JP7198912B2 - 基板全体の面内ディストーション（ｉｐｄ）を決定する方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

この出願は、２０１８年８月２２日に出願され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＥＰ出願１８１９０１５０．５の優先権を主張する。

本発明は、半導体ウェハなどの基板全体の面内歪み（ＩＰＤ）を決定するためのメトトロジ装置及び関連する方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板上に所望のパターンを適用するように構築された機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。リソグラフィ装置は、例えば、パターニング装置（例えば、マスク）でのパターン（しばしば「設計レイアウト」又は「設計」とも呼ばれる）を、基板（例えば、ウェハ）上に提供される放射線感受性材料（レジスト）の層上に投影することができる。投影されたパターンは、基板上に構造を製造するプロセスの一部を形成する場合がある。

基板上にパターンを投影するために、リソグラフィ装置は電磁放射を使用することができる。この放射の波長は、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズを決定する。現在使用されている典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ－ｌｉｎｅ）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、及び１３．５ｎｍである。４～２０ｎｍ、例えば６．７ｎｍ又は１３．５ｎｍの範囲内の波長を有する極紫外線（ＥＵＶ）放射を使用するリソグラフィ装置を使用して、例えば、波長１９３ｎｍの放射を使用するリソグラフィ装置よりも基板上に小さなフィーチャを形成することができる。

Ｌｏｗ－ｋ１リソグラフィは、リソグラフィ装置の古典的な解像度の限界よりも小さい寸法のフィーチャを処理するために使用でる。このようなプロセスでは、分解能の式はＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡとして表すことができる。ここで、λは使用する放射線の波長、ＮＡはリソグラフィ装置の投影光学系の開口数、ＣＤは「クリティカルディメンション」（一般にプリントされる最小のフィーチャサイズであるが、この場合はハーフピッチ）であり、ｋ１は経験的な解像度係数である。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的機能と性能を達成するために回路設計者が計画した形状と寸法に似たパターンを基板上に再現することが難しくなる。これらの困難を克服するために、洗練された微調整ステップがリソグラフィ投影装置及び／又は設計レイアウトに適用され得る。これらには、限定されないが、例えば、ＮＡの最適化、カスタマイズされた照射スキーム、位相シフトパターニングデバイスの使用、光近接効果補正（ＯＰＣ、「光学及びプロセス補正」とも呼ばれることもある）などの設計レイアウトのさまざまな最適化、又は一般に「解像度向上手法」（ＲＥＴ）として定義されるその他の方法が含まれる。あるいは、リソグラフィ装置の安定性を制御するための厳密な制御ループを使用して、低ｋ１でのパターンの再現を改善することができる。

特定のターゲットを使用したリソグラフィパラメータの全体的な測定品質は、このリソグラフィパラメータの測定に使用される測定レシピによって少なくとも部分的に決定される。「基板測定レシピ」という用語は、測定自体の１つ又は複数のパラメータ、測定された１つ又は複数のパターンの１つ又は複数のパラメータ、あるいはその両方を含み得る。例えば、基板測定レシピで使用される測定が回折ベースの光学測定である場合、測定の１つ又は複数のパラメータは、放射線の波長、放射線の偏光、放射線の入射角、基板、基板上のパターンに対する放射線の方向などを含み得る。測定レシピを選択するための基準の１つは、例えば、処理変動に対する測定パラメータの１つの感度であり得る。より多くの例は、米国特許出願ＵＳ２０１６－０１６１８６３、及び未公開の米国特許出願第１５／１８１，１２６号であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

基板は、複数のパターニングされた領域を含み得、これは、ダイ又はフィールドとも呼ばれ得る。フィールド内ストレスは、ＩＣ、特に３Ｄ ＮＡＮＤ ＩＣのメーカーにとっての主要なオーバーレイの課題の１つである。高いフィールド内応力レベルは、３Ｄ ＮＡＮＤ アーキテクチャに起因する可能性がある。これには、たとえば窒化物－酸化物－窒化物－酸化物（ＮＯＮＯ）などの多数の２層の堆積が必要である。さらに、パターニングされた領域を露光する場合、フィールド内応力は露光フィールド全体で均一ではない可能性がある。各ダイには、高いストレスレベルを持つメモリアレイと、低いストレスレベルを持つ可能性のある周辺機器（ロジックなど）が含まれる場合がある。これにより、フィールド全体で非常に高次のディストーションパターンが発生する可能性がある。

フィールド内ストレスは重大なフィールド内オーバーレイエラーを引き起こすが、これらのエラーを大幅に修正することは可能である。ただし、フィールド内応力は、現在利用可能なウェーハアライメントモデルでは補正できない高次のフィールド間ディストーションパターン（つまり、複数のダイ間）をもたらす可能性もある。さらに、高次のフィールド間ディストーションパターンは、オーバーレイ測定ターゲットがほとんどスクライブレーンに配置されているのに対し、ほとんどのディストーションは製品領域（スクライブレーン間など）で発生するため、現在のオーバーレイメトトロジでは特徴化するのが非常に困難である。

本発明の一態様によれば、複数のパターニングされた領域を含む基板全体の面内ディストーション（ＩＰＤ）を決定するための方法であって、複数のパターニングされた領域のうちの１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得し、領域内データに基づいて、基板全体の全体的な応力分布を示す領域間データを決定し、領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定する方法が提供される。

選択的に、基板の１つ又は複数の幾何学的特性の測定に基づいて領域内データを取得することをさらに含む。

選択的に、測定された１つ又は複数の幾何学的特性が、基板の面外形状を含む。

選択的に、領域内データを取得することは、測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することをさらに含む。

選択的に、測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することは、特定の面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定すること、及び／又は、２つの非平行な面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性に沿った測定された混合二次導関数を決定することを含む。

選択的に、領域内データを取得することは、複数のパターニングされた領域にわたって決定された二次導関数を平均化することをさらに含む。

選択的に、パターニングされた領域内のパターンのレイアウトに基づいて領域内データが取得される。

選択的に、パターンのレイアウトが、フィールドレイアウト、ダイレイアウト、チップレイアウト、及びレチクルレイアウトのうちの１つ又は複数に基づいて決定される。

選択的に、領域内データが、基板に関連する材料特性及び／又はパターンのフィーチャに基づいて取得される。

選択的に、パターンの少なくとも一部を形成するフィーチャのスタックに関連するデータに基づいて領域内データが取得される。

選択的に、パターンの少なくとも一部を形成する１つ又は複数のフィーチャの面内変位の測定に基づいて領域内データが取得される。

選択的に、有限要素法を使用して、領域内データに基づいて領域間データが決定される。

選択的に、有限要素法を使用して、領域内データに基づいて面外ディストーション（ＯＰＤ）及びＩＰＤを決定することをさらに含む。

選択的に、有限要素法の結果に基づいて決定されたＯＰＤ及びＩＰＤを、一組の事前定義されたトップフィルム応力に対するＩＰＤに対する複数のＯＰＤを含むライブラリに追加することをさらに含む。

選択的に、さらなる基板の１つ又は複数の幾何学的特性、及びライブラリ内のＯＰＤ及びＩＰＤの測定に基づいて、さらなる基板のＩＰＤを決定することをさらに含む。

選択的に、さらなる基板の１つ又は複数の幾何学的特性が、さらなる基板のＯＰＤ形状を含み、さらなる基板のＩＰＤを決定することは、さらなる基板のＯＰＤ形状をライブラリ内の複数のＯＰＤのうちの１つ以上に適合させること、及び複数のＯＰＤのうちの１つ以上に対応するＩＰＤに基づいてＩＰＤを決定することを含む。

選択的に、さらなる基板のＩＰＤを決定することは、さらなる基板のＯＰＤ形状をライブラリ内の複数のＯＰＤに適合させることを含み、複数のＯＰＤのそれぞれは、適合において重み付けされ、ＩＰＤを決定することは、複数のＯＰＤの重みに基づいて重み付けされた、フィット内の複数のＯＰＤに対応するＩＰＤを合計することを含む。

選択的に、決定されたＩＰＤに基づいてリソグラフィ装置に補正を適用することと、及び決定されたＩＰＤに基づいてリソグラフィ装置内の基板のアライメントを制御することの１つ又は両方をさらに含む。

選択的に、領域が、半導体ウェハ上に作製されたフィールド又はダイを含む。

本発明の一態様によれば、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、少なくとも１つのプロセッサに装置を制御させて、請求項１乃至１９の何れかよる方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムが提供される。

本発明の一態様によれば、請求項１６のコンピュータプログラムが収容されたキャリアであって、キャリアが電子信号、光信号、無線信号、又は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体のうちの１つである、キャリアが提供される。

本発明の一態様によれば、複数のパターニングされた領域を含む基板の面内歪み（ＩＰＤ）を決定するための装置であって、基板上の複数のパターニングされた領域のうちの１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得し、領域内データに基づいて、複数の基板にわたる応力分布を示す領域間データを決定し、領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定する装置が提供される。

本発明の一態様によれば、請求項２２による装置を含むリソグラフィ装置が提供される。

本発明の一態様によれば、請求項２３によるリソグラフィ装置を含むリソグラフィセルが提供される。

次に、本発明の実施形態を、一例として、添付の概略図を参照して説明する。

リソグラフィ装置の概略概要を示す。 リソグラフィセルの概略概要を示す。 半導体製造を最適化するための３つの主要技術間の協力を表すホリスティックリソグラフィの概略図す。 基板上のパターニングされた領域を露光するための例示的なステップを示す。 基板全体に高次のディストーションパターンを引き起こす局所的なフィールド内応力の例を概略的に示す。 処理されたウェハの高次のフィールド間ＩＰＤが、処理されたウェハの測定されたＩＰＤから各フィールドの平均ＩＰＤを差し引くことによって決定され得ることを概略的に示す。 ＩＰＤ及びＯＰＤを決定するためのＦＥＭにおける一定のトップフィルムひずみ及び線形トップフィルムひずみの使用を概略的に示す。 基板全体のＩＰＤを決定するための方法を示すフロー図である。

一般に、本明細書に開示されるのは、基板全体のＩＰＤを決定するための方法及び装置である。例示的な構成では、これは、フィールド全体の局所応力分布を指定するフィールド内（又は領域内）応力データを決定し、そのフィールド内応力データに基づいて、フィールド全体の応力分布を指定する、複数のフィールドのフィールド間応力データを決定することによって達成することができる。次に、フィールド間応力データに基づいてＩＰＤを決定できる。

本明細書では、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（たとえば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長）、及びＥＵＶ（例えば、約５～１００ｎｍの範囲の波長を有する極紫外線）を含むすべてのタイプの電磁放射を包含するために使用される。

本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」又は「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作成されるパターンに対応し、入射放射ビームにパターニングされた断面を与えるために使用できる一般的なパターニングデバイスを指すと広く解釈され得る。「ライトバルブ」という用語も、この文脈でも使用される。古典的なマスク（透過型又は反射型、バイナリ、位相シフト、ハイブリッドなど）に加えて、他のそのようなパターニングデバイスの例には、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤアレイが含まれる。

図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示している。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射、ＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調整するように構成された照射システム（例えば、照射器とも呼ばれる）ＩＬと、パターニング装置（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装置ＭＡを正確に配置するように構成された第１のポジショナーＰＭに接続されたマスクサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板Ｗ（例えばレジストコートされたウェハ）を支持すりょうに構成され、特定のパラメータに従って基板支持体を正確に配置するように構成された第２のポジショナーＰＷに接続された基板サポートＷＴと、パターニング装置ＭＡによって放射線ビームＢに与えられたパターンをターゲット部分Ｃ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。

動作中、照射システムＩＬは、ビームデリバリーシステムＢＤを介して放射線源ＳＯから放射線ビームを受け取る。照射システムＩＬは、放射を方向付け、成形、及び／又は制御するために、屈折、反射、磁気、電磁、静電、及び／又は他のタイプの光学コンポーネント、又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み得る。照射器ＩＬは、パターン形成装置ＭＡの平面での断面において所望の空間的及び角度的強度分布を有するように放射線ビームＢを調整するために使用され得る。

本明細書で使用される「投影システム」ＰＳという用語は、使用されている放射線、及び／又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因のため露光に適切な、屈折、反射、反射屈折、アナモルフォーシス、磁気、電磁及び／又は静電光学システム、又はそれらの任意の組み合わせを含む様々なタイプの投影システムを包含すると広く解釈されるべきである。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用は、より一般的な用語「投影システム」ＰＳと同義であると見なされ得る。

リソグラフィ装置ＬＡは、液浸リソグラフィとも呼ばれる、基板の少なくとも一部が投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を満たすように、比較的高い屈折率を有する液体、例えば、水によって覆われ得るタイプのものであり得る。液浸技術の詳細は、ＵＳ６９５２２５３に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。

リソグラフィ装置ＬＡはまた、２つ以上の基板支持体ＷＴ（「デュアルステージ」とも呼ばれる）を有するタイプのものであり得る。そのような「多段」機械では、基板サポートＷＴを並行して使用することができ、及び／又は基板Ｗのその後の露光の準備におけるステップを、基板支持体ＷＴの一方に配置された基板Ｗ上で実行することができる。他の基板サポートＷＴ上の基板Ｗは、他の基板Ｗ上のパターンを露光するために使用されている。

基板サポートＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは、測定ステージを含み得る。測定ステージは、センサ及び／又は洗浄装置を保持するように構成されている。センサは、投影システムＰＳの特性又は放射ビームＢの特性を測定するように配置することができる。測定ステージは、複数のセンサを保持することができる。洗浄装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば、投影システムＰＳの一部又は液浸液を提供するシステムの一部を洗浄するように構成することができる。測定ステージは、基板サポートＷＴが投影システムＰＳから離れているときに、投影システムＰＳの下に移動することができる。

動作中、放射線ビームＢは、パターニング装置（例えばマスクサポートＭＴで保持されているマスク）に入射し、パターニング装置ＭＡ上に存在するパターン（デザインレイアウト）によってパターニングされる。マスクＭＡを通過した後、放射線ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。基板サポートＷＴは、第２のポジショナーＰＷ及び位置測定システムＩＦの助けを借りて、例えば、集束され整列された位置で放射線ビームＢの経路内の異なるターゲット部分Ｃを配置するように、正確に移動するように基板はＷＴを支持する。同様に、第１のポジショナーＰＭ及び場合によっては別の位置センサー（図１には明示的に示されていない）を使用して、放射線ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に配置することができる。パターニングデバイス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される。図示の基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は専用のターゲット部分を占めるが、それらはターゲット部分の間の空間に配置され得る。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、これらがターゲット部分Ｃの間に配置されている場合、スクライブレーンアライメントマークとして知られている。

図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセル又は（リソ）クラスタとも呼ばれるリソグラフィセルＬＣの一部を形成することができ、基板Ｗ上で露光前及び露光後プロセスを実行する装置も含むことが多い。従来、これらには、レジスト層を堆積するためのスピンコーターＳＣ、露光されたレジストを開発するための現像剤ＤＥ、チルプレートＣＨ及びベークプレートＢＫ、基板の温度を調整するためのＷ（例えばレジスト層のコンディショニング溶剤用）が含まれる。基板ハンドラ、又はロボットＲＯは、入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から基板Ｗをピックアップし、それらを異なるプロセス装置間で移動し、基板Ｗをリソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢに送る。リソセル内のデバイスは、まとめてトラックとも呼ばれることが多く、通常、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、例えばリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵ経由でリソグラフィ装置ＬＡを制御する監視制御システムＳＣＳによって制御できる。

リソグラフィ装置ＬＡによって露光された基板Ｗが正しくかつ一貫して露光されるために、基板を検査して、後続の層間のオーバーレイエラー、線の太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）などのパターニングされた構造の特性を測定することが望ましい。この目的のために、検査ツール（図示せず）がリソセルＬＣに含まれ得る。エラーが検出された場合、特に、同じバッチ又はロットの他の基板Ｗが検査される前に検査が行われる場合は、後続の露光又は処理されていない基板の露光又は基板Ｗで実行される他の処理ステップに調整を加えることができる。

メトトロジツールとも呼ばれる検査装置を使用して、基板Ｗの特性、特に、異なる基板Ｗの特性がレイヤー毎にどのように変化するか、又は同じ基板Ｗの異なる層に関連する特性がどのように変化するかを決定する。あるいは、検査装置は、基板Ｗ上の欠陥を識別するように構築され、例えば、リソセルＬＣの一部であり得るか、又はリソグラフィ装置ＬＡに統合され得るか、又はスタンドアロンデバイスでさえあり得る。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層の画像）、又は半潜像（露光後のベークステップＰＥＢ後のレジスト層の画像）、若しくは現像されたレジスト、又は画像（レジストの露出部分又は非露出部分が除去されている）、又はエッチングされた画像（エッチングなどのパターン転写ステップ後）の特性を測定することができる。

通常、リソグラフィ装置ＬＡにおけるパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造の寸法決定及び配置の高精度を必要とする処理における最も重要なステップの１つである。この高精度を確実にするために、３つのシステムを、図３に概略的に示されているようないわゆる「全体的な」制御環境として組み合わせることができる。これらのシステムの１つは、メトトロジツールＭＴ（第２のシステム）及びコンピュータシステムＣＬ（第３のシステム）に（仮想的に）接続されているリソグラフィ装置ＬＡである。このような「全体的な」環境の鍵は、これら３つのシステム間の連携を最適化して、プロセスウィンドウ全体を強化し、厳密な制御ループを提供して、リソグラフィ装置ＬＡによって実行されるパターニングがプロセスウィンドウ内にとどまるようにすることである。プロセスウィンドウは、特定の製造プロセスが定義された結果（機能的な半導体デバイスなど）を生成するプロセスパラメータの範囲（たとえば、線量、フォーカス、オーバーレイ）を定義し、通常、その範囲内で、リソグラフィプロセス又はパターニングプロセスのプロセスパラメータの変化が許可される。

コンピュータシステムＣＬは、パターニングされる設計レイアウト（の一部）を使用して、使用する解像度向上技術を予測し、計算リソグラフィシミュレーションおよび計算を実行して、どのマスクレイアウト及びリソグラフィ装置設定が、パターニングプロセス（図３では、最初のスケールのＳＣＩの二重矢印で示されてる）の最大の全体的なプロセスウィンドウを達成するかを決定することができる。典型的には、解像度向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニングの可能性に一致するように配置されている。コンピュータシステムＣＬを使用して、プロセスウィンドウ内のリソグラフィ装置ＬＡが現在動作している場所を検出して（例えば、メトトロジツールＭＥＴからの入力を使用して）、例えば、最適ではない処理（図３では、２番目のスケールＳＣ２の「０」を指す矢印で示される）欠陥が存在する可能性があるかどうかを予測することもできる。

メトトロジツールＭＥＴは、正確なシミュレーションおよび予測を可能にするためにコンピュータシステムＣＬに入力を提供し、そして可能性のあるドリフト、例えばリソグラフィ装置ＬＡのキャリブレーションステータス（図３では、３番目のスケールＳＣ３の複数の矢印で示されている）を識別するためにリソグラフィ装置ＬＡにフィードバックを提供することができる。

図４は、図１のデュアルステージ装置において、基板Ｗ上のパターニングされた領域（例えば、ダイ）を露光するための例示的なステップを示している。最初に、従来の方法に従ったプロセスについて説明する。本開示は、例示されたタイプのデュアルステージ装置に限定されるものではない。当業者には、同様の操作が他のタイプのリソグラフィ装置、例えば、単一の基板ステージ及びドッキングメトトロジステージを有するもので実行できることが理解できるであろう。

点線のボックス内の左側は、測定ステーションＭＥＡで実行されたステップであり、右側は、露光ステーションＥＸＰで実行されたステップを示している。時々、基板テーブルＷＴは露光ステーション又は測定ステーションにある。露光ステーションと測定ステーションは同じ場所に配置することができる。例示的な配置では、２つのウェハテーブルがあり、それぞれが基板Ｗ及びＷ’を運ぶ。この説明の目的のために、基板Ｗが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で、第２の基板Ｗ’が、示されていない機構によって装置にロードされる。これらの２つの基板は、リソグラフィ装置のスループットを向上させるために並行して処理される。

最初に新しくロードされた基板Ｗ’を参照すると、これは、装置内での最初の露光のために新しいフォトレジストで準備された、以前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、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つのステップにすぎないので、基板Ｗ’は、この装置及び／又は他のリソグラフィ装置をすでに数回通過しており、これから実施される処理があるかもしれない。特にオーバーレイ性能を改善する問題の場合、タスクは、パターニングと処理の１つ以上のサイクルがすでに行われている基板上の正確に正しい位置に新しいパターンが適用されることを保証することである。各パターニングステップは、適用されたパターンに位置のずれをもたらす可能性があるが、後続の処理ステップは、満足のいくオーバーレイ性能を達成するために、基板及び／又は基板に適用されたパターンにＩＰＤなどのディストーションを徐々にもたらす。

前の及び／又は後続のパターニングステップは、今述べたように、他のリソグラフィ装置で実行することができ、異なるタイプのリソグラフィ装置でさえ実行することができる。例えば、解像度やオーバーレイなどのパラメータが非常に要求されるデバイス製造プロセスの一部の層は、要求が少ない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行できる。したがって、一部の層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光され、他の層は「ドライ」ツールで露光される場合がある。一部の層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光される場合があり、他の層はＥＵＶ波長放射を使用して露光されことがある。いくつかの層は、図示されたリソグラフィ装置での露光の代替又は補足であるステップによってパターニングされ得る。そのような代替の補足的な技術には、例えば、インプリントリソグラフィ、自己整合多重パターニング、及び方向付けられた自己組織化が含まれる。同様に、層ごとに実行される他の処理ステップ（例えば、ＣＭＰ及びエッチング）は、層ごとに異なる装置で実行され得る。

２０２において、基板マークＰ１等及び画像センサ（図示せず）を使用するアライメント測定が、基板テーブルＷＴに対する基板のアライメント測定及び記録するために使用される。さらに、基板Ｗ’全体のいくつかのアライメントマークは、アライメントセンサＡＳを使用して測定される。これらの測定値は、一実施形態では、基板モデル（「ウェハグリッド」と呼ばれることもある）を確立するために使用され、公称長方形グリッドに対する歪みを含む、基板全体のマークの分布を非常に正確にマッピングする。

ステップ２０４において、Ｘ－Ｙ位置に対するウェハ高さ（Ｚ）のマップなどの幾何学的特性が、レベルセンサＬＳを使用して測定される。主に、高さマップは、露光したパターンの正確な焦点合わせを実現するためにのみ使用される。さらに、他の目的に使用してもよい。

基板Ｗ’がロードされると、実行される露光、並びにウェハの特性及び以前に作成された及びその上で作成されるパターンも定義されたレシピデータ２０６を受信する。基板上にアライメントマークの選択肢があり、アライメントセンサの設定の選択肢がある場合、これらの選択は、レシピデータ２０６の中のアライメントレシピで定義される。したがって、アライメントレシピは、アライメントマークの位置を測定する方法と、どのマークを測定するかを定義する。

２１０で、ウェハＷ’とＷが交換され、その結果、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。ステップ２１２において、レチクルのアライメントが、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を使用して実行される。ステップ２１４、２１６、２１８において、走査運動及び放射パルスは、いくつかのパターンの露光を完了するために、基板Ｗを横切る連続するターゲット位置に適用される。

露光ステップの実行において測定ステーションで得ら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り、これらのパターンは、所望の位置に関して、特に、同じ基板上に以前に配置されたフィーチャに関して正確に位置合わせされる。ここでＷ”とラベル付けされた露光された基板は、ステップ２２０で装置からアンロードされ、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。

基板のディストーションは、リソグラフィプロセスのオーバーレイ性能に影響を与える可能性がある。基板のディストーションは、基板の熱処理（レーザーアニーリングなど）又は応力がかかった薄膜の堆積から生じる可能性がある。オフラインメトトロジツールで測定できる自由形状の基板形状は、このディストーションの結果として変化する可能性がる。大量生産で観察される可能性のある典型的な形状は、ボウル（凹面）、傘（凸面）、及びサドルの形状である。これらの形状からの逸脱は、より高次の面内ディストーションをもたらす。ほとんどの場合、これらの面内ディストーションは、（例えば）高次ウェーハアライメント（ＨＯＷＡ）モデルなどの既存のアライメントモデルでキャプチャできる、ゆっくりと空間的に変化する関数である。別のアプローチは、自由形式の基板形状測定を使用することである。自由形状の基板形状とクランプ後の面内ディストーションの関係がわかっているか、モデル化できる場合は、オーバーレイのパフォーマンスを向上させるために予測（及び修正）を行うことができる。

応力分布が基板位置の関数として変化する場合、又は応力層が基板の裏側にも堆積する場合、面内ディストーションの予測はより困難になる。特定の例として、（例えば、窒化ケイ素の）不均一な応力が加えられた薄膜層が、基板の表面及び裏面の両方に堆積され得る。これらのフィルムは、自由形状の基板形状が平坦なままであるように十分に類似している可能性がある。このような場合、自由形状の基板形状測定から面内ディストーションを予測することはできない。また、応力分布が高すぎて適切にキャプチャできない、及び／又は鋭い遷移がある可能性があるため、適切なアライメントモデルを使用して面内ディストーションをキャプチャすることも困難である。これは、基板上にパターニングされたフィールドとパターニングされていない（エッジなど）フィールドの両方がある場合に発生する可能性がある。さらに、処理フィンガープリントは、例えば、アライメントマークの変形のために、ストレスフィンガープリントと競合する可能性がある。

本発明者らは、局所的なフィールド内応力が、基板全体に高次のディストーションパターンを引き起こす可能性があることを理解している。具体的には、フィールド内応力により、基板全体で高次のＩＰＤが発生する可能性がある。

加工による自由形状ウェハ形状の変化（面外偏差）を図５に示す。半導体ウェハなどの基板３００には、アライメントマークがエッチングされている。ウェハは、ウェハ形状測定ツールで読み取られ、ＯＰＤウェハ形状３０２（グレーレベルは、公称値からのウェハ表面の偏差を示す）を決定する。この場合、ウェハの直径は３００ｍｍであるため、Ｘ、Ｙ座標は－１５０～＋１５０ｍｍの範囲でスケーリングされる（図５を参照）。ウェハ３００上にディストーションパターンを作成するために、応力がかかった窒化物層がウェハ上に堆積され、各フィールドから再び部分的にエッチングされて、窒化物で覆われた複数の領域３０６を含む処理されたウェハ３０４を生成し、これは局所的な内部応力をもたらす。さらに、ウェハ形状に対する応力層の衝撃３１０が図５に示されている。処理されたウェハ３０４は、ＯＰＤウェハ形状３０８を決定するために、ウェハ形状測定ツールで再び読み取られる。処理された誘導ウェハＯＰＤ変形３１０は、未処理のＯＰＤウェハ形状３０２から処理されたＯＰＤウェハ形状３０８を差し引くことによって分離することができる。

高次のフィールド間ＩＰＤに起因する、処理されたウェハ３０４の結果として生じるＩＰＤ４００が図６に示されている。図６に示されるように、処理されたウェハ３０４のより高次のフィールド間ＩＰＤ４００は、処理されたウェハ４００の測定されたＩＰＤ４０４から各フィールドの平均ＩＰＤ４０２を差し引くことによって決定され得る。窒化物の堆積及び各フィールドからの部分的な除去に起因する、処理されたウェハ３０４の測定されたＩＰＤ４０４は、重要なフィールド内成分を含む。平均フィールドのＩＰＤ４０２が測定されたＩＰＤ４０４から削除された場合でも、図６の右側のウェーハプロットに明確に示されているように、かなり高次のフィールド間ＩＰＤパターン４００が残っている。高次のフィールド間ＩＰＤパターンは、主にウェーハエッジに向かって現れる。しかしながら、３時４０６及び９時４０８の位置では、より高次のフィールド間ＩＰＤもまた、内側のウェハ領域において重要である。シミュレーションにより、高次のフィールド間ディストーションパターンが実際にフィールド内応力パターンによって導入されることが確認されている。有限要素法（ＦＥＭ）を使用して、ウェハ上部に窒化物の均一なストライプを仮定することにより、高次のフィールド間ＩＰＤを計算し、測定と同様のパターンを示した。

既知の配置では、事前定義された多項式トップフィルムひずみのセットについて、ＯＰＤ（フリーフォーム基板形状）及びチャッキング後のＩＰＤは、有限要素法（ＦＥＭ）を使用して決定される。例えば、そして図７に示されるように、一定のトップフィルムひずみ５００及び線形トップフィルムひずみ５０２が、必要に応じて、他の事前定義されたトップフィルムひずみと同様に使用され得る。これにより、このような基板形状をチャックするときに、ＯＰＤ及び対応するＩＰＤのライブラリが作成される。ライブラリの作成は１回だけ行う必要がある。

ライブラリが作成された後、基板のＯＰＤ形状が測定され、ライブラリ内の事前定義されたトップフィルム多項式ひずみからＯＰＤに適合される。例示的な構成では、適合は、ライブラリからの複数の重み付けされたＯＰＤを含み得る。適合重みを係数として使用して、上部のフィルムひずみを再構築できる。

トップフィルムひずみがわかっている場合、同じ係数で重み付けされた各多項式の予ひずみに対応するＩＰＤを合計することにより、同じ係数を使用して、チャッキング後に得られるＩＰＤを構築できる。

基板の形状とトップフィルムのひずみの間に独自の関係を持たせるために、トップフィルムのひずみは等方的な熱変形の構造を持っていると仮定する（ｓｔｒａｉｎ＿ｘ＝ｓｔｒａｉｎ＿ｙ、せん断なし）。

この方法論は、ウェハ形状からＩＰＤを予測するために使用できる。ただし、フィールド内応力によって引き起こされるフィールド間ディストーションの場合のように、自由形状ウェハ形状の２次残差が非常に高次である場合、この方法は実際には実行可能ではない。

図８に、基板全体のＩＰＤを決定する方法のフロー図を示す。基板は、複数のパターニングされた領域（又はダイ又はフィールド）を含む。

フィールド内応力パターンが最初に決定され、これは、複数のパターニングされた領域のうちの少なくとも１つ内の局所的な応力パターンを指定する。１つの例示的な構成では、フィールド内応力パターンは、基板のＯＰＤ形状などの幾何学的特性に基づいて決定することができる。すなわち、測定は、基板の高さプロファイルを決定するために行われ得る（６００）。基板の高さプロファイルの二次導関数は、基板上の応力の分布に比例して決定され得る（６０２）。これに続いて、複数のパターニングされた領域のそれぞれにわたる平均二次導関数は、高さプロファイルの二次導関数に基づいて決定され得る（６０４）。平均二次導関数は、パターニングされた各領域のフィールド内応力パターンの推定値である。

高さプロファイルの平均二次導関数は、複数のパターニングされた領域のうちの２つ以上に割り当てられる（６０６）。

フィールド内応力を示す、パターニングされた領域に割り当てられた平均二次導関数を使用して、有限要素法を使用して、基板のＩＰＤ及びＯＰＤを決定する（６０８）。決定されたＩＰＤには、フィールド内ＩＰＤと上記の高次フィールド間ＩＰＤの両方が含まれる。

フィールド内ＩＰＤ及びより高次のフィールド間ＩＰＤの両方を含む基板の決定されたＩＰＤ及びＯＰＤは、ＯＰＤ基板形状に基づくＩＰＤの決定のために上記のライブラリに追加される。

フィールド内応力に関連するＩＰＤ及びＯＰＤをライブラリに追加することにより、フィールド内応力によって誘発されるＩＰＤ（フィールド間）が非常に高次である場合にも、基板形状ベースのＩＰＤ予測を有効にできる。

他の例示的な構成では、フィールド内データは、パターニングされた領域に関連付けられたレイアウトデータから推測することができる。レイアウトデータは、フィールドレイアウト、ダイレイアウト、チップレイアウト、又はレチクルレイアウトの１つ又は複数に基づいて決定できる。あるいは、又はさらに、フィールド内応力データは、基板の材料特性及び／又は基板上に作製され、パターニングされた領域のパターンを形成するフィーチャの材料特性に基づいて決定され得る。あるいは、又はさらに、フィールド内応力データは、パターンの少なくとも一部を形成するフィーチャのスタックに関連するデータに基づいて決定され得る。あるいは、又はさらに、フィールド内応力データは、パターンの少なくとも一部を形成する１つ又は複数のフィーチャの面内変位の測定に基づいて決定され得る。

レイアウト及び／又は材料特性に基づいて、フィールド内応力データは、当業者によって理解されるであろうモデリングに基づいて決定され得る。

本発明のさらなる実施形態は、以下の番号が付けられた実施形態のリストに開示されている。

１．複数のパターニングされた領域を含む基板全体の面内ディストーション（ＩＰＤ）を決定するための方法であって、
複数のパターニングされた領域のうちの１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得し、
領域内データに基づいて、基板全体の全体的な応力分布を示す領域間データを決定し、
領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定する方法。
２．基板の１つ又は複数の幾何学的特性の測定に基づいて領域内データを取得することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
３．測定された１つ又は複数の幾何学的特性が、基板の面外形状を含む、実施形態２に記載の方法。
４．領域内データを取得することは、測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することをさらに含む、実施形態２又は３に記載の方法。
５．測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することは、特定の面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定すること、及び／又は、２つの非平行な面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性に沿った、測定された混合二次導関数を決定することを含む、実施形態４に記載の方法。
６．領域内データを取得することは、複数のパターニングされた領域にわたって決定された二次導関数を平均化することをさらに含む、実施形態４又は５に記載の方法。
７．パターニングされた領域内のパターンのレイアウトに基づいて領域内データが取得される、任意の先行する実施形態による方法。
８．パターンのレイアウトが、フィールドレイアウト、ダイレイアウト、チップレイアウト、及びレチクルレイアウトのうちの１つ又は複数に基づいて決定される、実施形態７に記載の方法。
９．領域内データが、基板に関連する材料特性及び／又はパターンのフィーチャに基づいて取得される、実施形態７又は８に記載の方法。
１０．パターンの少なくとも一部を形成するフィーチャのスタックに関連するデータに基づいて領域内データが取得される、実施形態７から９の何れかに記載の方法。
１１．パターンの少なくとも一部を形成する１つ又は複数のフィーチャの面内変位の測定に基づいて領域内データが取得される、実施形態７から１０の何れかに記載の方法。
１２．有限要素法を使用して、領域内データに基づいて領域間データが決定される、先行する実施形態の何れかに記載の方法。
１３．有限要素法を使用して、領域内データに基づいて面外ディストーション（ＯＰＤ）及びＩＰＤを決定することをさらに含む、実施形態１２に記載の方法。
１４． 有限要素法の結果に基づいて決定されたＯＰＤ及びＩＰＤを、一組の事前定義されたトップフィルム応力に対するＩＰＤに対する複数のＯＰＤを含むライブラリに追加することをさらに含む、実施形態１３に記載の方法。
１５．さらなる基板の１つ又は複数の幾何学的特性、及びライブラリ内のＯＰＤ及びＩＰＤの測定に基づいて、さらなる基板のＩＰＤを決定することをさらに含む、実施形態１４による方法。
１６．さらなる基板の１つ又は複数の幾何学的特性が、さらなる基板のＯＰＤ形状を含み、
さらなる基板のＩＰＤを決定することは、さらなる基板のＯＰＤ形状をライブラリ内の複数のＯＰＤのうちの１つ以上に適合させること、及び複数のＯＰＤのうちの１つ以上に対応するＩＰＤに基づいてＩＰＤを決定することを含む、実施形態１５に記載の方法。
１７．さらなる基板のＩＰＤを決定することは、さらなる基板のＯＰＤ形状をライブラリ内の複数のＯＰＤに適合させることを含み、複数のＯＰＤのそれぞれは、適合において重み付けされ、
ＩＰＤを決定することは、複数のＯＰＤの重みに基づいて重み付けされた、フィット内の複数のＯＰＤに対応するＩＰＤを合計することを含む、実施形態１６に記載の方法。
１８．決定されたＩＰＤに基づいてリソグラフィ装置に補正を適用することと、及び決定されたＩＰＤに基づいてリソグラフィ装置内の基板のアライメントを制御することの１つ又は両方をさらに含む、任意の先行する実施形態による方法。
１９．領域が、半導体ウェハ上に作製されたフィールド又はダイを含む、先行する実施形態による方法。
２０．少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、少なくとも１つのプロセッサに装置を制御させて、実施形態１から１９の何れかよる方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム。
２１．実施形態２０のコンピュータプログラムが収容されたキャリアであって、キャリアが電子信号、光信号、無線信号、又は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体のうちの１つである、キャリア。
２２．複数のパターニングされた領域を含む基板の面内歪み（ＩＰＤ）を決定するための装置であって、
基板上の複数のパターニングされた領域のうちの１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得し、
領域内データに基づいて、複数の基板にわたる応力分布を示す領域間データを決定し、
領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定する装置。
２３．実施形態２２による装置を含むリソグラフィ装置。
２４．実施形態２３によるリソグラフィ装置を含むリソグラフィセル。

本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的に言及するが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は他の用途を有し得ることを理解すべきである。考えられる他のアプリケーションには、統合光学システム、磁区メモリの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が含まれる。

本明細書では、リソグラフィ装置の文脈で本発明の実施形態を具体的に参照することができるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用することができる。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトトロジ装置、若しくはウェハ（若しくは他の基板）又はマスク（若しくは他のパターニング装置）などの物体を測定又は処理する任意の装置の一部を形成することができる。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれることがある。そのようなリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を使用することができる。

光リソグラフィの文脈における本発明の実施形態の使用について上記で特定の言及がなされたが、文脈が許す場合、本発明は光リソグラフィに限定されず、例えばインプリントリソグラフィのような他の用途で使用され得ることが理解されよう。

当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を想定することができるであろう。

Claims (15)

1. 複数のパターニングされた領域を含む基板全体の面内ディストーション（ＩＰＤ）を決定するための方法であって、
   複数のパターニングされた領域のうちの少なくとも１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得し、
   複数のパターニングされた領域のうちの少なくとも２つのパターニングされた領域に領域内データを割り当て、
   少なくとも２つのパターニングされた領域に割り当てられた領域内データに基づいて、基板全体の全体的な応力分布を示す領域間データを決定し、
   領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定する方法。
2. 基板の１つ又は複数の幾何学的特性の測定に基づいて領域内データを取得することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 測定された１つ又は複数の幾何学的特性が、基板の面外形状を含む、請求項２に記載の方法。
4. 領域内データを取得することは、測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
5. 測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定することは、特定の面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性の二次導関数を決定すること、及び／又は、２つの非平行な面内方向に沿って測定された１つ又は複数の幾何学的特性の混合二次導関数を決定することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 領域内データを取得することは、複数のパターニングされた領域にわたって決定された二次導関数を平均化することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. パターニングされた領域内のパターンのレイアウトに基づいて領域内データが取得される、請求項１に記載の方法。
8. パターンのレイアウトが、フィールドレイアウト、ダイレイアウト、チップレイアウト、及びレチクルレイアウトのうちの１つ又は複数に基づいて決定される、請求項７に記載の方法。
9. 領域内データが、基板及び／又はパターンのフィーチャに関連する材料特性に基づいて取得される、請求項７に記載の方法。
10. パターンの少なくとも一部を形成するフィーチャのスタックに関連するデータに基づいて領域内データが取得される、請求項７に記載の方法。
11. パターンの少なくとも一部を形成する１つ又は複数のフィーチャの面内変位の測定に基づいて領域内データが取得される、請求項７に記載の方法。
12. 有限要素法を使用して、少なくとも２つのパターニングされた領域に割り当てられた領域内データに基づいて領域間データが決定される、請求項１に記載の方法。
13. 有限要素法を使用して、少なくとも２つのパターニングされた領域に割り当てられた領域内データに基づいて面外ディストーション（ＯＰＤ）及びＩＰＤを決定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 複数のパターニングされた領域を有する基板全体の面内ディストーション（ＩＰＤ）を決定するためのコンピュータプログラムであって、
    少なくとも１つのプロセッサにより実行されたときに少なくとも１つのプロセッサに：
    複数のパターニングされた領域のうちの少なくとも１つにわたる局所的な応力分布を示す領域内データを取得させ、
    複数のパターニングされた領域のうちの少なくとも２つのパターニングされた領域に領域内データを割り当てさせ、
    少なくとも２つのパターニングされた領域に割り当てられた領域内データに基づいて、基板全体の全体的な応力分布を示す領域間データを決定させ、
    領域間データに基づいて、基板全体のＩＰＤを決定させる指令を含むコンピュータプログラム。
15. 少なくとも２つのパターニングされた領域に割り当てられた領域内データに基づいて領域間データを決定させることは、有限要素法に基づく、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。

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