JP4599343B2 - リソグラフィ装置、パターニングデバイスおよびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

[0001] 本発明はリソグラフィ装置、パターニングデバイスおよびデバイス製造方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的に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の個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つまたは幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターン化される網の目状の互いに隣接したターゲット部分を含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所定の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行にスキャンしながら、パターンを所定の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを具備している。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[003] マスクパターンを基板に結像する方法および装置は、米国特許第５，６７４，６５０号から知られている。マスクパターンは通常通りのアラインメントマークを備えるが、幾つかの検査マークも備える。検査マークは、通常のアラインメントマークの周期に相当する周期で交互の透明細片と不透明細片を備える。全細片の半分、例えば透明細片は、さらに小分割され、各々が半分の幅の細片と、幾つかのさらに小分割された交互の透明細片および不透明細片とからなる。小分割された細片の周期は、関連するリソグラフィ装置の投影レンズシステムの解像力の１．５倍とほぼ等しいと記載されている。リソグラフィ装置のアラインメント装置は、検査マークを結像するためにも使用される。その周期は小さいので、小分割された細片を別個に検出することができない。これはアラインメント信号の偏りを引き起こし、これは、投影ビームの最善の焦点を見いだすために使用される。投影ビームの焦点がずれると、小分割された細片の像がさらに曖昧になり、検査マークの潜像がさらに対称になり、その結果、偏りが小さくなる。

[0004] しかし、この既知の方法および装置は、近接整合の認定および校正に使用することができない。リソグラフィ露光ツールによって露光されるようなチップのレイアウトは通常、同時に（同じフラッシュで）露光する必要がある複数の構造体（単独線、稠密線、準稠密線）で構成される。これを実行する場合、これらの種々の構造体の線幅は、リソグラフィの物理的特性に起因して相互に対してわずかな偏りを有する。これらの偏りは通常、（記号が反対の）レチクル設計にてこれを考慮に入れることによって防止され、したがって、レジストの像は適正な線幅を有する。このレチクル技術での補償によって達成することができる正確さは、ある期間にわたって偏りが有する安定性、および同じレチクルを印刷するために使用される露光ツール間の類似性のレベルによって制限される。この正確さは通常、露光ツールの「近接整合仕様」と呼ばれる。

[0005] 近接整合仕様の認定は通常、複数の構造体のＳＥＭ測定によって実行される。ＳＥＭ測定は認定に使用され、幾つかの欠点を有する。つまり、測定時間が長く(数時間)、ＳＥＭツールが、ツール毎に変動するツール偏りを有し、ＳＥＭツールは高価であり、これらの理由から、リソグラフィ工場では長い測定時間は経済的に実現可能でない。経済的有効性の制約に起因して、ＳＥＭ測定は、露光ツールのパラメータの偏りを良好に認定するために大量の構造体を測定するには適切でない。このような費用のかかる認定を実行しても、所要時間は、このような方法によるツールの校正が通常の設定または保守シーケンスに適合するには長すぎる。

[0006] 上述したＳＥＭに基づく方法の欠点がない近接整合認定の方法、およびこのような方法に適切なリソグラフィ装置を提供することが望ましい。

[0007] 本発明の一態様によれば、パターニングデバイスから基板へと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、このリソグラフィ装置はさらにパターニングデバイスを基板と位置合わせするアラインメントシステムを備え、パターニングデバイスは、所定数の隣接する近接構造体を有する少なくとも１つの近接マークを備え、各近接構造体は、スペース構造体と、基準構造体と、検査構造体とを備え、基準構造体は基準ピッチで第１の複数の線を備え、検査構造体は検査ピッチで第２の複数の線を備える。

[0008] 本発明のさらなる態様によれば、リソグラフィ装置で使用するパターニングデバイスが提供され、パターニングデバイスは、所定数の隣接する近接構造体を有する少なくとも１つの近接マークを備え、各近接構造体はスペース構造体と、基準構造体と、および検査構造体とを備え、基準構造体は基準ピッチで第１の複数の線を備え、検査構造体は検査ピッチで第２の複数の線を備える。

[0009] 本発明のさらなる態様によれば、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することを含むデバイス製造方法が提供され、所定数の隣接する近接構造体を有する少なくとも１つの近接マークを有するパターニングデバイスを使用して近接整合が実行され、ここで、各近接構造体はスペース構造体と、基準構造体と、検査構造体とを備え、基準構造体は基準ピッチで第１の複数の線を備え、検査構造体は検査ピッチで第２の複数の線を備え、さらに、パターニングデバイスと基板とのアラインメントの偏りを測定するためにアラインメントシステムが使用され、測定したアラインメントの偏りから近接整合パラメータが決定される。

[0010] 次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部分を示している。

[0022] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
[0023]− 放射ビームＢ（例えばＵＶ放射または他の放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
[0024]− 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、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決めするように構成された第１位置決め装置ＰＭに接続された支持構造体（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
[0025]− 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、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位置決め装置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、
[0026]− 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た投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳとを含む。

[0027] 照明システムＩＬは、放射の誘導、成形、または制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、またはその任意の組合わせなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[0028] 支持構造体は、パターニングデバイスを支持、つまりその重量を支えている。これは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造体は、例えばフレームまたはテーブルでよく、必要に応じて固定式または可動式でよい。支持構造体は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」または「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義とみなすことができる。

[0029] 本明細書において使用する「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生成するように、放射ビームの断面に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して広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

[0030] パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。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において周知のものであり、これには、バイナリマスク、Alternating位相シフト、減衰型位相シフトのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。

[0031] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、または液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、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、電磁気光学システムおよび静電気光学システム、またはその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義とみなされる。

[0032] ここに示している装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したような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）。

[0033] リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）またはそれ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）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つまたは複数のテーブルで予備工程を実行することができる。

[00034] リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に使用してもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造体を液体に浸漬させなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。

[0035] 図１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ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、それぞれ別々の構成要素であってもよい。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とみなされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤを用いて、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0036] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側および／または内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、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などの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。また、イルミネータを用いて放射ビームを調整し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0037] 放射ビームＢは、支持構造体（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン化される。放射ビームＢはマスクＭＡを通過して、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＳを通過する。第２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センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの経路において様々なターゲット部分Ｃに位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、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を正確に位置決めすることができる。一般的に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決めデバイス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）の補助により実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置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できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、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のみに接続するか、固定してもよい。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を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用のターゲット位置を占有するが、ターゲット部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

[0038] 図示のリソグラフィ装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

[0039] １．ステップモードにおいては、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維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静止露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向に移動される。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、単一静止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。

[0040] ２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（つまり単一動的露光）。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求めることができる。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、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。

[0041] ３．別のモードでは、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維持され、基板テーブルＷＴを移動またはスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、またはスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプ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なしリソグラフィに容易に利用できる。

[0042] 上述した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も利用できる。

[0043] 図２には、従来使用されるアラインメントマーク１の略図が図示されている。アラインメントマークは、その幅Ｗ_mより非常に長い長さＬ_mを有し、多数の交互するスペース２と線３を備える。アラインメントマーク１の周期は、１つのスペース２および隣接する線３の長さと定義され、例えば３次アラインメントマーク１を獲得するために１６μｍ／３である。単位セル４は、３対のスペース２および線３と定義される。

[0044] アラインメント装置は、図１に示したリソグラフィ装置のコンポーネントであり、ウェーハＷの露光ステップごとに適切にマスクＭＡとウェーハＷを位置合わせするために使用される。アラインメントマーク１は、マスクＭＡ上で従来通りの方法で使用され、ウェーハＷに像を投影するために使用される。これで、ウェーハの潜像は、例えばアラインメント信号を獲得するためにアラインメントシステムによって測定される。

[0045] リソグラフィ露光ツールで露光されるようなチップのレイアウトは通常、（同じフラッシュで）同時に露光する必要がある複数の構造体（単独線、稠密線、準稠密線）で構成される。これを実行する場合、これらの様々な構造体の線幅は、リソグラフィの物理的特性に起因して相互に対してわずかな偏りを有する。これらの偏りは通常、（反対の記号で）レチクル設計にてこれを考慮に入れることによって防止され、したがって、レジストの像は適正な線幅を有する。このレチクル技術での補償によって達成することができる正確さは、ある期間にわたって偏りが有する安定性、および同じレチクルを印刷するために使用される露光ツール間の類似性のレベルによって制限される。この正確さは通常、露光ツールの「近接整合仕様」と呼ばれる。

[0046] 問題のこれらの構造体の線幅は、使用するリソグラフィ装置の限界寸法（ＣＤ）にほぼ相当する。ＣＤは、リソグラフィ装置の様々なコンポーネントの特性によって要求されるパラメータである。

[0047] 近接整合仕様には、通常のアラインメントマークを使用することができない。本発明の一実施形態によると、以下で近接マーク１０と呼ばれる別のタイプのマークを使用して、近接整合を測定する。このような近接マーク１０の例が、図３に概略的に図示されている。本発明による近接マーク１０では、「釣り合わせ」を導入する。というのは、２つの構造体を相互に対して比較するからである。この近接マーク１０の位置が測定され、その結果、オーバレイ測定値が生成される。オーバレイ測定値は、半導体生産工場の全機械で等しい予め決定されたターゲット値と等しくなければならない。このターゲット値の実際的な源は、このような工場に設置されている第１リソグラフィ装置であってよく、あるいは他の理論値を使用してよい。また、オーバレイ感度は、機械またはプロセスに依存せずに、比較的良好に定義されると予想される。このアプローチにより、絶対的測定値が達成されると予測される。

[0048] 図３（Ａ）は、近接マーク１０のレイアウトを示したものであり、これは概して従来のアラインメントマーク１と同じ長さＬ_mを有する。明らかな理由で、図３（Ａ）には限られた数の周期的部分しか図示されていないが、実際の近接マーク１０では、周期的部分の数がはるかに多い。図３（Ｂ）では、単位セルのさらに詳細な図が与えられ、その長さＬ_uおよび幅Ｗ_uは、従来のアラインメントマーク１の単位セル４の寸法にほぼ相当する。しかし、アラインメントマーク１のスペース２および線３の代わりに、近接マークは３つの近接構造体２０を備える。単位セル４の長さの要件に適合するために、幾つかまたは全部の近接構造体２０の間にスペース１９を設けてもよい。

[0049] 図３（Ｃ）は、本発明の実施形態で使用した状態の近接構造体２０の略図を示したものである。近接構造体２０は、３つの部分、つまりスペース構造体１１と、基準構造体１２と、検査構造体１３とに小分割される。各構造体１１、１２、１３の幅Ｗ_uは、単位セル４（および近接マーク１０）の幅と同じである。単位セル４（または近接マーク１０）の長さ方向で、スペース構造体１１、基準構造体１２、および検査構造体１３はそれぞれ、関連する長さＬ_s、Ｌ_r、およびＬ_lを有する。スペース構造体１１は透明なフィールドであり、基準構造体１２および検査構造体１３は不透明な線１５を備えている。不透明な線１５は、個々の構造体の長さＬ_r、Ｌ_lに対応する長さ、および近接整合を実行すべきリソグラフィ装置の限界寸法（ＣＤ）にほぼ等しい幅を有する。つまり、不透明な線１５は概して、リソグラフィ装置によって結像すべき問題の構造体に対応する。

[0050] 例示的実施形態では、近接マーク２０は、２／３（Ｌ_r＋Ｌ_l＝３．６ｕｍ）の線と、１／３（Ｌ_s＝１．４ｕｍ）のスペースとを有する５．２μｍの周期を有するものとして提案されている。基準構造体１２は、基準ピッチを有する１０本の線を備え、検査構造体１３は、「測定すべきピッチ」を有する１０本の線を備える。従来の３次スクライブレーンアラインメントマーク（図２参照）は３１２μｍ×７２μｍである。このようなアラインメントマーク１は通常、６０対のスペース２と線３を有する。この場合のリソグラフィ装置のアラインメントシステムは、５．３３μｍの周期の位相を測定することができる。

[0051] 例示的実施形態では、スペース構造体１１、基準構造体１２および検査構造体１３の長さは、それぞれ４０％：３０％：３０％で分割される。例えば６０％：２０％：２０％など、他の分割も可能である。基準構造体１２および検査構造体１３の線１５のピッチは、アラインメントセンサに影響を及ぼさない。というのは、線１５のグレーティングが（スペース構造体１１、基準構造体１２および検査構造体１３各々によって形成されるような）アラインメントバーに垂直だからである。

[0052] アラインメントシステムは、図４に示すように、３つの構造体１１、１２、１３の各々の「相対的グレー度」に依存する位相を測定する。図４（Ａ）の左側の部分には、最適条件でウェーハ上の近接マーク１０の像が図示されている（基準構造体１２と検査構造体１３の両方が適正に画像化されている）。アラインメントセンサは、２つの等しくグレーのバー（中央の部分の図）を見る。密度（線１５の数と線１５の幅の積）が、基準構造体１２と検査構造体１３の両方で同じだからである。その結果、図４（Ａ）の右側部分に与えられるような測定アラインメントシフト信号を得ることになる。

[0053] 近接マーク１０の２／３の線の両構造体１２、１３が等しい量の線１５を有するので、線の重心は、両方のＣＤが等しい場合、２つの構造体１２、１３の中央になる。しかし、２つの構造体１２、１３の間にＣＤの差が存在する場合は、これが図４の右側の部分に示すようなアラインメントエラーとして現れる。

[0054] 構造体１２、１３の一方が完全に消滅すると、±１６．６％の位相シフトが測定される。これは、図４（Ｂ）に、検査構造体１３がウェーハＷ上に全く画像化されない（したがってアラインメントセンサに中央構造体１２のグレーバーしか見えない）ケースについて図示されている。図４（Ｃ）では、基準構造体１２が適正に画像化されない（したがってアラインメントセンサに検査構造体１３のグレーバーしか見えない）ケースについて、他方の極端な状況が与えられている。以上で与えられた例示的実施形態では、グレー度の１％の変化から０．１６６％の位相シフト＝８ｎｍ＠５．２μｍの周期が予想され、１％のＣＤ変化に対応する。１％のＣＤ変化は、必要な正確さ（１ｎｍ＠１００ｎｍ）より非常に低く、８ｎｍは十分にアラインメント測定性能（１ｎｍ）に入り、したがって正確さは十分であると予測される。グレー度関係式のＣＤエラーは、１次近接では分析的に知られている傾斜と直線関係である。現実には、非線形成分が存在し、傾斜は異なる可能性が最も高いが、この基本的関係のせいで、機械毎の違いが小さいと仮定することが正しいようである。記載された方法では定性測定ばかりでなく定量測定もできると予測される。

[0055] 各構造体１２、１３の線１５の縁部または端部は、近接マーク１０の像の制御されない線短縮効果をもたらす。測定結果に生じ得る外乱を解消するために、近接マーク１０の像を強化することができる。第１の実施形態が図５（Ａ）に図示されている。近接マーク１０が設けられたウェーハＷの露光後（例えば図３（Ｃ）に図示の実施形態）、図５（Ａ）に示すような構成を有する２次近接マーク１０を使用する。スペース構造体１１と基準構造体１２と検査構造体１３の境界線に、近接マーク１０の全幅Ｗ_uにまたがる追加の線１６を与える。第２露光後、図５（Ｂ）に示すような像になる。線１６は、線１５の端位置をマスキングし、その結果、端線効果からの外乱が残らない。１／３周期はオーバレイ測定値に影響せず、したがって結果に影響しない。

[0056] 代替実施形態では、近接マーク１０には既に、スペース構造体１１と基準構造体１２と検査構造体１３の間の境界線に追加の線１６が設けられている。

[0057] 使用されるリソグラフィ装置の最善の焦点は、リソグラフィ装置の幾つかの焦点レベルで近接マーク１０を印刷することによって測定することができる。焦点はＣＤに対する典型的な２次関係式を有するので、その結果から最善の焦点を計算することができる。幾つかの測定により、最善の焦点を見つけるために稠密線構造体を使用することができず、最善の焦点を見つけるために単独線構造体は十分に使用することができ、最善の焦点を見つけるために準稠密バイアス構造体も十分に使用することができることが明白になった。上記の実施形態に関して説明したようなアプローチは、準稠密バイアス構造体を直接測定するので、幾つかの焦点レベルで近接マーク１０を印刷すると、最善の焦点が容易に見つけられる。

[0058] リソグラフィ装置の別の動作パラメータは、露光線量である。（上述したような）真の近接整合は、最善のエネルギ（プロセスウィンドウの中央にあるエネルギである）ではなく、例えばサイズに合わせた線量（ちょうど望ましいＣＤを印刷するのに必要な線量である）を目指す。そのために、図７に示すような検査構造体を提供する。近接構造体２０の検査構造体１３の代わりに、この実施形態では、線量構造体または線量検査構造体１４を提供する。線量構造体１４は、検査構造体１３と同じ寸法を有するが、限界寸法の線１５ではなく、より太い線１７を使用している。例示的実施形態では、例えば基準構造体１２が、問題の限界寸法（例えば８０ｎｍ）の５０本の稠密線１７を備え、稠密構造体１３は、問題のＣＤの５倍の１０本の線１７（例えば４００ｎｍ幅の線１７）を備える。両方の構造体１２、１４は、全く同じ「グレー度」を有し、したがって名目上、０ｎｍのオーバレイが測定される。線量エラーが存在する場合は、基準構造体１２が、線量構造体１４の約５倍の影響を受け、したがってＣＤエラーがアラインメントエラーに変換される。この感度は、近接マークの感度の８０％＝８０％×１１ｎｍ＿オーバレイ／ｎｍ＿ｃｄ＝９ｎｍ＿オーバレイ／ｎｍ＿ｃｄであると予想される。

[0059] この技術は、絶対ＣＤ測定値を獲得する可能性を有する。さらなる実施形態では、ＳＥＭ測定を使用して、絶対ＣＤ関係式に対するオーバレイのシフトを校正する。

[0060] 図２に示すような標準的な３次アラインメントマーク１は、６０周期を有する。したがって、今では、１つのマークスキャンが６０の印刷された形体を平均する。また、１．８μｍの各線３の「平均幅」を測定する。近接整合認定を実行する従来の方法は、露光したウェーハ区間で走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用している。ＳＥＭは、局所断面分析を実行し、その理由から、測定結果には線粗さがある。ＳＥＭと比較すると、おそらく１００分の１のアラインメントスキャンが必要であると言うのが正しいようである。典型的なＳＥＭの時間は８秒／スキャンであり、典型的なアラインメントスキャン時間は０．２秒／スキャンであり、これは４０倍の改善である。その理由で、本発明による近接整合認定検査は、本質的にＳＥＭ方法より１００×４０＝４０００倍速いと予想される。これは、１時間のＳＥＭ時間から１秒のアラインメントスキャン時間の減少を示す。実際には、これはＳＥＭによる典型的な２時間の測定と比較すると、この新しい方法では１分の測定で３０倍の構造体を測定できることになる。現在のところ、このような検査で使用可能なものはなく、近接整合能力は機械の公差のみに頼っているので、これは主要な利点となる。

[0061] 上述した測定方法は、近接整合、焦点検査およびサイズに合わせた線量検査について、従来の測定方法よりはるかに速い。さらなる実施形態では、この測定技術によってリソグラフィ装置の校正検査ができることが示される。一例として、２０から２５の異なる近接構造体２０を測定することができる。σ-inner、σ-outer、開口数ＮＡおよびこれらの構造体２０各々の線幅に対するレーザ帯域のような幾つかの機械パラメータの補正が知られている。最小自乗アルゴリズムを使用して、これらのパラメータ各々の最適偏りを計算し、測定された近接効果を最小にすることができる。次に、これらの偏りを校正偏りとして適用する。

[0062] さらなる実施形態では、完全な近接認定検査を実行する。以下の例では、その概念を表すために、サイズおよび数が選択されている。しかし、これらのサイズおよび数は全て、特定の使用に合わせて修正することができる。３ｍｍのクロムによって分離された２ｍｍ×２６ｍｍの７つの適用区域Ａ〜ＧがあるマスクＭＡの実施形態が、図８に図示されている。適用区域Ａには、１３０ｎｍの限界寸法の検査構造体がある。適用区域Ｂ〜Ｆには、それぞれ１１０ｎｍ、９０ｎｍ、８０ｎｍ、６５ｎｍ、５０ｎｍの限界寸法の検査構造体が設けられ、リソグラフィの大きい範囲の適用およびタイプに広がることができる。最後に、適用区域Ｇには、幾つかの端部バー構造体が設けられる（図５（Ａ）の実施形態参照）。各適用区域Ａ〜Ｇは、図９に示すように７つの等しい１．８ｍｍ×３．６ｍｍの検査ボックス３０を有する。各検査ボックス３０は、適正な間隔を入れられるように幾つかの保護区域３１に囲まれる。これによってスリットの７つの点で認定することができる。

[0063] 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）に示すように、各検査ボックス３０は、水平構造体ｈａ〜ｈdの９個のカルテット３２（Ｈ１〜Ｈ９で示す）、および垂直構造体ｖａ〜ｖｄの９個のカルテット３２（Ｖ１〜Ｖ９で示す）を有し、したがって合計で３６個の水平検査構造体と３６個の垂直検査構造体が使用可能である。下表には、検査構造体毎の定義が与えられている。検査構造体（ｈａ〜ｈｄ；ｖａ〜ｖｄ）に、図３、図５、図６、または図７に示した近接マーク１０の実施形態のいずれを使用してもよい。以下が含まれる：サイズに合わせた線量検査の２つの代替物、基準を含むＣＤ＜＞５ＣＤおよびＣＤ＜＞２ＣＤ、１：１から１：１０００までのピッチの２０の近接構造体、１：１、１：１．３、１：２、１：５および１：１０００のピッチの５つの近接基準構造体である。これによって、今後に使用するために求めるべき８番目および９番目のカルテット（Ｈ８、Ｖ８、Ｈ９、Ｖ９）が残る。

[0064]

[0065] このマスクＭＡを使用して、９つの線量レベルでウェーハＷ上のそれぞれ２ｍｍ×２６ｍｍの区域を露光し（ウェーハ上に露光区域４２を生成し）、図１１に示すように１８ｍｍ×２６ｍｍのボックス４１を生成する。これらのボックス４１は各々、９つの焦点レベルで露光され、したがってウェーハＷ上で５４ｍｍ×７８ｍｍの合計区域４０がカバーされる。これらの区域４０のうち５つは、１つのウェーハＷ上に適合しなければならない。必要に応じて、ウェーハＷ上で端部バー構造体（図５（Ａ）参照）も露光する。

[0066] リソグラフィ装置のアラインメントシステムを使用する第１パス読み出しを実行する。水平および垂直、９つの焦点レベル、９つの線量レベルについて、フィールド毎に１つの検査ボックス３０でウェーハ区域４０の中心にて、１つの線量構造体および１つの線量基準構造体を読み取り、さらに１つの稠密および１つの等稠密近接構造体を読み取る。その結果、合計で６４８の読み出し値になり、次に全ての焦点測定について、以下を計算する。

[0067] 等稠密バイアス（ＩＤＢ）＝｛位置・稠密・構造体−位置・等・基準｝×アライメントＩＤＢ換算（AlignmentIDBConversion）
[0068] アライメントＩＤＢ換算とは、特定のプロセスについて１回、例えばＳＥＭサンプルからの直接的なＩＤＢ測定値とアラインメント測定値との比較を使用して求められるプロセス特有のパラメータである。

[0069] 最適焦点（ＢＦ）＝ＩＤＢ数を通した放物線適合のトップ。

[0070] 最適焦点における全ての線量測定値について、下式を使用してサイズに合わせた線量を計算する。

[0071] ＣＤ＝｛位置・線量・構造体−位置・線量・基準｝×アライメントＣＤ換算（AlignmentCDConversion）
[0072] アライメントＤＣ換算とは、特定のプロセスについて１回、例えばＳＥＭサンプルからの直接的なＣＤ測定値とアラインメント測定値との比較を使用して求められるプロセス特有のパラメータである。

[0073] サイズに合わせた線量＝必要なＣＤを達成するための線量。

[0074] 次に、水平（Ｈ１〜Ｈ９）および垂直（Ｖ１〜Ｖ９）、最適焦点、サイズに合わせた線量、フィールド毎に７つの検査ボックス３０、５つのウェーハ区域４０全部、および２０の近接構造体について、アラインメントシステムを使用した第２パスを読み取り、その結果、合計で１４００の読み取り値になる。最適焦点における全ての測定値について、以下を計算する。

[0075] ＩＤＢ＝｛位置・近接・構造体−位置・基準｝×アライメントＩＤＢ換算
[0076] 全ての測定は基準に対して実行されるので、読み出しは完全に読み出しツールから独立している。したがって、この方法は、近接ウェーハのツールから独立した認定を達成する。

[0077] 上述したような方法を使用して近接性を認定した後、２０の近接構造体についてＩＤＢが分かる。ＮＡ、σ-outer、σ-innerおよびＥ９５などの機械パラメータに対するこれらの構造体各々の感度は、リソグラフィのシミュレーションを使用するか、実験によって、あるいはその両方で容易に計算することができる。最小自乗適合法を使用して、上記の機械パラメータに対する調節値を２０のＩＤＢ数から計算することができる。これらの機械調節値を適用した後、検証認定を実行して、近接性が校正されていることを確認することができる。

[0078] この方法を使用することにより、機械とトラックとが同時に校正され、これは機械とトラックが常に対として使用されるので利点である。

[0079] 幾つかの例示的実施形態を使用して以上で詳細に説明したように、本発明は概して添付の従属請求項に記載されているようなリソグラフィ装置、パターニングデバイス、および方法を提供する。

[0080] 本発明によるリソグラフィ装置で使用可能な本発明のパターニングデバイスのさらなる実施形態では、基準構造体の線は、リソグラフィ装置の限界寸法にほぼ等しい幅を有し、限界寸法は、リソグラフィ装置によって基板に転写すべき問題の構造体の最小寸法に対応する。さらに、線の数と線の幅との積は、さらなる実施形態では基準構造体と検査構造体の両方で同じであり、したがってアラインメントセンサに関して等しいグレーの像が形成される。さらなる実施形態を使用して近接整合測定を実行することができ、検査構造体の線の幅は、基準構造体の線の幅とほぼ等しく、第１の数は第２の数に等しく、基準ピッチは検査ピッチと等しくない。線のピッチが異なる基準構造体および検査構造体を使用して、アラインメントセンサを使用し、検査構造体を基準構造体と比較することによって異なるピッチについて画像がなお適正であるか調べることが可能である。サイズに合わせた線量を求めるための測定を実行するために特に適切なさらなる実施形態でも、検査構造体の線の幅は、基準線の幅の整数倍大きい（例えばＣＤ対５×ＣＤ）。

[0081] 本発明による方法は、複数の近接マスクを設けた本発明によるパターニングデバイスをさらに適用することができ、ここで複数の近接マークの検査構造体の線に、ある範囲の線幅およびピッチサイズを設ける。様々な焦点レベルで、基板上にて複数の露光を実行し、測定したアラインメントの偏りから最適焦点パラメータを求める。さらなる実施形態では、様々な露光線量で基板上にて複数の露光を実行し、測定したアラインメントの偏りからサイズに合わせた線量のパラメータを求める。これらの方法は、リソグラフィ装置の完全な認定を実行するために、基板上の様々な位置に適用することができる。

[0082] さらに一般的に、本発明は、例えばＩＣの製造においてリソグラフィ装置を実際に使用している最中に結像される実際の製品構造体に類似した任意の複数の構造体を備える近接マークの基準構造体および／または検査構造体を使用することができる。

[0083] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることは言うまでもない。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用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）、薄膜磁気ヘッドなどである。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」または「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」または「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義とみなしてよいことは、当業者に明らかである。本明細書に述べている基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、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で処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0084] 以上では光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことが理解される。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微細構成によって、基板上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスの微細構成を基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射、熱、圧力またはその組合わせにより、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

[0085] 本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0086] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気および静電気光学部品を含む様々なタイプの光学部品のいずれか、またはその組合わせを指す。

[0087] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の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、またはその内部に記憶されたこのような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）の形態をとることができる。

[0088] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

[0011] 本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示した図である。 [0012] 従来使用されているアラインメントマークの略図を示した図である。 [0013] 本発明の実施形態による近接マークの略図を示した図である。 [0014] ３つの可能な状況について図３の近接マークの像、アラインメントセンサによって知覚された像、およびアラインメント偏り信号を示した図である。 [0015] 端部バーを有するさらなるバー、および図３の近接マークおよびさらなるマークで露光した後の基板上の結果の像を示した略図である。 [0016] 本発明の近接マークのさらなる実施形態を示した略図である。 [0017] サイズに合わせた線量測定を可能にする本発明の近接マークのさらなる実施形態を示した略図である。 [0018] 本発明のさらなる実施形態によるパターニングデバイスの典型的レイアウトを示した図である。 [0019] 図８のパターニングデバイスの適用区域の１つの詳細図を示した図である。 [0020] 図９に示した検査ボックスの１つのレイアウトを示した平面図である。 [0021] 本発明による方法の実施形態により露光した基板を示した平面図である。

Claims (7)

1. リソグラフィ装置で使用するパターニングデバイスであって、
   近接構造体を有する少なくとも１つの近接マークを備え、
   前記近接構造体は、前記近接マークの長さ方向に沿って所定数隣接配置され、
   前記各近接構造体は、前記近接マークの長さ方向に沿って順次隣接配置されたスペース構造体、基準構造体及び検査構造体を有し、
   前記基準構造体には、前記近接マークの長さ方向に延在する線が前記近接マークの幅方向に沿って基準ピッチで第１の数だけ配置され、
   前記検査構造体には、前記近接マークの長さ方向に延在する線が前記近接マークの幅方向に沿って検査ピッチで第２の数だけ配置される、
   パターニングデバイス。
2. 前記基準構造体の前記線が、前記リソグラフィ装置の限界寸法にほぼ等しい幅を有し、
   前記限界寸法が、前記リソグラフィ装置によって前記基板へと転送される問題の構造体の最小寸法に対応する、
   請求項１に記載のパターニングデバイス。
3. 線の数と線の幅との積が、前記基準構造体と前記検査構造体との両方で同じである、
   請求項１に記載のパターニングデバイス。
4. 前記基準構造体の前記線が、前記リソグラフィ装置の限界寸法にほぼ等しい幅を有し、
   前記限界寸法が、前記リソグラフィ装置によって前記基板へと転送される問題の構造体の最小寸法に対応し、
   前記検査構造体の前記線の前記幅が、前記基準構造体の前記線の前記幅とほぼ等しく、
   前記第１の数が前記第２の数と等しく、
   前記基準ピッチが前記検査ピッチと等しくない、
   請求項１に記載のパターニングデバイス。
5. 線の数と線の幅との積が、前記基準構造体と前記検査構造体との両方で同じである、
   請求項４に記載のパターニングデバイス。
6. 前記基準構造体の前記線が、前記リソグラフィ装置の限界寸法とほぼ等しい幅を有し、
   前記限界寸法が、前記リソグラフィ装置によって前記基板へと転送される問題の構造体の最小寸法に対応し、
   前記検査構造体の前記線の前記幅が、前記基準構造体の前記線の前記幅の整数倍大きい、
   請求項１に記載のパターニングデバイス。
7. 線の数と線の幅との積が、前記基準構造体と前記検査構造体との両方で同じである、
   請求項６に記載のパターニングデバイス。

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