JP6882338B2 - リソグラフィ方法及び装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] この出願は、２０１６年５月４日に出願された欧州特許出願１６１６８２８４．４の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明は、リソグラフィ装置における基板の位置を測定することに関する。具体的には、本発明は、リソグラフィ装置における位置測定の誤差を測定することに関する。

[0003] 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、代替的にマスク又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つ又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、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。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、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「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含む。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。

[0004] 基板に像を投影する場合、基板テーブル上に保持された基板が、投影された像を受けるように正しく位置決めされることを確実にすることが望ましい。基板テーブルは、６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＲＸ、ＲＹ、ＲＺ）を有する位置決めシステムを用いて位置決めされる。基板テーブルの所与の位置のいずれにおいても、６自由度の各々で誤差は存在するものである。これらの誤差を測定し記録するため、位置決めシステムの較正が実行される。この較正によって、以降のリソグラフィ装置の動作中に基板テーブルを正確に位置決めすることが可能となる。

[0005] 基板テーブルの位置決めを較正する既知の１つの方法は、基板上にアライメントマークを最密構成（ｃｌｏｓｅｌｙ ｐａｃｋｅｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で結像し、次いで結像したアライメントマークを現像し、それらの位置を測定することである。この方法は極めて長い時間がかかり、例えば数時間を要することもある。

[0006] また、較正プロセスの精度を高めるために、幾つかの副較正が行われてよい。例えば、アライメントマークの異なる空間周波数部分に対して別個の較正が実行されてよい。そのような実施例では、空間高周波部分は、いわゆる「プレートマップ」を使用して較正することができ、中間周波部分は、結像されたアライメントマークの配列上のアライメントセンサを使用したマルチプローブ技術を用いて較正することができ、低周波部分は、上述の結像されたアライメントマークであるアライメントセンサを使用するだけでなく、基準基板を測定することによって較正することができる。ある場合には、存在する別個の較正を、異なる方法及び／又は装置を使用して別個の場所で行わなければならない。したがって、このような較正プロセスの使用は精度を高める一方、著しく時間及び資源を消費する。

[0007] 位置決めシステムの較正を実行するのに要する時間を減らすことが望ましい。また、較正プロセスの複雑さを軽減する、例えば較正プロセス中に実行される特定の動作の数を減らすことが望ましい。

[0008] 本発明の第１の態様によれば、各々がリソグラフィ装置の投影システムのマスク側に位置する回折格子と、関連付けられたディテクタとを備えた複数のディテクタモジュールを備えたマスクセンサ装置を使用して、ターゲット格子の位置を測定する方法であって、方法が、マスクセンサ装置がターゲット格子に対して第１の方向に沿って相対的に移動する間に、ターゲット格子から回折された回折次数の組み合わせの第１の強度を測定する第１のステップと、潜在的誤差の空間周波数に比例する大きさで、マスクセンサ装置をターゲット格子に対して第２の方向に変位させる第２のステップと、マスクセンサ装置がターゲット格子に対して第１の方向に沿って相対的に移動する間に、ターゲット格子から回折された回折次数の組み合わせの第２の強度を測定する第３のステップと、を含む方法が提供される。

[0009] 方法は、位置決めシステムの較正を実行するのに要する時間及び資源を削減する。方法は、較正をアライメントマークの全ての空間周波数部分に対して実行することができ、さらに、例えば装置の一部が損傷した場合に、後のステージでの再較正を可能にする。

[0010] さらに、方法は較正の精度を向上させるため、リソグラフィ装置の個々のコンポーネントのより緻密な設定が可能になる。ひいては、これによって、プロセスにより誘起される又は装置により誘起される誤差（例えばオーバーレイ）が減少し、パターン製品の品質の向上につながる。

[0011] 本発明の第２の態様によれば、上記の方法を実行するための手段を備えるリソグラフィ装置が提供される。

[0012] 発明はさらにまた、デバイスフィーチャ及び測定ターゲットがリソグラフィプロセスによって一連の基板上に形成され、１つ以上の処理基板上の測定ターゲットの特性が、上記の方法によって測定され、測定された特性を使用して、別の基板の処理のためにリソグラフィプロセスのパラメータを調整する、デバイスを製造する方法を提供する。

[0013] 発明はさらにまた、上記の方法で使用可能な少なくとも１つの回折格子を備えるマスクセンサ装置を提供する。

[0014] 発明はさらにまた、上記の発明に係る方法の決定ステップを実行するための１つ以上の機械可読命令シーケンスを含むコンピュータプログラム製品を提供する。

[0015] 本発明のさらなる態様、特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作は、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。本発明は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。こうした実施形態は、本明細書において、例示を目的としてのみ提示される。関連分野の当業者には、本明細書に含まれる教示に基づいて追加の実施形態が明らかとなろう。

[0016] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

リソグラフィ装置を示す。 本発明に係るリソグラフィ装置を使用可能なリソグラフィセル又はクラスタを示す。 図１のデュアルステージ装置において基板上のターゲット部分を露光するステップを示す。 リソグラフィ装置で使用可能な第１及び第２の基準グリッドを概略的に示す。 本発明のある実施形態に係る測定方法を概略的に示す。 本発明のある実施形態に係る測定方法を概略的に示す。 リソグラフィ装置の一部及び測定方法を概略的に示す。 回折次数の生成及び測定を概略的に示す。 回折次数の生成及び測定を概略的に示す。 回折次数の生成及び測定を概略的に示す。 各々が複数のマスクセンサモジュールを備えた２つの例示的なマスクセンサ装置を概略的に示す。 マスクセンサモジュールの１つを示す。 本発明のある実施形態に係るマスクセンサ装置を概略的に示す。 図９のマスクセンサ装置を使用する方法を示す。 本発明の別の実施形態に係るマスクセンサ装置を概略的に示す。 本発明に係る方法とともに使用可能な例示的なターゲット格子パターンを示す。

[0017] このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

[0018] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ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、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築され、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のポジショナＰＭに接続されたパターニングデバイスサポート又は支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するようにそれぞれ構築され、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のポジショナＰＷにそれぞれ接続された２つの基板テーブル（例えば、基板テーブル）ＷＴａ及びＷＴｂと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）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とを備える。基準フレームＲＦは、様々な構成要素を接続し、パターニングデバイス及び基板の位置及びその上のフィーチャの設定及び測定のための基準として働く。

[0019] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わ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。

[0020] パターニングデバイスサポートは、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。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイスサポートＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。

[0021] 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付与するために使用し得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、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、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、放射ビームに付与されるパターンは、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定の機能層に相当する。

[0022] 本明細書で示すように、本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、又は反射マスクを使用する）。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、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。本明細書において「レチクル」又は「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」と同義と見なすことができる。「パターニングデバイス」という用語は、このようなプログラマブルパターニングデバイスを制御する際に使用するためのデジタル形式のパターン情報を記憶するデバイスを指すものとして解釈することもできる。

[0023] 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、又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及び静電光学システム、又はそ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見なすことができる。

[0024] 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加させるために当技術分野で使用することができる。

[0025] 動作の際、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、別々の構成要素であってよい。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見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエキスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。別の場合、放射源は、例えば放射源が水銀ランプである場合にリソグラフィ装置の不可欠な部分であってよい。放射源ＳＯ及びイルミネータ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。

[0026] イルミネータＩＬは、例えば、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と、インテグレータＩＮと、コンデンサＣＯとを含むことができる。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、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。

[0027] 放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートＭＴ上に保持されたパターニングデバイスＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを横断した放射ビーム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上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴａ又はＷＴｂを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを正確に位置決めできる。

[0028] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマーク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メントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムは、以下でさらに説明される。

[0029] 図示された装置は、様々なモードで使用できる。スキャンモードにおいては、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。当技術分野で周知のように、別のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードが考えられる。例えば、ステップモードが既知である。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスを静止状態に保ちながらもパターンを変化させ、基板テーブルＷＴを動かすか又はスキャンする。

[0030] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0031] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、それらの間で基板テーブルを交換することが可能な２つのステーション、露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡとを有する、いわゆるデュアルステージタイプである。１つの基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションで露光されている間に、別の基板を測定ステーションの他方の基板テーブル上にロードし、様々な予備ステップを実施することが可能である。これによって、装置のスループットを実質的に増加させることができる。予備ステップは、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面高さ輪郭をマッピングすること、及びアライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含み得る。位置センサＩＦが測定ステーション及び露光ステーションにある間に、基板テーブルの位置を測定できない場合、第２の位置センサを提供して、基準フレームＲＦに対する基板テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるようにしてよい。他の構成も知られており、示されたデュアルステージ構成の代わりに使用可能である。例えば、基板テーブル及び測定テーブルが設けられた他のリソグラフィ装置も知られている。これらは、予備測定を実行するときにドッキングされ、その後、基板テーブルの露光中に切り離される。

[0032] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣの一部を形成する。リソグラフィセルＬＣはリソセル又はクラスタと呼ばれることもあり、基板に露光前プロセス及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来から、これらには、レジスト層を堆積させるためのスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ、及びベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラ、すなわちロボットＲＯが、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらを様々なプロセス装置間で移動させた後、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに引き渡す。これらのデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることも多く、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、ＳＣＳは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も制御する。したがって、上記の様々な装置は、スループット及び処理効率を最大化するように動作させることができる。次いで、トラックにより処理された基板は、エッチング及びデバイス製造プロセス内の他の化学的又は物理的処理のために他の処理ツールへ移送される。

[0033] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、記載する様々なアクチュエータ及びセンサの移動及び測定の全てを制御する。また、ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実施するための信号処理及びデータ処理の能力も含む。導入部及び特許請求の範囲の用語では、これらの処理機能及び制御機能の組み合わせを単に「コントローラ」と呼ぶ。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは多くのサブユニットから成るシステムとして実現され、各サブユニットが、リアルタイムのデータ取得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を扱う。例えば、１つの処理サブシステムを基板ポジショナＰＷのサーボ制御に専用のものとすることができる。粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータ又は異なる軸を別々のユニットが取り扱うことも可能である。別のユニットを位置センサＩＦの読み出しに専用のものとすることができる。装置の全体的な制御は、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、及びリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信を行う中央処理ユニットによって制御することができる。

[0034] 図３は、図１のデュアルステージ装置において基板Ｗ上のターゲット部分（例えばダイ）を露光するステップを示す。

[0035] 左側の点線の四角内は測定ステーションＭＥＡで実行されるステップであり、右側は露光ステーションＥＸＰで実行されるステップを示す。時として、上記のように基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの一方が露光ステーションに、他方が測定ステーションに位置することがある。この説明のため、基板Ｗはすでに露光ステーションにロードされていると仮定する。ステップ２００において、図示しない機構によって新しい基板Ｗ’が装置にロードされる。これら２枚の基板は、リソグラフィ装置のスループットを向上させるため並行して処理される。

[0036] まず、新たにロードされた基板Ｗ’を参照すると、これは、装置における初めての露光のために新しいフォトレジストを用いて作成される、これまでに処理されていない基板であり得る。しかしながら一般には、記載されるリソグラフィプロセスは一連の露光及び処理ステップのうちの１つのステップに過ぎないので、基板Ｗ’は、すでに数回この装置及び／又は他のリソグラフィ装置を通過しており、またこれ以降も複数のプロセスを受ける可能性がある。特にオーバーレイ性能向上の問題について、ここでの課題は、すでに１サイクル以上のパターニング及び処理を経た基板上に、全く正確な位置に新しいパターンを確実に適用することである。これらの処理ステップによって次第に基板には歪みが生じるが、充分なオーバーレイ性能を達成するためにはこれを測定し補正しなければならない。

[0037] 上記のように、事前及び／又は後続のパターニングステップは他のリソグラフィ装置で実行されることがあり、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行される場合もある。例えば、デバイス製造プロセスにおける解像度及びオーバーレイ等のパラメータについて極めて要求の厳しい層には、これより要求の厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行され得るものもある。したがって、ある層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光される一方、他の層は「ドライな」ツールで露光される場合がある。ある層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光される一方、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される場合がある。

[0038] ２０２では、基板マークＰ１等及びイメージセンサ（図示せず）を使用したアライメント測定を用いて、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂに対する基板のアライメントを測定し記録する。さらに、アライメントセンサＡＳを用いて、基板Ｗ’上の幾つかのアライメントマークを測定する。一実施形態では、これらの測定値を用いて「ウェーハグリッド」を確立する。これは、基準要素に対する歪みも含めて、基板上のマークの分布を極めて正確にマッピングする。典型的には、基準要素は、矩形グリッドの形を取り得るが、原理上は他の有利又は便利な基準要素も想定され得る。

[0039] ステップ２０４では、レベルセンサＬＳを用いて、Ｘ−Ｙ位置に対するウェーハ高さ（Ｚ）のマップも測定する。従来から、この高さマップは、露光パターンの正確な合焦を達成するためにのみ用いられている。一部の実施例では、高さマップはアライメント測定を補完するのに使用することができる。

[0040] 基板Ｗ’がロードされたとき、実行すべき露光を定義し、ウェーハ、及びその上に以前に作られたパターン並びに作られることになるパターンの特性も定義するレシピデータ２０６が受信された。これらのレシピデータに、２０２、２０４で行われた、ウェーハ位置、ウェーハグリッド及び高さマップの測定値が追加されるため、結果として、レシピ及び測定データの完全なセット２０８を露光ステーションＥＸＰに渡すことができる。アライメントデータの測定値は、例えば、リソグラフィプロセスのプロダクトであるプロダクトパターンに対する固定された又は名目上固定された関係で形成される、アライメントターゲットのＸ及びＹ位置を含む。アライメントモデルのパラメータを提供するために、露光の直前に取られたこれらのアライメントデータが組み合わされ補間される。これらのパラメータ及びアライメントモデルは、現行のリソグラフィステップで適用されるパターンの位置を補正するために、露光動作中に使用されることになる。従来のアライメントモデルは、異なる寸法での「理想的な」グリッドの並進、回転、及びスケーリングをともに定義する、４つ、５つ、又は６つのパラメータを含むことができる。ＵＳ ２０１３２３０７９７Ａ１に詳細に記載されているような、より多くのパラメータを使用する高度なモデルが知られている。

[0041] ２１０において、ウェーハＷ’とＷがスワップされるため、測定された基板Ｗ’は露光ステーションＥＸＰに入る基板Ｗになる。図１の例示の装置において、このスワッピングは装置内でのサポートＷＴａとＷＴｂの交換によって実行されるため、基板テーブルと基板自体の間の相対的なアライメントを保持するために、基板Ｗ、Ｗ’はそれらのサポート上で正確にクランプ及び位置決めされたままとなる。したがって、テーブルがスワップされると、投影システムＰＳと基板テーブルＷＴｂ（以前はＷＴａ）の間の相対的な位置を決定することは、露光ステップを制御している基板Ｗ（以前はＷ’）に関する測定情報２０２、２０４を利用するために必要な全てである。ステップ２１２において、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を使用してレチクルアライメントが実行される。ステップ２１４、２１６、２１８において、スキャン動作及び放射パルスが、複数のパターンの露光を完了させるために、基板Ｗ全体にわたり連続ターゲット位置で適用される。

[0042] 露光ステップを実行する際に測定ステーションで取得されたアライメントデータ及び高さマップを使用することによって、これらのパターンは所望の位置に対して、特に以前に同じ基板上に置かれたフィーチャに対して正確に位置合わせされる。ここでＷ’’と標示された露光された基板は、ステップ２２０で、露光されたパターンに従ってエッチング又は他のプロセスを受けるために装置からアンロードされる。

[0043] 上述のように、測定ステーションでのアライメントは、基準グリッドプレート上に配置された矩形グリッドなどの固定基準要素を参照して行われる。同様に、露光ステーションで行われるアライメント測定は、同じ基準グリッドを参照して行うことができる。このように、測定ステーションで行われるいずれの位置測定も露光ステーションに直接移すことが可能である。これは、測定ステーションで使用される第１の基準グリッド４０２が露光ステーションで使用される第２の基準グリッド４０４と同じである図４（ａ）に示されている。第１の例示的なターゲット４０６が、第１の基準グリッドに関する特定の座標セットに位置している。同様に、第２の例示的なターゲット４０８が、第２の基準グリッドに関してではあるが同じ座標セットに位置している。この状況では、基準グリッドを重ね合わせると、ターゲットの位置が同じである。

[0044] しかしながら、実際には、測定ステーションの基準グリッドと露光ステーションの基準グリッドの間にわずかな差異がある場合がある。図４（ｂ）は、露光ステーションの第２の基準グリッド４１２が測定ステーションの第１の基準グリッド４１０より大きい例示的な状況を示す。これは純粋に例示目的であり、第１及び第２の基準グリッド間の差異はより複雑である可能性があることは当然理解されるであろう。この状況では、図４（ａ）に示したものと同様に、第１の例示的なターゲット４１４は、第１の基準グリッド４１０に関する特定の座標セットを有し、第２の例示的なターゲット４１６は、第２の基準グリッド４１２に関する同じ座標セットを有する。

[0045] しかしながら、第２の基準グリッドが第１の基準グリッドより大きいため、例示的なターゲットは、基準グリッドを重ねた場合に一致しない。つまり、第１の基準グリッドで測定された位置を、第２の基準グリッドに直接移すことはできない。数学を使うと、第１の基準グリッドに関して決定された位置ｐ＝（ｘ，ｙ）は、ｐ＝（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）となる。座標の差を考慮しない場合、処理ステップの精度が低下し、これによってリソグラフィ装置で製造される基板の品質が低下する可能性がある。

[0046] これから図５及び図６を参照して例示的な方法を考察する。第１のステップ６０１において、第１の測定ターゲット５０４の第１の基準要素５０６に対する第１の位置を決定するために、基板５０２に対して第１の位置測定が行われる。位置測定は、実質的に以上で説明したように、リソグラフィ装置の測定ステーションＭＥＡで行われる。

[0047] 第２のステップ６０２において、第１の測定ターゲット５０４の第２の基準要素５０８に対する第２の位置を決定するために、基板５０２に対して第２の位置測定が行われる。上記のように、第２の位置測定は、一般的にリソグラフィ装置の露光ステーションで行われる。

[0048] 第３のステップ６０３において、第２の基準要素に対する第１の基準要素の特徴が、第１の位置測定中に取得した第１の位置データ５１２及び第２の位置測定中に取得した第２の位置データ５１４に基づいて決定される。決定は、例えば位置データが送信された後に処理ユニット５１０によって行うことができる。一部の実施例では、決定は、上記のリソグラフィ装置制御ユニット（ＬＡＣＵ）によって行うことができる。他の実施例では、リソグラフィ装置は、決定を行うことに特化した処理ユニットを備えてよい。さらに他の実施例では、決定は遠隔配置された処理ユニットによって行われてよく、位置データは遠隔処理ユニットに送信されてよい。

[0049] 測定ステーションでのアライメント測定は、一般的に（図１を参照して考察したように）アライメントセンサＡＳを使用して行われる。露光ステーションでのアライメント測定は、その動作が次に説明される、いわゆるマスクセンサ装置を使用することによって行うことができる。

[0050] 要約すれば、リソグラフィ装置における基準要素間のずれを測定する方法は、少なくとも１つの測定ターゲットの第１の基準要素に対する第１の位置を決定する第１の位置測定を行うステップと、少なくとも１つの測定ターゲットの第２の基準要素に対する第２の位置を決定する第２の位置測定を行うステップと、第１及び第２の位置測定に基づいて第１の基準要素の第２の基準要素に対する特徴を決定するステップとを含む。特徴を決定することは、第１の基準要素と第２の基準要素の間のずれを決定することを含んでよい。第１の基準要素及び第２の基準要素は、グリッド基準要素を含んでよい。

[0051] 図７は、どのようにマスクセンサ装置を用いて組み合わせ回折次数を生成できるかのある例を概略的に示す。組み合わせ回折次数は、ディテクタＤ１によって測定された場合、基板回折格子ＷＧの位置を決定するのに使用可能である。マスクセンサ装置ＭＳは、マスク基板Ｓを備え、この基板上に、回折格子ＭＧ、ディテクタＤ１及び１対の壁８、９が設けられている。マスクセンサ装置ＭＳは、リソグラフィ装置の投影システムＰＬのマスク側（すなわち、リソグラフィ装置の通常動作中にマスクが位置する場所）に位置している。マスク回折格子ＭＧに放射ビームＰＢが入射する。放射ビームは放射源ＳＯ（図１参照）によって生成される。したがって、放射ビームは、リソグラフィ装置によって製造中に基板を露光するために用いられる波長（例えば１９３ｎｍ）に対応した波長を有する化学線である。放射ビームは双極子（又は四極子）モードであるが、簡略化のためにそのうちの１つの極のみを示す。マスク回折格子は、放射ビームを回折させて、ゼロ次回折Ｌ０及び１次回折Ｌ１を形成する。これらの２つの回折次数Ｌ０、Ｌ１は投影システムＰＬ内を伝搬し、投影システムによって基板Ｗ上に集束される。他の回折次数も生成されるが、これらは壁８、９によって遮断される（壁は不要な回折次数を除去するフィルタとして作用する）か、又は投影システムＰＬの開口数の外側にある。基板Ｗには、入射する放射を回折させる回折格子ＷＧが設けられている。幾つかの回折次数が生成され得るが、２つの回折次数のみを図示する。図示された第１の回折次数は、マスク格子ＭＧによって回折されたゼロ次放射から生成された基板格子ＷＧの２次回折である。これはＬ０，２によって識別されている。図示された第２の回折次数は、マスク格子ＭＧによって回折された１次放射から生成された基板格子ＷＧの１次回折である。これはＬ１，１によって識別されている。これら２つの回折次数Ｌ０，２、Ｌ１，１は共伝搬する（それらは同一線上にある）。２つの回折次数Ｌ０，２、Ｌ１，１は、組み合わせ回折次数（又は組み合わせ次数）と呼ぶことができる。組み合わせ次数Ｌ０，２、Ｌ１，１は、投影システムＰＬ内を逆伝搬する。次いで組み合わせ次数Ｌ０，２、Ｌ１，１は、壁９の反射面Ｍ１に入射し、この反射面Ｍ１は組み合わせ次数をディテクタＤ１へ誘導する。ディテクタＤ１は強度ディテクタであり、組み合わせ次数Ｌ０，２、Ｌ１，１の強度を測定する。他の回折次数（組み合わせ次数を含む）も、投影システムＰＬ内を逆伝搬し得るが、これらの他の次数は壁９の反射面に入射せず、したがってディテクタＤ１に入射しない。このように壁９は再びフィルタとして作用し、この場合は組み合わせ次数Ｌ０，２、Ｌ１，１を選択するとともに他の回折次数を排除する。したがって、壁８、９は、２回フィルタとして作用する。１回はマスク格子ＭＧから回折された放射のためであり、もう１回は基板格子ＷＧから回折された放射のためである。

[0052] 組み合わせ次数Ｌ０，２、Ｌ１，１の強度は、基板格子ＷＧと、入射回折次数Ｌ０及びＬ１によって形成されたマスク格子ＭＧの空間像の相対的なアライメントに依存する。マスク格子空間像の明るい線と基板格子の反射部分のアライメントは、ディテクタＤ１において高い強度を生成する。逆に、マスク格子空間像の暗い線と基板格子の反射部分のアライメントは、ディテクタＤ１において低い強度を生成する。このため、基板格子ＷＧ（及び基板）をＸ方向に移動させると、マスク格子空間像の明るい線と基板格子の反射部分の相対的なアライメントが変化し、組み合わせ次数の強度が正弦曲線状に変化する。ここでは格子線に言及しているが、線から形成されていない格子（例えばチェッカーボード型の格子のような２方向に延出する格子）にも同じことが当てはまる。

[0053] マスク格子の空間像は、投影システムＰＬの光軸に対して対称でない２つの回折次数Ｌ０、Ｌ１によって形成されるので、空間像は光軸に対して傾斜している。空間像の傾斜角は、２つの入射回折次数Ｌ０、Ｌ１を二等分し、図７においてΘで表されている。マスク格子空間像の傾斜角Θにより、空間像の明るい線と基板格子の反射部分の相対的なアライメントは、基板格子のＺ方向位置（すなわち、投影システムの焦点面に対する基板格子の位置）の関数として変化する。繰り返すが、ここでは格子線に言及しているが、線から形成されていない格子にも同じことが当てはまる。

[0054] 以下でさらに説明するように、多数のディテクタを用いる場合、Ｚ方向の移動は、Ｘ方向の移動によって生成される信号とは異なる信号をディテクタにおいて生成する。これにより、Ｚ方向の測定とＸ方向の測定を区別することが可能となる。

[0055] 図８に、マスクセンサ装置ＭＳの変更された構成を概略的に示す。図８のマスクセンサ装置は、図７のマスクセンサ装置とは異なる回折次数を伝送し検出するように構成されている。図７に示す実施形態と同様、図８に示すマスクセンサ装置ＭＳは、マスク基板Ｓと回折格子ＭＧとを備えている。図８は、入射放射の単一の極及び単一のディテクタを示すのではなく、２つの入射極Ｌ、Ｒ及び２つのディテクタＤ１、Ｄ２を示す。図８には、上から見たマスク回折格子ＭＧの拡大図が含まれている。壁１８、１９は、マスク基板Ｓの下方に延出し、マスク基板Ｓとの間で放射を通過させることができる開口１０、１１を含む。図８の概略的な性質及び図示の簡略化のため、壁１８、１９をマスク基板Ｓに接続する方法は示していない（これについては以下でさらに説明する）。マスクセンサ装置ＭＳは、ここでは図示の簡略化のため省略されている追加のコンポーネントを備えてもよい。

[0056] マスクセンサ装置ＭＳは、図８において第１及び第２の極Ｌ、Ｒによって概略的に表される双極子モードを含む放射ビームを用いて照明される。双極子モードは、約２／３のσ−ｉｎｎｅｒ及び約３／３のσ−ｏｕｔｅｒを有し得る。換言すると、双極子モードは、投影システムの開口数の外側３分の１を占有する（これは比較的高いシグマと見なすことができる）。マスク回折格子ＭＧは、この入射放射を複数の回折次数に回折させる。これは図８において、双極子の左側の極Ｌから生成されるゼロ次Ｌ０、１次Ｌ１及び２次Ｌ２、並びに双極子の右側の極Ｒから生成されるゼロ次Ｒ０、１次Ｒ１及び２次Ｒ２として概略的に示されている。壁１８、１９は、外面が反射性であるが、内面が放射を遮断するように作用する。このため、２次回折Ｌ２、Ｒ２は壁１８、１９によって遮断される（壁１８、１９は２次回折を除去する）。いずれにせよ、２次回折Ｌ２、Ｒ２は、マスク回折格子ＭＧの１対１のデューティサイクルに起因する比較的小さい振幅を有する。反射面の遮断効果により、ゼロ次Ｌ０、Ｒ０及び１次Ｌ１、Ｒ１のみがリソグラフィ装置の投影システムＰＬ（図示せず）に入射し、基板上に結像される。より高い回折次数（すなわち２次より大きい次数）は、投影レンズの開口数の外側にある。

[0057] 図９は、マスク格子によって回折された放射が投影システムを通過した後に入射する基板Ｗを概略的に示す。また、図１０は、基板上に設けられた回折格子ＷＧによって回折された放射を示す。基板格子ＷＧは透過性でなく反射性であるが、説明を容易にするため、基板格子から反射された放射を基板Ｗの下側に示す。基板格子ＷＧは反射性であるので、入射放射は、基板格子によって回折されることに加えて反射も受ける。

[0058] 図９には、上から見た基板格子ＷＧの拡大図が含まれている。基板格子ＷＧは対称的であり、マスク格子ＭＧの周期の２倍の周期を有する（投影システムＰＬの縮小係数の影響は無視する）。入射放射は、ゼロ次及び１次放射Ｒ０、Ｒ１、Ｌ０、Ｌ１を含む。基板格子ＷＧは入射放射を幾つかの回折次数に回折させるが、図１０にはその一部のみを示す。まず、ゼロ次の入射放射Ｌ０について検討すると、この放射から生成された最初の２つの回折次数が示されている。これらはゼロ次Ｌ０，０及び１次Ｌ０，１である。２次は、基板格子ＷＧの１対１のデューティサイクルに起因して強度が低く、図示していない。基板格子ＷＧの周期はマスク格子ＭＧの周期の２倍であるため、回折次数間の角度分離はマスク格子で観察されるものの半分である。示された基板格子ＷＧの向きは例示的なものに過ぎないこと、及び基板格子が他の向きを有する実施例を想定可能であることは当然理解されるであろう。

[0059] 次に１次の入射放射Ｌ１について検討すると、これはゼロ次Ｌ１，０及び１次Ｌ１，−１として回折されている。２次回折も生じるが、基板格子ＷＧの１対１のデューティサイクルに起因して強度が低いため、ここでは図示しない。回折次数間の角度分離はマスクで観察されるものの半分であるため、ゼロ次の入射放射Ｌ０から生成された１次回折Ｌ０，１、及び１次の入射放射Ｌ１から生成された１次回折Ｌ１，−１は、相互に重複する。１次回折Ｌ０，１及びＬ１，−１は、同一の放射源ＳＯから発し、回折限界の投影システムＰＬ（図１参照）によって結像されるため、相互にコヒーレントである。このため、１次回折Ｌ０，１とＬ１，−１の重複は干渉を発生させる。この干渉は縞模様の陰影によって概略的に示されている。１次回折Ｌ０，１とＬ１，−１の間の干渉の位相は、基板格子ＷＧの位置に応じて変化する。これについては以下でさらに考察する。回折次数Ｌ０，１及びＬ１，−１を、ひとまとめにして組み合わせ回折次数（又は組み合わせ次数）と呼ぶ。

[0060] 他の入射放射Ｒ０、Ｒ１も同様に回折される。このため、ゼロ次の入射放射Ｒ０は、ゼロ次Ｒ０，０及び１次Ｒ０，１として回折される。１次の入射放射Ｒ１は、ゼロ次Ｒ１，０及び１次Ｒ１，−１として回折される。１次回折Ｒ０，１及びＲ１，−１は相互に重複し、したがって相互に干渉する。この干渉は縞模様の陰影によって概略的に示されている。１次回折Ｒ０，１とＲ１，−１の間の干渉の位相は、基板格子ＷＧの位置に応じて変化する。回折次数Ｒ０，１及びＲ１，−１を、ひとまとめにして組み合わせ回折次数（又は組み合わせ次数）と呼ぶ。

[0061] 図１０は、組み合わせ次数Ｌ０，１及びＬ１，−１の第１のディテクタＤ１による検出、並びに組み合わせ次数Ｒ０，１及びＲ１，−１の第２のディテクタＤ２による検出を概略的に示す。概略的に示すように、壁１８、１９は、これらの組み合わせ次数のみをディテクタＤ１、Ｄ２へ反射するように作用する。反射性の壁１８、１９は、他の回折次数Ｌ０，０、Ｌ１，０、Ｒ１，０及びＲ０，０をディテクタＤ１、Ｄ２に反射させず、代わりにこれらを反射せずに通過させるような大きさ及び位置となっている。このため、組み合わせ次数Ｌ０，１、Ｌ１，−１、Ｒ０，１、Ｒ１，−１のみがディテクタＤ１、Ｄ２に入射する（他の次数は反射性の壁１８、１９により除去される）。投影システムがすでに放射の集束を行っているので、放射をディテクタＤ１、Ｄ２に集束するための光学部品は必要とされない。基板格子ＷＧで生じる反射により、各組み合わせ次数は、その組み合わせ次数を生成した入射放射の極と同じ側で検出される。したがって、左側の極Ｌは、左側のディテクタＤ１によって検出される組み合わせ次数Ｌ０，１、Ｌ１，−１を生成し、右側の極Ｒは、右側のディテクタによって検出される組み合わせ次数Ｒ０，１、Ｒ１，−１を生成する。

[0062] ディテクタＤ１、Ｄ２は、入射放射の強度を検出するように構成されている（ディテクタが結像ディテクタである必要はない）。組み合わせ次数Ｌ０、Ｌ１、Ｒ０、Ｒ１における干渉の位相は基板格子ＷＧの位置の関数として変化するので、ディテクタＤ１、Ｄ２から出力される強度信号を用いて、基板格子の位置を測定することができる。

[0063] 基板Ｗを移動させると、組み合わせ次数Ｌ０，１及びＬ１，−１における干渉の位相が変化し、また、組み合わせ次数Ｒ０，１及びＲ１，−１における干渉の位相も変化する。以下でさらに説明するように、Ｘ方向の移動は、組み合わせ次数における干渉の位相を同じ符号で変化させる一方、Ｚ方向の移動は、組み合わせ次数における干渉の位相を逆の符号で変化させる。

[0064] この効果について検討する別の方法は、基板格子ＷＧとマスク格子ＭＧの空間像の相対的なアライメントを参照することである。基板格子をＸ方向に移動させると、基板格子とマスク格子の空間像の相対的なアライメントは、双方のディテクタＤ１、Ｄ２で同じように変化する。しかしながら、各極Ｌ、Ｒが生成したマスク格子ＭＧの空間像は光軸に対して傾斜しており、左の極Ｌが生成した空間像の傾きは、右の極Ｒが生成した空間像の傾きとは逆の符号を有する。その結果、基板格子をＺ方向に移動させると、基板格子とマスク格子空間像の相対的なアライメントは、逆の符号で変化する。

[0065] 図１１（ａ）は、単一のマスク格子及び関連付けられたディテクタを備えるのではなく、各々をモジュールと呼ばれ得る複数のマスク格子及び関連付けられたディテクタ（ＭＳ１〜ＭＳ７）を備えたマスクセンサ装置を概略的に示す。マスクセンサ装置は下から見た図であり、７つのモジュールＭＳ１〜ＭＳ７が設けられたマスク基板Ｓ（例えば石英から形成される）を備える。５つのモジュールＭＳ１〜ＭＳ５はマスク基板Ｓの中央部に設けられ、その他のモジュールＭＳ６、ＭＳ７はマスク基板Ｓの縁部に設けられている。使用中、所与の時点で、７つのモジュールＭＳ１〜ＭＳ７の各々は、同一の基板格子のＸ、Ｙ及びＺ位置を測定する。基板格子は、各モジュールＭＳ１〜ＭＳ７から形成されたマスク格子空間像がその基板格子に入射するほど充分な距離だけＸ及びＹ方向に延出している。基板格子は、例えば基板のほぼ全体にわたって延出し得る。位相ステップ法で投影システムに対して基板を移動させることで、様々な基板位置で各モジュールＭＳ１〜ＭＳ７が基板格子のＸ、Ｙ、Ｚ位置を測定する。これにより与えられた複数の測定値は、基板上の所望の位置からの基板格子のずれと基板の位置決め誤差を区別するのに使用することができる。測定された基板格子のＸ、Ｙ、Ｚ位置は、（これに限らないが）（Ｘ、Ｙ、及びＺ方向の）位置ずれ、又は（Ｒｘ、Ｒｙ及びＲｚと呼ばれる）３つの主要軸のいずれかの周りの回転ずれを含む、基板ステージ及び／又は対物レンズの複数のずれに起因し得ることに留意されたい。

[0066] 基板上の所望の位置からの基板格子のずれと基板の位置決め誤差を区別することは、モジュールによって測定された位置とこれらの測定位置の間隔の両方を監視することにより達成することができる。例えばＹ方向について、１回の測定サイクル中に３つのモジュールＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ４が基板格子の位置を測定する。これらの位置をＰ１、Ｐ２及びＰ３と呼ぶことができる。コントローラＣＴ（図１参照）又は他の何らかのプロセッサは、これらの測定位置の間隔を測定する。測定された間隔をΔＰ１，２及びΔＰ２，３と呼ぶことができる。測定位置Ｐ１〜Ｐ３とは異なり、測定された間隔ΔＰ１，２及びΔＰ２，３は、基板の位置決め誤差とは無関係である（これはそれらが絶対位置測定値ではない異なる２５個の測定値であるためである）。同様に、Ｘ方向について、基板格子位置の測定及び間隔測定が行われる。

[0067] 間隔測定値を用いて、基板の表面にわたる所望の位置からの基板格子のずれをマッピングする基板格子のマップを作成する。このマップは、基板表面にわたる基板格子のずれの方向及び大きさを示すベクトルを含み得る。基板のずれは、複数の要因に起因する可能性がある。限定的ではないが、例として、基板製造中に生じるパターン変形や、（例えば基板の取り扱い中に又は基板ステージ自体によって引き起こされる）物理的な基板変形が挙げられる。

[0068] 他の変形原因もマッピングし得ることは当然理解されるであろう。限定的ではないが、そのような原因として、基板ステージ位置決めシステムもしくはその個々の構成要素の変形、基板テーブルの１つ以上の表面の変形、又はマスクセンサ装置の変形が挙げられる。したがって、「基板格子のずれ」という用語が使用されているが、これは単に例示的で非限定的と解釈すべきである。

[0069] いったん基板格子のずれについてのマップが特定されると、モジュールＭＳ１〜ＭＳ７を使用して測定した位置から基板格子のずれを減算することができる。これにより、測定位置から基板格子のずれの影響が取り除かれるので、得られた測定位置は基板の位置決め誤差だけに依存することになる。このように、基板位置決め誤差のマップが得られる。このマップは、位置決め誤差（基板書き込み誤差と呼ぶこともできる）の方向及び大きさを示すベクトルの形態をとってよい。各基板位置（ｘ、ｙ）で、ベクトルは３つの特性ｄＸ（ｘ，ｙ）、ｄＹ（ｘ，ｙ）、ｄＺ（ｘ，ｙ）を有するので、３次元のベクトルである。

[0070] 上記のように、２つのモジュールＭＳ６、ＭＳ７は、マスクセンサ装置のマスク基板Ｓの縁部に設けられている。これらのモジュールＭＳ６、ＭＳ７にこのように比較的大きい間隔を与えることは、基板格子の高さの低周波数変化の検出を向上させるので有利である。すなわち、そのような低周波数変化（例えば数ｍｍ又は数ｃｍで生じる変化）で与えられる信号対雑音比が向上する。モジュールＭＳ６、ＭＳ７はマスク基板の縁部に設けられるものとして示されているが、これらは、例えばマスク基板の縁部にもしくは縁部に隣接して、又は縁部を超えて設けてよい。一般に、モジュールＭＳ６とＭＳ７の間隔が大きくなればなるほど、基板格子高さの低周波数変化に対する感度が良くなる。基板格子高さの低周波数変化は、Ｙ方向に関する基板格子の傾きと同等に考えることができる。

[0071] また、２つのモジュールＭＳ６、ＭＳ７をマスク基板Ｓの縁部に又は縁部に隣接して設けることにより、Ｚ方向についての基板格子の回転及び基板格子のＸ方向の膨張（又は収縮）に対するマスクセンサ装置の信号対雑音感度も向上する。

[0072] モジュールＭＳ１〜ＭＳ７は、これら全てが同一の（相対）位相を測定するように位置決めすることができる。すなわち、所与の測定サイクル（すなわち各モジュールによる１回の測定）において、もしも基板格子のずれが存在せず、基板の位置決め誤差も存在しないならば、各モジュールは同じ出力を生成する。一般に、正弦波の振幅及び位相を決定するためには、正弦波の３回の測定が必要である。モジュールＭＳ１〜ＭＳ７は正弦波信号を測定しているので、測定した正弦波を特徴付けるためには３回以上の測定が必要である。

[0073] 代替的な実施例では、３つのモジュール（例えばＭＳ１、ＭＳ３、ＭＳ５、又はＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ４）は、位相が（互いに対して）１２０度ずれた測定を実行するように位置決めすることができる。すなわち、もしも基板格子のずれが存在せず、基板の位置決め誤差も存在しないならば、それらのモジュールは互いに位相が１２０度ずれた出力を生成するように位置決めされる。そのような実施形態では、１回の測定サイクル（すなわち各モジュールによる１回の測定）が、測定された正弦波を特徴付けるのに充分な情報を提供する。したがって、１回の測定サイクルが、Ｘ、Ｙ及びＺ方向における基板格子の測定値を与える。

[0074] 図１１（ｂ）にマスクセンサ装置の代替的な実施例が示されている。この代替的な実施形態では、３つのモジュールＭＳ１Ａ〜ＭＳ３Ａが、マスク基板Ｓの中央部に位置し、Ｙ方向（すなわちリソグラフィ装置のスキャン方向）に相互に分離されている。各隣接モジュールＭＳ１Ａ〜ＭＳ３Ａ間の分離は、１２０度の相対位相オフセットに対応し得る。マスク基板Ｓの１つの縁部に沿って又は隣接して３つのモジュールＭＳ４Ａ〜ＭＳ６Ａが位置し、マスク基板の反対側の縁部に沿って又は隣接して３つのモジュールＭＳ７Ａ〜ＭＳ９Ａが位置している。いずれの場合にも、各隣接モジュールＭＳ４Ａ〜ＭＳ６Ａ、ＭＳ７Ａ〜ＭＳ９Ａ間の分離は１２０度の相対位相オフセットに対応し得る。図１０の右側に示す実施形態は、３自由度Ｘ、Ｙ、Ｚの基板格子位置の測定、及び３自由度Ｒｘ、Ｒｙ及びＲｚの基板格子回転の測定を１回の測定サイクルで実行することを可能にする。

[0075] 一般的には、振動信号の位相を決定するためには、様々な基板とマスクのアライメントを用いた複数回の強度測定が必要である。振動信号に対して、オフセット、変調及び位相という３つのパラメータを適合させる。（例えば１２０度分離させて）３回の強度測定が必要となるのは、この理由のためである。

[0076] 強度測定は、順次（同一のディテクタで経時的に）又は並行して（一度に多数のディテクタで）行われ得る。後者の場合、複数のディテクタが必要となる。

[0077] 上記のマスクセンサ装置が例示に過ぎないことは当然理解されるであろう。他の構成を使用してずれを測定可能であることも当然理解されるであろう。

[0078] 図１２は、１つのマスク格子及びディテクタモジュールをより詳細に概略的に示す。図１２から、マスク格子ＭＧがＸ軸及びＹ軸に対して４５度で配向され、同様にディテクタＤ１〜Ｄ４もＸ軸及びＹ軸に対して４５度で配向されていることがわかる。以下でさらに説明するように、マスク格子ＭＧ及びディテクタＤ１〜Ｄ４をこのように配向することによって、基板の位相ステッピング中に基板格子のＸ位置とＹ位置をともに測定できるようになる。

[0079] マスクセンサ装置の各モジュールは、マスク基板Ｓから下向きに延出するタワー３０をさらに備えている。タワーは４つの壁を備え、その１つ３１を一方側から見たものを図１２に示す。壁３１には開口３２が設けられ、これは、マスク格子ＭＧによって回折されて伝搬する所定の角度範囲の放射を伝送できるような寸法である。壁３１は、開口３２の下に、使用中に組み合わせ回折次数を反射する反射面３３を有する。図８及び図１０とともに図１２を参照すると、ある実施形態において、開口３２は、入射するゼロ次回折Ｌ０（又はＲ０）の伝送を可能とし、反射面３３は、組み合わせ次数Ｌ０，１、Ｌ１，−１（又はＲ０，１、Ｒ１，−１）を反射できることがわかる。また、壁３１は、入射する２次回折Ｌ２（又はＲ２）の伝送を遮断することもできる。

[0080] ここで例示的な測定方法及びマスクセンサ装置を図１３及び図１４を参照して説明する。単に例示を目的とする例示的なマスクセンサ装置１３００は、（矢印１３０６が示す）第２の方向に沿って直線状に配列された３つのディテクタモジュール１３０２を有する。マスクセンサ装置がその他のあらゆる都合の良いディテクタモジュールの配列、例えば図１１に示す配列を有し得ることが理解されるであろう。（図１３（ａ）に示す）第１のステップ１４０１において、マスクセンサ装置は、基板に対して（矢印１３０４が示す）第１の方向に移動する。移動中、基板格子上で第１の強度測定が実行される。マスクセンサ装置と基板の相対移動は、複数の具体的な方法で実施できることが理解されるであろう。一実施例では、基板が配置された基板ステージが作動し、マスクセンサ装置は静止したままである。別の実施例では、マスクセンサ装置が作動し、基板ステージは静止したままである。さらに別の実施例では、マスクセンサ装置がある程度の自由度で作動し、基板ステージは残された自由度で作動する。

[0081] さらなる実施例では、上記の例示的な配列の一部又は全てが実施され得る。各配列は特定の利点を有し、上記の例示的な配列の幾つかを実施することで、これらの利点を上手く利用することができる。一部の利点は、リソグラフィ装置で行われる他のプロセス（例えば、リソグラフィ装置の基板ステージ及び／又は他の部分におけるデータ遅延を決定すること）に関連し得る。

[0082] 図１３（ｂ）に示すように、第２のステップ１４０２において、マスクセンサ装置１３００は第２の方向に変位する。本実施例では、第２の方向は第１の方向に垂直であるが、同様に、第２の方向は、原理上第１の方向に平行である可能性もある。変位の大きさは任意の適切な大きさであってよい。変位は、リソグラフィ装置内の物理的制約条件によって制限される可能性がある。一実施例では、変位の範囲はＸ方向に約０．５ｍｍで、Ｙ方向に２ｍｍである。一般に、変位の大きさは、検出可能な誤差の空間周波数に比例する。一実施例では、変位の大きさは、潜在的誤差の大きさ又は周波数と実質的に同一となるように選ばれる。このようにして、例えば空間高周波成分を残っている較正誤差源から分離し、高周波成分の較正誤差に与える影響を低減又は除去することができる。別の実施例では、変位は、例えばマスクセンサがターゲット格子と適切に位置合わせされていない場合に、マスクセンサ装置をターゲット格子に対して位置決めするように選ばれる（これは特に、図１６を参照して以下でより詳細に考察されるように、ターゲット格子が他のタイプの格子を備えたより大きい構造の一部である場合に該当する）。

[0083] 図１３（ｃ）に示すように、第３のステップ１４０３において、マスクセンサ装置は、第１の強度測定と同じ方法で第２の強度測定を行いながら第１の方向に移動する。一部の実施例では、第２及び第３のステップは、任意の適当な回数だけ繰り返すことができる。追加の測定を行うことで、較正に使用可能なデータポイントの使用可能数が増加し、その結果、較正の精度が向上することになる。しかしながら、追加の測定を行うことで、較正を実行するのに要する時間が比例的に増加する。

[0084] 上記の実施例では、マスクセンサ装置は、強度測定中に第１の方向に移動し、変位は第２の方向に沿っている。しかしながら、原理上は、マスクセンサ装置を第２の方向に移動させ、変位を第２の方向に沿ったものとすることが同様に可能である。代替的に、第１の測定セットを第１の方向に実行することができ、その後、第２の測定セットを第２の方向に実行することができる。これは例えば、第１の測定セットを実行した後で第２の測定セットを実行する前に、ターゲット格子が提供された基板を回転させることによって達成することができる。

[0085] ここで図１５を参照して、第２の例示的なマスクセンサ装置１５００を考察する。以上で説明したように、図１３の例示的なマスクセンサ装置１３００は、各々が隣のディテクタモジュールから距離Ｄだけ離れた直線状に配列された３つのディテクタモジュールを有する。第２のマスクセンサ装置の第１のディテクタモジュール１４０２及び第２のディテクタモジュール１４０４は、距離Ｄだけ離れている。第２のディテクタモジュール１５０４及び第３のディテクタモジュール１５０６は、距離Ｄ２＝Ｄ＋Δだけ離れており、距離変動は当該距離より著しく小さい（Δ≪Ｄ）。距離変動Δによって、空間高周波成分を残っている誤差源から離すことができる。具体的には、距離変動の大きさは、第２のマスクセンサ装置を使用することによって分離可能な周波数に正比例する。一部の実施例では、距離Ｄは２〜２６ｍｍの値を有し、距離変動は０．１〜１ｍｍの値を有する。第２の例示的なマスクセンサ装置１５００は、図１３及び図１４を参照して説明したマスクセンサ装置と併用して、又はその代替手段として使用できることに当然留意すべきである。さらに、以上では１つの距離変動について説明しているが、幾つかの距離変動を含むことによって、幾つかの特定周波数を分離可能なマスクセンサ装置の実施形態を想定できることを当業者は理解するであろう。

[0086] さらに、（図１３〜１５を参照して）以上で説明した装置及び方法は、（既知の方法を用いることによって不可能な）Ｚ方向の変形及びスケーリング誤差を分離して判定することを可能にする。例えば、格子は、ある関数（例えばＸ及びＹに基づく「水平」関数）として記述することができる。したがって、格子のスケーリングは、格子変位の導関数と考えることができる。そして、この（「水平」方向の）変位を用いて、Ｚ方向の格子スケーリングを決定することができる。

[0087] さらに、上述の装置及び方法を用いることによって、リソグラフィ装置に対する傾き依存較正を行うことが可能になる。知られている方法では、傾き依存較正の精度は、基板上のグリッドプレートの変形によって低下する。知られている方法を使用して傾き依存較正を行うために、較正の精度を低下させるグリッドプレートの変形を推定する。

[0088] 前述の方法及び装置とともに使用可能な２つの例示的な格子構造１６００、１６０２が図１６に示されている。第１の例示的な格子１６００は、前述の方法及び装置によって使用可能な第１の部分１６０４を含む。また、第１の例示的な格子は、リソグラフィ装置のアライメントセンサによって使用可能な部分１５０６を含む。複数の部分を含む格子は、「混合パターン格子」と呼ぶことができる。第１及び第２の部分は、第１及び第２の部分を第１の方向に交代させた線状パターンに配列される。パターンはピッチΛを有する。ピッチは任意の適切な値を有してよい。一実施例では、ピッチは１００μｍ以下である（Λ≦１００μｍ）。他の実施例では、ピッチは２００μｍ以下である（Λ≦２００μｍ）。ピッチの大きさは、装置が正常に動作できるほど十分に大きいが、高頻度欠陥を測定できるほど十分に小さくなるように選ぶことができる。

[0089] 第２の例示的な格子構造１６０２は、２次元の交互パターン、すなわち「チェッカーボード」パターンに配列された第１及び第２の部分を含む。パターンは、第１の方向と第２の方向にともに同じピッチΛを有してよい、又は第１及び第２の方向についてそれぞれ異なるピッチを使用してよい。

[0090] 図１６に示す格子構造は例示的なものに過ぎないことに留意すべきである。多くの他の構造が想定され得る。例えば、格子構造は、一部の実施例では３つ以上の部分を含んでよい。これらの部分の各々は、前述の方法及び装置によって使用されても、他の測定方法及び装置によって使用されてもよい。また、格子構造は、互いに対して及びパターン付与される基板に対して任意の他の適当な配向を有してよいことが理解されるであろう。さらに、特定の測定を行う前に、基板を任意の適切な量だけ回転させてよいことが理解されるであろう。

[0091] 第１及び第２の部分の間の境界は例示的なものに過ぎないことにさらに留意すべきである。上記の実施例において、格子構造は、第１及び第２の部分に均等に分割される。しかしながら、原理上は、多くの誘因に依存して境界をシフトさせることが可能である。例えば、境界をシフトさせて基準基板上でのより空間的な平均化を可能にすることができる。そしてこれによって較正の精度を高めることができる。

[0092] 上記の実施例において、ターゲット格子は、リソグラフィ装置の基板テーブル上に取り付けられた基板上に配置されている。ターゲット格子を同様に上手くリソグラフィ装置のコンポーネント上に設け得ることが当然理解されるであろう。例えば、基板テーブルの位置決めの較正を可能にするなどのために、ターゲット格子を基板テーブル上に設けることができる。

[0093] また、例えばターゲット格子を、基板ステージ上に配置された基板の縁部より下方に位置決めされるように、基板ステージの各部分に設けることができる。実際、これによって較正範囲が基板を超えたところまで広がり、ひいてはいずれのエッジ効果も所望の較正範囲を超えたところまで効果的に移動する。これによって所望の較正範囲内での較正の精度が向上する。

[0094] 上記の方法及び装置を使用して、基板ステージと、マスク装置を保持するステージ（すなわちパターニングデバイスステージ）の双方についての変化及び欠陥を全ての自由度で判定できることが理解されるであろう。

[0095] 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を理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンス及び検出パターン、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の製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、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）、メトロロジーツール及び／又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、以上及びその他の基板プロセス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、すでに複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0096] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、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、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内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。

[0097] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（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。

[0098] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。

[0099] 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つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[00100] 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。

Claims (13)

1. 各々がリソグラフィ装置の投影システムのマスク側に位置する回折格子と、ディテクタとを備えた複数のディテクタモジュールを備えたマスクセンサ装置を使用して、ターゲット格子の位置を測定する方法であって、前記方法が、
   前記マスクセンサ装置が前記ターゲット格子に対して第１の方向に沿って相対的に移動する間に、前記ターゲット格子から回折された回折次数の組み合わせの第１の強度を測定する第１のステップと、
   前記マスクセンサ装置を前記ターゲット格子に対して第２の方向に変位させる第２のステップと、
   前記マスクセンサ装置が前記ターゲット格子に対して前記第１の方向に沿って相対的に移動する間に、前記ターゲット格子から回折された回折次数の前記組み合わせの第２の強度を測定する第３のステップと、を含む方法。
2. 前記第１及び第２の強度を測定するステップが、
   複数の放射極を用いて前記回折格子を照明すること、
   前記投影システムを介して放射極ごとに少なくとも２つの生成された異なる回折次数を結合すること、及び
   前記投影システムを用いて前記回折次数を前記ターゲット格子に投影して、前記回折次数の回折によって１対の組み合わせ回折次数が形成されるようにすること、を含む、請求項１に記載の測定方法。
3. 前記第１の方向が前記第２の方向に垂直である、請求項１又は２に記載の測定方法。
4. 前記第２のステップ及び前記第３のステップが複数回繰り返される、請求項１から３のいずれかに記載の測定方法。
5. 前記第１のステップの前に、アライメントセンサを使用して前記ターゲット格子の位置を決定することをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の測定方法。
6. 前記ターゲット格子が、前記マスクセンサ装置によって使用可能な第１の部分と、前記アライメントセンサによって使用可能な第２の部分とを含む、請求項５に記載の測定方法。
7. 前記ターゲット格子が基板上に設けられる、請求項１から６のいずれかに記載の測定方法。
8. 前記ターゲット格子が前記リソグラフィ装置のコンポーネント上に設けられる、請求項１から６のいずれかに記載の測定方法。
9. 前記ターゲット格子が前記リソグラフィ装置の基板ステージ上に設けられる、請求項８に記載の測定方法。
10. 請求項１から９のいずれかの方法を実行するための手段を備えるリソグラフィ装置。
11. デバイスフィーチャ及びターゲット格子がリソグラフィプロセスによって一連の基板上に形成され、１つ以上の処理基板上の前記ターゲット格子の特性が、請求項１から９のいずれかの方法によって測定され、前記測定された特性を使用して、別の基板の処理のために前記リソグラフィプロセスのパラメータを調整する、デバイスを製造する方法。
12. 請求項１から９のいずれかの方法で使用可能な少なくとも１つの回折格子を備えるマスクセンサ装置。
13. 請求項１から９のいずれかの方法を実行するための１つ以上の機械可読命令シーケンスを含むコンピュータプログラム。
    

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