JP2008021984A - 角度分解したスペクトロスコピーリソグラフィの特性解析方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影露光のアライメントにおいて、オーバーレイマーカー格子のピッチより大きいオーバーレイエラーを認識することの可能なオーバーレイシステムを提供する。
【解決手段】基板上のオーバーレイターゲットが２組の格子を含む。第１の組がピッチＰ１を有し、第２の組がピッチＰ２を有し、各組が各組の第１の格子にほぼ垂直に配向された格子を含む。レジスト層をその下の層にアライメントさせるとき、上層上に同じオーバーレイマークを設け、上層および下層上の各オーバーレイターゲットの相対位置を、オーバーレイターゲット上にオーバーレイビームを照射し、反射ビームの回折スペクトルを測定することによって比較する。各格子内に異なるピッチを有する２組のオーバーレイターゲットを設けることによって、オーバーレイ格子のうちどちらか１つのピッチよりも大きいオーバーレイ誤差の測定が可能となる。
【選択図】図４

Description

[0001] 本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用可能な検査方法、およびリソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、基板、通常は基板のターゲット部分に所望のパターンを施す機械である。例えば、リソグラフィ装置は、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。この場合、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成される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、単一または複数のダイの一部を含む）上に転送することができる。一般に、パターンの転送は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層上に結像することによって行われる。一般に、１つの基板は、次々とパターニングされる隣接したターゲット部分からなるネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置には、１回の動作でパターン全体を各ターゲット部分上に露光させることによってそのターゲット部分を照射する、いわゆるステッパと、所与の方向（「スキャン」方向）の放射ビームを介してパターンをスキャンすることによって各ターゲット部分を照射するとともに、これと同期して、この方向と平行または逆平行に基板をスキャンする、いわゆるスキャナとがある。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニングデバイスから基板に転送することも可能である。

[0003] 先の露光に関するアライメントといった基板の特徴を判定するために、例えばオーバーレイターゲットにて、基板表面からビームを反射させ、その反射ビームの像をカメラ上に形成する。基板に反射させる前後のビーム特性を比較することによって、基板の特性を判定することができる。これは例えば、反射ビームを、公知の基板特性に関連する公知の測定ライブラリ内に保存されているデータと比較することによって行うことができる。

[0004] 慎重に監視される重要な基板特性は、露光前の基板のアライメントである。基板は、レジストによる被覆、露光および未露光レジストの除去工程を数回繰り返す。露光に向けて基板に新しいレジスト層が施される度に、その新しいレジスト層が先のレジスト層と同じ各位置において露光されて、現れるパターンができるだけ鮮明となるように、基板を適切にアライメントさせなければならない。アライメントを確保する方法は、正確でなければならないが、基板のスループットが損なわれないように、オーバーレイ法は迅速でもなければならない。

[0005] 先端技術は、基板表面上でオーバーレイマーカーを使用することを表している。レジスト層を施す度にオーバーレイマーカーを露光させ、エッチングし、またはそうでなければオーバーレイマーカーをそのレジスト層上に作り、このオーバーレイマーカーを基板表面上の（またはその時点で先のレジスト層が除去されていなければ、その下の層上の）マーカーと比較する。オーバーレイマーカーは、たいてい格子の形状をとる。１つの格子の別の格子への重なりは、オーバーレイ放射ビームを使用して、重ね合わされたオーバーレイマーカーの表面から反射されるビームの回折パターンを測定することによって、検出可能である。

[0006] しかし、こうした種類のオーバーレイマーカーは、格子の１つのバー（つまり格子のピッチ幅）の、その下のバー位置に対する相対的な位置を検出するにすぎない。格子同士が格子のピッチ幅を超えてミスアライメントされる場合、回折パターンからこれを判定する方法はない。すなわち、一定の閾値（格子のピッチ幅）未満のミスアライメントは測定できるが、この閾値を超える誤差は見過ごされやすいことがある。言うまでもなく、アライメントにおける大きな誤差は、露光パターンにおいて大きな誤差を生じるので、こうしたミス露光の基板を廃棄したり完全にはがしたりして、やり直す必要がよくある。

[0007] 大きなオーバーレイエラー、特にオーバーレイマーカー格子のピッチより大きいオーバーレイエラーを認識することの可能なオーバーレイシステムを提供することが望ましい。

[0008] 本発明の一形態によれば、オーバーレイターゲットを含み、そのオーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が同様のオーバーレイターゲットを含み、各層内のオーバーレイターゲットが２つ以上の格子を含み、その格子が互いに異なるピッチを有する、基板が提供される。

[0009] 本発明の別の形態によれば、オーバーレイターゲットを含む基板であって、そのオーバーレイターゲットが２つの重ね合わせ層を含み、各層が基板の各垂直軸方向に２組の格子を含み、各格子が方形構造のアレイを含み、その方形構造のアレイが第１の方向に第１のピッチを、垂直方向に第２のピッチを有する、基板が提供される。

[0010] 本発明の別の形態によれば、基板の特性を測定する検査装置であって、
基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールと、
基板上のオーバーレイターゲットを照射する光源と、
基板のオーバーレイターゲットから反射された光の回折スペクトルを検出するディテクタとを含み、
オーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、各格子の配向が互いに垂直であり、互いに異なるピッチを有する、検査装置が提供される。

[0011] 本発明の別の形態によれば、検査方法であって、
基板上に、第１のピッチを有する第１の格子を施すことと、
基板上に、第１の格子に垂直な配向と、第１の格子ピッチとは異なるピッチとを有する第２の格子を施すことと、
基板上にレジスト層を施すことと、
基板上の各格子がその上に重ね合わされる第２の格子を有するように、レジスト層に、基板の第１および第２の格子と同様の第１および第２の格子を施すことと、
重ね合わされた格子にオーバーレイ放射ビームを照射することと、
重ね合わされた格子から反射される光の回折スペクトルを測定することと、
各重ね合わされた格子のオーバーレイ度合いを判定するために、互に重ね合わされた格子の垂直方向の各組からの測定された回折スペクトルを互いに比較し、かつそれらをモデルデータと比較することと
を含む方法が提供される。

[0012] 本発明の別の形態によれば、検査方法であって、
基板上に、第１の方向に第１のピッチを有し、垂直方向に第２のピッチを有する方形構造のアレイを含む第１の格子を施すことと、
基板上に、第１の格子に垂直に配向され、第１の方向に第２のピッチを有し、垂直方向に第１のピッチを有する方形構造のアレイを含む第２の格子を施すことと、
基板上にレジスト層を施すことと、
基板上の各格子が、その上に重ね合わされる第２の格子を有するように、レジスト層に、基板の第１および第２の格子と同様の第１および第２の格子を施すことと、
重ね合わされた格子にオーバーレイ放射ビームを照射することと、
重ね合わされた格子から反射される光の回折スペクトルを測定することと、
各重ね合わされた格子のオーバーレイ度合いを判定するために、互に重ね合わされた格子の垂直方向の各組からの測定された回折スペクトルを互いに比較し、かつそれらをモデルデータと比較することと
を含む方法が提供される。

[0013] 本発明のさらに別の形態によれば、基板の特性を測定するリソグラフィ装置であって、
基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールであって、オーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、各格子が互いに異なるピッチを有する露光ツールと、
オーバーレイターゲットを照射するためにオーバーレイビームを供給する放射源と、
オーバーレイターゲットから反射されたオーバーレイビームの回折スペクトルを検出するディテクタと
を含むリソグラフィ装置が提供される。

[0014] 本発明のさらに別の形態によれば、基板の特性を測定するリソグラフィセルであって、
基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールであって、オーバーレイターゲットが２つの重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、各格子が互いに異なるピッチを有する露光ツールと、
オーバーレイターゲットを照射するためにオーバーレイビームを供給する放射源と、
オーバーレイターゲットから反射されたオーバーレイビームの回折スペクトルを検出するディテクタと
を含むリソグラフィセルが提供される。

[0015] 添付の概略的な図面を参照して、ほんの一例として、本発明の実施形態をいくつか説明する。図面において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

[0021] 図１は、リソグラフィ装置を概略的に示す図である。この装置は、
[0022] 放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射またはＥＵＶ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、
[0023] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、ある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に接続されたサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
[0024] 基板（例えば、レジストコートされたウェーハ）Ｗを保持するように構成され、ある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に接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、
[0025] 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つまたは複数のダイを含む）上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。

[0026] 照明システムは、放射を誘導、整形、または調整する屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型の光コンポーネント、または他のタイプの光コンポーネント、あるいは、これらのあらゆる組合せなど、様々なタイプの光コンポーネントを含むことができる。

[0027] サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、つまりぱその重さを支えている。サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えばパターニングデバイスが真空状態内で保持されているか否かなど他の状態に応じた形で、パターニングデバイスを保持している。サポート構造は、機械式、真空式、静電式のクランプ技法、または他のクランプ技法を使用してパターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定されたものまたは移動可能なものとすることのできるフレームまたはテーブルでよい。サポート構造によって、パターニングデバイスを、例えば投影システムに対して所望の位置にくるようにすることができる。本明細書で「レチクル」または「マスク」という用語を使用する場合はいつも、より一般的な用語の「パターニングデバイス」と同義語と見なすことができる。

[0028] 本明細書で使用する「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与して、基板のターゲット部分へのパターン形成などを行うために使用することのできる、あらゆるデバイスを意味するものとして広く解釈すべきである。放射ビームに付与されたパターンは、例えば、パターンが位相シフトフィーチャ、また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内の所望パターンに厳密に対応しないことがあることに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などターゲット部分内に形成されている、デバイス内の特定の機能層に対応する。

[0029] パターニングデバイスは透過性でも反射性でもよい。パターニングデバイスの例としては、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パネルなどがある。リソグラフィでは、種々のマスクがよく知られており、マスクのタイプとしては、バイナリマスク、Alternating位相シフトマスク、およびAttenuated位相シフトマスク、ならびに様々なハイブリッドマスクなどがある。プログラマブルミラーアレイの一例は、入射する放射ビームを様々な方向に反射するようにそれぞれを個別に傾斜させることのできる、小ミラー群からなるマトリックス構成を使用している。傾斜ミラー群は、ミラーマトリックスによって反射される放射ビーム内にパターンを付与する。

[0030] 本明細書で使用する「投影システム」という用語は、使用される露光放射、あるいは液浸液の使用または真空の使用など他のファクタに適した屈折、反射、反射屈折、磁気、電磁、および静電型の光システムを含むあらゆるタイプの投影システム、またはそれらのあらゆる組合せを包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書で「投影レンズ」という用語を使用する場合はいつも、より一般的な用語の「投影システム」と同義語と見なすことができる。

[0031] ここに述べるように、装置は（例えば、透過性マスクを使用した）透過タイプのものである。あるいは、装置は（例えば、先に述べたようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用した、または反射性マスクを使用した）反射タイプのものでもよい。

[0032] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものでよい。このような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルを並行して使用してもよいし、１つまたは複数のテーブル上で予備段階を実行し、その間１つまたは複数の他のテーブルを露光に使用することもできる。

[0033] 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満たすように、少なくとも基板の一部分を、例えば水などの比較的高屈折率を有する液体で覆うことのできるタイプのものでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムとの間といった、リソグラフィ装置の他の空間にも適用することができる。液浸法は、当業界では投影システムの開口率を増加させることで知られている。本明細書で使用する「液浸」とは、基板などの構造が、液体中に浸されなければならないことを意味するのではなく、むしろ単に、露光中に液体が投影システムと基板との間に位置することを意味する。

[0034] 図１ａを参照すると、イルミネータＩＬは、放射ソースＳＯから放射ビームを受け取る。ソースおよびリソグラフィ装置は、例えば、ソースがエキシマレーザである場合は、互いに独立したものであってよい。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は見なされず、放射ビームは、例えば、適切な方向付けミラー群および／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを用いて、ソースＳＯからイルミネータＩＬへ送られる。他の場合では、例えば、ソースが水銀ランプの場合、ソースは、リソグラフィ装置の一体部分であってよい。ソースＳＯおよびイルミネータＩＬは、ビームデリバリシステムＢＤが必要であるならばそれとともに、放射システムと呼ぶことができる。

[0035] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）は調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮやコンデンサＣＯなど様々な他のコンポーネントも含むことができる。イルミネータを使用して放射ビームを調整し、その断面に所望の均一性および強度分布を持たせることができる。

[0036] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持され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ニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横切った後、投影システムＰＳを通り抜け、それによってビームは基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に集束される。第２のポジショナＰＷ、および位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を用いて、例えば、放射ビームＢの経路内に別のターゲット部分Ｃが位置するように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後、またはスキャン中に、第１のポジショナＰＭおよび別の位置センサ（これは図１ａには明確には描かれていない）を使用して、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの一部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）を用いて行うことができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの一部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行うことができる。ステッパの場合、（スキャナとは反対に）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のみに接続してもよいし、固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクオーバーレイマークＭ１およびＭ２、ならびに基板オーバーレイマークＰ１およびＰ２を使用して位置合わせすることができる。図示されているように基板オーバーレイマークは、専用のターゲット部分を占めているが、ターゲット部分間の空間に配置することもできる（これらは、スクライブレーンオーバーレイマーク(scribe-lane overlay marks)として知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが設けられている場合、マスクオーバーレイマークを、ダイ間に配置することができる。

[0037] 図示した装置を、次のモードのうち少なくとも１つにおいて使用することができる。

[0038] １．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは、基本的に静止が保たれ、放射ビームに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃ上に１回の動作で（つまり１回の静止露光で）投影される。次いで、別のターゲット部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴはＸ方向および／またはＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。

[0039] ２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴと基板テーブルＷＴとが同期してスキャンされるとともに、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃ上に投影（つまり１回の動的露光）される。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向の）幅が限定されるが、ターゲット部分の（スキャン方向の）高さは、スキャン動作の距離によって決まる。

[0040] ３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持しながら基本的に静止が保たれ、基板テーブルＷＴは移動またはスキャンされ、それと同時に放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃ上に投影される。このモードでは、一般に、パルス放射源が使用され、プログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動が終わる度に、またはスキャン中の連続的な放射パルスの合間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、先に述べたタイプのプログラマブルミラーアレイなど、プログラマブルパターニングデバイスを利用し、マスクを利用しないリソグラフィに容易に適用することができる。

[0041] 上述の使用モードを組み合わせておよび／または変更して使用してもよいし、全く異なる使用モードを使用してもよい。

[0042] 図１ｂに示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル（リソグラフィセル）またはクラスタとも呼ばれることのあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィセルＬＣは、基板上で露光前後のプロセスを行う装置も含む。従来、こうした装置は、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するデベロッパＤＥ、チルプレートＣＨおよびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラであるロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１およびＩ／Ｏ２から基板を拾い上げ、各種のプロセス装置間を移動させ、次いでリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送り出す。こうしたデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることが多く、トラック制御部ＴＣＵの制御下にある。トラック制御部ＴＣＵ自体は、リソグラフィ装置も制御する監視制御システムＳＣＳによって制御される。従って、スループットおよび処理効率を最大にするように各種の装置を操作することができる。

[0043] 先に論じたように、基板が露光プロセスに付される度に、先の一連の露光の場合と、基板が露光デバイスに対して同じ向きとなることが重要である。これは、各露光されたパターンが各レジスト層において整列するようにするためである。アライメント誤差は基板上の露光パターン内に誤差を生じ、基板が有用性の低いものとなる。そのため、（基板上の後続の各層のオーバーレイを測定することによって）基板の相対的アライメントを検出し、可能な場合は、どんな誤差も露光装置または露光後の各プロセスによって計算され補償される。

[0044] リソグラフィ装置（露光装置を含む）とは別の検査装置を使用して、各基板の特性を判定する。特に各基板の特性が層毎にまた基板毎にいかに異なるかを判定する。従ってこの検査装置は、基板特性がリソグラフィ機械毎にいかに異なるかを判定するためにも使用される。そのためこの検査装置は、一連の装置を用いながらも一貫性のある製品を作成するために各リソグラフィ機械をいかに較正すべきかを判定するのに有用である。

[0045] 上述のように、基板のスクライブレーン内の重ね合わされた各格子の回折スペクトルを使用して、基板のミスアライメントが判定されている。基板のスクライブレーンは、パターンの露光に使用されない基板表面上の領域であり、個々の集積回路などを分離するためにやがてカットされるレーンであり得る。

[0046] 格子の形をとるオーバーレイマーカーは、下の格子と列を成す格子、または別の格子に全く重ねられていない格子上にオーバーレイビームが向けられたとき、その格子に反射されてオーバーレイビーム内に特定の回折スペクトルが形成される、という具合に機能する。ただし、各格子のミスアライメントにより、いくつかの回折次数にわたってみられるわずかなずれが回折スペクトル内に生じる。ミスアライメントが大きいほど、回折スペクトル内の変化は大きい。先行技術の問題は、第１の格子上に重ねられる格子が、ちょうどその格子のピッチ分だけミスアライメントされた場合、回折スペクトルが、その格子の各バーはアライメントしているとしか示さないことである。

[0047] 格子のピッチを超えるミスアライメントを測定することができるようにするために、本発明は図２、図３および図４に示すように、オーバーレイマークを含む。
実施形態１

[0048] 図２に、４つの格子を含むオーバーレイターゲットを含むスクライブレーンＳＬを示す。これらの格子のうち２つは他の２つの格子に対し垂直に配向されている。ｙ方向スクライブレーンにおける格子は全てピッチＰ１を有する。ｘ方向スクライブレーンにおける格子は全てピッチＰ２を有する。他の各オーバーレイ格子も垂直配向されているので、ｘ方向およびｙ方向の誤差測定が可能となる。この測定は、同じ形体の格子を次々に、各スクライブレーン内のこれらの格子上に重ねることによって行われる。格子がアライメントされると、回折スペクトルがそれを示す。格子がＰ１またはＰ２（つまり、各格子ピッチ）未満にミスアライメントされると、回折スペクトルがそれを示す。格子がちょうどＰ１（つまり、ｙ方向のスクライブレーンにおける格子ピッチ）分だけミスアライメントされた場合、ｙ方向における格子からの回折スペクトルは、やはり格子がミスアライメントされたかのように示す。しかし、ｘ方向における格子からの回折スペクトルは、ピッチが異なるため、ミスアライメントが間違いないことを示す回折スペクトルを形成する。２つの回折スペクトルを組み合わせることによって、Ｐ２のミスアライメント度合いにより、格子がどれだけミスアライメントされているか、またＰ１の何倍ミスアライメントされているかを、検査装置によって判定することが可能となる。

[0049] 例えば、Ｐ２がｘ１だけＰ１より小さく、重ね合わせた格子がＰ１の長さ分だけミスアライメントされている場合、重ね合わせた格子のｘ方向におけるミスアライメントは、ｘ１の長さである。しかし、ミスアライメントが２．Ｐ１である場合、重ね合わせた格子のｘ方向におけるミスアライメントは２．ｘ１となり、これがｘ方向の格子の回折スペクトルによって示される。

[0050] ｘ方向およびｙ方向のスクライブレーンそれぞれに格子をたった２つ設けるだけで、ｘおよびｙ両方向におけるミスアライメントをこのように判定することは、各スクライブレーン方向に互いに垂直な格子がある限り可能である。本実施形態において、各垂直方向に１つではなく２つの格子がある理由は、図２に示すように各格子にはｙ方向に±ｄ１、ｘ方向に±ｄ２の小さなバイアス（つまりオフセット）あるからである。＋ｄ１および−ｄ１は、未知のオーバーレイ誤差に加えた意図的な格子のオフセットである。こうした意図的なオフセットを使用して、オーバーレイが格子の非対称性に依存する度合いを測定する。これを次のように数学的に示すことができる。
バイアス−ｄと未知のオーバーレイＯＶとを有する格子１の場合、
非対称Ａ（−）＝Ｋ（ＯＶ−ｄ） （１）
バイアス＋ｄと未知のオーバーレイＯＶとを有する格子２の場合、
非対称Ａ（＋）＝Ｋ（ＯＶ＋ｄ） （２）
ただし、Ｋはプロセス特質およびターゲット特質によって決まる定数である。これら２つの等式を使用して、オーバーレイ（および定数Ｋ）を求めることができる。ｄの大きさは、使用するターゲットのタイプ（例えば、各格子のピッチおよびデューティサイクル）および使用するプロセス（例えば、それぞれの層がいかに処理されるか）によって決まる。

[0051] 有利なことに、ｄの値は小さい（例えば、約１０ｎｍオーダー）。なんとなれば、上式（１）の関係は単に、ＯＶ＝０近辺の限られた領域でのみ成立する。

[0052] ＴＩＳ（systematic error of the sensor）（センサの系統的誤差）は、同じ格子を２回目に１８０°回転させて測定することによって求められる。オーバーレイも格子とともに回転させるが、ＴＩＳは同じ大きさと符号を有するので、次いで誤差として判定され取り除かれる。

[0053] 先に論じたように、ｘ方向のスクライブレーン内の格子はｙ方向のスクライブレーン内の格子とは（どちらの格子も同じ方向に配向されているが）異なる周期性を有するので、ｘ方向またはｙ方向のいずれかにおける２つの回折スペクトルの結果を比較することによって、（例えば、Ｐ１またはＰ２より大きい）大きなオーバーレイ誤差を容易に検出することができる。

[0054] ｘおよびｙ方向の両スクライブレーンにおいてｘおよびｙ配向の両格子のオーバーレイ測定値を組み合わせることによって、ベクトル組合せによるｘおよびｙ方向以外の方向の大小オーバーレイ測定値の検出能力が生み出される。基板の回転も同様の方法で測定することができる。
実施形態２

[0055] 図３は、よりいくらか複雑ではあるが、スクライブレーンの空間がより小さくてすむ本発明の実施例を示す。スクライブレーンは、より小さい空間を占めることが有利である。なんとなれば、数多くのアライメントターゲット、オーバーレイターゲット、ＣＤターゲットおよび他のターゲットならびにあらゆる種類の検査構造が存在し、これらもスクライブレーン空間を必要とするのでスクライブレーン空間を節約して使用することが望ましい。

[0056] 図３は、実施形態１のバー格子の代わりに、２次元格子からなるターゲットを示す。この２次元格子は、スクライブレーン方向の周期が、そのスクライブレーンに垂直な方向の周期とは異なる。格子のそれぞれがさらに、ｘおよびｙ方向のどちらにも小さなバイアス（ｄ１およびｄ２）を有する。この場合もやはり、先に論じたように、バイアスはセンサのＴＩＳ誤差を消滅させるためである。

[0057] ｘ方向スクライブレーン内の格子はｘ方向において、ｙ方向スクライブレーン内の同方向の格子とは異なる周期性を有することから、実施形態１で述べたのと同じ方法でｘ方向の２つの結果を比較することによって、大きなオーバーレイ誤差を、より小さなスクライブレーン空間において容易に検出することができる。

[0058] オーバーレイ測定を行う方法を図４に示す。第１の層１上に第２の層２をプリントする。図４から分かるように、第１の層１に比べると、第２の層２にはオーバーレイ誤差があり、その誤差は、ｙ方向スクライブレーン内の各オーバーレイターゲット格子のｙ方向ピッチＰ１とほぼ同じである。第１の層１に比べると、第２の層２はｘ方向にもわずかなずれがあり、そのずれはピッチＰ２より小さい。ｙ方向スクライブレーン内のオーバーレイターゲットだけが考慮されるなら、このオーバーレイターゲットから記録される回折スペクトルからは、非常に小さなオーバーレイ誤差が求められるだけである。しかし、ｘ方向スクライブレーン内のオーバーレイターゲット格子があるため、つまりｙ方向ピッチＰ２が異なるため、回折スペクトルは、誤差が実際はＰ１ピッチの格子のみを使用して計測した場合よりも大きいことを示す。

[0059] オーバーレイターゲットの２方向からの回折スペクトルを互いに比較し、かつそれらをライブラリデータと比較して、オーバーレイ誤差がどんなものであるかを判定することができる。特定のオーバーレイ値から特定の回折スペクトルが得られる。従って、各スペクトルを検査し、公知のオーバーレイ値と比較して当該オーバーレイ値を得る。２方向のスペクトルが異なるので、相対オーバーレイも得られ、組み合わせることによって回転オーバーレイ誤差および層内の直線変位を示すことができる。

[0016]リソグラフィ装置を示す図である。 [0017]リソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 [0018]本発明の第１実施例によるオーバーレイマーカーを示す図である。 [0019]本発明の第２実施例によるオーバーレイマーカーを示す図である。 [0020]使用中の第２実施例によるオーバーレイマーカーの例を示す図である。

Claims (14)

1. オーバーレイターゲットを含む基板であって、前記オーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が似ているオーバーレイターゲットを含み、各層内の前記オーバーレイターゲットが２つ以上の格子を含み、前記格子が互いに異なるピッチを有する、基板。
2. 前記オーバーレイターゲットの各層が２組の格子を含み、第１の組が垂直配向された２つの格子と第１の格子ピッチとを含み、第２の組が垂直配向された２つの格子と第２の格子ピッチとを含む、請求項１に記載の基板。
3. 各組の格子が４つの格子を含み、そのうち第１および第２の格子が平行配向され、そのうち第３および第４の格子が前記第１および第２の格子に対し垂直配向され、かつ互いに平行であり、前記第１および第３の格子が前記第２および第４の格子に対して異なるオフセットを有する、請求項２に記載の基板。
4. 各格子のオフセットの方向が異なる、請求項３に記載の基板。
5. 前記各格子が規定の幅および距離間隔を有するバーを含む２次元格子である、請求項１に記載の基板。
6. 前記各格子が方形構造のアレイを含む、請求項１に記載の基板。
7. 方形構造の各アレイが、第１の方向に第１のピッチを、垂直方向に第２のピッチを有する、請求項６に記載の基板。
8. 前記オーバーレイターゲットの各層が２組のアレイを含み、各組が方形構造の２つのアレイを含み、各組内の第１のアレイが各組内の第２のアレイに対しオフセットしている、請求項６に記載の基板。
9. オーバーレイターゲットを含む基板であって、前記オーバーレイターゲットが２つの重ね合わせ層を含み、各層が前記基板の各垂直軸方向に２組の格子を含み、各格子が方形構造のアレイを含み、前記方形構造のアレイが第１の方向に第１のピッチを、垂直方向に第２のピッチを有する、基板。
10. 基板の特性を測定する検査装置であって、
    前記基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールと、
    基板上のオーバーレイターゲットを照射する光源と、
    前記基板の前記オーバーレイターゲットから反射された光の回折スペクトルを検出するディテクタとを含み、
    前記オーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、前記各格子の配向が互いに垂直であり、かつ互いに異なるピッチを有する、
    検査装置。
11. 検査方法であって、
    基板上に、第１のピッチを有する第１の格子を施すことと、
    前記基板上に、前記第１の格子に垂直な配向と、前記第１の格子ピッチとは異なるピッチとを有する第２の格子を施すことと、
    前記基板上にレジスト層を施すことと、
    前記基板上の各格子がその上に重ね合わされる第２の格子を有するように、前記レジスト層に、前記基板の前記第１および第２の格子と同様の第１および第２の格子を施すことと、
    前記重ね合わされた格子にオーバーレイ放射ビームを照射することと、
    前記重ね合わされた格子から反射される光の回折スペクトルを測定することと、
    各重ね合わされた格子のオーバーレイ度合いを判定するために、垂直方向に重ね合わされた格子の各組からの測定された回折スペクトルを互いに比較し、かつそれらをモデルデータと比較することと
    を含む方法。
12. 検査方法であって、
    基板上に、第１の方向に第１のピッチを有し、垂直方向に第２のピッチを有する方形構造のアレイを含む第１の格子を施すことと、
    前記基板上に、前記第１の格子に対して垂直に配向され、且つ前記第１の方向に前記第２のピッチを有し、前記垂直方向に前記第１のピッチを有する方形構造のアレイを含む第２の格子を施すことと、
    前記基板上にレジスト層を施すことと、
    前記基板上の各格子がその上に重ね合わされる第２の格子を有するように、前記レジスト層に、前記基板の前記第１および第２の格子と同様の第１および第２の格子を施すことと、
    前記重ね合わされた格子にオーバーレイ放射ビームを照射することと、
    前記重ね合わされた格子から反射される光の回折スペクトルを測定することと、
    各重ね合わされた格子のオーバーレイ度合いを判定するために、垂直方向に重ね合わされた格子の各組からの測定された回折スペクトルを互いに比較し、かつそれらをモデルデータと比較することと
    を含む方法。
13. 基板の特性を測定するリソグラフィ装置であって、
    前記基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールであって、前記オーバーレイターゲットが２つ以上の重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、各格子が互いに異なるピッチを有する露光ツールと、
    前記オーバーレイターゲットを照射するためにオーバーレイビームを供給する放射源と、
    前記オーバーレイターゲットから反射された前記オーバーレイビームの回折スペクトルを検出するディテクタと
    を含むリソグラフィ装置。
14. 基板の特性を測定するリソグラフィセルであって、
    前記基板上にオーバーレイターゲットを露光する露光ツールであって、前記オーバーレイターゲットが２つの重ね合わせ層を含み、各層が２つ以上の格子を含み、各格子が互いに異なるピッチを有する露光ツールと、
    前記オーバーレイターゲットを照射するためにオーバーレイビームを供給する放射源と、
    前記オーバーレイターゲットから反射された前記オーバーレイビームの回折スペクトルを検出するディテクタと
    を含むリソグラフィセル。

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