記リソグラフィ装置は、オーバーレイ測定デバイスを備え、前記オーバーレイ測定デバイスは、Ａ _ｘ＋ およびＡ _ｘ− と定義される前記２つの測定回折格子の非対称をそれぞれ測定し、Ａ _ｙ と定義される他の測定回折格子の非対称を測定し、さらに、次式から前記第１の方向のオーバーレイを得るように、
   

   

   
   且つ、次式から前記第２の方向のオーバーレイを得るように、
   

   

   
   構成されている、リソグラフィ装置。
2. 前記偏りが、距離ｄにわたるシフトを含み、ｄが前記回折格子の周期よりも小さい、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記第２の方向のラインエレメントを有する前記回折格子が、前記第１の方向のラインエレメントを有する前記２つの回折格子の間に位置付けされている、請求項１又は２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記オーバーレイ測定デバイスが、前記回折格子の反射スペクトルから非対称を測定するためのスキャトロメータを備える、請求項１乃至３の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
5. 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を含み、オーバーレイ測定が実施される、デバイス製造方法であって、
   基準回折格子セットを前記基板中に設けるステップであって、前記基準回折格子セットは、第１の方向のラインエレメントを有する２つの基準回折格子および第２の方向のラインエレメントを有する１つの基準回折格子を備え、前記第２の方向は前記第１の方向に対して実質的に垂直である、ステップと、
   測定回折格子セットを前記基準回折格子セット上に設けるステップであって、前記測定回折格子セットは、３つの測定回折格子を備え、前記測定回折格子のうちの２つは、一方の前記測定回折格子が前記基準回折格子に対して前記第２の方向で一の向きの偏りを有し、他方の前記測定回折格子が前記基準回折格子に対して前記第２の方向で前記一の向きとは反対向きの他の向きの偏りを有する、ステップと、
   Ａ _ｘ＋ およびＡ _ｘ− と定義される前記２つの測定回折格子の非対称をそれぞれ測定し、Ａ _ｙ と定義される他の測定回折格子の非対称を測定するステップと、
   次式から前記第１の方向のオーバーレイを得、
   

   

   
   次式から前記第２の方向のオーバーレイを得るステップと、
   

   

   
   を備えるデバイス製造方法。
6. 前記偏りが、距離ｄにわたるシフトを備え、ｄが前記回折格子の周期よりも小さい、請求項５に記載のデバイス製造方法。
7. 前記第２の方向のラインエレメントを有する前記回折格子が、前記第１の方向のラインエレメントを有する前記２つの回折格子の間に位置付けされる、請求項５又は６に記載のデバイス製造方法。
8. 前記非対称が、スキャトロメータを使用して前記回折格子の反射スペクトルから測定される、請求項５乃至７の何れか一項に記載のデバイス製造方法。

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