JP4563923B2 - 位置合わせ方式最適化方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ製造プロセスで基板を処理する最適な位置合わせ方式を発見するための位置合わせ方式最適化方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標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）の製造において使用可能である。このような場合、代替的に「マスク」または「レチクル」とも呼ばれるリソグラフィパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができ、このパターンを、放射線感光原料（つまりレジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイの一部を含む）に描像することができる。

一般的に、１枚の基板は、順次照射される近接目標部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、パターン全体を目標部分に１回露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパを含むが、いわゆるスキャナでは、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される。

製造プロセス中には、パターン形成した幾つかの層を基板上に生成することができる。オペレーティングデバイスを生成するか、最適な性能を提供するためには、相互の頂部に位置決めされる層のパターンを、相互に対して十分に位置合わせすることが望ましく、場合によっては必要である。このような状態は、基板をマスクおよび投影ビームに対して正確に位置決めすることによって達成することができる。まず、パターニング構造の鮮明な像を獲得するためには、基板がパターン形成したビームの焦点面にあることが望ましいか、必要である（「集束およびレベリング」として知られるプロセス）。これは、Ｚ−方向に関連する。

第二に、様々な層を相互の頂部にて正確に位置決めするために、Ｚ方向に対して直角の方向、つまりＸ方向およびＹ方向で基板の位置を正確に設定することが望ましいか、必要である（「位置合わせ」として知られるプロセス）。正確な位置合わせは一般的に、基板を保持する基板テーブルに対する基板の位置を正確に決定し、マスクおよび投影ビームに対する基板テーブルの位置を決定することによって実行される。位置合わせは、例えば、米国特許第６，２９７，８７６号に記載されているように、位置合わせシステムを使用して実行する。

位置合わせは、基板上の位置合わせマーカの位置を発見するように配置構成された位置合わせシステムを使用することによって実行される。位置合わせシステムの性能は、オーバレイの正確さに非常に影響を及ぼすリソグラフィシステムの要素の一つである。位置合わせ中に、基板上の複数のマークを測定して、座標系を獲得する。幾つかの先進のＩＣプロセッサは、位置合わせマークの幾何学的形状を変更するが、これは座標系との妥協となる。ＡＳＭＬのＡＴＨＥＮＡ（商標）位相格子位置合わせシステムは、二重波長で動作し、最大７回折次数までを同時に検出するので、最も先進のＩＣプロセスに対応する広範な作動の柔軟性を提供する。ＡＴＨＥＮＡ位置合わせセンサシステムおよびその基本的作動のさらに包括的な概観が、Ｆ．Ｂｏｒｎｅｂｒｏｅｋその他の「Ｏｖｅｒｌａｙ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｖｏｌ．４０００（２０００）ｐｐ．５２０−５３１）で提供されているので、詳細についてはこれを参照されたい。ＡＴＨＥＮＡシステムは、最適な位置合わせ方式を適用する際に高度の柔軟性を提供する。Ｐ．Ｈｉｎｎｅｎその他の「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｖｅｒｌａｙ」（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｖｏｌ．４３４４（２００１）ｐｐ．１１４−１２５）を参照のこと。

回折パターン（例えば位置合わせマークに投影される位置合わせビームによって生成される）は、幾つかの回折次数を有し、幾つかの（例えば７）回折次数を測定することができる。各回折次数は、位置合わせマークの位置情報を有する。多くの場合、位置合わせマークの位置は、１つの回折次数で決定した位置に基づいて判断することができるが、より多くの回折次数を考慮すると、さらに正確な結果を獲得することができる。

基板の位置は、平行移動Ｔ、回転Ｒ、および倍率Ｍのようなウェハモデルパラメータによって表現することができる。平行移動は、Ｘ方向Ｔｘおよび／またはＹ方向Ｔｙでよい。回転は、ｚ軸を中心とするｘ軸の回転Ｒｚｘおよび／またはｚ軸を中心とするｙ軸の回転Ｒｚｙでよい。倍率は、Ｍ方向Ｍｘおよび／またはＹ方向でよい。ウェハモデルパラメータ（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｒｚｘ、Ｒｚｙ、Ｍｘ、Ｍｙ）を使用して、回折次数の測定位置に基づいて基板の位置、倍率および／または方向を計算することができる。ウェハモデルパラメータを使用して、最適な位置合わせ方式を発見することができる。

位置合わせ方式は、マークのタイプおよび位置の選択、さらに使用すべき解説次数および波長の選択で構成することができる。適切な選択手順が、環境（つまり研究または生産）に応じて選択される。任意の位置合わせ方式で、リソグラフィプロセス中に波長の選択を自動化することが可能である。マークごとに、各回折次数の信号強度に基づいて最適な波長を選択する。

最適な方式を選択することは、最適なオーバレイを獲得する際に重要である。様々な用途に適合するために、位置合わせ方式を選択する様々な手順が開発されている。用途に応じて、最終的な方式を決定する包括的技術、または高速で適切な方式最適化技術が推奨される。位置合わせ方式を選択するこれらの手順は、可能な位置合わせ方式ごとに「オーバレイ指標」を計算する。指標が最低となる方式が推奨される。基板のバッチにわたって、プロセスから誘発されるオーバレイの変動が最小になることに対応するからである。オーバレイ指標は、バッチ全体で一定である処理の効果には反応しない。生産中には、プロセス補正を使用して、これらの効果を補正するからである。

位置合わせ方式を選択するために、複数の位置合わせマークのタイプを測定する。各測定では、７つの異なる次数から２つの波長で１４の位置が与えられる。位置合わせ方式を選択するための様々な手順が知られている。例えば、オーバレイ計量ツールフィードバック（ＯＶＦＢ）手順である。この手順では、複数の基板上にある複数の処理済みマークをプロセスフリー座標系で測定する。オーバレイ計量ツールフィードバック分析の原理が、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄに関して説明されている。この例では、単純にするためにＹ方向のみ検討する。

図１Ａは、第一マークタイプの４つの位置合わせマーク２、３、４、５、および第二マークタイプの４つの位置合わせマーク６、７、８、９を有する基板１を示す。生産中に、基板１露光時の位置合わせに位置合わせマーク２、３、４、５を使用する。図１Ａのベクトルは、活性（つまり使用されている）格子に対する位置合わせマーク２、３、４、５の相対的位置を示す。また、第二マークタイプの位置合わせマーク６、７、８、９も測定する。基板１を現像し、オフラインの計量ツールでオーバレイを測定する。

図１Ｂは、基板１および４つのオーバレイ目標１０、１１、１２、１３をまとめて示し、ベクトルは測定されたオーバレイエラーを示す。１つまたは複数の（この例では１つのみの）ウェハモデルパラメータ（Ｔｙ）を決定するために、測定したオーバレイ値（つまりベクトルの長さ）にモデルを適用する。こ（れら）のウェハモデルパラメータを使用して、露光に使用する位置合わせマーク２、３、４、５、および代替位置合わせマーク６、７、８、９の位置合わせエラーを計算する（図１Ｃのベクトル参照）。

図１Ｃの位置合わせエラーに基づいてマークのタイプを選択する。この選択は様々な方法で実行することができる。例えば以下で説明するように、「オーバレイ性能指標」（ＯＰＩ）の値を使用してもよい。あるいは、図１Ｃの位置合わせエラーを使用して、位置合わせマークの切り換え時に可能なオーバレイを計算し、次にオーバレイが最低となるマークのタイプを選択する。この例では、第一マークタイプの位置合わせマーク２、３、４、５から第二マークタイプの位置合わせマーク６、７、８、９への使用に切り換えることができる。図１Ｄでは、その場合のオーバレイエラーがベクトルで示され、これは明らかに図１Ｃのそれより小さい。

次に、ＯＰＩの計算について検討する。最初の行為は、特定の位置合わせ方式についてウェハモデルパラメータを決定することである。バッチ平均を引く。プロセス補正がこれを補償できるからである。ＯＰＩは、平均値に、各基板に予想される最大オーバレイエラーの標準偏差の３倍を加えた値と定義される。４パラメータウェハモデルのオーバレイエラー最大予想値Ｍａｘ＿ｅｒｒは下式によって与えられる。

およびＲ＝（Ｒｚｘ＋Ｒｚｙ）／２，Ｍ＝（Ｍｘ＋Ｍｙ）／２
ここでＴｘはｘ方向での平行移動である。Ｔｙはｙ方向の平行移動であり、Ｒｚｘはｚ軸を中心とするｘ軸の回転、Ｒｚｙはｚ軸を中心とするｙ軸の回転、Ｍｘはｘ軸の方向の倍率、Ｍｙはｙ軸の方向の倍率、ｗａｆｅｒ＿ｒａｄｉｕｓは基板の半径である。
次に、ＯＰＩは次式によって与えられる。

ここでσは全基板の標準偏差である。

６パラメータモデルでは、ＯＰＩを分析的に計算することが不可能である。６パラメータのＯＰＩ値は、数値的に計算しなければならない。全方式のＯＰＩの値を計算したら、ＯＰＩが最も低い位置合わせ方式を選択する。特定の方式の結果、オーバレイが最低になると考えられるからである。

現在では、オーバレイ指標の値は１つのバッチに基づいて計算される。オーバレイ指標は、位置合わせデータに基づいて、または位置合わせデータにオーバレイデータを加えた値に基づいてもよい。両方のデータソースに基づく指標の信頼性レベルは、位置合わせデータのみに基づく指標よりはるかに高い。様々な位置合わせ方式の指標の値に基づき、今後のバッチを露光するためにどの方式を使用するかを決定する。

位置合わせ方式の最適化は、高い信頼性の値を取得するために、オフライン計量ツールで十分に測定する必要がある１つのバッチのオーバレイ指標の値を計算することによって実行される。しかし、通常の運転中は、バッチから数個の基板しか測定せず、したがって高い信頼性レベルの指標を使用できず、信頼性レベルが非常に低い代替指標を使用する。オフライン計量ツールで余分な基板を測定すると、余分な労力および時間がかかる。

オフライン計量ツールで完全なバッチを測定する必要なく、高い信頼性の値でオーバレイ指標を取得することが望ましい。

したがって、本明細書で例示され、広義に説明される本発明の原理は、リソグラフィ投影装置で基板のバッチを処理する位置合わせ方式を最適化する方法を提供する。１つの実施形態では、方法は、所定の位置合わせ方式に従って複数の基板バッチで基板を順次位置合わせして、露光することと、複数の基板バッチで各基板の位置合わせデータを決定することと、選択された基板のセットを得るために、各基板バッチから少なくとも１つの基板を選択することと、選択した各基板でオーバレイデータを決定することとを含む。方法はさらに、所定の位置合わせ方式および選択した基板のセットの位置合わせデータおよびオーバレイデータに基づいた追加の位置合わせ方式のための予め画定されたオーバレイ指標のオーバレイ指標値を計算することと、所定の位置合わせ方式および最低のオーバレイ指標値に基づいた追加の位置合わせ方式から最適の位置合わせ方式を決定することとを含む。

別の実施形態によると、基板のバッチを処理する位置合わせ方式を最適化するシステムが提供される。システムは、複数の基板バッチで基板を位置合わせし、パターンをパターニングデバイスから基板へと転送して、所定の位置合わせ方式に従って位置合わせデータを生成するように構成されたリソグラフィ投影装置と、各バッチから選択した基板のオーバレイを測定するように配置構成された計量ツールと、選択した基板のオーバレイデータを計量ツールから、および位置合わせデータをリソグラフィ投影装置から受信するように配置構成されたプロセッサとを含む。プロセッサは、所定の位置合わせ方式および位置合わせデータおよびオーバレイデータに基づいて追加の位置合わせ方式の所定のためのオーバレイ指標のオーバレイ指標値を計算し、所定の位置合わせ方式および最低のオーバレイ指標値に基づいた追加の位置合わせ方式から最適の位置合わせ方式を決定する。

さらなる実施形態では、リソグラフィ投影装置内で基板のバッチを処理する位置合わせ方式を最適化するように作動するデバイス製造方法が提供される。デバイス製造方法は、放射線のビームを調整することと、調整した放射線ビームの断面に所望のパターンを構成することと、所定の位置合わせ方式に従って、複数のバッチの基板上でパターン形成したビームを位置合わせし、投影することと、複数の基板バッチで各基板の位置合わせデータを決定することとを含む。方法は、選択した基板のセット得るために、各基板バッチから少なくとも１つの基板を選択することと、選択した各基板のオーバレイデータを決定することと、所定の位置合わせ方式および選択した基板のセットの位置合わせデータおよびオーバレイデータに基づいた追加の位置合わせ方式のための所定のオーバレイ指標のオーバレイ指標値を計算することと、所定の位置合わせ方式および最低のオーバレイ指標値に基づいた追加の位置合わせ方式から最適の位置合わせ方式を決定することとを含む。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図２Ａは、本発明の態様によりシステムで使用するような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、
放射線の投影ビームＰＢ（例えばＵＶまたはＥＵＶ放射線）を提供する照明システム（照明装置）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確にパターニングデバイスの位置決めを行う第一位置決め機構ＰＭに連結を行った第一支持構造（例えばマスクテーブル／ホルダ）ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布したウェハ）Ｗを支持し、かつ、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う第二位置決め機構ＰＷに連結を行った基板テーブル（例えばウェハテーブル／ホルダ）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に描像する投影システム（例えば反射性投影レンズ）ＰＬとを含む。

照明システムは、放射線の誘導、成形、あるいは制御を行うために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、または他のタイプの光学構成要素、またはその組み合わせなどの様々なタイプの光学構成要素を含むことができる。

支持構造は、パターニングデバイスを支持、つまりその重量を担持する。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、および他の条件、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。支持構造は、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、または他の締め付け技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するように、放射線ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る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。放射線ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが移相形態またはいわゆるアシスト形態を含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、放射線ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

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、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったような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は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを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線ビームにパターンを与える。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体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を含むさまざまな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」なる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」なる用語と同義と見なされる。

ここで示しているように、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、または反射性マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

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、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うタイプでもよい。浸漬液は、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してもよい。浸漬技術は、投影システムの開口数を増加させるために使用可能である。本明細書で使用する「浸漬」なる用語は、基板などの構造を液体に浸さなければいけ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を配置するというだけの意味である。

図２Ａを参照すると、照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線ビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがエキシマレーザである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な集光ミラーおよび／またはビーム拡大器などを含むビーム送出システムＢＤの助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調節するように構成された調節装置ＡＤを含んでよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、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、照明装置ＩＬは、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような他の様々な構成要素を含む。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有するように、放射線ビームの調整に使用することができる。

放射線ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。放射線ビームＢはマスクＭＡを通り抜けて、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＳを通過する。第二位置決め装置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性センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴは、例えば放射線ビームＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図２Ａには明示的に図示せず）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、あるいは走査中に、放射線ビーム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の運動は、第一位置決め装置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）にて行われる。同様に、基板テーブルＷＴの運動は、第二位置決め装置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することができる。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はショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２および基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板位置合わせマークは、専用の目標位置を占有するが、目標部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーン位置合わせマークと呼ばれる）。同様に、マスクＭＡに複数のダイを設ける状況では、マスク位置合わせマークをダイ間に配置してもよい。

ここに表した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。
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保たれている。そして、放射線ビームに与えたパターン全体が１回で目標部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。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ＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、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適用することができる。

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使用することができる。

図２Ｂは、本発明の実施形態によるシステムの例を示す。システムは、図示されていないパターニングデバイスからのパターンを基板に転送するように配置構成されたリソグラフィ装置３２を有する。さらに、システムはオーバレイ計量ツール３３およびプロセッサ３４を有する。

計量ツール３３は、図示されていない基板上のオーバレイを測定するように配置構成される。プロセッサ３４は、計量ツール３３からのオーバレイデータ、およびリソグラフィ投影装置３２からの位置合わせデータを受信するように配置構成される。プロセッサ３４はリソグラフィ投影装置の一部でよいが、他の構成も可能である。オーバレイデータは、プロセッサ３４がオーバレイ計量ツール３３から直接、または図示されていない別のプロセッサまたは同じプロセッサ３４にロードした添付ソフトウェアアプリケーションから受信する。システムは、他の装置および／またはアプリケーションと通信するように、コンピュータネットワーク内に配置構成することが好ましい。

製造プロセス中に、基板はボックス内でグループ分けされて、特定のバッチを形成する。バッチ中の基板は、製造プロセス全体を通してまとめた状態のままである。バッチは幾つかの製造動作を通過する。本発明にとって重要である２つの主要な製造動作は、リソグラフィ装置内のリソグラフィ露光動作と、オーバレイ検査ステーション、つまりオフライン計量ツール内のオーバレイ検査動作である。

リソグラフィ装置３２内で、バッチの個々の各基板は以下のシーケンスを辿る。
１．基板を基板テーブルＷＴ上に配置する。
２．位置合わせマークを測定して、基板をレンズＰＳの下で位置決めする。
３．基板を露光する。
４．基板をボックス内に戻す。

サブシーケンス（２）中に、複数の位置合わせマークが基板上に存在し、測定される。そのために、使用可能な全マーカのサブセットを使用することができる。次に、最小２乗最適化方法を使用して（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｒｚｘ、Ｒｚｙ、Ｍｘ、Ｍｙ）などのウェハモデルパラメータを決定するウェハモデルを使用する。ウェハの座標系を正確に決定するために、幾つかの位置合わせマークの位置データを測定する必要がある。ウェハモデルパラメータの値に基づいて、基板を再位置決めし、リソグラフィ装置の倍率を調節する。

サブシーケンス（２）中に、位置合わせマークの位置は、指定された回折次数（つまりＡＴＨＥＮＡセンサの回折次数）で測定することができるが、他の全回折次数でも測定することができる。回折次数ごとに、ウェハモデルパラメータを決定して、位置合わせレポートに記憶する。このようなレポートの単純化した例を図３で示す。明快さのために、４回折次数しか提示されていない（通常は基板ごとに７回折次数×２色を収集する）。回折次数のみを使用する代わりに、他の「位置合わせ方式」を使用してもよいことに留意されたい。

図３は、バッチ１つの幾つかの基板について、ウェハモデルパラメータ（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｒｚｘ、Ｒｚｙ、Ｍｘ、Ｍｙ）の値を有する表の例を示す。表示された値は、Ｔｘ／Ｔｙ、Ｒｚｘ／ＲｚｙおよびＭｘ／Ｍｙそれぞれでナノメートル、マイクロラジアンおよび百万分率である。ウェハモデルパラメータは、４回折次数について計算され、したがって図３の表は実際には１００のレコードを有する。表の第２列には回折次数を列挙する。１つの回折次数の結果で、基板の位置決めには十分であり、これで他の全次数の結果は、診断用にすぎない。次数の組み合わせを使用することもある。このデータファイルによって、別の回折次数を使用していた場合にリソグラフィ投影装置の調節を決定できることを留意されたい。

現在は、製造業者に対してバッチからの両方のデータファイル（位置合わせおよびオーバレイ）を提供するように要求するソフトウェアアルゴリズムを使用する。ソフトウェアは、両方のデータファイルを有すると、例えばＯＰＩ値の幾つかの計算および決定を実行する。この計算を可能にするために、製造業者は、バッチの全基板に関して計量ツールでオーバレイを検証する必要がある。これは、上述したＯＶＦＢ方法を使用すると、ＯＰＩの計算には、基板ごとに位置合わせデータおよびオーバレイデータの両方が使用可能になる必要があるからである。

図４は、位置合わせデータを図３で示したバッチに関連するウェハモデルパラメータで表したオーバレイデータの例を示す。図４の表では、幾つかの基板のデータ（つまりウェハモデルパラメータ）のみを示す。信頼性レベルが高いオーバレイ指標を使用するために、バッチの全基板をオフライン計量ツールで測定する必要がある。全ての基板を測定するのは、非常に時間がかかる。

本発明の１つの実施形態では、リソグラフィ装置内で複数のバッチを位置合わせし、処理する。この複数のバッチは、所定の数のバッチを有する。次に、オーバレイデータを決定するために、各バッチの少なくとも１つの基板を選択して、測定する。選択した基板のセットを「人工的バッチ」と呼ぶ。このバッチのセットを処理した後、人工的バッチの位置合わせデータおよびオーバレイデータを組み合わせて、１つのデータセットにする。測定時間を制限するために、バッチごとに１つまたは２つの基板のオーバレイしか測定しないことが好ましい。

図５は、人工的バッチの構成を概略的に示す。この例では、バッチのセットが５つのバッチ、つまりバッチ１００、２００、３００、４００、５００を有し、そのうち３つのみを示す。バッチ１００は基板１０１−１ｎを有し、バッチ２００は基板２０１−２ｎを有して、以下同様となる（ｎは整数で、通常は２５である）。処理した各バッチから、計量ツールでは幾つかの基板しか測定しない。この例では、常に２番目および５番目の基板である。人工的バッチ６００は、基板１０２、１０５、２０２、２０５、・・・５０２、５０５で構成される。図５を参照のこと。

使用可能な位置合わせデータから、選択した基板１０２、１０５、２０２、２０５、・・・５０２、５０５に属するデータのみを使用する。他の基板からのデータは無視される。図６は、選択した基板、およびそれで可能な位置合わせデータおよびオーバレイデータを示す。図７は、人工的バッチ６００の基板、つまり基板１０２、１０５、２０２、２０５、・・・５０２、５０５の位置合わせデータおよびオーバレイデータの例を示す。本発明によると、人工的バッチ６００の位置合わせデータおよびオーバレイデータを使用して、ＯＰＩ指標のようなオーバレイ指標の値を計算する。可能な位置合わせ方式ごとに、例えば回折次数などのオーバレイ指標の値を計算する。

最後に、現在の位置合わせ方式および他に可能な位置合わせ方式の中で、最低のオーバレイ指標値を有する特定の位置合わせ方式を選択することによって、最適な位置合わせ方式を決定する。この方法で、最適な位置合わせ方式を選択することができ、処理した全基板のサブセット（つまり人工的バッチ）しか測定しなくてよい。

オーバレイデータは、選択した各基板に存在する複数のオーバレイ目標の位置エラーを測定することによって決定することができる。その結果、いわゆるオーバレイデータ測定値になる。次に、オーバレイデータ測定値に最小２乗モデルを適用することによって、オーバレイデータを計算する。最小２乗モデルを使用してオーバレイデータ測定値をモデリングすることにより、ウェハモデルパラメータしか処理せず、計量ツールおよび位置合わせシステムから来る生データ全部を処理することはない。これは、処理すべきデータの量を減少させる。

可能な位置合わせ方式は、以下のうち１つまたは複数を含む。つまり、（ａ）予め画定した位置合わせマークタイプを使用することと、（ｂ）基板上の予め画定された数の位置合わせマークを使用することと、（ｃ）基板上の予め画定された位置の位置合わせマークを使用することと、（ｄ）位置合わせシステムの所定の波長または波長の組み合わせを有する測定ビームを使用することと、（ｅ）前記位置合わせシステムの所定の回折次数、または回折次数の組み合わせを使用することと、（ｆ）所定の数のウェハモデルパラメータを使用することと、（ｇ）所定の位置検出アルゴリズムを使用することと、（ｈ）所定の位置合わせシステムを使用することである。

位置検出アルゴリズムは、例えばＣＣＤ要素などによって捕捉したマーク像から位置を決定するために使用するアルゴリズムである。使用する位置合わせシステムも変化してよい。そのような場合、位置合わせシステムは、Ｋ．Ｏｔａらの「Ｎｅｗ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｆｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｓｔｅｐｐｅｒ」（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｌｉｇｈｏｇｒａｐｈｙ ＩＶ，Ｖｏｌ．１４６３（１９９１）ｐｐ．３０４−３１４）に記載されているような複数の位置合わせセンサを装備してよい。

本発明の別の実施形態では、計量ツール上で測定するために、バッチごとに複数の基板を選択する。複合バッチを使用するオーバレイ指標は、ウェハモデルパラメータのバッチ間およびバッチ内の変動に関する。バッチ間項とバッチ内項を分離するために、バッチごとに平均パラメータ値を計算し、次にウェハモデルパラメータから平均値を引くことによって、ウェハモデルパラメータを補正する。次に、補正したウェハモデルパラメータ値を使用して、オーバレイ指標を計算する。この場合、オーバレイ指標は主に、バッチ内項に関する。次に、平均パラメータ値を使用して、代替オーバレイ指標を計算することができる。その場合、オーバレイ指標は主にバッチ間項に関する。

本発明による方法を説明するために、図８の表に関して単純な例をさらに詳細に説明する。この例は、単純化したウェハモデル（Ｔｘ）、つまり４つの基板で４つの回折次数の平行移動Ｘに基づく。最適化は、回折次数ごとの平均オーバレイに基づく比較を使用して実行する。図８は、リソグラフィ装置で収集する位置合わせデータ、および計量ツールで収集するようなオーバレイデータを示す。位置合わせデータ表の３列目では、１次回折次数データと比較した相対的平行移動値が示されていることに留意されたい。つまり、ΔＴｘ＝Ｔｘ（ｉ次）−Ｔｘ（１次）であり、ここでｉは２、３または４である。基板は、第一回折次数のＡＴＨＥＮＡ位置合わせシステムで露光したものと仮定する。つまり、オーバレイデータは、１次回折次数のみに有効である。位置合わせに１次を使用する場合、４つの基板は、それぞれ１８ｎｍ、１２ｎｍ、６ｎｍおよび２４ｎｍのオーバレイを有する。例えば２番目の表の２列目を参照のこと。

本発明の実施形態によると、選択した全基板について、いわゆる「導出」オーバレイデータを使用して、他に可能な位置合わせ方式のオーバレイ指標値を計算する。この「導出」オーバレイデータは、所定の位置合わせ方式に対応するオーバレイデータから、および他に可能な（つまり使用していない）位置合わせ方式に対応する位置合わせデータから導出する。この方法で、別の可能な位置合わせ方式で基板を露光した場合に獲得されたようなオーバレイデータが導出される。

図８の３番目の表で例が与えられている。図８の３番目の表はオーバレイエラーＴｘを表し、これは代替回折次数を使用した場合に誘導されるものである。２次回折次数が活性である場合は、第一基板が６ｎｍ左側に位置決めされている。その場合、計量ツールで測定するオーバレイは、１２ｎｍである（計量エラーは同一であると仮定する）。３次回折次数を使用していた場合は、計量ツールで測定したオーバレイは、１８−１５＝３ｎｍになる。この計算は、全ての次数／基板の組み合わせについて実行することができ、その結果、オーバレイテーブルが導出される。導出したオーバレイのシナリオに基づいて、全方式の平均オーバレイ（つまり回折次数）を計算することによって最善の回折次数を選択することができる。この例では、３次のオーバレイが最小になる単純な平均化が適用されている（３次の結果、最低の指標になる）。したがってこの場合、今後のバッチを位置合わせするために、３次に対応する方式を使用する。

別の実施形態では、位置合わせデータとオーバレイデータの両方に６つのパラメータモデル（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｒｚｘ、Ｒｚｙ、Ｍｘ、Ｍｙ）を使用し、ＯＰＩ計算を使用して、最適な位置合わせ方式を選択する。ＯＰＩ指標は、基板の変動を体系的に定量化するために使用することができ、したがってこれは達成可能なオーバレイに比例する。パラメータ（ｉ）のモデルパラメータとバッチ平均との差、つまりＴｘｉ−＜Ｔｘ＞、Ｔｙｉ−＜Ｔｙ＞、Ｒｚｘｉ−＜Ｒｚｘ＞、Ｒｚｙｉ−＜Ｒｚｙ＞、Ｍｘｉ−＜Ｍｘ＞、Ｍｙｉ−＜Ｍｙ＞に加えて、バッチごとのモデルパラメータ、つまり＜Ｔｘ＞、＜Ｔｙ＞、＜Ｒｚｘ＞、＜Ｒｚｙ＞、＜Ｍｘ＞、＜Ｍｙ＞の平均を計算する。

平均バッチパラメータをプロセス補正で補正できるので、達成可能なオーバレイを画定するのは基板間の差である。このような（プロセスによって引き起こされる）基板パラメータの差は、各基板の縁部に最大のオーバレイエラーがあることを示す。そこが体系的に誘導されるエラーが最大になる場所だからである。この（プロセスによって引き起こされる）最大エラーも計算する。例えば式（１）参照。処理された基板では、平均のモデルパラメータを除去した後に残る（プロセスによって引き起こされる）最大エラーを計算することができる。ｋ個の処理済み基板（ｋは整数）では、ｋ個の（プロセスによって引き起こされる）最大エラーを計算する。ＯＰＩが低いほど、オーバレイが良好になる。この分析が、実際には安定した格子に関する実際の基板位置合わせのシミュレーションであるので、ＯＰＩは、実際のオーバレイの安定性に対して最適の補正を与える。ＯＰＩは、実際のオーバレイと非常に良好に相関することが示されている。

本発明の別の実施形態によると、パターン形成した放射線のビームを基板に転写するｋとを含むデバイス製造方法が提供され、位置合わせ方式は、上述した方法に従って最適化される。最低のオーバレイ指標に対応する位置合わせ方式を使用して、リソグラフィ装置（つまり露光ツール）の今後のバッチを位置合わせする。

図９は、本発明の実施形態による製造方法の流れ図の例を示す。製造方法８００はブロック８０１で開始する。次にブロック８０２で、バッチｂ_ｍを位置合わせするための所期方式を選択する。ここでｍ＝１・・・Ｍである。

ブロック８０３で、カウンタｎを１に設定する。次にブロック８０４で、「現」方式Ｐを使用してバッチｎの基板を位置合わせし、次にリソグラフィ装置上で露光する。次にブロック８０５で、バッチｎのうち少なくとも１つの基板を計量ツールで測定し、その結果、その基板のオーバレイデータになる。

ブロック８０６で、変数ｍを最適化に使用するバッチの最大数、つまりＭと比較する。ブロック８０６で、ｍがまだＭと等しくない場合は、ブロック８０６で試験して、全てのバッチが処理されているか判断する。真でない場合は、ブロック８０８へと続き、ここでｍは１だけ増加し、再びブロック８０４を実行する。ブロック８０６でｍ＞＝Ｍになるまで、このループを実行する。

ブロック８０９で、人工的バッチを構成する。ブロック８０７で全バッチが既に処理されている場合は、ブロック８１３に従って製造プロセスが終了する。ブロック８１３で、人工的バッチを使用して、可能な全方式のオーバレイ指標値を計算する。ブロック８１１では、新しい「現」方式Ｐになるように、最低値の指標に対応する方式を選択する。まだ全てのバッチが選択されていない場合、試験８１２の結果はＮＯであり、ブロック８０３に続く。試験８１２の結果がＹＥＳの場合はブロック８１３に続く。つまり、製造プロセスが終了する。

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が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンス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）、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。

こうした代替的な用途の状況においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることが当業者には理解される。本明細書で言及する基板は、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）または計測または検査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。

以上では光学リソグラフィの状況における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、刻印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制限されないことが分かる。刻印リソグラフィでは、パターニングデバイスの構造が、基板上に生成されるパターンを画定する。パターニングデバイスの構造を、基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射線、熱、圧力またはその組み合わせを適用して、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。

本明細書では、「放射線」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）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（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線を網羅するものとして使用される。

「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構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素のいずれか、またはその組み合わせを指す。

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、または自身内に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。さらに、オーバレイ指標を計算して、最適な位置合わせ方式を発見するために、計量ツールからの（生の）測定データを直接使用することが可能である。例えば、生の測定データに生の測定データの標準偏差の３倍を加えた値の平均値をオーバレイの指標として使用することが可能である。

上記の説明は例示的であり、制限的ではない。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。

オフラインオーバレイ計量ツールフィードバック分析の原理を示す。 オフラインオーバレイ計量ツールフィードバック分析の原理を示す。 オフラインオーバレイ計量ツールフィードバック分析の原理を示す。 オフラインオーバレイ計量ツールフィードバック分析の原理を示す。 本発明の態様によるシステムで使用するようなリソグラフィ装置を示したものである。 本発明の態様によるシステムを示したものである。 基板バッチの位置合わせデータの例を示したものである。 図３で示した位置合わせデータのバッチに関連するオーバレイデータの例を示したものである。 人工的バッチの構成を概略的に示したものである。 ３つのバッチにある基板の位置合わせおよびオーバレイデータの例を示したものである。 人工的バッチの基板の位置合わせおよびオーバレイデータの例を示したものである。 オーバレイ指標の計算方法の単純な例を示したものである。 本発明による製造方法の実施形態を示す流れ図である。

Claims (4)

1. リソグラフィ投影装置の基板のバッチを処理する位置合わせ方式を最適化する方法であって、
   所定の位置合わせ方式に従って複数の基板バッチの基板を順番に位置合わせして、露光することと、
   前記複数の基板バッチの基板ごとに、ウェハモデルパラメータによって表される位置合わせデータを測定によって決定することと、
   選択基板のセットにするために、各基板バッチから複数の基板を選択することと、
   前記選択基板のそれぞれでウェハモデルパラメータによって表されるオーバレイデータを決定することと、
   前記選択基板のセットの前記位置合わせデータおよび前記オーバレイデータに基づいて、前記所定の位置合わせ方式、および追加の位置合わせ方式について、所定のオーバレイ指標のオーバレイ指標値を計算することと、
   最低のオーバレイ指標値に基づいて、前記所定の位置合わせ方式および追加の位置合わせ方式から最適の位置合わせ方式を決定すること
   とを含み、更に、
   前記複数の基板バッチのうち選択したバッチごとに、前記ウェハモデルパラメータの平均値を計算することと、
   前記複数の基板バッチのうち選択したバッチごとに、およびウェハモデルパラメータごとに、補正したウェファモデルパラメータ値にするために前記ウェハモデルパラメータ値から前記平均値を引くことと、
   前記補正したウェハモデルパラメータ値を使用して、オーバレイ指標値を計算すること
   とを含み、
   前記オーバレイデータを決定することが、
   オーバレイデータ測定値を生成するために、前記選択基板のそれぞれに存在する複数のオーバレイ目標について位置エラーを測定することと、
   最小２乗モデルを前記オーバレイデータ測定値に適用することによって、前記オーバレイデータを決定することとを含み、
   前記オーバレイ指標値の前記計算が、
   前記所定の位置合わせ方式に対応する前記オーバレイデータ、および前記追加の位置合わせ方式に対応する前記位置合わせデータを使用して、選択した全基板について導出された前記追加の位置合わせ方式に対応するオーバレイデータを計算することと、
   前記導出オーバレイデータを使用して、前記追加の位置合わせ方式の前記オーバレイ指標値を計算することとを含む、ことを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つの所定の位置合わせ方式が、（ａ）予め画定した位置合わせマークタイプを使用すること、（ｂ）基板上の予め画定された数の位置合わせマークを使用すること、（ｃ）基板上の予め画定された位置の位置合わせマークを使用すること、（ｄ）位置合わせシステムの所定の波長または波長の組み合わせを有する測定ビームを使用すること、（ｅ）前記位置合わせシステムの所定の回折次数、または回折次数の組み合わせを使用すること、（ｆ）所定の数のウェハモデルパラメータを使用すること、（ｇ）所定の位置検出アルゴリズムを使用すること、または（ｈ）所定の位置合わせシステムを使用することのうち１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. デバイス製造方法であって、
   放射線のビームを調整することと、
   調整した放射線ビームの断面に所望のパターンを構成することと、
   所定の位置合わせ方式に従って、パターン形成した放射線ビームを複数のバッチの基板上に順番に位置合わせして、投影することと、
   前記複数の基板バッチの基板ごとに、ウェハモデルパラメータによって表される位置合わせデータを測定によって決定することと、
   選択した基板のセットにするために、各基板バッチから複数の基板を選択するを選択することと、
   前記選択した基板ごとに、ウェハモデルパラメータによって表されるオーバレイデータを決定することと、
   前記選択した基板のセットの前記位置合わせデータおよび前記オーバレイデータに基づいて、前記所定の位置合わせ方式および追加の位置合わせ方式で予め画定されたオーバレイ指標のオーバレイ指標値を計算することと、
   最低のオーバレイ指標値に基づいて、前記所定の位置合わせ方式および追加の位置合わせ方式から最適な位置合わせ方式を決定すること
   とを含み、更に、
   前記複数の基板バッチのうち選択したバッチごとに、前記ウェハモデルパラメータの平均値を計算することと、
   前記複数の基板バッチのうち選択したバッチごとに、およびウェハモデルパラメータごとに、補正したウェファモデルパラメータ値にするために前記ウェハモデルパラメータ値から前記平均値を引くことと、
   前記補正したウェハモデルパラメータ値を使用して、オーバレイ指標値を計算すること
   とを含み、
   前記オーバレイデータを決定することが、
   オーバレイデータ測定値を生成するために、前記選択基板のそれぞれに存在する複数のオーバレイ目標について位置エラーを測定することと、
   最小２乗モデルを前記オーバレイデータ測定値に適用することによって、前記オーバレイデータを決定することとを含み、
   前記オーバレイ指標値の前記計算が、
   前記所定の位置合わせ方式に対応する前記オーバレイデータ、および前記追加の位置合わせ方式に対応する前記位置合わせデータを使用して、選択した全基板について導出された前記追加の位置合わせ方式に対応するオーバレイデータを計算することと、
   前記導出オーバレイデータを使用して、前記追加の位置合わせ方式の前記オーバレイ指標値を計算することとを含む、ことを特徴とする方法。
4. 少なくとも１つの所定の位置合わせ方式が、（ａ）予め画定した位置合わせマークタイプを使用すること、（ｂ）基板上の予め画定された数の位置合わせマークを使用すること、（ｃ）基板上の予め画定された位置の位置合わせマークを使用すること、（ｄ）位置合わせシステムの所定の波長または波長の組み合わせを有する測定ビームを使用すること、（ｅ）前記位置合わせシステムの所定の回折次数、または回折次数の組み合わせを使用すること、（ｆ）所定の数のウェハモデルパラメータを使用すること、（ｇ）所定の位置検出アルゴリズムを使用すること、または（ｈ）所定の位置合わせシステムを使用することのうち１つまたは複数を含む、請求項３に記載の方法。

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