JP4448770B2 - 位置決定方法、重ね合わせの最適化方法、デバイスの製造方法、及びリソグラフィ投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ投影用の装置及び方法に関するものである。

ここで使用する「パターン化構造体」という用語は、入射する放射ビームに、基板のターゲット部分に生成すべきパターンに相当するパターン化された横断面を付与するために使用することのできる任意の構造又は場を指すと広く解釈すべきである。この状況では、「光バルブ」という用語を使用することもできる。パターン化構造体に「示される」パターンは、（例えば、フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）の予備バイアス処理、又は光学的近接効果補正フィーチャ、又は位相及び／又は偏光分散技術、又は多重露光技術、或いはこれらの組合せを利用する場合には、）例えば基板又は基板の層に実際に転写されるパターンとは実質的に異なる場合があることを理解されたい。一般に、このようなパターンは、集積回路その他のデバイス（下記参照）など、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対応する。パターン化構造体は、反射型及び／又は透過型にできる。パターン化構造体の実施例には以下のものが含まれる。

マスク：リソグラフィではマスクの概念は周知であり、マスクには、２値型、交互配置位相シフト型、及びハーフトーン位相シフト型などのマスク・タイプだけでなく、様々なハイブリッド型のマスク・タイプが含まれる。このようなマスクを放射ビーム中に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を選択的に（透過型マスクの場合は）透過、又は（反射型マスクの場合は）反射させる。マスクの場合、一般に、支持構造体はマスク・テーブルであり、それは、入射する放射ビーム中の所望の位置にマスクを保持することができ、所望の場合にはビームに対して相対的に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・アレイ：このようなデバイスの一実施例は、粘弾性制御層及び反射面を有するマトリックス状にアドレス指定可能な表面体である。このような装置の基礎となる基本原理は、（例えば）反射面のアドレス指定された領域は入射光を回折光として反射し、アドレス指定されない領域は入射光を非回折光として反射するというものである。適当なフィルタを使用して、この非回折光をフィルタリングして反射ビームから除去し、回折光のみを後に残すことができる。このようにして、マトリックス状にアドレス指定可能な表面体のアドレス指定パターンに従ってビームがパターン化される。ＧＬＶ（格子光バルブ）アレイもそれに対応する方法で使用できる。この場合、各ＧＬＶは、（例えば、電位を印加することによって）相互に変形して入射光を回折光として反射する格子を形成することのできる複数の反射性リボンを含むことができる。プログラム可能なミラー・アレイの別の代替実施例では、適切な局所電界を印加するか、或いは圧電作動手段を使用することによって、それぞれ個別に軸の周りで傾けることのできるマトリックス状に配置した極めて小さな（おそらくは極微の）ミラーを使用する。例えば、これらのミラーはマトリックス状にアドレス指定可能であり、そのためアドレス指定されたミラーは、入射放射ビームを、アドレス指定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、マトリックス状にアドレス指定可能なミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化される。必要とされるマトリックス・アドレス指定は、適当な電子手段を使用して実施することができる。前記のいずれの状況でも、このパターン化構造体は、１つ又は複数のプログラム可能なミラー・アレイを含むことができる。ここで言及したミラー・アレイに関するより多くの情報は、例えば、米国特許第５２９６８９１号及び第５５２３１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ ９８／３８５９７号及びＷＯ ９８／３３０９６号から入手することができる。参照によりこれらの文献を本明細書に組み込む。プログラム可能なミラー・アレイの場合、支持構造体は、例えばフレーム又はテーブルとして実施することができ、必要に応じて、固定又は移動可能とできる。

プログラム可能なＬＣＤパネル：このような構造体の実施例が、米国特許第５２２９８７２号に示されている。参照によりこれを本明細書に組み込む。前記の場合と同様に、この場合の支持構造体も、例えばフレーム又はテーブルとして実施することができ、必要に応じて、固定又は移動可能とできる。

簡単にするために、本明細書の残りの部分では、いくつかの個所で、マスク（又は「レチクル」）及びマスク・テーブル（又は「レチクル・テーブル」）を含む実施例を具体的に取り上げる。しかし、このような例で論じる一般原理は、前記パターン化構造体のより広い状況の中で理解すべきである。

リソグラフィ装置を使用して、所望のパターンを表面（例えば、基板のターゲット部分）に付加することができる。リソグラフィ投影装置は、例えばＩＣ（集積回路）の製造に使用できる。この場合、パターン化構造体により、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成できる。このパターンを、放射感受性材料（例えばレジスト）の層を塗布した基板（例えば、シリコン・ウエハその他の半導体材料）上の（例えば、１つ又は複数のダイ、及び／又はそれらのダイの１つ（又は複数）の部分）を含む）ターゲット部分に結像させることができる。一般に、１枚のウエハは、マトリックス状の、すなわち網目状に並んだターゲット部分全体を含んでおり、それらが投影装置を介して（例えば、一回に１つずつ）次々に照射される。

マスク・テーブル上のマスクによってパターン形成を行う現在の装置では、２つの異なる種類の機械を区別することができる。一方の種類のリソグラフィ投影装置では、１回でマスク・パターン全体をターゲット部分に露光することによって各ターゲット部分を照射する。一般に、このような装置をウエハ・ステッパと称する。一般にステップ・アンド・スキャン装置と称する他方の装置では、投影ビーム下で所与の基準方向（「走査」方向）にマスク・パターンを順次走査し、この方向と平行又は逆平行に基板テーブルを同期走査することによって各ターゲット部分を照射する。一般に、投影装置は倍率Ｍ（一般に１未満）を有するので、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度のＭ倍になる。走査型の装置の投影ビームは、走査方向にスリット幅をもつスリット形状を有することがある。ここで説明したリソグラフィ装置に関するより多くの情報は、例えば米国特許第６０４６７９２号から入手することができる。参照によりこれを本明細書に組み込む。

リソグラフィ投影装置を使用する製造工程では、少なくとも部分的に放射感受性材料（例えばレジスト）の層で覆われた基板に、（例えばマスク内の）パターンの画像形成を行う。この画像形成手順の前に、プライミング、レジスト塗布、及び／又はソフト・ベークなど、様々な他の手順に基板をかける。露光後、この基板を、ＰＥＢ（露光後ベーク）、現像、ハード・ベーク、及び／又は画像形成したフィーチャの測定／検査など、他の手順を行う。この１組の手順を基本として用いて、デバイス（例えばＩＣ）の個々の層をパターン化する。例えば、これらの転写手順を行った結果、基板上にパターン化されたレジスト層が得られる。その後、被着、（ドライ）エッチング、イオン注入（ドープ）、金属化処理、酸化、化学機械研磨、熱処理など、１つ又は複数のパターン化工程を行う。これらはすべて、個々の層を生成し、改変し、また完成させる（例えば、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどの回路素子を形成する）ためのものである。

複数の層が必要とされる場合には、それぞれの新しい層ごとにこの手順全体又はその変形を繰り返すことができる。最終的に、デバイスの配列が基板（ウエハ）上に得られる。次いで、これらのデバイスを、ダイシング又はソーイングなどの技術によって互いに分離し、その後、個々のデバイスのキャリアへの実装、ピンへの接続などを行う。これらの様々な処理段階がリソグラフィ処理段階と交互に連続して行われるので、例えば、前記の回路素子を生成するために、後続のリソグラフィ処理段階の位置合わせができるだけ正確に行われると望ましい。このような処理工程に関するさらなる情報は、例えば、ピーター・ファン・ザント（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ）著の書籍「マイクロチップ製造、半導体処理の実用的ガイド（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」（第３版，マクグロー・ヒル（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）出版社、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４、１９９７年）から入手できる。

本明細書で言及する基板は、例えば、トラック（一般に、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像する装置）内で、或いは計測又は検査装置内で露光前又は露光後に処理される。該当する場合には、本明細書の開示を前記その他の基板処理装置に適用できる。さらに、基板は、（例えば、多層ＩＣを生成するために）２回以上処理することがある。そのため、本明細書では基板という用語は、複数の処理された層をすでに含む基板を指すこともある。

「投影装置」という用語は例えば、屈折光学系、反射光学系、及び反射屈折系を含めて、様々な種類の投影装置を包含すると広く解釈すべきである。個々の投影装置は、用いられる露光放射の種類、露光経路中に浸漬液又はガスを充填された領域があるか、露光経路の全部又は一部で真空が用いられているかどうかなどの要因に基づいて選択できる。簡単にするため、以下では、投影装置を「レンズ」と称することがある。また、放射装置は、放射投影ビームを方向づけ、成形、縮小、拡大、パターン化し、および／又はその他の方法で制御するために、前記設計の種類のいずれかに従って作動する構成部材を含み得る。下記では、このような部材も総称して或いは単独で「レンズ」と称する。

さらに、リソグラフィ装置は、２つ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有する種類のものとできる。このような「マルチ・ステージ」型の装置では、これら追加のテーブルを並列に使用することもできるし、１つ又は複数のテーブルで準備段階を実行しながら、１つ又は複数の他のテーブルを使用して露光を行うこともできる。２ステージ型のリソグラフィ装置が、例えば、米国特許第５９６９４４１号及びＰＣＴ出願ＷＯ ９８／４０７９１号に記載されている。参照によりこれらの文献を本明細書に組み込む。

リソグラフィ装置は、比較的高屈折率の液体（例えば水）に基板を浸して、投影装置の最終要素と基板との間の空間を満たす種類のものとすることもできる。浸漬液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影装置の第１要素との間で使用することもできる。投影装置の有効開口数を大きくする液浸技術の使用は、当技術分野では周知のものである。

本明細書で用いる「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外放射、及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）ＥＵＶ（極紫外放射）、並びに（イオン・ビーム又は電子ビームなどの）粒子ビームを含めて、あらゆる種類の電磁放射を包含する。

本明細書では、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用を具体的に参照することがあるが、このような装置は、他の多くの応用が可能であることを明確に理解されたい。例えば、このような装置は、集積光学系、磁区メモリ用の誘導／検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡ分析装置などの製造で使用できる。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウエハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれより一般的な用語である「基板」及び「ターゲット部分」によって置き換えられるとみなすべきであることが当業者には理解されよう。

本発明の一具体例による位置決定方法は、基板の位置合わせフィーチャの影響を受ける光に基づく複数の信号を得る段階と、これら複数の信号のそれぞれの分散を求める段階と、前記分散を求める段階の結果に基づいて、これら複数の信号のうちから少なくとも１つを選択する段階とを含む。このような結果を得るために使用できる装置、デバイスの製造方法、及びこのような方法を記述する命令を含むデータ記憶媒体も開示される。

本発明の別の具体例による、リソグラフィ投影装置の位置合わせ条件を最適化する方法は、基板のターゲット部分に放射ビームを投影する段階と、このターゲット部分から放出される複数の回折信号を測定する段階と、これら複数の回折信号のそれぞれの分散を計算して、これらの回折信号の複数の分散を求める段階と、これら複数の分散の分析に基づいてリソグラフィ投影装置の位置合わせ条件を調整する段階とを含む。

本発明の別の具体例によるリソグラフィ投影装置は、放射投影ビームを提供するように構成された放射装置と、所望のパターンに従ってこの投影ビームをパターン化するように構成されたパターン化構造体と、基板を保持するように構成された支持テーブルと、このパターン化されたビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、基板のこのターゲット部分に位置合わせビームを投影するように構成された位置合わせ投影装置と、このターゲット部分から放出される複数の回折信号を検出するように構成された検出装置と、これら複数の回折信号のそれぞれの分散を計算し、複数の分散の分析に基づいてリソグラフィ投影装置の最適化された位置合わせを決定するように構成されたプロセッサを有するコンピュータ装置と、プロセッサによって求められた最適化された条件に従ってこのリソグラフィ投影装置の位置合わせを調整するように構成された位置合わせ制御装置とを含む。

本発明の別の具体例による機械可読媒体は、リソグラフィ投影装置の位置合わせ条件を最適化するための、機械により実行可能な命令によって符号化される。この最適化は、基板のターゲット部分に放射ビームを投影する段階と、このターゲット部分から放出される複数の回折信号を測定する段階と、これら複数の回折信号のそれぞれの分散を計算して、これらの回折信号の複数の分散を求める段階と、これら複数の分散の分析に基づいてリソグラフィ投影装置の位置合わせ条件を調整する段階とを含む方法に従って行われる。

次に、添付の概略図面を参照して、単なる例として本発明の実施例を説明する。

図では、対応する参照記号はそれに対応する部分を示す。

本発明の実施例は、例えば、リソグラフィ投影装置の位置合わせ条件を改善又は最適化するために使用できる方法及び装置を含む。例えば、いくつかのこのような実施例を利用して、生産に関連する測定値から位置合わせ及び重ね合わせの質に関する情報を得ることができ、その結果、これらの測定値から、処理工程誘起損傷の影響を受けるターゲットについて、最も確からしいターゲット位置を求めることができる。

図１に、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、以下に示すものを含む。

放射投影ビーム（例えば、ＵＶ又はＥＵＶ放射）を供給するように構成された（例えば、放射投影ビームを供給できる構造を有する）放射装置。この特定の実施例では、放射装置ＲＳは、放射源ＳＯ、ビーム送達装置ＢＤ、及び照明装置ＩＬを含み、照明装置ＩＬは、照明ノードを設定する調節構造体ＡＭと、統合器ＩＮと、コンデンサ光学系ＣＯとを含む。

投影ビームをパターン化できるパターン化構造体を支持するように構成された支持構造体。この実施例では、第１物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴは、マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するマスク・ホルダを備え、要素ＰＬに対してマスクを正確に位置決めする第１位置決め構造体ＰＭに連結される。

基板を保持するように構成された第２物体テーブル（基板テーブル）。この実施例では、基板テーブルＷＴは、基板Ｗ（例えば、レジストを塗布した半導体ウエハ）を保持する基板ホルダを備え、要素ＰＬ及び（例えば、干渉計）測定構造体ＩＦに対して基板を正確に位置決めする第２位置決め手段ＰＷに連結される。測定構造体ＩＦは、レンズＰＬに対して基板及び／又は基板テーブルの位置を正確に指示するように構成される。

パターン化されたビームを投影するように構成された投影装置（「レンズ」）。この実施例では、投影装置ＰＬ（例えば、屈折レンズ群、反射屈折系又は反射系、及び／又はミラー系）は、基板Ｗの（例えば、１つ又は複数のダイ、及び／又はそれらのダイの１つ（又は複数）の部分）を含む）ターゲット部分Ｃに、マスクＭＡの照射部分を結像するように構成される。或いは、この投影装置は、プログラム可能なパターン化構造体の各要素がシャッタとして働き得る第２放射源の像を投影することができる。この投影装置は、例えば、第２放射源を形成し、かつ基板に微小スポットを投影するＭＬＡ（マイクロレンズ・アレイ）も含むことができる。

図に示すように、この装置は透過型の（例えば、透過性マスクを有する）ものである。しかし、一般にこの装置は例えば、（例えば反射性マスクを備えた）反射型のものとすることもできる。或いは、この装置では、前記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイなど、別の種類のパターン化構造体を使用できる。

放射源ＳＯ（例えば、水銀ランプ、エキシマ・レーザ、電子銃、レーザ生成プラズマ源又は放電プラズマ源、或いは蓄積リング又はシンクロトロンの電子ビームの経路の周りに設けたアンジュレータ）により、放射ビームが生成される。このビームを、直接、或いは、調節用の構造体又は場を通した後で、照明装置（照明器）ＩＬ内に供給する。ビーム送達装置ＢＤは、例えば、適切な方向づけミラー及び／又はビーム・エキスパンダを含み得る。照明器ＩＬは、ビームの強度分布の外側及び／又は内側の半径方向範囲（一般に、それぞれ外側σ及び内側σと称する）を設定する調節用の構造体又は場ＡＭを含むことができる。これらの半径方向範囲は、例えば基板のところで、投影装置によって送達される放射エネルギーの角度分布に影響を及ぼし得る。さらに、この装置は一般に、統合器ＩＮ及びコンデンサＣＯなど、他の様々な構成部材を含む。このようにして、マスクＭＡに入射するビームＰＢの横断面で、所望の均一性及び強度分布が得られる。

図１に関して、放射源ＬＡは、（放射源ＬＡが、例えば水銀ランプのときしばしばそうであるが）リソグラフィ投影装置のハウジング内に配置できるが、リソグラフィ投影装置から放射源を離し、放射源の生成する放射ビームを（例えば、適当な方向づけミラーを用いて）装置内に導入することもできることに留意されたい。後者の状況が生じるのは、しばしば放射源ＬＡがエキシマ・レーザのときである。本発明及び特許請求の範囲はこれら両方の状況を包含する。

その後、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡに当たる。ビームＰＢは、マスクＭＡを横切り（或いはマスクＭＡによって選択的に反射され）、レンズＰＬを通過し、レンズＰＬによって基板Ｗのターゲット部分Ｃに結像する。第２位置決め構造体ＰＷ（及び干渉測定構造体ＩＦ）を使用して、基板テーブルＷＴを正確に移動させて、例えば、ビームＰＢの経路内に異なるターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１位置決め構造体ＰＭ（及びおそらくは別の位置センサ）を使用して、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、或いは走査中に、ビームＰＢ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。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、（粗い位置決め用の）長ストローク・モジュール及び（精密位置決め用の）短ストローク・モジュールを使用して実現することになる。これらのモジュールは、図１に明示的に示していない。ただし、（ステップ・アンド・スキャン装置と異なり）ウエハ・ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータだけに連結するか、或いは固定とすることができる。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせすることができる。

図の装置は、いくつかの異なるモードで使用することができる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴを実質的に固定し、ターゲット部分Ｃにマスク像全体を１回（すなわち１回の「フラッシュ」）で投影する。次いで、基板テーブルＷＴをｘ方向及び／又はｙ方向に移動して、ビームＰＢによって異なるターゲット部分Ｃを照射できる。ステップ・モードでは、露光領域の最大サイズが、１回の静止露光で画像形成されるターゲット部分Ｃのサイズを制限することがある。

２．スキャン・モードでは、所与のターゲット部分Ｃが１回の「フラッシュ」で露光されない点を除き、実質的に同じ状況が当てはまる。その代わりに、マスク・テーブルＭＴが、所与の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に速度ｖで移動可能であり、それによって投影ビームＰＢがマスク像の上を走査する。それと並行して、基板テーブルＷＴが同時に同方向又は反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで移動する。ただし、Ｍは、レンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４又は１／５）である。マスク・テーブルＭＴに対する相対的な基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影装置ＰＬの倍率／縮小率及び／又は像の反転特性によって決めることができる。このようにして、分解能を損なわずに比較的大きなターゲット部分Ｃを露光することができる。スキャン・モードでは、露光領域の最大サイズにより、１回の動的な露光におけるターゲット部分の（非走査方向の）幅が制限され、走査移動長により、ターゲット部分の（走査方向の）高さが決まる。

３．別のモードでは、プログラム可能なパターン化構造体を保持するマスク・テーブルＭＴを実質的に固定し、基板テーブルＷＴを移動すなわち走査しながら、投影ビームに付与されたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。一般に、このモードでは、パルス化された放射源を使用し、基板テーブルＷＴの各移動動作後に、或いは走査中の連続放射パルス間に、プログラム可能なパターン化構造体が必要に応じて更新される。この動作モードは、前記で言及した種類のプログラム可能なミラー・アレイなどのプログラム可能なパターン化構造体を利用するマスクなしリソグラフィに容易に適用できる。

前記で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いは全く異なる使用モードを用いることもできる。

位置合わせ／重ね合わせ用のフィーチャ（又はターゲット）によって、半導体ウエハ上で位置合わせ及び重ね合わせの質を測定することができる。このフィーチャは、例えば、ウエハ上の様々な場所に配置された小さなターゲット構造体であり、その光学的な応答を測定する。一般に、このような位置合わせ／重ね合わせ用のターゲットは格子を含み、入射する光ビームによって生成される格子の回折パターンを測定する。この回折パターンから、位置合わせ／重ね合わせ用のターゲットの位置が求められる。この位置を用いて、リソグラフィ投影装置に対する相対的なウエハの位置合わせ及び／又は半導体ウエハの異なる層レベルでのパターンの重ね合わせに関する情報を示すことができる。

しかし、不都合なことに、半導体ウエハ及びその上に配置された位置合わせ／重ね合わせ用のターゲットの受ける様々な処理段階により、ターゲットの格子その他の構造部分になんらかの歪みが生じることがある。

ターゲット構造体の処理工程誘起歪みにより、このターゲット構造体の光学的な応答が、変化且つ／又は劣化することがある。その結果、ターゲットの位置決定精度に悪影響を及ぼすことがある。

一般に、前記で説明した処理段階によるターゲット構造体の損傷は、ナノメートル程度の位置誤差に関係する。比較的新しい世代の回路では、重ね合わせ誤差は、処理工程誘起画像形成誤差の大きさとほぼ同じ程度のものになり得る。

このような問題は、処理シーケンスの所与の段階で新しいターゲット構造体を生成し、後続の測定についてはこの新しいターゲットから開始することによって克服できる。しかし、この手法は、新しいターゲットを生成するための利用可能なウエハの場所が極めて制限されているために効率的ではないことがある。さらに、新しいターゲット構造体を生成する処理工程は、例えばサイズ効果のために（例えば、ターゲット構造のフィーチャ・サイズは、回路素子のフィーチャ・サイズよりもはるかに大きいことがあるために）、回路素子を生成する処理工程に適合しないことがある。このような場合には、新しいターゲット構造体を生成するために追加の製造工程を実施することが望ましく、またそれが必要とされることがある。

例えば、ターゲット構造体に損傷を導入する処理工程からこのターゲットを切り離すための追加の処理工程を導入することによって、処理工程中に影響を受けないターゲット構造体が得られることが知られている。しかし、このような解決策は、１枚のウエハ当たり追加のリソグラフィ工程及び／又は処理時間を必要とすることがあり、これにより追加の製造コストが生じることがある。

従来、ターゲット位置の測定は、このターゲット構造体の回折パターン中の単一の信号の光学的な応答を測定することによって実施できる。この単一の信号の計算結果から、位置を求めることができ、可能性のある誤差を補正することができる。この単一信号による手法では、この位置についての結果を比較的有効なものにするために、測定されたターゲット構造体の質に対する１つ又は複数の処理工程の影響がわかると望ましい。そのため、処理装置内でサンプル・ウエハ（短ループ・ウエハ）に対する試験を実施し、このような工程後のターゲット構造体の質を特徴付けることが望ましい。こうすると、各処理工程ごとにターゲットの質のある種の較正を行い、ターゲットの位置に対するその影響を知ることができる。

このような手法は、実験の数が多いことが可能なために、おそらくは精緻なものになる。その結果、処理装置を利用可能な生産資源から取り外すことがあり、生産が遅滞することがある。さらに、いくつかの処理装置では、処理パラメータを変更すると、ターゲットの質及びそれから位置を決定することに比較的大きな影響を及ぼす。このような場合、処理工程を改変するときには、その工程について新たな特徴付けを行うと望ましい。

このような潜在的な欠点を無視すると、必要とされる重ね合わせデータ測定値を得るために、生産ウエハに関する１つの信号の直接測定で十分な場合が理想的な状況と言えよう。次いで、１つの信号のこれらのデータから、最も確からしいターゲット位置を最も適切に特徴づけることができる。しかし、（例えばナノメートル程度の）処理工程誘起位置誤差は一般に、リソグラフィ投影装置内でのウエハの操作によって生じる数ミクロン程度の位置合わせ分散に比べて比較的小さい。その結果、生産ウエハに対して得られる単一の信号の（直接）測定によって、位置誤差に関する所望のデータが得られないことがある。

一般に、リソグラフィ投影装置内での位置合わせ又は重ね合わせは、光学的な位置合わせセンサ装置によって求められる。ケプラー型望遠鏡を利用する格子に基づくウエハ位置合わせ装置の実施例が、米国特許第４２５１１６０号に示されている。この参照により開示されるウエハ位置合わせ装置は、格子によって生成される回折ビームを、１つ又は複数の検出器上に結像するためにケプラー型望遠鏡を備え、それによって、基準に対する相対的なウエハの位置合わせに関する情報が得られる。

ＰＣＴ特許出願ＷＯ ９７／３５２３４号には、複数のピンホールを備えた絞りを有するウエハ位置合わせ装置が開示されている。これらのピンホールは、格子が傾いていない理想的な場合に各回折次数が焦点を結ぶと予想される中間焦点面内の所定の位置に配置される。この配置を用いて回折次数の空間フィルタリングを行い、それによって個々の次数から情報が得られる。

米国特許第６２９７８７６号は、基板及びマスクを位置合わせする位置合わせ装置を備えたリソグラフィ装置に関係するものである。これを参照により本明細書に組み込む。

マーカとして格子を含むこのようなウエハ位置合わせ装置では、複数の回折ビーム（回折次数）及び／又は複数の色（ｃｏｌｏｒ）を検出に利用することができる。複数の回折次数及び／又は色を同時に測定すると、マーカの粗さにより、次数ごとに且つ／又は色ごとにそれぞれ、像の位置の測定値に差異が生じることがあり、それによって、位置合わせ手順の能力が低下する。

図２に、複数の回折次数を測定する検出装置の光学的な測定原理を概略的に表現したものを示す。

リソグラフィ投影装置内での位置合わせ又は重ね合わせは、基板Ｗ上の既知の位置にあるマーカ１０の位置を求めることによって測定できる。一般に、このような測定は、光検出装置ＯＤＳによって行うことができる。図２では、マーカ１０は、半導体基板Ｗ上に形成された格子に相当する。

光検出装置ＯＤＳは、照明源ＩＬＳ及び光学装置を備え、この光学装置は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、基準格子検出器ＲＰＤ、及び瞳孔板ＰＰを備える。一般に、照明源ＩＬＳは、ウエハ格子１０を照明するために使用するレーザ・ビームを生成するレーザ源である。

このレーザ・ビームは、格子１０で回折し、複数の回折次数（回折ビーム）に分かれる。回折次数の数は、格子構造の周期性と、レーザ・ビームの実際の波長との比に依存する。

これら複数の回折ビームは、光検出装置ＯＤＳに入射する。まず、これらの回折ビームは、第１レンズＬ１を通過する。次に、これらの回折ビームは、瞳孔板ＰＰに当たる。瞳孔板ＰＰは、これらの回折ビームを、例えば瞳孔板に配置された複数の光学くさびによって、ＲＰＤの各検出器に向かって方向変更するように構築され配置される。それぞれのビーム間の空間距離を拡大し、それぞれの検出器によって個々のビームを測定することができるように、このような方向変更が実施される。光学的なウェッジは、各回折ビームが瞳孔板ＰＰと交わると予想される瞳孔板上の位置に配置できる。

最後に、これらの回折ビームはそれぞれ、（おそらくは複合レンズである）第２レンズＬ２によって基準格子検出器ＲＰＤで焦点を結ぶ。基準格子検出器ＲＰＤは、各回折ビームを、それぞれの専用の検出器で検出する。各検出器は、それぞれの回折ビームに関係する信号を生成する。

レーザ源を使用して、２つの異なる波長を生成することがある。この場合には、各波長につき１つの組の、２つの異なる組の回折ビームを測定できる。

前記で論じたように、一般に、従来型の検出装置は、単一の信号から位置合わせ／重ね合わせデータが得られるように構成される。この信号は、「短ループ」ウエハに対して行われる一連の実験に基づいて選択できる。これらの実験により、処理段階と測定信号との相関を示すことができる。

「短ループ」ウエハは、半導体デバイスの全製造サイクルの単一の処理工程（又は比較的少数の連続処理工程）を監視するために使用するウエハである。これに対して、「全ループ・ウエハ」は、実質的に半導体デバイスの全製造サイクルにかけられる。「短ループ」ウエハに対して一連の実験を行うことによって、測定信号及びそれから示された相関から、位置合わせ／重ね合わせの測定値を推測できる。

本発明のいくつかの実施例による方法及び装置では、全ループ・ウエハに関して測定された信号を分析することによって、１つ又は複数の処理工程に暴露され、および／又はそれらによって歪みを受けるマーカから、位置合わせ及び重ね合わせに関係する情報を得ることができる。実質的に、これらの位置合わせ及び重ね合わせに関係する情報を、全ループ・ウエハに関する測定値から直接得ることができる。こうすると、サンプル・ウエハを処理し、そのデータの収集に費やされる時間を大きく短縮できる。

２つの信号値の差を測定し、その分散を数学的／統計的にモデル化すると、単一の信号値の分散を求めることができる。すなわち、所与の複数の信号について、その複数の信号のうちで最も安定で確からしい信号を確定することができる。位置合わせ又は重ね合わせ用のマーカから複数の回折次数を測定するように構成された検出装置を示す図２を参照すると、このモデル化は、位置合わせ又は重ね合わせの質を求めるために、どの回折次数が最も安定な信号をもたらすかを示すことを目的としている。このために、異なる回折ビーム又は回折次数に関係する信号間の差（すなわち、次数ごとの差）を分析することができる。これらの信号は、（サンプリングされた）生データに関係するが、ターゲット位置など、１つ又は複数の導出されたパラメータを含むフィルタリング又は処理された信号にも関係することに留意されたい。

本発明の実施例による方法では、モデル化手法において以下の連立方程式を解くことが望ましい。
ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）＝ｖａｒ（ｒ_ｉ）＋ｖａｒ（ｒ_ｊ）−２ｃｏｖ（ｒ_ｉ，ｒ_ｊ）、∀ｉ≠ｊ、ｉ，ｊ＝１，…，ｎ（式１）
ここで、ｎは検査している信号の数であり、ｒ_ｉ及びｒ_ｊはｎ個の測定信号の値である。ｖａｒ（ｒ_ｊ）は信号ｒ_ｊの分散を示し、ｃｏｖ（ｒ_ｉ，ｒ_ｊ）は、信号ｒ_ｉ及びｒ_ｊの共分散を示す。分散は、正の実数又はゼロであることに留意されたい。これは、ｖａｒ（ｘ）≧０という条件式で表すことができる。このような条件は、式１で表す連立方程式を解くときに利用できる。

ｎ個の複数の信号により、式１で示す連立方程式から、次式によって表されるｑ個の可能な式が得られる。

式１は、行列表記で次のように記述できる。

ここで、Ａは、ｎ×ｑ次元の行列であり、

は、長さがそれぞれｎ及びｑのベクトルである。

ベクトル

は、すべての検出器信号ｒ_ｉについてのｉ＝１，…，ｎに対する分散ｖａｒ（ｒ_ｉ）の組をベクトル表記で表す。ベクトル

は、すべての検出器信号についてのｉ，ｊ＝１，…，ｎ（ｉ≠ｊ）に対する、信号の差の分散ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）の組をベクトル表記で表す。

本発明の実施例による方法では、解を得るために連立方程式を過剰決定（ｏｖｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅ）すると望ましい。そうするために、行列Ａを最大の階数の行列とすると望ましい。

このような技法は、図２に示す検出装置で生成されたような複数の信号に適用すると、とりわけ効果的である。

本発明の実施例による方法では、位置合わせ測定信号ｒ_ｉは、第１部分ｒ_ｉｓ及び第２部分ｒ_ｉｐを含む。

ｒ_ｉ＝ｒ_ｉｓ＋ｒ_ｉｐ （式３）

第１部分ｒ_ｉｓは、すべての測定される回折次数に対して実質的に共通であると定義できる（ｒ_ｉｓ＝定数、∀ｉ、ｉ＝１，…，ｎ）。この第１部分は、リソグラフィ投影装置（例えば、ウエハの加熱による熱歪み及び／又は事前位置合わせの不正確さ）によって生じる系統誤差によるものである。

第２部分ｒ_ｉｐは、検出装置の測定原理のために処理により不正確になる信号部分に相当する。この理由から、ｒ_ｉｐは、このような測定原理によって生じる検出不可能な誤差に相当する。

基板の処理によってマーカの被る歪みにより、回折次数の相対位置が変化し得ることに留意されたい。この点で、第２部分ｒ_ｉｐは、位置合わせターゲットの全体としての位置移動に関係しないことにも留意されたい。

したがって、

ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）＝ｖａｒ（ｒ_ｉｐ−ｒ_ｊｐ）、∀ｉ≠ｊ、ｉ，ｊ＝１，…，ｎ（式４）
になる。

したがって、本発明の実施例による方法では、２つの信号の差の分散は、基板の処理によって生じ、リソグラフィ投影装置に関する問題には関連しないと仮定できる。

図２及び式１〜式４を参照すると、光検出装置ＯＤＳからのすべての信号（この実施例では、１つの波長から生成される７つの信号）を考慮する場合、以下の組が得られる。

式５に示す連立方程式は過剰決定されており、これを当業者には明らかな１つ又は複数の標準技法によって解くことができる。

式５では、信号間の共分散は、個々の信号の分散に比べて無視できると仮定されていることに留意されたい。ただし、この仮定は、特定の状況及び／又は本発明の他の実施例による方法では有効ではないことに留意されたい。そのため、この行列を分解した後で、当業者には明らかな適切な分析によってこの仮定を検証することが望ましい。

共分散は計算によって求めることができるが、特定の状況及び／又は本発明の他の実施例による方法では、例えば、「最良推測」近似、総当たり計算、又はゼロ（又は別の値）への値の設定などに基づいて行うこともできる。

リソグラフィに関する位置合わせ／重ね合わせの分野では、あらゆる場合において次数間の差異をすべて考慮する必要のないことが実験的な観察により示されている。少なくともある種の場合には、信号がすべて（強く）相関するわけではなく、したがって、いくつかの共分散項を無視できることが実験的にわかっている。

さらに、マーカの歪み及びこのマーカによって生成される信号に対する歪みの影響についての知識から、共分散の大きくない回折次数を除外できることに留意されたい。その結果、本発明の実施例による方法では、これらの共分散項について、連立方程式（例えば式１）でそれらに対応する項をゼロにすることができる。

さらに、当業者には周知のように、連立方程式でどの回折次数の信号を不変とみなすことができ、それによって、手順の中でその信号を無視して、最も安定な信号を求めることができるかを明らかにできる。

本発明の実施例による方法では、有意な共分散項（すなわち、信号ｒ_ｉと信号ｒ_ｊの相関）を用いて、この連立方程式が過少決定（ｕｎｄｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅ）された状態に達し、もはや一義的な解を得ることが不可能な点までこの連立方程式を拡張することができる。すべての分散及び共分散を含む完全な連立方程式の場合、解ベクトル

が存在することに留意されたい。この解ベクトルは、ｎ個の分散及び

個の共分散を含む。このような完全な連立方程式では、未知変数の数が、既知変数の数よりもｎ項多い。そのため、この連立方程式を解くことが不可能なことがある。したがって、この連立方程式を解くために、この連立方程式が求められるまで、この連立方程式の変数の数を減少させることが望ましい。

この連立方程式中で、共分散項を複数の有意な（すなわち、無視し得ない）共分散に減少させると、処理工程誘起位置合わせ／重ね合わせ誤差の決定が大きく改善される。

式６に、共分散項を含む行列Ａ（式２）を概略的に表現したものを示す。

上記考察から、無視し得ない共分散項が含まれるこの連立方程式が過剰決定されたとみなすことができ、その結果、解の計算を行うことができる。

この連立方程式を解くと、以下のようにベクトル

を求めることができる。

ベクトル

は、ｎ個の（測定された）回折次数のそれぞれについての、位置合わせ／重ね合わせ偏差に対する基板の処理の影響を含む。前記で説明したモデル化手法では、分散Ｖａｒ（ｒ_ｉｐ）の最小になる信号ｒ_ｉが、位置合わせ／重ね合わせが最も安定に行われたことを示す。本発明の実施例による方法では、この最も安定な信号ｒ_ｉを選択して、位置合わせ／重ね合わせの質を求める。

前記で説明したように、光検出装置ＯＤＳが完全ループ・ウエハに対して位置合わせ／重ね合わせを測定する間に、信号の分散ｖａｒ（ｒ_ｉｐ）が直接得られる。リソグラフィ投影装置の位置合わせ／重ね合わせ精度を制御する自動機器制御装置で、直接これらの分散を用いることができる。

図３に、本発明の実施例による自動機器制御方法を実施するように構成されたコンピュータ装置を概略的に表現したものを示す。

コンピュータ装置８は、いくつかの周辺機器に接続されたホスト・プロセッサ２１を備える。ホスト・プロセッサ２１は、命令及びデータを記憶するように構成された１つ又は複数の記憶装置１８、１９、２２、２３、及び２４、並びに、例えばフロッピー（登録商標）・ディスク１７、ＣＤ ＲＯＭ又はＤＶＤ２０などの様々な情報を読み取るように構成された１つ又は複数の読取り装置３０に接続される。ホスト・プロセッサ２１はさらに、入力装置であるキーボード２６及びマウス２７、並びに出力装置であるモニタ２８及びプリンタ２９に接続される。本発明の他の実施例では、トラックボール、タッチ・スクリーン、又はスキャナなどの他の入力装置並びに他の出力装置を設けることもできる。

本発明の別の実施例による装置又は方法では、コンピュータ装置８は、（図示しない）ネットワークに接続できるように構成された（図示しない）ネットワークＩ／Ｏ装置も含み得る。

図２に示す実施例では、これらの記憶装置は、ＲＡＭ２２、（Ｅ）ＥＰＲＯＭ２３、ＲＯＭ２４、テープ装置１９、及びハード・ディスク１８を含む。ただし、当業者には明らかなように、本発明の他の実施例では、追加の／他の記憶装置を設けることもできることを理解されたい。さらに、必要な場合には、これらの１つ又は複数をプロセッサ２１から離して物理的に配置できることも理解されたい。

本発明の実施例による装置又は方法では、プロセッサ２１は、並列に機能するか、或いは１つのメイン・プロセッサによって制御されるいくつかの処理装置を含むことができる。これらの処理装置を互いに離して配置できることは当業者には明らかであろう。

図３に示すコンピュータ装置８は、本発明の実施例による方法に従って計算を実施するように構成された自動機器制御装置として構築し配置することができる。コンピュータ装置８は、位置合わせ／重ね合わせ測定信号を入力として受け取るために、光検出装置ＯＤＳに接続される（この入力を、両端矢印Ｓ１の記号を用いて示す）。コンピュータ装置８は、リソグラフィ投影装置の位置合わせ／重ね合わせ制御装置ＡＣＳに更に接続され、それによって、この位置合わせ／重ね合わせ制御装置ＡＣＳに分散に基づく出力制御信号を提供する。

コンピュータ装置から光検出装置ＯＤＳへの接続は、当業者に周知の任意の方法で、例えば、導線、光ファイバ、又は無線によって実施できることを理解されたい。コンピュータ装置から位置合わせ／重ね合わせ制御装置ＡＣＳへの接続は、当業者に周知の任意の方法で、例えば、導線、光ファイバ、又は無線により、直接接続又はネットワーク接続によって実施できることも理解されたい。

図３に示す実施例では、位置合わせ／重ね合わせ制御装置ＡＣＳは、コンピュータ装置８から出力制御信号を受け取り、この出力制御信号を用いて、半導体基板（図１のＷ）に対するマスク（図１のＭＡ）の位置合わせ／重ね合わせ精度を制御するように構築され配置される。この出力制御信号のやりとりを、両端矢印Ｓ２の記号を用いて示す。

本発明の実施例による方法又は装置では、コンピュータ装置８は、位置合わせ／重ね合わせ制御装置ＡＣＳに統合された部分とできることに留意されたい。このような実施例では、位置合わせ及び重ね合わせに関係する最も安定な光検出装置ＯＤＳの信号を求めるコンピュータ・装置８の機能を、ＡＣＳ装置において追加で実施できる。

図３の実施例では、コンピュータ構成８のプロセッサ２１を使用してソフトウエア・コードを実行できる。このソフトウエア・コードにより、本発明の実施例による方法を実施し、主要検出器信号として、位置合わせ及び重ね合わせに関係する最も安定な光検出装置ＯＤＳの信号を求めることができる。

図４は、本発明の実施例による、基準格子の最も安定な位置の値を得る方法を示す流れ図である。この方法は、図３に示すコンピュータ装置によって実行することができ、タスク５００から始まる。

タスク５１０で、プロセッサ２１は、光検出装置ＯＤＳによるマーカの測定を実行することができる。本発明の実施例による方法では、プロセッサ２１を使用して、ＯＤＳによって実施される測定及び／又はＯＤＳからの信号の受信を制御できる。これを行う間、ＯＤＳによって実施される測定の進行を監視することができる。

ＯＤＳによる測定は、考え得る任意の方法で実施できる。ＯＤＳは、単一のマーカ、基板全体にわたって分散した一群のマーカ、又は基板の特定の領域に配置した一群のマーカに対して測定を実施することができる。

タスク５２０では、プロセッサ２１は、ＯＤＳから検出器測定信号を得る。この検出器信号ｒ_ｉは、各被測定マーカごとに、第１データベースＤＢ１内に記憶できる。これらの検出器測定信号は、マーカによって生成された回折次数に関係するものである。

次いで、この方法はタスク５３０に進み、そこでプロセッサ２１は、第１データベースＤＢ１から各回折次数ｉの検出器信号ｒ_ｉを引き出す。次に、プロセッサ２１は、回折次数ｉ及びｊの各組合せに対して検出器信号ｒ_ｉ、ｒ_ｊの差の分散ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）を計算する。分散の定義及び計算は以下により詳細に説明する様々な方法で行うことができる。

タスク５４０で、プロセッサ２１は、式１及び式２に従って連立方程式を設定する。このプロセッサは、データベースＣｏｖａｒからそれぞれの共分散についての値を引き出す。それぞれの検出器信号ｒ_ｉとｒ_ｊとが相関しないと仮定又は観測される場合、共分散値ｃｏｖ（ｒ_ｉ，ｒ_ｊ）をそれぞれゼロにすることができる。

タスク５５０では、従来の数値解法で式１及び式２で表す連立方程式を解く。この連立方程式を解くために用い得る従来の方法の例には、最小自乗法又は特異値分解法が含まれる。本発明の他の実施例による方法では、この連立方程式を解くための任意の他の数値解法を用いることができることを理解されたい。解には、分散ｖａｒ（ｒ_ｉ）の集合が含まれ、回折次数ｉごとに１つの分散ｖａｒ（ｒ_ｉ）がある。

次いで、この方法はタスク５６０に進み、そこで解ｖａｒ（ｒ_ｉ）の有効性を確認する。有効性が確認されると、この解を提示して、ＡＣＳがそれを使用する。例えば、解くべき連立方程式の条件についての仮定が無効であるために解が有効でない場合には、このプロセッサは、連立方程式の条件を変更させることができる。この場合、プロセッサは、手順をタスク５４０に戻して、分散値の計算を修正して行う。

式２に対する有効な解が得られた後で、この手順はタスク５７０に進み、そこでプロセッサ２１は、ｖａｒ（ｒ_ｉ）を解として第２データベースＤＢ２に記憶する。

次のタスク５８０で、プロセッサは、どの分散値ｖａｒ（ｒ_ｉ）が、他と比べて最も小さいかを決定する。本発明の実施例による方法では、分散が最小の検出器信号を、最も安定な（主要）検出器信号とみなす。次いで、プロセッサ２１は、別の手順において、例えば、位置合わせ／重ね合わせ補正情報を導出し得る信号としてこの主要検出器信号を用い、それによって、得られた主要検出器信号のｖａｒ（ｒ_ｉ）を考慮に入れることができる。タスク６００で、この手順が終了する。

タスク５３０における分散の定義及び計算は、単一のウエハについての（この単一のウエハ上の複数のマーカに対する）分散、又は一群のウエハについての分散、或いは、様々なウエハ又は様々な一群のウエハを流しながら、製造サイクル中（例えば、特定のＦＥＯＬ（作業開始）段階又はＢＥＯＬ（作業終末）段階中）の所与の時点で取得された履歴平均としての分散の計算に関係し得ることに留意されたい。

本発明の実施例による方法では、基板上でのマーカの位置の関数としてこの分散を計算することができる。例えば、半導体製造においてある種の処理段階の結果は、ウエハ上の実際の位置に応じて変化し得ることが知られている。例えば、ドライ・エッチング速度又はＣＭＰエッチング速度は、ウエハ上の実際の位置に依存する。例えば、この速度は、ウエハの半径方向の位置に応じて変化する。

図４に示す実施例では、この手順は、例示した専用プロセッサ２１によって実施される。ただし、リソグラフィ処理装置の制御に関する様々な手順を取り扱うように構築され配置された汎用プロセッサによってこの手順を実施することもできることが当業者には理解されよう。図４に示す流れ図には示さないが、この方法は、タスク５８０でプロセッサにより最も安定な信号が求められた後で、タスク５９０に進むことがあることに留意されたい。タスク５９０では、このプロセッサは、ＡＣＳに位置合わせ／重ね合わせデータを送出する。このタスクは、このデータの送り先を、同じプロセッサによって実施される別の手順タスクに変更することとみなすことができる。

図４に示す実施例では、第１データベースＤＢ１及び第２データベースＤＢ２を別々のデータベース又は記憶場所として示す。しかし、本発明の別の実施例による装置又は方法では、これらのデータベースは、コンピュータ装置の単一の記憶場所又はデータベースの一部とすることもできる。

ＡＣＳに適用する解は、選択された「最良」次数信号を含み、この「最良」次数信号は、分散が最小の次数に対応し得ることに留意されたい。また、このように選択することにより、位置合わせ装置の色の１つが、別の色よりも良好に機能すると判断できる。さらに、このように選択することにより、一群のセンサのうちの所与のセンサが、このセンサ群のそれぞれの（測定）信号について、その群の別のセンサよりも分散が少ないことを示すことができる。さらに、本発明の実施例による方法を用いて、複数の位置合わせ装置のうちからある位置合わせ装置を選択することができると考えられる。位置合わせ装置の選択は、各位置合わせ装置のそれぞれの分散から最小の分散を求めることに基づく。

式１及び式２による連立方程式は過剰決定されるので、すなわち、式の数よりも未知変数がｎ個多いので、この連立方程式が解かれるようにこの連立方程式を操作すると望ましいことがある。本発明による実施例による方法では、この連立方程式の未知変数の数を少なくともｎ個減らすことによって、これを実現することができる。

以下の考察では、３つの基本的な手法を提示する。

第１の手法は、すべての共分散値をある所定の値（例えばゼロ）に設定することに基づくものである。

第２の手法は、減少される数だけの共分散値をある所定の値（例えばゼロ）に設定することに基づくものである。第２の手法では、処理工程誘起分散に関係する以前の知識（実験データ、或いは例えば理論に基づく仮定）に基づいて「知識に基づく推測」を求める。

第３の手法では、最も信頼性の高い分散値ＲＶについての較正実験に基づいて、他の共分散をすべてゼロに設定した状態で、共分散の数を適切な共分散の部分集合に減少させることができる。

本発明の実施例による方法では、最も信頼性の高い分散ＲＶは、例えば、（例えば、上記で説明した方法或いは他の周知の方法を用いて）１組の限定された短ループ・ウエハのマークの複数の測定値から実験的に求められる。

図５は、実験的に求めた分散と、いくつかの共分散値をゼロに設定したモデルを使用して求めた分散とを比較したものである。この図に、半導体ウエハの最も堅固で安定な位置の値を選択する処理工程において共分散を考慮に入れたときの、分散に対する影響を示す。図５では、本発明の実施例による方法を用いて、対称なマーカ構造体について分散を求めている。

対称なマーカ構造体（例えば、いずれも同じ幅の矩形ブロック及び中間溝からなるブロック構造体）では、偶数の回折次数が存在できない。そのため、偶数と奇数の回折次数間の共分散をゼロとできる。図５には、対称なマーカ構造体について分散を比較したものを示す。分散値は、すべての回折次数（１〜７）について示されている。

図５に、従来の方法で実験的に求めた分散を実線で示す（ここでは、最も信頼性の高い分散値ＲＶとみなされ、基準点として働く）。図５には、すべての共分散をゼロとして（すなわち、相関がない状態で）求めた分散を１点鎖線で示す。図５に、奇数と偶数との回折次数間に相関がないという前提で求めた分散を点線で示す。

図５からわかるように、（相関なし、又は奇数と偶数の相関なしの）どちらの解も、どの次数においても従来の方法で実験的に求めた分散にほぼ従っている。この例では、これらの計算値と、実験的に求めた最も信頼性の高い値ＲＶとは、単一の最も変化の少ない回折次数にはならない（これは、処理工程の影響による）。この結果から、共分散の依存性に関するどちらの仮定でも、実験データの傾向に従うことが示される。

図６ａ及び図６ｂに、所与のマーカ及び所与の処理工程について、計算による分散値及び実験的に求めた分散値（最も信頼性の高い分散値ＲＶ）を示す。図６では、マーカは、第１（Ｘ）の方向を向いた構造体及び第２（Ｙ）の方向を向いた構造体をそれぞれ含む。

図５に、従来の方法で求めた最も信頼性の高い分散値ＲＶを実線で示す。図５に、生産データを用いて求めた分散の計算による解

を点線で示す。この計算による解

は、限定された数の共分散を考慮に入れて求めたものである。

図６ａの場合、ｃｏｖ（ｒ_１，ｒ_５）、ｃｏｖ（ｒ_２，ｒ_７）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_５）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_７）、ｃｏｖ（ｒ_４，ｒ_７）、ｃｏｖ（ｒ_５，ｒ_７）、及びｃｏｖ（ｒ_６，ｒ_７）の共分散をゼロとした。

図６ｂの場合、ｃｏｖ（ｒ_１，ｒ_７）、ｃｏｖ（ｒ_２，ｒ_３）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_４）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_５）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_６）、ｃｏｖ（ｒ_３，ｒ_７）、及びｃｏｖ（ｒ_４，ｒ_６）の共分散をゼロとした。

図６ａ及び図６ｂからわかるように、計算による解は、実験的に求めた最も信頼性の高い分散値に近似している。これら２本の曲線の差は意味のあるものではない。この結果は、すべての次数について等しく実行されることを示している。１次、３次、及び５次は同程度に見え、それぞれ最も安定な回折次数信号として適したものにできる。

図５、図６ａ、及び図６ｂから導き出し得ることは、少なくともｎ個の共分散をゼロに設定すると、場合によっては、連立方程式の有効な解が得られるということである。

ｎ個の共分散をゼロに設定すると難点が生じることがある。例えば、階数が行の数、すなわち、

に等しい連立方程式の係数行列Ａを考える。ｎ個の共分散をゼロにする場合、行列Ａは、未知変数としての分散だけを含むｎ個の行を有する。これらのｎ個の行により、行列Ａが従属になり、その結果、この連立方程式について無限個の解が得られることがある。したがって、最大階数の（すなわち、列又は行がすべて独立の）係数行列Ａが必要とされる。ｎ個の回折次数では、

個の、ゼロに設定された共分散からなる組合せが可能である。

どの共分散がゼロに等しいかを見つけるために、以下の条件を満足することが望ましい。
得られた係数行列が最大階数を有する。
解ができるだけ厳密解に近い（すなわち、従来の方法によって求めた信頼性の高い解に最も近い）ことが望ましい。

計算による解

と厳密解ｘとの差であるユークリッド・ノルム（ｎｏｒｍ）

によって「最も近い」ことを定義することができる。ユークリッド・ノルムの値が最小である場合、計算による解

は、厳密解ｘに最も近いと仮定できる。

さらに、図５、図６ａ、及び図６ｂから、回折次数は独立な挙動を示さず、ある相関が存在すると結論づけることができる。図５、図６ａ、及び図６ｂに示す結果を考慮すると、場合によっては、（様々な次数についての）相関信号の差は大きくないことが明らかである。この結果は、これらの次数について性能が等しいことを示している。これらの次数についての相関信号から、最も安定な信号を選択することができる。

本発明の別の実施例による方法は、位置合わせ／重ね合わせ補正の示度として、ウエハ（歪み）モデル・パラメータを利用する方法の応用に関係するものである。ウエハ（歪み）モデル・パラメータは、ウエハ上の位置の関数としてウエハの歪みを記述することに関係する。例えば、以下のようにウエハの向き及び位置を決めることができる。

このウエハについて、リソグラフィ投影装置の座標系に対して相対的にウエハ・グリッドを定義する。この座標系は、リソグラフィ投影装置のウエハ・ステージの座標系に対応する方向Ｘ、Ｙ、及びＺを有する直交系として定義できる。この直交系では、第２方向Ｙは第１方向Ｘに直交し、垂直方向ＺはＸ及びＹの両方に直交する。

本発明の実施例による方法では、このグリッドは、ウエハ全体にわたる複数の測定点で測定されるセンサ信号ごとに定義できる。このグリッドでは、ウエハのモデルのパラメータとして、第１方向Ｘの第１並進移動Ｔｘ、第２方向Ｙの第２並進移動Ｔｙ、ウエハの面内方向に沿ったウエハの線膨張Ｍ、及びＺ方向の周りの回転Ｒを定義できる。

本発明の実施例による方法では、この方法は、ウエハ・モデル・パラメータＴｘ、Ｔｙ、Ｍ、又はＲの１つに関して機能するが、本発明の別の実施例による方法では、各ウエハ・モデル・パラメータＴｘ、Ｔｙ、Ｍ、及びＲの分散に関係する単一の性能示度を用いると効果的である。

ウエハ・レベルでの少数のパラメータからなる組により、特徴づけを行うことができると有利である。これは、そうでなければ、個々のマーク（又はマークの組）のレベルでのより広範な処理を必要とする。

本発明の実施例による方法では、４つのパラメータ（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｍ、Ｒ）を用いる１組のウエハ・モデル・パラメータを用いることによって、ウエハの外縁部における全分散ｖａｒ（ｔｏｔａｌ）を、次のように定義できる。

ｘ方向では、次式に従って誤差δｘが生じ、

ｙ方向では、次式に従って誤差δｙが生じる。

ウエハの半径をｒ_ｗとして

と仮定すると、ウエハの縁部における最大誤差（すなわち、ｖａｒ（ｔｏｔａｌ））を次のように表すことができる。

測定される検出器ごとに（或いは、１つの検出器からは、例えば異なる波長に関係する様々な信号が得られるので、検出器信号ごとに）、全分散ｖａｒ（ｔｏｔａｌ）を確定することができる。本発明の実施例による方法に従って、最も安定な検出器（信号）として、全分散値ｖａｒ（ｔｏｔａｌ）の最も小さい検出器（信号）を選択することができる。

本発明の一実施例による方法は、少なくとも１つの位置合わせ／重ね合わせフィーチャからの各検出器信号ごとの分散を求める決定タスクと、これらの検出器信号から１つの主要検出器信号を選択する選択タスクとを含む。この主要検出器信号は、各検出器信号ごとの分散を評価するための所定の基準に基づく主要分散値を有する。

本発明の実施例による方法を用いて、リソグラフィ投影装置の位置合わせ／重ね合わせツールから、より正確な情報を得ることができ、且つ／又は、リソグラフィ投影装置の自動機器制御においてこの情報を直接用いることができる。そのため、時間のかかる実験の数を減らすことができる。その結果、複数の変数で装置を最適化する周知の統計的方法の種類である実験計画法をもはや使用する必要がない。処理に関係する偏差から生じる位置合わせ及び／又は重ね合わせ誤差をかなり小さくすることができる。

本発明の実施例によるリソグラフィ装置は、少なくとも１つの位置合わせ／重ね合わせフィーチャからの各検出器信号ごとの分散を求め、これらの検出器信号から１つの主要検出器信号を選択するように構成される。この主要検出器信号は、各検出器信号ごとの分散を評価するための所定の基準に基づく主要分散値を有する。

本発明の実施例による計算装置では、処理装置は、少なくとも１つの位置合わせ／重ね合わせフィーチャからの各検出器信号ごとの分散を求め、これらの検出器信号から１つの主要検出器信号を選択するように構成される。この主要検出器信号は、各検出器信号ごとの分散を評価するための所定の基準に基づく主要分散値を有する。

本発明の実施例によるコンピュータ・プログラム製品により、（例えば、ディスク又は半導体などのデータ記憶媒体から）それがロードされた後に、少なくとも１つの位置合わせ／重ね合わせフィーチャからの各検出器信号ごとの分散を求める段階と、これらの検出器信号から１つの主要検出器信号を選択する段階とを処理装置に実行させることができる。この主要検出器信号は、各検出器信号ごとの分散を評価するための所定の基準に基づく主要分散値を有する。

本発明の実施例によるデータ記憶媒体は、前記のコンピュータ・プログラム製品を含む。

以上、本発明の特定の実施例を説明してきたが、説明した以外でも特許請求する本発明を実施し得ることを理解されたい。これらの実施例の説明は、特許請求する本発明を限定するためのものではないことに明確に留意されたい。

本発明の実施例によるリソグラフィ装置を示す図。 本発明の実施例による、複数の回折次数を測定する検出装置の光学的な測定原理の概略的表現を示す図。 本発明の実施例による装置を示す概略図。このような装置は、本発明の実施例による方法を用いて自動機器制御を実施するように構成される。 本発明の実施例による、例えば、基準格子の堅固且つ／又は安定な位置の値を得るために用いることのできる方法を示す流れ図。 半導体ウエハの最も堅固且つ／又は安定な位置の値を選択する処理工程において共分散を考慮に入れたときの、分散に対する影響を示す図。この図では、本発明の実施例による方法を用いて、対称なマーカ構造について分散を求めている。 本発明の実施例による、半導体ウエハの最も堅固且つ／又は安定な位置の値を選択する処理工程で用いることのできる方法を用いて、限られた数の共分散を考慮に入れることの影響を示す図。 本発明の実施例による、半導体ウエハの最も堅固且つ／又は安定な位置の値を選択する処理工程で用いることのできる方法を用いて、限られた数の共分散を考慮に入れることの影響を示す図。

符号の説明

８ コンピュータ装置
１０ マーカ、ウエハ格子
１７ フロッピー（登録商標）・ディスク
１８ 記憶装置、ハード・ディスク
１９ 記憶装置、テープ装置
２０ ＣＤ ＲＯＭ、ＤＶＤ
２１ ホスト・プロセッサ
２２ 記憶装置、ＲＡＭ
２３ 記憶装置、（Ｅ）ＥＰＲＯＭ
２４ 記憶装置、ＲＯＭ
２６ キーボード
２７ マウス
２８ モニタ
２９ プリンタ
３０ 読取り装置
ＡＭ 調節構造体
ＢＤ ビーム送達装置
Ｃ ターゲット部分
ＣＯ コンデンサ光学系
Ｃｏｖａｒ 共分散データベース
ＤＢ１ 第１データベース
ＤＢ２ 第２データベース
ＩＦ 干渉測定構造体
ＩＬ 照明装置、照明器
ＩＬＳ 照明源
ＩＮ 統合器
ＬＡ、ＳＯ 放射源
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
ＭＡ マスク
ＭＴ 第１物体テーブル、マスク・テーブル
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＯＤＳ 光検出装置
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影装置、レンズ
ＰＭ 第１位置決め構造体
ＰＰ 瞳孔板
ＰＷ 第２位置決め構造体
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＲＰＤ 基準グレーティング検出器
ＲＳ 放射装置
Ｓ１ 位置合わせ／重ね合わせ測定信号
Ｓ２ 出力制御信号
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (15)

1. 第１の組の信号を取得する段階であって、前記第１の組の信号の各々は検出器によって受け取られた光の複数の成分に対応しており、前記第１の組の信号は基板の位置合わせフィーチャの影響を受けた第１の光ビームを検出することによって生成されたものである、段階と、
   １つ又は複数の追加の組の信号を取得する段階であって、前記１つ又は複数の組の内の各信号が前記光の複数の成分に対応し、各組が前記基板の位置合わせフィーチャの影響を受けた１つ又は複数の光ビームを検出することによって生成されるように信号を取得する段階と、
   光の各成分に対して、前記第１の組の信号の内の対応する１つの信号と、前記１つ又は複数の組の内の対応する１つ又は複数の信号との間の分散を決定する段階と、
   前記分散を決定する段階の結果に基づいて、前記複数の成分のうちの少なくとも１つの成分を選択する段階と、
   を含む位置決定方法。
2. 前記選択する段階が、前記分散の差を計算することを含む請求項１に記載された位置決定方法。
3. 前記分散を決定する段階が、複数の信号対の間の共分散を計算することを含む請求項１又は２に記載された位置決定方法。
4. 前記分散を決定する段階が、少なくとも２つの異なる値ｉおよびｊについて、
   ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）＝ｖａｒ（ｒ_ｉ）＋ｖａｒ（ｒ_ｊ）−２ｃｏｖ（ｒ_ｉ，ｒ_ｊ）
   の式の値を求めることを含み、ｒ_ｉ及びｒ_ｊは、前記複数の信号のうちｉ及びｊ番目の２つの信号の値を示し、ｖａｒは分散を示し、ｃｏｖは共分散を示す、請求項１〜３のいずれか１項に記載された位置決定方法。
5. 前記分散を決定する段階が、連立方程式
   

   

   を解く段階を含み、
   

   

   は、ｖａｒ（ｒ_ｉ）を座標とするベクトルを示し、
   

   

   は、ｖａｒ（ｒ_ｉ−ｒ_ｊ）を座標とするベクトルを示す、請求項４に記載された位置決定方法。
6. 前記分散を決定する段階が、前記信号を、定数と変数部分とに分解する段階を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載された位置決定方法。
7. 基板の位置合わせフィーチャに位置合わせビームを投影するように構成された位置合わせ装置と、
   前記位置合わせフィーチャの影響を受けた第１の光ビームを検出することにより第１の組の信号を生成するように構成された検出システムであって、前記第１の組の信号の各々は前記第１の光ビームからの複数の光成分のそれぞれ１つに対応しており、前記検出システムは前記位置合わせフィーチャの影響を受けた１つ又は複数の追加の光ビームの検出することにより１つ又は複数の追加の組の信号を生成するように構成されており、前記１つ又は複数の追加の光ビームの各々は前記追加の組のそれぞれ１つに対応しており、前記１つ又は複数の追加の組の内の各信号は前記複数の成分のそれぞれ１つに対応している、検出システムと、
   光の各成分に対して、前記第１の組の信号の内の対応する１つの信号と、前記１つ又は複数の追加の組の内の対応する１つ又は複数の信号との間の分散を計算し、計算された分散に基づいて、前記複数の成分のうちから少なくとも１つの成分を選択するように構成されたプロセッサと、
   を含むリソグラフィ投影装置。
8. 前記プロセッサが、前記分散の差を計算するように構成されている請求項７に記載されたリソグラフィ投影装置。
9. 前記プロセッサが、複数の信号対の間の共分散を計算するように構成されている請求項７又は８に記載されたリソグラフィ投影装置。
10. 前記プロセッサが、少なくとも２つの異なる値ｉおよびｊについて、
    ｖａｒ（ｒ _ｉ −ｒ _ｊ ）＝ｖａｒ（ｒ _ｉ ）＋ｖａｒ（ｒ _ｊ ）−２ｃｏｖ（ｒ _ｉ ，ｒ _ｊ ）
    の式の値を求めるように構成されており、ｒ _ｉ 及びｒ _ｊ は、前記複数の信号のうちｉ及びｊ番目の２つの信号の値を示し、ｖａｒは分散を示し、ｃｏｖは共分散を示す、請求項７〜９のいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
11. 前記プロセッサが、連立方程式
    

    

    を解くように構成されており、
    

    

    は、ｖａｒ（ｒ _ｉ ）を座標とするベクトルを示し、
    

    

    は、ｖａｒ（ｒ _ｉ −ｒ _ｊ ）を座標とするベクトルを示す、請求項１０に記載されたリソグラフィ投影装置。
12. 前記プロセッサが、前記信号を、定数と変数部分とに分解するように構成されている請求項７〜９のいずれか１項に記載されたリソグラフィ投影装置。
13. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された位置決定方法を記述したコンピュータプログラム。
14. 請求項１３に記載されたコンピュータプログラムを含むデータ記憶媒体。
15. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された位置決定方法を実施するように構成され配置されたプロセッサ。

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