(57)【要約】  本発明は、パターンを形成するマークを有する人工の板を使用して少なくとも２次元で計測ステージを較正する方法であって、人工の板を計測ステージの少なくとも３つの位置に置くステップと、計測ステージ及び人工の板の幾何学的特性並びに各測定の人工の板の位置を仮定するステップと、人工の板の測定値を予測するモデルを形成するステップと、計測ステージによってマークを測定するステップと、並びに計測ステージ及び人工の板に対する仮定を改善するために前記モデルを逆転するステップとを含む方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを形成するマークを有する人工の板を使用して少なくとも２次元で計測ステージを較正する方法であって、
前記人工の板を前記計測ステージの少なくとも３つの位置に置くステップと、
前記計測ステージ及び前記人工の板の幾何学的特性並びに各測定での前記人工の板の前記位置を仮定するステップと、
前記人工の板の測定値を予測するモデルを形成するステップと、
前記計測ステージによって前記マークを測定するステップと、
計測ステージ及び人工の板に対する前記仮定を改善するために前記モデルを逆転するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記逆転が、コンピュータ・プログラムで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反復法が、前記モデルの連続する改善を計算するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
解かれるべき問題を近似する線形方程式系が計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
計測ステージを自己較正する方法であって、
（ａ）前記計測ステージ上に配置される、その上に散乱された複数のマークを有する人工の板を提供するステップと、
（ｂ）前記板の少なくとも３つの異なる測定ビューについて前記マークの位置を測定するステップであって、前記測定ビューが、前記板の並行移動及び／又は回転を使用して入手され、これによって、前記板の位置データの１セットが、測定ビューごとに入手される、ステップと、
（ｃ）前記ステージの所定の形状を仮定するステップであって、これによって、２次元ステージ補正関数が決定される、ステップと、
（ｄ）前記板の位置データの使用可能に測定されたセット及び前記ステージ補正関数を使用して、２次元板補正関数を計算するステップと、
（ｅ）すべての測定ビューでの各マークの２次元のシミュレートされた位置データを計算するステップと、
（ｆ）前記シミュレートされた位置データと前記測定された位置データとの間の差から前記２次元ステージ補正関数を再計算するステップと、
（ｇ）前記シミュレートされた位置データが前記測定された位置データと比較して許容可能になるまでステップ（ｄ）から（ｆ）を繰り返すステップと
を含む方法。
【請求項６】
前記板上の前記マークが、２次元格子構造に配置される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
すべての測定された位置データの平均値が、ステップ（ｄ）で前記板補正関数を計算する時に使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｃ）での前記ステージの前記所定の形状が、完全な形状になるように選択され、これによって、２次元ステージ補正関数が、前記ステージ全体で０になる、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）での前記位置データが、２次元で測定され、これによって、前記板が、完全に平らな形状を有すると仮定される、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ）での前記位置データが、３次元で測定され、これによって、各測定ビューの位置データの２次元セットを、２次元ｚ補正関数を使用して計算することができる、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｚ補正関数が、各マークでの前記板の傾き及び前記板の厚さに関する情報を使用して決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｇ）での前記繰り返しが、前記シミュレートされた位置データと前記測定された位置データとの間の前記差の偏差が所定の値未満である時に終了する、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｇ）での前記繰り返しが、ステップ（ｄ）から（ｆ）のある回数の繰り返しが実行された時に終了する、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１及び請求項５で定義されている、測定装置、好ましくはパターン生成装置内の計測ステージ（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  ｓｔａｇｅ）を較正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元（２Ｄ）座標ステージは、超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路製造の多数のステージで、高い度合の再現性及び精度でのリソグラフィ・マスクの位置決め及び所定の位置へのウェハの移動に使用されている。２Ｄ座標ステージを組み込んだ通常のツールに、マスク製造での電子ビーム・パターン・ジェネレータ及びレーザ・ビーム・パターン・ジェネレータと、マスク計測でのウェハ印刷ツール及びウェハ配置検査ツールの光学ステッパが含まれる。
【０００３】
半導体ウェハの従来のフォトリソグラフィ処理では、複数のマスクが、微細電子構造及びその中の特徴を定義するために順番に使用される。もちろん、第１のマスクを用いて作られる特徴が、後続処理ステップ中に第２のマスクを用いて作られる特徴と正しく位置合せされることを保証するために、通常は、２つのマスクが、互いに関して正しく位置合せされること、及び特徴を定義するのに使用されるマスク・パターンが各マスク上で正確に位置決めされることが必要である。過去に、マスク製造産業は、クリティカルなフォトリソグラフィ線幅が１０倍縮小される場合であっても、半導体プロセス設計者が課す位置合わせ及び精度の難題を満足する際に技術的難題にほとんど直面しなかった。これらの初期の難題を満足する能力は、少なくとも部分的に、マスク・パターン・ジェネレータ及び主に１倍の光リソグラフィから５倍縮小光リソグラフィまでのウェハ露光ツール内の遷移によって提供される高い分解能及び配置精度に起因した。しかし、クリティカルなフォトリソグラフィ線幅特徴サイズが縮小し続けているので、より正確な位置合わせ及び精度の難題を満足する改善された技法及び機器が必要である。
【０００４】
集積回路の製造中に、半導体ウェハは、通常、２Ｄ座標ステージに取り付けられる。通常、ステージの（ｕ，ｖ）位置及び移動は、レーザ干渉計によって監視される。当業者が理解するように、ステージの測定された（ｕ，ｖ）位置に、ほとんどの場合に、デカルト座標でのステージの実際の位置からの偏差が含まれる。この偏差を、通常は、ステージ位置測定誤差と称する。デカルト座標系は、直交し、同一のスケールを有する直線及び均一な（ｘ，ｙ）格子線を有する。当業者が理解するように、ステージ位置測定誤差は、（ｉ）ランダム測定雑音（回路内の雑音、機械的振動、及び空気の移動などによって引き起こされる可能性がある）及び（ｉｉ）系統的測定誤差（ステージ位置の関数であり、たとえば、ｘ−ｙミラーの間の非直交性、ミラーの曲率などから生じる可能性がある）の合計である。系統的測定誤差を、ステージひずみ（ｓｔａｇｅ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）とも称する。したがって、２Ｄ座標ステージの正しい較正は、一般に、測定されたステージ位置をそのめいめいのデカルト座標格子での位置に写像することによってステージひずみを判定することを必要とする。
【０００５】
ＶＬＳＩの処理及びテストに関する２Ｄ座標ステージを有するほとんどの独立型の装置は、２Ｄ座標計測システムを構成する（たとえば、マスク配置検査ツール）、又は２Ｄ計測機能を有する（たとえば、電子ビーム・パターン・ジェネレータ及び光学ステッパ）。これらの装置を使用する時に、ステージひずみは、通常、剛体の人工板（「基準板（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｐｌａｔｅ）」上の既知の位置を有するマークを測定する時に、それ自体が座標測定誤差として現れる。
【０００６】
基準板上のマークの測定は、通常は２ステップを必要とする従来の較正の形である。第１ステップでは、ステージ格子より高い度合の精度で既知のマーク位置を有する基準板を測定する。第２ステップでは、実際のステージひずみに対する近似として区分的線形関数又は多項式あてはめを使用して、測定された座標と実際の座標の間の写像関数（ステージ較正関数）を判定する。
【０００７】
残念ながら、２Ｄ計測ステージを較正するのに基準板を使用することは、もはや、一般に実行可能ではない。というのは、最先端技術の計測ツールを用いて達成可能なレベルより高いレベルの精度で既知の位置にあるマーク位置を有する板を製造することがむずかしいからである。この基本的な問題に対処するために、正確に既知ではない位置を有するマーク位置のアレイを有する人工の板を使用して計測ステージを較正する自己較正技法が開発された。唯一の要件は、人工の板が「剛体」であり、その結果、板のマークの相対位置が、板がステージ上で回転又は並行移動される時に変化しないことである。
【０００８】
ロー（Ｒａｕｇｈ）の米国特許第４，５８３，２９８号に、従来の自己較正技法が開示されている。完全な自己較正を達成するいくつかの条件が指摘されている。
１）板の回転変位及び板の並行移動変位（又は異なるピボット点の回りの別の回転）を含む少なくとも３つの異なる測定ビュー（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｖｉｅｗ）がなければならない。
２）ピボット点は、異なるステージ位置に存在しなければならない。
３）最初のピボット点対によって生成される格子は、密でなければならない。
【０００９】
しかし、提案されたアルゴリズムは、非線形であり、多分大きいランダム測定雑音の存在下で不安定なので、計算的に高価であった。
【００１０】
ステージ位置（ｕ，ｖ）の各２次元配列をデカルト座標格子（ｘ，ｙ）内の対応する位置に写像して、その間のひずみを判定することによる、計測ステージの完全な自己較正を実行する改善された方法が、イエ（Ｙｅ）等の米国特許第５，７９８，９４７号で開示された。この写像関数は、直交フーリエ級数を使用してひずみ関数の決定を分離する一連の演算によって実行される。この方法に関する不利益は、測定を行う時に、所定の間隔を有するマークの２次元Ｎ×Ｎ配列をその上に有する剛体の人工の板を提供しなければならないことである。もう１つの不利益は、回転が±９０°でなければならず、並行移動が、少なくとも１間隔でなければならないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、計測ステージを較正する時に非剛体の板を使用できる、計測ステージの自己較正の方法を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、マークの位置が、前もって既知でないすなわち、板の表面にわたり任意に散乱している板を使用できることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的に対する解決策は、請求項１で定義される方法を使用することによって達成される。
【００１４】
本発明の利益は、特に非常に小さい線幅について、半導体製造中に複数のマスクを互いに位置合せする可能性を高めるステージの較正を実行できることである。
【００１５】
さらなる態様及び利益は、好ましい実施例の説明から明白である。
【実施例】
【００１６】
本発明による方法が基づく原理は、板の表面にわたり任意に散乱した複数のマークを設けられた較正板を使用することを可能にする。格子構造のマークのＮ×Ｎ配列を設けられた板も、当然、使用することができる。本方法は、下で例に関して示すように並行移動及び回転移動を含む少なくとも３つの異なる測定ビューが測定されているならば、ステージひずみ関数Ｓ（ｘ，ｙ）及び板ひずみ関数Ｐ（ｘ，ｙ）を判定する可能性を提供する。
【００１７】
各側定点ｉの測定された位置（ｕｉ，ｖｉ）とデカルト座標（ｘｉ，ｙｉ）の間の誤差は、板の誤差及び／又はステージの誤差の結果である。通常、板とステージの両方が、測定における誤差に寄与する。
【００１８】
本自己較正は、一般に、次のステップで実行される。
１．表面にわたり任意に散乱したマークを有する較正板を提供する。
２．マークの位置を測定する手段を有する装置を使用するが、この装置のステージは、完全ではなく、補正を行う必要がある。
３．較正板を、ステージに任意に配置して、異なる測定ビューを確立する。
【００１９】
ステージの外見の認識（ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）は、ややよく（ｒａｔｈｅｒ  ｇｏｏｄ）、較正板の外見の認識は、ややよいが、「ややよい」は、ステージ及び／又は板のひずみ関数を判定するのに十分によくはない。その一方で、高い分解能及び再現性を有する測定を実行する可能性がある。
【００２０】
図１に、較正目的のための異なる測定ビューでの板の上のマークの位置の測定の流れ図を示す。この流れは、ステップ１００で開始され、ステップ１０１に進み、ここで、システムがステージの後続較正手順のために位置データの収集を開始する判断を待っている限り、流れは点１０２にフィード・バックされる。流れは、収集が開始される時にステップ１０３に進み、表面にわたり任意に散乱したマークを有する較正板が提供される。マークの個数は、通常は、８００×８００ｍｍのサイズを有する板で４００〜５００個である。ステップ１０４で、整数Ｍに１をセットする（Ｍ＝１）、ここでＭは、異なる測定ビューの個数を表す。次のステップ１０５で、板をステージ上の第１位置（Ｍ＝１）に置く。ステップ１０６で、少なくともｘ方向及びｙ方向の各マークの位置を測定し、ステップ１０７で、測定からの結果をメモリ又はデータベースに記憶する。ステップ１０８で、Ｍの値を検査し、Ｍ＜３の場合に、流れを、ステップ１１０及びステップ１１１を介して点１０９にフィード・バックし、ステップ１１０では、Ｍの値を１つ増分し（Ｍ＝Ｍ＋１）、ステップ１１１では、並行移動及び回転移動を含む新しい測定ビューを決定する。ステップ１０５から１０８は、Ｍ≧３になるまで繰り返され、その後、流れはステップ１１２に進む、ここで、追加の測定ビューを測定することが可能である。もう１つの測定ビューを測定する場合には、流れは、前に説明したようにステップ１１０及びステップ１１１を介して点１０９にフィード・バックされ、ステップ１０５から１０８がもう一度繰り返される。流れは、それ以上の測定が実行されず、較正手順が実行されない場合（ステップ１１４）に、ステップ１１３で終了する。その一方で、較正手順が実行される場合には、流れは、図２のステップ２００に進む。
【００２１】
表１に、測定が実行された時にどの事実が既知であり、どの事実が未知であるかを示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
事実が逆であり、唯一の未知の事実が、測定の結果である場合には、板のすべてのマークの正確な位置、完全な座標系を得るために適用されなければならない補正、及び異なる測定ビューに関する板の配置座標が既知であるならば、測定結果を計算することはかなり簡単である。
【００２４】
この問題に対する数値手法は、次の未知数を有する、解かなければならない方程式系（ｅｑｕａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）をもたらす。
・板上の２＊Ｎ（マークの個数）、Ｎは通常は４００〜５００。
・ステージ上の約２＊Ｎ
・３＊Ｍ（測定ビューの個数）
【００２５】
既知数は２＊Ｎ＊Ｍであり、これは、少なくとも３回の測定が実行されるならば、未知数より多数の既知数があることを意味する。この方程式系は、単純であり、ほとんど線形であり、やや薄く（対角）、図２に関して下で説明する単純な反復法を介して解くことができる。
【００２６】
流れは、ステップ２００で開始され、ステップ２０１で、図１で説明したステップで異なる測定ビューの十分な測定が実行されたかどうかを判定する検査を行う。方程式系を解くのに十分な測定ビューが測定されていないと判断される場合には、流れは、図１の、ステップ１１０及び１１１を介して点１０９にフィード・バックされる。ステップ１０５から１０８及び１１２が繰り返され、流れは、ステップ１１４から図２に戻される。
【００２７】
十分な測定ビューが測定されている時には、流れはステップ２０２に継続し、ステージ補正関数Ｓ０（ｘ，ｙ，α）が、すべての位置について０にセットされることが好ましい、すなわち、ステージの実際のひずみが非常に小さいので、ステージが完全であり、ひずみ関数が存在しないと仮定する。しかし、当初にステージに対する任意の他のひずみ関数を仮定することが可能であり、実際のひずみの関数は、収束するが、より多い計算に起因して、多少長い時間を有する可能性がある。
【００２８】
次のステップ２０３で、測定ビューＭごとに、位置データＮ（ｘ，ｙ）の各測定値から、板近似を計算する。すなわち、較正手順のこの初期ステージでは、ステップ２０２で補正関数に０がセットされた場合に、各測定ビューで行われた測定を板の記述とみなし、そうでない場合には、各測定を、ステージ補正関数によって補償しなければならない。
【００２９】
その後、Ｍ個の記述のすべてに関する板上の測定された位置の平均値を、計算し、板の最初のモデルＰ１（ｘ，ｙ）と考える。次に、板のこのモデルを使用して、各測定すなわち各測定ビューの板の位置を推定する。
【００３０】
ステップ２０４で、板のモデルＰ１（ｘ，ｙ）と、すべての位置について０であるステージの記述Ｓ０（ｘ，ｙ，α）とを使用して、シミュレートされた測定値ＭＳＩＭを計算する。この計算は、純粋な幾何形状を使用することによって実行され、各測定ビューのシミュレートされた測定値と「実際の」測定値の間の偏差が、ステップ２０５内を記述する標準偏差値（３σ）を生成し、この３σは、ステージ補正関数がステージの実際の外見に関してどれほどよく補償するかを示す。
【００３１】
ステップ２０６で、標準偏差値３σを所定の値と比較し、３σが所定の値より大きい（すなわち、３σがＯＫでない！）場合に、流れはステップ２０８に進み、ここで、前に計算されたシミュレートされた測定値ＭＳＩＭ（前のステージ記述Ｓ０（ｘ，ｙ，α）及び板のモデルＰ１（ｘ，ｙ）を使用する）と各測定ビューの実際の測定値の間の偏差を使用して、ステージの新しい記述Ｓ１（ｘ，ｙ，α）を計算する。
【００３２】
その後、ステップ２０９で、新しいステージ記述Ｓ１（ｘ，ｙ，α）を使用して、Ｍ個の板の新しい記述を計算する。その後、すべての測定ビューでの測定された位置の平均値を位置ごとに計算し、板の新しいモデルＰ２を計算する。その後、流れは、点２１０にフィード・バックされ、標準偏差３σが所定の値より小さくなるまで、ステップ２０４〜２０６が繰り返される。流れは、ステップ２０７で終了し、ステージの最後に計算された記述が、ステージに適用される補正関数を決定する。
【００３３】
図３に、前に説明した方法を実行する時の、収束する標準偏差３σの例を示す。０をセットされたステージひずみに関する最初の仮定は、３３ｎｍの標準偏差をもたらし、ステージ補正関数が計算され、この新しいステージ補正関数を使用して、新しい板補正関数が計算される。新しい偏差が計算され、ステージ関数が収束を開始し、３σ＝２３ｎｍになる。３σが所定の値、たとえば５ｎｍ未満になるまでループが繰り返され、この値は、本方法が７回の反復の後に完了することを意味する。本方法は、ある回数の反復、たとえば１０回の反復が実行された時に完了することもでき、この場合に、この例では約２ｎｍの３σが与えられる。
【００３４】
本願は、参照によってその内容全体が本明細書に組み込まれている、本願と同一の発明人が指定された同時出願の米国特許出願、名称「Ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｗｒｉｔｉｎｇ  ａ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｏｎ  ａ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｉｎｔｅｎｄｅｄ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｕｒｆａｃｅ」に関する。
【００３５】
自己較正を実行する時に、上で述べた同時出願の米国特許出願で開示されているように、ステージ及び人工の板の両方に存在する凹凸についても補償することが有利である可能性がある。
【００３６】
その場合に、図１の流れ図のステップ１０６を、各マークの高さすなわちｚ座標も測定することを含むように変更しなければならない。ステップ１０６とステップ１０７の間に追加ステップが挿入され、このステップでは、基準面を使用して各マークの測定されたｘ位置及びｙ位置のローカル・オフセットを計算することによって、凹凸を補償する。その結果は、測定されたｘ座標及びｙ座標に適用される２次元ｚ補正関数である。したがって、ステップ１０７は、単に測定値を保存するのではなく、各マークの補正された位置データを記憶することを含むように変更される。
【００３７】
ｚ補正関数を得るための動作原理は、各マークの位置での傾斜を測定し、かつ／又は計算することである。
【００３８】
本方法を実行する計算手段は、測定装置を制御するコンピュータ・プログラムで実行されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による自己較正を実行するために位置データを収集する測定手順を示す流れ図である。
【図２】測定された位置データを使用する、本発明による自己較正手順を示す流れ図である。
【図３】本発明による方法を実行する時の、収束する標準偏差３σの例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007509342.tif 000007
2007509342.tif 000008