(57)【要約】【課題】従来の欠点を克服するデバイス検査方法を提供する。【解決手段】方法は、検査すべきデバイスに非対称マーカを設けることを含み、マーカの非対称性の形態は、検査すべきパラメータに依存し、さらに、マーカに光を配向することと、特定の波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度を示すシフトを決定するため、第１、第２測定位置を比較することとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス検査の方法で、検査すべきデバイスに非対称マーカを設けることを含み、マーカの非対称性の形態は、検査すべきパラメータに依存し、さらにマーカに光を配向することと、特定の波長または回折角度の回折光の検出により、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光の検出により、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度を示すシフトを決定するため、第１および第２測定位置を比較することとを含む方法。
【請求項２】
第１および第２位置測定が、回折角度は異なるが波長は同じである回折光の検出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１および第２位置測定が、回折角度は同じであるが波長は異なる回折光の検出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１および第２位置測定が、異なる回折角度および異なる波長を有する回折光の検出を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１および第２位置測定が同時に実行される、請求項１から４いずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
マーカが１つまたは複数の回折格子を備える、請求項１から５いずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
１つまたは複数の回折格子が位相回折格子である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
マーカが、デバイスの第１層に設けた第１回折格子と、デバイスの第２層に設けた第２回折格子とを備え、第１回折格子および第２回折格子が、同じ周期を有し、光が、組み合わせた両方の回折格子によって回折するよう重ねて設けられ、回折格子間で測定された非対称性が、第１および第２層のオーバレイを示す、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
第１回折格子の線が、第２回折格子の線より細い、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
シフトを使用して、第１および第２層のオーバレイを決定する、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
オーバレイを、それぞれ第１および第２層に設けた第３および第４回折格子を使用して校正し、第３および第４回折格子を、第１および第２回折格子に隣接して設ける、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１記号のオーバレイ・オフセットを、第１、第２回折格子間に設け、反対の記号のオーバレイ・オフセットを、第３、第４回折格子間に設ける、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
オフセットの大きさが、所望の最大オーバレイ測定値のオーダーである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
オフセットが１００ｎｍのオーダーである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
オーバレイの校正を使用して、デバイスの他の位置にあるさらなる回折格子を使用して取得したオーバレイ測定値を校正する、請求項１１から１４いずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
第１、第２、第３および第４回折格子に加えて、第１および第２層それぞれに第５および第６回折格子を設け、第５および第６回折格子が、オーバレイ測定の校正の正確さを向上させるために使用される異なるオフセットを有する、請求項１１から１５いずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
第１層または第２層で、さらなる回折格子を他の回折格子に隣接して設け、方法が、さらに、測定したシフトのセンサ誤差を決定するため、さらなる回折格子のシフトを測定することを含む、請求項１１から１６いずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
第１および第２回折格子に下位構造を設け、回折格子の一方の下位構造が位相跳躍を含み、したがって下位構造の相対位置の関数として、回折した光に非対称性が生じ、測定された非対称性が第１および第２層のオーバレイを示す、請求項８から１７いずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
下位構造の機構サイズが、回折格子をデバイスに投影するために使用するリソグラフィ投影装置の解像力限界のオーダーである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
下位構造の機構サイズが、回折格子に配向された光の波長に対して十分に大きく、したがって下位構造からの回折が生じて、第１層と第２層間で伝搬するが、下位構造の機構サイズは、下位構造からの回折が測定中に検出されないほど十分に小さい、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１および第２回折格子に、第１記号のオーバレイ・オフセットを設け、同じ下位構造を有する第３および第４回折格子に、反対の記号のオーバレイ・オフセットを設け、オフセットを使用してオーバレイ測定値を校正する、請求項１８から２０いずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
追加のさらなる回折格子を、第１層または第２層内で他の回折格子に隣接して設け、方法が、さらに、測定したシフトのセンサ誤差を決定するため、追加の回折格子のシフトを測定することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
下位構造の測定を使用して、下位構造の形状を再構築し、それにより測定したシフトをオーバレイに関連させる、請求項１８から２０いずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
マーカが、デバイスの層に設けた第１回折格子と、デバイスの第２層に設けた第２回折格子を備え、第１回折格子および第２回折格子が、それぞれ異なる回折次数または波長で強力な回折を生成するよう選択された異なる周期を有し、マーカの非対称性が、第１および第２層のオーバレイに依存し、測定が、１つの回折次数または波長を測定することにより、第１回折格子の位置を測定することと、他の回折次数または波長を測定することにより、第２回折格子の位置を測定することとを含み、測定した位置間のシフトが、マーカの対称性と、第１および第２層のオーバレイとを示す、請求項６に記載の方法。
【請求項２５】
第１および第２回折格子の周期は、両方の回折格子が回折した光が、測定した回折次数と同じ周波数を有する強力な組合せ信号を生成しないよう選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第１および第２回折格子を重ねて設ける、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
第１および第２回折格子が空間的に分離される、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２８】
第１回折格子を、回折格子対として第２回折格子の隣に配置する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第２回折格子と同じ周期を有する第３回折格子と、第１回折格子と同じ周期を有する第４回折格子とを備える第２回折格子対を設けることにより、回転誤差を回避し、第２対が第１回折格子対に対して、回折格子の線を横断する方向で横方向に変位する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
一方の回折格子を、他方の回折格子の各側にある２つの列に分割し、分割は、回折格子の線の方向に対して横方向の軸線に沿う、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第１回折格子と第２回折格子との両方を、２つ以上の交互の列に分割する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
第１回折格子および第２回折格子が、回折格子の線の方向に対して横方向にある共通対称軸を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
列の間隔によって画定された周期を有する回折格子を形成するよう、列を配置する、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
方法が、さらに、列の間隔によって画定される周期に平行な方向でオーバレイを示すため、第１回折格子によって回折された光と、第２回折格子によって回折された光との結合によって引き起こされるうなり周波数の強度を監視することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
捕捉誤差によって生じるオーバレイ誤差が、強力な結合を生じるよう、列の間隔を選択する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
オフセットを、他方の回折格子に対して回折格子の一方に導入し、第１回折格子によって回折する光と、第２回折格子によって回折する光との結合が最小になるよう、オフセットのサイズを選択する、請求項３０から３２いずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
方法が、さらに、デバイスの第１層に、第２回折格子と同じ周期を有する第３回折格子を設けることにより、センサ誤差を決定することと、デバイスの第２層に、第１回折格子と同じ周期を有する第４回折格子を設けることとを含み、第１および第２回折格子と第３および第４回折格子とのシフト測定値を比較することによって、センサ誤差を解消する、請求項２４から３６いずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
マーカが、リソグラフィ投影装置の焦点の正確さを測定するよう配置された回折格子を備え、方法が、リソグラフィ投影装置のマスク上に、光学路長にステップを含む下位構造を有する回折格子を設けることを含み、リソグラフィ投影装置によって回折格子をデバイスに投影する間に、焦点誤差によって、投影された回折格子が変位し、投影された回折格子の隣接する線同士が反対方向に変位し、シフトによって測定される非対称性を生成するよう、ステップを選択する、請求項６に記載の方法。
【請求項３９】
光学路長のステップが、回折格子をデバイスに投影するために使用する光の波長のほぼ１／４の位相差を導入するようなステップである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
回折格子の隣接する線の相対的幅を、異なるよう選択し、したがって投影された回折格子の非対称性が、シフトで測定するのに十分なほど大きい、請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
マーカが、リソグラフィ投影装置の微小寸法を測定するよう配置された回折格子を備え、方法が、さらに、リソグラフィ投影装置の解像限界と同じ、またはそのオーダーの周期を有する下位構造を有する回折格子を、デバイスに設けることを含み、下位構造が、回折格子の線を延長するよう配置され、それによって回折格子が非対称になり、さらに微小寸法を変化させ、下位構造の有効反射率を変更し、それによって回折格子の非対称性を変更し、変更した非対称性がシフトによって測定される、請求項６に記載の方法。
【請求項４２】
マーカが、第１回折格子よび隣接する第２回折格子を備え、第１回折格子および第２回折格子が、それぞれ異なる回折次数で強力な回折を生じるよう選択された異なる周期を有し、したがって第１回折格子の位置測定が、一方の回折次数を測定することによって実行され、第２回折格子の位置測定が、他の回折次数を測定することによって実行され、方法は、マーカが処理効果から生じる非対称性を含むよう第１および第２回折格子を処理することと、処理がマーカに及ぼす効果を決定するために、第１位置と第２位置間のシフトを測定することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項４３】
処理効果を、既知の処理の非対称性について決定した以前のシフト測定値とシフトを比較することにより定量化する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
第１および第２回折格子の位置測定の前に、第２回折格子から処理をクリアする、請求項４２または４３に記載の方法。
【請求項４５】
マーカが、さらに、それぞれ第１および第２回折格子に対応する周期を有する第３回折格子および第４回折格子を備え、方法が、さらに、第３および第４回折格子を処理して、そこから処理をクリアすることと、測定位置間のシフトを決定するため、第３および第４回折格子の位置を測定することと、第１および第２回折格子について測定したシフトの誤差を補正するため、決定したシフトを使用することとを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第１および第２回折格子を使用し、請求項４２から４５いずれか１項に記載の方法を使用して、処理の非対称性を測定する、請求項２４から３７いずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
オーバレイ測定の前に、第１回折格子を使用して、第２回折格子を含む像をデバイスに投影するため、位置合わせする位置を決定する、請求項２４から３７いずれか１項に記載の方法。
【請求項４８】
オーバレイ測定の後に、第２回折格子を使用して、その後の像をデバイスに投影するため、位置合わせする位置を決定する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
投影された像が、第２回折格子とは異なる周期を有する追加の回折格子を含み、方法が、さらに、その後の像をデバイスに投影するため、位置合わせする位置を決定するために追加の回折格子を使用することを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
デバイス上のマーカを露光した直後に、検査方法を実行する、請求項１から４９いずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
デバイス上のマーカの露光および露光後ベークの後に、検査方法を実行する、請求項１から４９いずれか１項に記載の方法。
【請求項５２】
デバイス上のマーカの露光およびハード・ベークの後に、検査方法を実行する、請求項１から４９いずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
デバイス上のマーカの露光および処理の後に、検査方法を実行する、請求項１から４９いずれか１項に記載の方法。
【請求項５４】
レジスト層をデバイスに適用した後、およびレジストを露光する前に、検査方法を実行し、マーカを、デバイスの１つまたは複数の処理済み層に設ける、請求項１から４９いずれか１項に記載の方法。
【請求項５５】
リソグラフィ投影装置内に位置するデバイスで方法を実行し、マーカの位置を使用して、デバイスの検査に加えて、リソグラフィ投影の位置合わせ情報を提供する、請求項１から５４いずれか１項に記載の方法。
【請求項５６】
デバイス検査装置で、デバイスに設けた非対称マーカに光を配向するよう配置した光源と、特定の波長または回折角度でマーカから回折した光を検出し、それによってマーカの位置の測定値を提供する検出器と、異なる波長または角度でマーカから回折した光を検出し、それによってマーカの位置の第２測定値を提供するよう配置された第２検出器と、測定した位置を比較して、マーカの非対称性の程度を示すシフトを決定するよう配置された比較手段とを備える装置。
【請求項５７】
装置がリソグラフィ投影装置内に位置する、請求項５６に記載のデバイス検査装置。
【請求項５８】
装置が、投影装置に接続されたトラック内に位置する、請求項５６に記載のデバイス検査装置。
【請求項５９】
装置を、リソグラフィ投影装置から分離されたハウジング内に設ける、請求項５６に記載のデバイス検査装置。
【請求項６０】
請求項１から５５のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成された、請求項５６から５９いずれか１項に記載のデバイス検査装置。
【請求項６１】
デバイス検査装置で、デバイスに設けた位相回折格子に光を配向するよう配置された光源と、位相回折格子から回折した光を検出するよう配置された検出器と、検出した回折光を使用して検査情報を取得するよう配置された処理手段とを備える装置。
【請求項６２】
検査すべきデバイス上のマーカに光を配向するよう構成された広帯域光源と、少なくとも１つの基準格子を担持した平行移動式キャリアと、光を異なる波長に分離するよう構成された分光計回折格子と、異なる波長で光を検出するよう配置された検出器アレイとを備える計測ユニットで、使用時に、デバイス上のマーカで回折した光が、少なくとも１つの基準格子を通過し、分光計回折格子を介して検出器アレイへと向かうよう構成され、検出器アレイで周期的信号を検出するよう、基準格子を平行移動させる計測ユニット。
【請求項６３】
計測ユニットが、さらに、マーカから逆反射した光を検出するよう配置された反射率計を備える、請求項６２に記載の計測ユニット。
【請求項６４】
デバイス検査方法で、検査すべきデバイスに、デバイスの第１層に第１回折格子を、デバイスの第２層に第２回折格子を備える非対称マーカを設けることを含み、第１回折格子よび第２回折格子が同じ周期を有し、相互に重ねて設けられ、したがって両方の回折格子の組合せで光を回折し、マーカの非対称性が、第１および第２層のオーバレイに依存し、さらに光をマーカに配向することと、特定の波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度を示すシフトを決定するため、第１、第２測定位置を比較することとを含む方法。
【請求項６５】
デバイス検査方法で、検査すべきデバイスに、デバイスの第１層に第１回折格子を、デバイスの第２層に第２回折格子を備える非対称マーカを設けることを含み、第１回折格子および第２回折格子が、異なる回折次数または異なる波長で強力な回折を生成するようそれぞれ選択された異なる周期を有し、マーカの非対称性が、第１および第２層のオーバレイに依存し、方法が、さらに、マーカに光を配向することと、特定の波長または回折次数の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折次数の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度と、第１および第２層のオーバレイとを示すシフトを決定するため、第１、第２測定位置を比較することとを含む方法。
【請求項６６】
リソグラフィ投影装置の焦点の正確さを測定するデバイス検査方法で、光学路長にステップを含む下位構造を有する回折格子をリソグラフィ投影装置のマスクに設けることを含み、ステップが、回折格子の隣接する線同士で異なる記号であり、さらに回折格子をデバイスに投影するためにリソグラフィ投影装置を使用することを含み、投影した回折格子の隣接する線同士が、反対方向に変位して、ステップによる非対称マーカを形成し、さらに、特定の波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度および焦点誤差を示すシフトを決定するため、第１、第２測定位置を比較することとを含む方法。
【請求項６７】
リソグラフィ投影装置の微小寸法を測定するデバイス検査方法で、検査すべきデバイスに、リソグラフィ投影装置の解像力限界の、またはそのオーダーの周期を有する下位構造を有する回折格子を備える非対称マーカを設けることを含み、基板は、回折格子の線を延長するよう配置され、それによって回折格子を非対称にし、微小寸法の変化が、下位構造の有効反射率を変更して、それによって回折格子の非対称性を変更し、方法が、さらに、マーカに光を配向することと、特定の波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度、およびリソグラフィ投影装置の微小寸法を示すシフトを決定するよう、第１、第２測定位置を比較することとを含む方法。
【請求項６８】
デバイス検査方法で、検査すべきデバイスに、デバイスの第１層に第１回折格子を、デバイスの第２層に第２回折格子を備える非対称マーカを設けることを含み、第１回折格子および第２回折格子が、異なる回折次数または異なる波長で強力な回折を生成するようそれぞれ選択された異なる周期を有し、マーカの非対称性が、第１および第２層のオーバレイに依存し、方法が、さらに、マーカが処理効果から生じる非対称性を含むよう、第１および第２回折格子を処理することと、特定の波長または回折次数の回折光を検出することにより、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折次数の回折光を検出することにより、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称性の程度および処理がマーカに与える効果を示すシフトを決定するため、第１、第２測定位置を比較することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ技術でのデバイスの製造に使用可能な検査方法に、およびデバイス検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ投影装置を使用する製造プロセスでは、放射線感受性材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板に、（例えばマスクの）パターンを撮像する。この撮像ステップの前に、基板は、プライミング、レジスト・コーティング、ソフト・ベークなど、様々な手順を経ることがある。露光後、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、酸化、化学機械研磨などの様々なプロセスを経験し、これは全て、個々の層を仕上げるよう意図される。幾つかの層が必要な場合は、全手順またはその変形を、新しい層ごとに繰り返さねばならない。最終的に、基板（ウェーハ）上にデバイスのアレイが存在する。次に、これらのデバイスを、ダイシングまたはソーイングなどの技術で相互から分離し、そこから個々のデバイスをキャリアに搭載したり、ピンに接続したりすることができる。このようなプロセスに関するさらなる情報は、例えばPeter van Zantの著書「Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing」第３版(McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4)から取得することができ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
レジスト現像後の検査ステップは、一般に計測と呼ばれ、２つの目的に役立つ。第１に、現像したレジストのパターンに障害があるターゲット区域があれば、それを検出することが望ましい。十分な数のダイに障害がある場合は、障害のあるパターンでエッチングなどのプロセス・ステップを実行して、障害を永久的なものにするのではなく、ウェーハからパターン形成したレジストを剥がし、望ましくは正確に再露光することができる。第２に、測定により、照明設備または露光時間など、リソグラフィ装置のエラーを検出し、その後の露光のために補正することができる。
【０００４】
計測測定を使用して、２つのウェーハ層間のオーバレイ誤差を決定するか、これを使用して、特定のウェーハ層（通常は最上層）の機構の微小寸法（ＣＤ）または焦点誤差を決定することができる。計測測定を実行できる様々な方法がある。通常、これはリソグラフィ装置とは別個の装置で実行する。別個の装置で実行する測定は、通常、オフラインと呼ばれる。１つのオフライン装置を使用して、幾つかのリソグラフィ装置で作成したウェーハの計測測定を実行してもよい。
【０００５】
オーバレイの測定に使用する既知のオフライン計測装置の一つは、ウェーハに印刷されたボックスの撮像を使用し、第１ボックスは第１層に印刷され、第２ボックスは第２層に印刷される。この装置は、焦点誤差の測定に使用してもよい。装置は、通常、ボックス・イン・ボックス（またはフレーム・イン・フレーム）と呼ばれる。ボックス・イン・ボックス装置の欠点は、１つの線像の検出に頼っているので、一般的正確さが制限されることである。
【０００６】
第２の既知のオフライン計測装置は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を備える。これは、ウェーハ表面の非常に高解像度測定を提供し、ＣＤ測定に使用される。この装置の欠点は、時間および費用がかかることである。
【０００７】
第３の既知のオフライン計測装置は、スキャッタメータとして知られる。これは、ＣＤおよび／またはオーバレイの測定を提供する。スキャッタメータでは、白色光が現像したレジストの周期的構造で反射し、その結果の反射スペクトルを所与の角度で検出する。反射スペクトルを引き起こす構造は、例えば厳密結合波分析（ＲＣＷＡ）を使用するか、シミュレーションで得られたスペクトルのライブラリと比較することにより、再構築される。しかし、構造の再構築は、非常にコンピュータ集約的で、この技術は、低感度および低再現性に苦しむことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の欠点の少なくとも１つの克服するデバイス検査を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、デバイス検査方法が提供され、方法は、検査すべきデバイスに非対称マーカを設けることを含み、マーカの非対称性の形態は、検査すべきパラメータによって決定され、さらに光をマーカに配向することと、特定の波長または回折角度の回折光を検出して、マーカの位置の第１測定値を取得することと、異なる波長または回折角度の回折光を検出して、マーカの位置の第２測定値を取得することと、マーカの非対称の程度を示す変位を決定するため、第１および第２測定位置を比較することとを含む。
【００１０】
第１および第２位置測定は、回折角度は異なるが波長は同じである回折光の検出を含むことができる。あるいは、第１および第２位置測定は、回折角度は同じであるが波長が異なる回折光の検出を含むことができる。さらなる代替法では、第１および第２位置測定は、回折角度が異なり、波長が異なる回折光の検出を含んでもよい
【００１１】
マーカは、１つまたは複数の回折格子を備えることができ、回折角度は回折次数を含むことができる。
【００１２】
マーカは、デバイスの第１層に設けた第１回折格子、およびデバイスの第２層に設けた第２回折格子を備えることができ、第１回折格子および第２回折格子は、同じ周期を有し、相互に重ねて設けられ、したがって光は組み合わせた回折格子の両方によって回折する。
【００１３】
マーカは、デバイスの第１層に設けた第１回折格子、およびデバイスの第２下位層に設けた第２回折格子を備えることができ、第１回折格子および第２回折格子は、それぞれが異なる回折次数で強力な回折を引き起こすよう選択された異なる周期を有し、したがって第１回折格子の位置測定は、１つの回折次数の測定によって提供され、第２回折格子の位置測定は、他の回折次数の測定によって提供されて、変位が、第１および第２層のオーバレイを示す。
【００１４】
「強力な回折」という用語は、回折が測定するのに十分なほど強力で、好ましくは組み合わせた回折格子の両方からの回折より強力であることを意味するよう意図される。
【００１５】
マーカは、リソグラフィ投影装置の焦点の正確さを測定するよう配置された１つの位相回折格子を備えることができ、方法は、リソグラフィ投影装置のマスク上に、ほぼλ／４の光学路長のステップを含む下位構造を有する位相回折格子を設けることを含み、ステップは、回折格子の隣接する線では反対方向であり、下位構造の周期は、リソグラフィ装置でデバイス上に投影すると、焦点誤差により位相回折格子が変位するよう選択され、位相回折格子の隣接する線は、反対方向に変位し、変位によって測定される非対称性を引き起こす。
【００１６】
マーカは、リソグラフィ投影装置内でウェーハ上で露光したパターンの微小寸法を測定するよう配置された１つの回折格子を備えることができ、方法は、リソグラフィ投影装置によって撮像できる微小寸法の、またはそのオーダーの周期で、下位構造を有する回折格子をウェーハ上に撮像することを含み、基板は、回折格子を非対称にする回折格子の追加線を形成するよう配置され、微小寸法が変化すると、下位構造の有効反射率が変化し、それによって回折格子の非対称性が変化して、変化した非対称性が変位として検出される。
【００１７】
本発明は、デバイス検査装置も提供し、装置は、デバイス上に設けた非対称マーカに光を配向するよう配置された光源と、特定の波長または回折角度でマーカから回折した光を検出し、それによってマーカの測定位置を提供するよう配置された検出器と、異なる波長または回折角度でマーカから回折した光を検出し、それによってマーカの第２位置測定を提供するよう配置された第２検出器と、測定した位置を比較して変位を決定するよう配置された比較手段とを備える。
【００１８】
本発明は、デバイス検査装置も提供し、装置は、デバイスに設けた位相回折格子に光を配向するよう配置された光源と、位相回折格子から回折した光を検出するよう配置された検出器と、検出した回折光を使用して、検査情報を取得するよう配置された処理手段とを備える。
【００１９】
本書では、本発明による装置のＩＣ製造での使用に特に言及しているが、このような装置は他の多くの用途が可能であることを理解されたい。例えば、集積光学系、磁気ドメイン・メモリの案内および検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用することができる。このような代替用途の状況では、本書の「レチクル」、「ウェーハ」または「ダイ」という用語は、より一般的な用語「マスク」、「基板」および「ターゲット部分」それぞれで置換されると見なされることが、当業者には理解される。
【００２０】
本明細書では、「光」、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（例えば３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長）およびＥＵＶ（極紫外線、例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、さらにイオン・ビームまたは電子ビームなどの粒子ビームなど、全タイプの電磁放射線を含むよう使用される。
【００２１】
次に本発明の実施形態を、添付の略図に関して例示によってのみ説明する。
【００２２】
図では、対応する参照記号は対応する部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
リソグラフィ投影装置
図１は、本発明による方法で使用可能なリソグラフィ投影装置を概略的に示す。装置は、
−放射線（例えばＤＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するため、この特定のケースでは放射線源ＬＡも備える放射線システムＥｘと、
−マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するためにマスク・ホルダを設け、アイテムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするため、第１位置決め手段に接続された第１オブジェクト・テーブル（マスク・テーブル）と、
基板Ｗ（例えばレジストを被覆したシリコン・ウェーハ）を保持するために基板ホルダを設け、アイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めするため、第２位置決め手段に接続された第２オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
−マスクＭＡの照射部分を基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つまたは複数のダイを備える）に撮像する投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば回折レンズ・システム）とを備える。
【００２４】
本明細書で描くように、装置は透過タイプ（例えば透過性マスクを有する）である。しかし、概して、例えば（反射性マスクを有するなどの）反射タイプでもよい。あるいは、装置は、上述したようなタイプのプログラマブル・ミラー・アレイなど、別の種類のパターン形成手段を使用してもよい。
【００２５】
ソースＬＡ（例えばエキシマ・レーザ）は放射線ビームを生成する。このビームは、直接に、または例えばビーム拡大器Ｅｘなどの調整手段を横断した後、照明システム（照明装置）ＩＬに供給される。照明装置ＩＬは、ビームの強度分布の内および／または外径範囲（一般に外部σおよび内部σと呼ばれる）を設定する調節手段ＡＭを備えてよい。また、概して、集積器ＩＮおよびコンデンサＣＯなど、様々な他の構成要素を備える。この方法で、マスクＭＡに衝突するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。
【００２６】
図１に関して、ソースＬＡは、（ソースＬＡが例えば水銀灯などの場合で、往々にしてあるよう）リソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、リソグラフィ投影装置から離れ、それが精製した放射線ビームを（例えば適切な配向ミラーの助けにより）装置に案内してもよいことに留意されたく、後者のシナリオは、ソースＬＡがエキシマ・レーザである場合に、往々にしてある。本発明および請求の範囲は、このシナリオの両方を含む。
【００２７】
ビームＰＢは、その後、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡと交差する。ビームＰＢは、マスクＭＡを横断した後、レンズＰＬを通過し、これがビームＰＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第２位置決め手段（および干渉計測定手段ＩＦ）の助けにより、例えばビームＰＢの路で様々なターゲット部分Ｃを位置決めするよう、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、第１位置決め手段を使用して、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、または走査中に、ビームＰＢの路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。概して、オブジェクト・テーブルＭＴ、ＷＴの動作は、図１では明示的に図示されていない長ストローク・モジュール（粗い位置決め）および短ストローク・モジュール（微細位置決め）の助けにより実現される。しかし、（走査ステップ式装置とは反対に）ウェーハ・ステッパの場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータに接続するか、固定するだけでよい。
【００２８】
図示の装置は、次の２つの異なるモードで使用することができる。
ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴを基本的に静止状態に維持し、マスク像全体を１回で（つまり「フラッシュ」１回で）ターゲット部分Ｃに投影する。次に、異なるターゲット部分ＣをビームＰＢで照射できるよう、基板テーブルＷＴをｘおよび／ｙ方向にシフトさせる。
走査モードでは、基本的に同じシナリオが当てはまるが、所定のターゲット部分Ｃを１回の「フラッシュ」で露光しない。代わりに、投影ビームＰＢがマスク像を走査するよう、マスク・テーブルＭＴを速度ｖで所定の方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に移動させることができ、それと同時に基板テーブルを速度Ｖ＝Ｍｖで同方向または反対方向に移動させ、ここでＭはレンズＰＬの倍率（通常はＭ＝１／４または１／５）である。この方法で、解像度を妥協することなく、比較的大きいターゲット部分Ｃを露光することができる。
【００２９】
図２は、本発明が一部を形成できるリソグラフィ・プロセスの流れ図である。図１に関して上述したようなリソグラフィ装置を使用して実行できる露光ステップＳ４の前に、シリコン・ウェーハなどの基板はプライミング・ステップＳ１、レジストの層で被覆するスピン・コーティング・ステップＳ２、およびレジストから溶剤を除去するソフト・ベークＳ３を経る。露光後、ウェーハは露光後ベークＳ５、現像ステップＳ６を経て、その間に露光または非露光レジストが（レジストがプレスかマイナスかに応じて）除去され、さらにハード・ベークＳ７、その後に検査ステップＳ８を経る。検査ステップＳ８は、様々な異なる測定および検査を含み、本発明によると、以下でさらに説明する計測ステップを含む。ウェーハが検査に合格したら、プロセス・ステップＳ９を実行する。これは、レジストで覆われていない基板の区域のエッチング、プロダクト層の付着、金属化、イオン注入などを含むことができる。プロセス・ステップＳ９の後、残りのレジストをＳ１０で剥ぎ、最終検査Ｓ１１を実行してから、プロセスが別の層で再開する。基板がＳ８で検査を不合格になった場合、これは剥ぎ取りステップＳ１０に直接配向され、作成した同じプロセス層に再度印刷を試みる。検査ステップはハード・ベークＳ７の後に実行することが好ましいが、場合によっては、露光後ベークＳ５の後、あるいは露光Ｓ４の直後でも実行することができる。その実行方法について、以下でさらに説明する。
【００３０】
検査ステップでは、図３に示すタイプの計測ユニットを使用する。計測ユニットは、例えば国際特許第９８／３９６８９号に記載されたような先行技術のアライメント・ユニットに対応し、これは参照により本明細書に組み込まれる。図３を参照すると、基板マークは、Ｐ1で指示された回折格子の形態で設けられる。波長λを有し、回折格子に入射する照明ビームｂは、幾つかのサブビームに分割され、これは回折格子に直角な様々な角度αn（ラベルなし）で延在し、この角度は以下の既知の回折格子式で定義される。
【数１】
2004279405.tif 000003
【００３１】
ここでｎは回折次数、Ｐは回折格子周期である。本明細書でさらに使用するため、回折格子は、一連の線および空間と定義される。強度回折格子では、線および空間は異なる反射率を有し、線は全てほぼ等しい反射率を有して、空間は全てほぼ等しい反射率を有する。波面が平坦な放射線ビームが強度回折格子に衝突した場合、線および空間での強度が、放射線が回折格子を出る面では異なる。位相回折格子では、線および空間がほぼ同じ反射率を有するが、異なる屈折率および／または異なる高さを有する。波面が平坦な放射線ビームが位相回折格子に衝突した場合、線および空間での位相が、放射線が回折格子を出る面では異なる。
【００３２】
回折格子で反射したサブビームの路は、レンズ・システムＬ1を組み込み、これはサブビームの様々な方向を、面７３におけるそのサブビームの様々な位置ｕnに変換する。
【数２】
2004279405.tif 000004
【００３３】
この面には、様々なサブビームをさらに分離する手段を設ける。そのため、この面にプレートを配置することができ、これには例えばウェッジの形態の偏向エレメントを設ける。図３では、ウェッジ・プレートがＷＥＰで指示されている。ウェッジは、例えばプレートの背側に設ける。次に、プレートの前側にプリズム７２を設けることができ、これでＨｅ−Ｈｅレーザなどの放射線源７０から来る入射ビームを計測センサに結合することができる。このプリズムは、０次サブビームが検出器に到達するのを防止することもできる（０次サブビームは検出器には望ましくない）。ウェッジの数は、使用するサブビームの数に対応する。図示の実施形態では、次元ごとに６つのウェッジがあり、さらに次数があるので、サブビームは最大７次まで使用することができる。全てのウェッジは異なるウェッジ角度を有し、したがって異なるサブビームを最適に分離することができる。
【００３４】
第２レンズはウェッジ・プレートの背後に配置される。このレンズ・システムは、マークＰ1を面基準プレートＲＧＰに撮像する。ウェッジ・プレートがないと、全てのサブビームが基準面で重なってしまう。ウェッジ・プレートを通る様々なサブビームは、異なる角度で偏向するので、サブビームによって形成された像は、基準面の様々な位置に到達する。その位置Ｘnは下式で与えられる。
【数３】
2004279405.tif 000005
【００３５】
ここでγは、サブビームがウェッジ・プレートによって偏向する角度である。
【００３６】
この位置に、基準回折格子を設ける。別個の検出器を、各基準回折格子の背後に配置する。各検出器の出力信号は、基板回折格子Ｐ1の像が関連の基準回折格子と一致する程度によって決定される。各回折格子の周期は、その回折格子に入射する関連のサブビームの次数に適合する。次数が増加するにつれ、周期は減少する。
【００３７】
図４は、２つの波長を使用するよう配置した、図３に示したタイプの計測ユニットを示す。図４では、参照番号１６０は偏光感受性ビーム・スプリッタを指示する。このビーム・スプリッタは、Ｈｅ−Ｎｅレーザから例えば６３３ｎｍの第１波長λ1を有する第１ビームｂを受け、第１偏光方向を有し、このビームを基板アライメント・マークＰ1に渡す。このビーム・スプリッタには、第２アライメント・ビームｂ5も入射し、これは例えば５３２ｎｍの第２波長λ2を有し、周波数２倍器の前にあるＹＡＧレーザから来る。ビームｂ5は、ビームｂの偏光方向に対して直角の偏光方向を有し、したがってビームｂ5は基板マークＰ1へと反射する。ビームｂおよびｂ5の主光線は、ビーム・スプリッタによって一致し、したがってこれらのビームは１本のビームとしてマークＰ1へと渡されることが確認されている。マークによって反射した後、ビームｂおよびｂ5はビーム・スプリッタによって再び分割される。これらのビームそれぞれに、別個のユニット１７０、１８０が存在する。これらのユニットはそれぞれ、入射ビームを発し、ビーム・スプリッタを介して、基板マークから来る様々な回折次数のサブビームを受ける。これらのユニットそれぞれで、図３に関して説明したように、基板マークが様々なサブビームで様々な基準回折格子上に形成される。そのため、各ユニットにはレンズ・システムＬ1、Ｌ2（Ｌ1’、Ｌ2’）、ウェッジ・プレートＷＥＰ（ＷＥＰ’）、基準回折格子ＲＧＰ（ＲＧＰ’）を有するプレート、幾つかの検出器９０〜９６（９０’〜９６’）、および結合プリズム７２（７２’）を介してシステムに結合されるビームを有する放射線源７０（７０’）を設ける。
【００３８】
図３または図４に示すタイプの計測ユニットは、インライン計測を実行できるよう都合よく配置される。本発明の一つの実施例では、計測ユニットをトラックに配置する（トラックは保管場所との間でウェーハを搬送し、さらにウェーハをベークして現像する）。計測ユニットは、露光後ベークおよび現像の下流に配置され、したがってレジスト層で露光したパターンをユニットが明白に見えることができる。代替実施例では、計測ユニットをトラックに隣接して配置し、それと接続する。ウェーハはトラックから計測ユニットへと進み、測定後にトラックに戻る。トラックとの接続は、従来の出力ポートを介し、露光後ベークおよび現像の下流に配置される。さらなる代替実施例では、計測ユニットを、トラックに接続されていない、つまりオフラインの別個の装置に設ける。あるいは、計測ユニットをリソグラフィ投影装置内に設けてもよい（この実施例については、以下でさらに説明する）。
【００３９】
生産中に（つまりインラインで）、回折格子を備えるマーカは、デバイス特徴をウェーハに投影する間、ウェーハに曝露する。回折格子は、特に指定した非プロダクト区域に配置するか、プロダクト構造を分離するスクライブ線に配置してもよい。ウェーハを現像し、ベークして処理する。回折格子は、以下でさらに説明するように、焦点計測の検査中に使用するか、微小寸法計測の検査中に使用してよい。検査は、図２に関して上記で示したように、任意の都合のよい時間に実行してよい。
【００４０】
オーバレイ計測が必要な場合、回折格子およびプロダクト機構の処理は、ウェーハ上に永久的に保持されるよう完了する。レジストの層はウェーハ上へと広がり、プロダクト機構のその後の層は、第２回折格子とともにウェーハ上で露光する。第２回折格子は第１回折格子の上に配置され、それによって非対称マーカを形成する。マーカを備える第１および第２回折格子の位置測定（例えば個々に、または複合回折格子として検出する）は、計測ユニットの様々な回折次数または波長を使用して実行する。これらの測定は、オーバレイを決定するのに使用される。
【００４１】
本発明の実施形態では、マーカは、図５に示すように、ウェーハのプロダクト層に設けた第１回折格子１０、およびウェーハのレジスト層に設けた第２回折格子１１を備える。回折格子１０、１１間には多少の垂直方向の間隔があり、これは例えばプロダクト層の上に位置する酸化物層１２のせいである。第２回折格子１１は第１回折格子１０と同じ周期Ｐを有するが、第２回折格子の各線の方が細い。第２回折格子は、第１回折格子に対して作為的にシフトＤだけ変位する。２つの回折格子は、特定の全体的形状を有する複合回折格子を備える１つのマーカと見なすことができる。複合回折格子は、第１、第２回折格子間の作為的なシフトＤによって生じる非対称性を含む。図５に示す第２回折格子の各線は、第１回折格子より細いが、これが当てはまるかは本質的なことではない。必要なことは、第２回折格子が、第１回折格子の一部とともに、計測ユニットに見えることである（例えば、第１回折格子の各線が、第２回折格子の線より広く、第２回折格子が作為的なシフトＤのせいで見えてもよい）。
【００４２】
非対称性の結果、図３および図４の計測ユニットで測定した複合回折格子の見かけの位置はシフトする。このシフトｘshiftは、検出された波長（λ）および回折次数ｎによって決定される。シフトは、波長および回折次数に依存するので、様々な波長および回折次数について測定した位置を比較することにより、シフトに関する情報を取得することができる。シフトが作為的なシフトＤ、およびリソグラフィ投影装置の不正確さ（例えばオーバレイ誤差）によって生じるシフトを含む場合、不正確さによって生じるシフトのサイズおよび記号は、そのシフトを作為的シフトと比較することによって測定することができる。これは、ウェーハのインライン計測測定を提供する。作為的シフトＤは、インライン計測測定を容易にするため、第１、第２回折格子間に非対称性を導入することができる多くの方法の一つであることが理解される。非対称性を導入する代替方法を、以下でさらに説明する。
【００４３】
計測測定の間、計測ユニットに対して基板を走査する。基板は、例えば計測ユニットの基準回折格子（図３のＲＧＰ）を走査する状態で固定することができ、必要なのは、基板と基準回折格子との間に相対的動作があることだけである、ということが理解される。走査は、回折格子の線の方向に対して横向きであり、回折格子Ｐ1の像が各基準回折格子ＲＧＰ（ＲＧＰ’）上を通過し、それによって検出器９０〜９６（９０’〜９６’）にシヌソイド信号を生成するという効果を有する。シヌソイド信号は、基板の位置の関数として記録され、回折格子Ｐ1の中心は、各検出器からのシヌソイド信号がピークを通る位置として決定される。
【００４４】
基板の走査は、基板テーブル（図１のＷＴ）を走査することによって達成される。基板テーブルの動作は、基板テーブルに未知の小さい位置誤差Δｘstage（ｔ）を持ち込む。この誤差を考慮に入れて、走査中に、時間ｔの関数として検出された計測信号を走査することは、下式のように書くことができる。
【数４】
2004279405.tif 000006
【００４５】
ここでｎは回折次数、λは波長、ａおよびｂは定数、Δｘstage（ｔ）は、基板テーブルの意図された位置ｖｔと基板テーブルの実際の位置との差である。低周波数誤差の場合、基板テーブル位置誤差は、測定した位置の位置誤差として現れる。例えば最小二乗適合などを使用した曲線の当てはめから、以下の測定位置が得られる。
【数５】
2004279405.tif 000007
【００４６】
次数／色間の測定位置の差を測定すると、次数間シフトＳｂＯが得られる。
【数６】
2004279405.tif 000008
【００４７】
ここでｍおよびｎは回折次数を、λ1およびλ2は波長を示す。上式で示すように、「次数間シフト」（ＳｂＯ）は、様々な回折次数を測定した場合、または同じ回折次数について異なる波長を測定した場合、または異なる回折次数について異なる波長を測定した場合に生じる測定位置の差を指す。用語を簡単にするため、この用語は特に様々な波長を指すものではない。これは、本明細書のいかなる箇所でも、異なる波長の測定から生じる測定位置の差を排除するよう意味することは意図されていない。
【００４８】
両方の位置測定を同時ｔに実行してよい。これで、ステージ誤差はＳｂＯで解消され、これは下式に還元される。
【数７】
2004279405.tif 000009
【００４９】
したがってＳｂＯは時間およびステージ誤差に依存しない。
【００５０】
別の実施形態では、ＳｂＯがオフセットＤのみの関数となるよう、選択された次数および波長、および測定された時間ｔは固定されたままである。
【００５１】
設定の対称性から、下式となる。
【数８】
2004279405.tif 000010
【００５２】
オーバレイを測定するため、オーバレイを測定するため、２つの複合回折格子に反対のオフセットＤ＋δおよび−Ｄ＋δを印刷し、ここでＤは作為的シフト、δはリソグラフィ投影装置の不正確さによって生じるシフトを示す。完全なオーバレイδ＝０の場合、ＳｂＯ’の合計はゼロになる。これでオーバレイ計測測定が単純になり、これは計測ユニットの解像度（例えば１ｎｍ未満）まで、いつオーバレイが完全になるかを示す。しかし、ほぼ確実にオーバレイが完全でない状況になるので、そのためオーバレイ誤差を定量化して、有用な計測測定を提供する。
【００５３】
オーバレイ誤差は、誤差を既知の小さいオフセットと比較して定量化される。オーバレイ誤差ＯＶを２ＯＶ＝２δとすると、ＯＶは下式のように表すことができる。
【数９】
2004279405.tif 000011
【００５４】
位置測定の対を上述したように同時に実行すると、ｔ1＝ｔ2およびｔ3＝ｔ4になり、したがってステージ誤差Δｘstage（ｔ）誤差が取り消される。オーバレイ誤差を定量化するため、δ1およびδ2の小さい変化に対して、つまりオーバレイ誤差の関数として、ＳｂＯがいかに急速に変動するかを決定する必要がある。この感度は、シフトＤ＋ｄ＋δを印刷した第３回折格子で測定し、ここでｄは小さい既知のオフセットである。実際に観察されるオーバレイ誤差のケースである直線性を仮定すると、小さい変位のＳｂＯの感度は下式によって与えられる。
【数１０】
2004279405.tif 000012
【００５５】
ステージ誤差は、この場合も上記で示したように取り消すことができる。ｄの値は、要件を対立させることによって決定する。つまり、一方でｄ＋δ＝ｄの近似を正当化し、ノイズを最小にするために大きくなければならないが、他方では直線性を保証するため十分に小さくなければならない。通常、ｄは、測定できるようにしたい最大オーバレイ誤差と同じサイズか、またはそれよりわずかに大きくなければならず、例えばｄは１００分の数ナノメートルのオーダーでよい。他の適切な値を使用してもよい。オーバレイは、３つの回折格子に関する下記の測定になる。
【数１１】
2004279405.tif 000013
【００５６】
この測定は、多くの次数／波長対について実行できるが、実際には最高感度の次数／波長対しか使用する必要がない。
【００５７】
各回折格子は、数十平方ミクロンのサイズを有することができる。各回折格子の周囲には数ミクロンの排除ゾーンがあってもよい。回折格子は、ダイの隅に隣接するスクライブ・レーンに設けることができる。計測測定はダイの複数の隅で実行することが望ましい。これを実行できる一つの方法は、測定が必要な各隅に３つの回折格子を設けることである。あるいは、回折格子の数を減少させ、それによって他の要素のためのスペースを自由にするため、ダイの１つの隅に３つの回折格子を設け、ダイの１つの隅に３つの回折格子を設けて、測定が必要な他の隅には回折格子を１つだけ設けることができる（つまり１つの隅につき１つの回折格子）。単一の回折格子を使用して測定したオーバレイは、３つの回折格子を使用して取得した感度測定を使用して定量化される。これは、測定の感度がダイの隅ごとに大きく変動しないという事実を利用する。
【００５８】
全ての検出器が（例えば図３に示すような）検出器面を形成する状況では、その検出器面の信号強度信号は、回折格子の周期的信号のフーリエ変換ΣＦ(i,x,y)と強度関数Ｉ(x,y)のフーリエ変換との間の畳み込みである（指数ｉは様々な次数を表す）。強度関数Ｉ(x,y)は、回折格子に入射するビームの強度プロフィールＩP(x,y)とその位置における回折格子の存在Ｅ(x,y)との積である（ここでＥ(x,y）は回折格子の空間範囲を示す、つまりＥ(x,y)＝回折格子では１、Ｅ(x,y)＝他の位置では０である）。
【数１２】
2004279405.tif 000014
【００５９】
任意の検出器は、（ｘj，ｙj）にて１つの特定次数しか検出しないよう意図されている。しかし、畳み込みＣ(i,x,y)により、異なる次数ｉの割合をその検出器で検出し、それによって次数ｊについて検出した信号に誤差を導入できるようになった。これは数学的にはＣ(i,xj,yj)≠０と表現される。これは、回折格子の有限長さのため、検出器面における次数ｉの像は空間的に十分広く、その縁が次数ｊに意図された検出器に当たると考えることにより、直感的に理解することができる。
【００６０】
当業者には明白であるように、この問題には幾つかの解決法が知られている。一例は、Ｃ(i,xj,yj)がＣ(j,xj,yj)にそれほど匹敵しないよう、強度プロフィールＩP(x,y)を選択することができる。別の例は、Ｃ(i,xj,yj)がＣ(j,xj,yj)にそれほど匹敵しないほどＦ(i,xj,yj)が小さくなるよう、回折格子の周期を選択できることである。Ｆ(i,xj,yj)は、次数ｉとｊからの最大信号の位置間の間隔が非常に大きいか、Ｆ(i,xj,yj)が（ｘj，ｙj）で局所極小を有することから、小さく維持することができる。
【００６１】
本発明の上述した実施形態での発生に加えて、重なった信号の問題は、下記の本発明の実施形態でも発生することがある。上記の解決法は、それらの実施形態にも適用することができる。
【００６２】
本発明の実施形態の変形では、３つの回折格子ではなく、回折格子の対を使用して、オーバレイ計測測定を獲得することができる。これは、スクライブ・レーン区域で占有する量が少ないので有利である。２つの回折格子への減少は、感度定量化オフセットｄを作為的オフセットＤ、−Ｄに組み込めることが認識されるので、可能になる。
【００６３】
一般的用語では、次数間で検出されるシフトは、回折格子間のオフセットΔｘと、回折格子の「深さ」とその間隔（図５の「ｚ」）に依存する倍率ｋとによって生じると考えられる。これは下式のように表すことができる。
【数１３】
2004279405.tif 000015
【００６４】
ここで、オフセットは作為的オフセットＤとオーバレイ誤差ＯＶとの組合せである。
【数１４】
2004279405.tif 000016
【００６５】
２つの回折格子を使用すると、これは次数測定値間に２つのシフトを提供し、これは２つの未知の値ｋ、ＯＶを決定することができる十分な情報を提供する（作為的オフセットＤは、回折格子を投影するマスクの設計から知られる）。
【数１５】
2004279405.tif 000017
【００６６】
これは、感度定量化オフセットｄを（＋Ｄ−２Ｄ）と等しくすることと同等である。オーバレイは、２つの回折格子の測定から得られる。
【数１６】
2004279405.tif 000018
【００６７】
以上の説明は、同じ周期を有する２つの重なった回折格子を使用して複合回折格子を形成する本発明の実施形態に関する。しかし、周期が等しいレジストおよびプロダクト回折格子は、回折格子間の強力な結合を生成する。この結合により、次数間のシフトは、オーバレイの関数であるばかりでなく、回折格子の垂直間隔（図５のｚ）、波長、および回折格子形状にも影響される。この理由から、２つ以上の複合回折格子の校正が必要である。
【００６８】
本発明の代替実施形態では、次数間のシフトを、結合されていない回折格子を備えるマーカについて測定する（厳密に言うと、全ての回折格子はある程度結合され、「結合されていない」という言葉は、結合によって生じる信号のサイズが、各回折格子から個々に生じる信号よりはるかに小さいという意味である）。この代替実施形態は、空間の周波数多重化に基づき、（Ｐ／Ｎ）および（Ｐ／Ｍ）という異なる周期を有する回折格子を使用する。Ｐは数十ミクロンのオーダーでよい。これらの周期は、Ｐ／（１、２・・・７）の周期を有する計測ユニット基準回折格子と互換性があるよう選択される。他の適切な周期を使用してよいことが理解される。次数間のシフト測定値は、オーバレイに正比例し、したがって複数マーカでの校正はもはや必要でない。オーバレイ誤差により、回折格子を備えるマーカが非対称になり、次数間のシフト（つまり回折次数の位置の差）を使用して測定するのは、この非対称性である。
【００６９】
本発明のこの代替実施形態は、Ｐ／６などの所与の周期の回折格子から生じる回折が、同じ周期を有する計測ユニット基準回折格子で強力に検出されるということに基づく。Ｐ／７などの異なる周期の回折格子から生じる回折は、その周期を有する計測ユニット基準回折格子で強力に検出される。つまり、プロダクト層とレジスト層にある回折格子が、相互に重なっていれば、異なる回折次数で調べることにより、これを別個に検出することが可能である。測定した位置の差、つまりＳｂＯは、回折格子のオーバレイを直接示す。本発明のこの実施形態は、異なる回折次数ではなく異なる照明波長を使用できることが理解される（必要なことは、異なる回折格子からの回折光が、異なる計測ユニット基準回折格子によって強力に検出されることだけである）。
【００７０】
ｘ方向で動作する回折格子が、ウェーハ上で露光し、処理される。その結果の固定回折格子を、本明細書ではプロダクト層と呼ぶ。回折格子は周期Ｐ／Ｎを有し、ここでＮは１、２・・・７のいずれか一つである。ウェーハを露光する前に、この回折格子をレジスト・フィルムで覆う。露光前の反射フィールドは下式のように表すことができる。
【数１７】
2004279405.tif 000019
【００７１】
下付文字Ｎは、Ｐ／Ｎの周期性を示し、
2004279405.tif 000020
は反射フィールド（いわゆる０次）の平均複素数値である。他の次数の複素振幅は、ＦNのフーリエ分解から得られる。次に、レジストを周期Ｐ／Ｍのより高次の回折格子で露光し、ここでＭは１、２・・・７のいずれか一つである（Ｍ≠Ｎ）。これによって、現像後に、図６に示すようなプロダクト回折格子の頂部にレジスト回折格子が生じる。図６では、プロダクト回折格子はＰ／６の周期を有し（つまりＮ＝６）、レジスト回折格子はＰ／７の周期を有する（つまりＭ＝７）。
【００７２】
レジスト回折格子は、プロダクト回折格子によって反射したフィールドを摂動させ、したがってもはや上述した単純な形態ではない。プロダクト回折格子とレジスト回折格子の間のオーバレイ誤差がｘ0であると仮定すると、反射フィールドは以下の形態で表すことができる。
【数１８】
2004279405.tif 000021
【００７３】
これらの項を図形で説明するため、それぞれＮおよびＭ８の異なる周期を有する２つの透過回折格子ＦおよびＧに関して図７に示す（図示を容易にするため、透過回折格子を、反射回折格子の代わりに使用する）。
【００７４】
項
2004279405.tif 000022
は、ＦおよびＧが透過するゼロ次数である。
【００７５】
オーバレイ計測に使用する項は
2004279405.tif 000023
である。項ＦN（ｘ，ｙ）ＧM（ｘ−ｘ0，ｙ）は、両方の回折格子によって回折した次数を備え、この実施形態では計測に使用しない。これらの項は、それぞれ一方の回折格子のみで回折され、それぞれ回折格子Ｆおよび回折格子Ｇである。プロダクト回折格子の位置は、項
2004279405.tif 000024
で測定し、レジスト回折格子の位置は項
2004279405.tif 000025
で測定し、２つの測定位置間の差がオーバレイ誤差を示す。つまり、
2004279405.tif 000026
のＳｂＯは、オーバレイとそのまま等しい。計測ユニットは、Ｐ／６の周期を有する回折格子のみを監視してプロダクト回折格子の位置を測定し、その後にＰ／７の周期を有する回折格子のみを監視してレジスト回折格子の位置を測定する。回折格子の位置間の差が、レジスト層とプロダクト層の間のオーバレイ誤差を示す。
【００７６】
本発明の代替実施形態は、空間周波数多重化の一形態と見なすことができ、レジストおよびプロダクト回折格子は、異なる空間周波数を有するので、計測ユニットで別個に測定することができる。計測ユニットは、図３に関して上述したように、異なる回折次数を異なる検出器に配向するよう配置されているので、これらを別個に測定することができる。
【００７７】
Ｐ／（ＮまたはＭ）以外の周期を有する回折格子を使用してよいことが理解される。ＮおよびＭが等しくなく、回折次数同士を混合しても、計測ユニットで検出される信号として同じ周波数を有する組合せ信号（モアレ信号）にならないよう選択するなら、任意の適切な周期を使用することができる。例えば、Ｎ＝２およびＭ＝４が推奨される。混合信号が、プロダクト回折格子からの信号と干渉するからである（これでも機能するが、その正確さは低下する）。
【００７８】
問題になる組合せ信号にならないよう、周期を選択することができる。つまり、結合した項ＦN（ｘ，ｙ）ＧM（ｘ−ｘ0，ｙ）が、両方の回折格子によって回折された次数を備える（これは図７の最低ビームで図示される）。結合項は最小にすることが好ましい。測定周波数ＭおよびＮで空間周波数成分を生成することがあるからである。例えば、図７では、最低ビームが最高ビームの測定に誤差を持ち込む。両方のビームが同じ空間周波数を有するからである。
【００７９】
周期は、ＮおよびＭが共通の除数を有さないよう選択する（例えばＮ＝６およびＭ＝７）。これを実行すると、第１組合せ信号が検出次数Ｍへと折り返し、第２組合せ信号の解が検出次数Ｎへと折り返す。したがって、再びＮ＝６およびＭ＝７と仮定すると、ｎ＝７およびｍ∈［−５，−７］は検出次数Ｍへと折り返し、ｍ＝６およびｎ∈［−６，−８］は検出次数Ｎへと折り返す。折り返した信号は、ｍおよびｎの値が高いので、非常に弱くなる。
【００８０】
結合項によって生じた折り返し信号は、上記の規則に従うと、大抵の場合、十分に低い振幅であるので、オーバレイ計測測定に有意の誤差を持ち込まない。高い周波数項の振幅が小さい理由の一つは、ウェーハの処理のため、回折格子の形状が、方形波よりサイン波に近く、それによってより高い調波を抑制するからである。
【００８１】
所望に応じて、回折次数同士の結合は、本発明のさらなる代替実施形態で、プロダクト回折格子とレジスト回折格子との間に空間的重なりがないことを確認することにより、最小にすることができる。これは、レジスト回折格子を、これが図８に示すようにプロダクト回折格子に隣接するよう置き換えることによって達成することができる。レジスト回折格子およびプロダクト回折格子は、図示のように異なる周期を有する。回折格子が重ならないので、第１次近似まで回折格子間の結合はない。ｘ方向での各回折格子の位置は、計測ユニットを使用して決定し、位置間の差がオーバレイ誤差を示す。
【００８２】
図８に示す回折格子の構成に伴う欠点は、ウェーハのｘ軸が計測ユニットのｘ軸と正確に平行でない場合、計測測定中の回折格子の走査が誤差を生じることである。これは、回転のため、計測ユニットが回折格子の一方をｘ方向にシフトしたものとして、他方の回折格子を−ｘ方向にシフトしたものとして測定するからである。この誤差は、回折格子の位置が交換されている第２対の回折格子を設けることによって取り消すことができる。交換とは、計測ユニットで測定した誤差の記号が反対であり、測定値から取り消せる、という意味である。
【００８３】
回転によって誘発された誤差という問題を解決するための代替方法は、レジスト回折格子およびプロダクト回折格子を図９に示すように重ならない部分に分割することである。本発明のこの実施形態は、さらに、図９および図１０に関して以下で説明するように、直角方向で大きいオーバレイ誤差を検出できるので有利である。
【００８４】
図９を参照すると、プロダクト回折格子が３つの部分に分離され、レジスト回折格子は２つの部分に分離される。この部分は、相互に重ならないよう配置される。プロダクト回折格子およびレジスト回折格子は、両方の回折格子を二分するｘ方向の軸線を中心に、両方とも対称である。この構成が、回転により誘発される誤差を解消する。
【００８５】
計測ユニットの測定方向、つまり測定中にウェーハを走査する方向を、図９にｘとして示す（これは従来通りの回転である）。プロダクト回折格子はＰ／７の周期を有し、レジスト回折格子はＰ／６の周期を有する（Ｐは１０ミクロンのオーダーである）。測定方向に対して直角なウェーハの面の方向を、図９にｙとして示す。各回折格子を３つの別個の部分に分離することは、プロダクト回折格子およびレジスト回折格子がｙ方向に周期的になるような分離である。これは同じ周期Ｑを有するが、図９に示すように、相互に１８０°位相がシフトしている。プロダクト回折格子およびレジスト回折格子は、空間的に分離されているので、その間に実質的に結合はない（小さい程度の残余結合が残っていてもよい）。レジスト回折格子の位置は、計測ユニットを使用して測定し、プロダクト回折格子の位置は、計測ユニットを使用して別個に測定し、位置の差がオーバレイ誤差を示す（以前に述べたように、測定はｘ方向で実行する）。
【００８６】
図９に示すように２次元回折格子を使用することは、回転で誘発される誤差が回避されるという利点を有する。ｙ方向で大きいオーバレイ誤差を検出できるというさらなる利点を有し、これは一般に捕捉エラーと呼ばれるアライメント誤差により生じる。位相回折格子アライメント・マークを使用する場合、アライメントを提供するために使用する信号はシヌソイド状である。アライメント前の作業でアライメント・マークをその所期の位置に十分近づけて配置したと仮定すると、アライメント・ユニットは、アライメントを補正できるピークを備えたシヌソイド信号の部分を見ることになる。しかし、アライメント前の作業が正確に実行されなかった場合、アライメント・ユニットは、隣接するピークを含むシヌソイド信号の部分を見ることがある。次に、この隣接ピークへと位置合わせが実行され、誤差を生じる。誤差のサイズは、シヌソイド信号の隣接ピーク間の距離に依存し、通常は約１０ミクロンである。２次元回折格子は、捕捉誤差によって生じるオーバレイ誤差を検出する手段を提供する（つまり約１０ミクロンのオーバレイ誤差）。
【００８７】
図１０ａを参照すると、捕捉誤差がないので、プロダクト回折格子とレジスト回折格子とが十分に分離されている。ｙ方向に捕捉誤差が生じると、図１０ｂに示すように回折格子が重なる。回折格子間の間隔は、回折格子間の結合、つまり回折信号の結合項（図７に関して上述した）を監視することによって検出される。結合は、計測ユニットの検出器で検出できる空間うなり周波数として現れる（周波数は｜Ｎ−Ｍ｜である）。図１０ａに示す回折格子間には、無視できるほど低レベルの結合が見られ、それにより捕捉誤差が生じていないことを示す。強力に結合された信号は、捕捉誤差が生じたことを示す。捕捉誤差が存在する状態で回折格子のオーバレイが生じるためには、周期Ｑを適切に選択しなければならない。例えば、予想される捕捉誤差の１／３に等しい周期Ｑは、捕捉誤差が生じた場合に、２つの回折格子を完全に重ね合わせる。
【００８８】
図９に示す回折格子は、３つのプロダクト部分および２つのレジスト部分を備える。異なる数の部分を使用してよく、唯一の制約は、回転で誘発された誤差を回避すべき場合、両方の部分がｘ方向に同じ対称軸を持たねばならないことである。つまり、部分の最小数は、２つのプロダクト部分および１つのレジスト部分、または２つのレジスト部分および１つのプロダクト部分である。
【００８９】
図１０に示す２次元回折格子は、捕捉誤差の簡単かつ強健な検出を提供する。ｙ方向の周期は、他のサイズの誤差を検出するよう選択できることが理解される。
【００９０】
以上の説明では、図１０ａに示す回折格子間に無視できるほど低レベルの結合が見られることを述べた。結合がゼロではない理由は、図１１に関して説明し、これは図１０ａに示す回折格子の側断面図である。図１１から、プロダクト回折格子とレジスト回折格子の間にはｚ方向に有意の間隔があることが分かる。これは、プロダクト回折格子の上に酸化物の層があるからか、プロダクト回折格子の上に幾つか他のプロダクト層が配置されているからである。計測測定のために回折格子の照明に使用する光は、図示のようにレジスト層とプロダクト層の間で少々発散し、それによって回折格子間に多少の結合を持ち込む。
【００９１】
図１０に示す結合を回避することが望ましい場合は、レジスト回折格子の単純な改造を実行してよい。図１１に示す改造は、回折格子の交互のシフトΔｘをｘ方向に導入することを含む。この回折格子の構成を使用すると、シフトしたＮ次の回折格子が下式の位相偏移を経験する。
【数１９】
2004279405.tif 000027
【００９２】
Δφ＝πの場合、シフトしたＮ次の回折格子はシフトしていない回折格子とともに反対位相にあり、したがってＮ次が消滅し、結合が解消される。これによって、計測ユニットの検出器に測定誤差を導入しないよう、高い回折次数を削除することができる。この方法では、回折格子の照明が対称である必要があり、これは実際に達成できることである。
【００９３】
以上でさらに説明したように、ウェーハ・ステージの位置の誤差Δstageは、計測ユニットを使用して実行した測定によって取り消される。しかし、計測測定の正確さを低下させるような第２誤差がある。第２誤差は、センサ誤差εと呼ばれる（当技術分野ではツール由来のシフトと呼ぶこともある）。ウェーハ・ステージの位置誤差Δstageは、これが占有すると考えられる正確な位置に配置されていないウェーハ・ステージによって引き起こされるが、センサ誤差εは、計測ユニットの光学系が完全でないことから引き起こされる。計測ユニットの光学系が不完全であるとは、計測ユニットの第１検出器で測定した回折格子の位置が、計測ユニットの第２検出器で測定した回折格子の位置と全く同じではないという意味であり、光学系が、回折格子によって生成された回折パターンをわずかに変位させている。
【００９４】
異なる周期を有する２つの回折格子に基づいて計測を実行する場合（上記）、センサのＳｂＯ校正のセンサ誤差εは、２対の回折格子を印刷することにより解消することができる。第１対はレジスト層にＭ次数を、プロダクト層にＮ次数を有する。この対で測定されるオーバレイは下式の通りである。
【数２０】
2004279405.tif 000028
【００９５】
第２対では、回折格子を相互交換する。つまりＮ次がレジストにあり、Ｍ次回折格子がプロダクト層にある。オーバレイは下式の通りである。
【数２１】
2004279405.tif 000029
【００９６】
実際のＳｂＯ（つまりオーバレイ）は下式によって決定される。
【数２２】
2004279405.tif 000030
【００９７】
この方法は、計測ユニットの校正でセンサ誤差εを解消する。
【００９８】
同じ周期を有する２つの回折格子に基づいて計測を実行する場合（上記でさらに説明）、センサのＳｂＯ校正のセンサ誤差εは、２対の回折格子を１つの回折格子と一緒に印刷することにより、解消することができる。回折格子の各対は、プロダクト層に１つの回折格子およびレジスト層に１つの回折格子を備える。１つの回折格子は、レジスト層に設ける（プロダクト層に設けてもよいことが理解される）。第１対の回折格子は、回折格子間にｘ方向にて作為的シフトＤを含み、第２対の回折格子は、ｘ方向に作為的シフト−Ｄを含む。次数ＳｂＯ測定間の３つのシフトを作成すると、下式が得られる。
【数２３】
2004279405.tif 000031
【００９９】
ここでＯＶはオーバレイ、ｋは次数間のシフトをオーバレイと関連させる定数である。第３測定値は、センサ誤差εを直接生成する。というのは、誤差がないと、次数間のシフトがゼロになるからである（１箇所しか測定されない）。残りの２つの未知数ｋおよびＯＶは、次数間のシフトと、測定値の範囲にわたるオーバレイとの間には直線関係があるという過程で、第１および第２測定を使用して決定することができる。
【０１００】
本発明のさらなる代替実施形態では、プロダクト層に１つの回折格子、レジスト層に１つの回折格子を備え、これが上記でさらに説明したように、オーバレイによりずれた非対称マーカを設け、さらに回折格子の線には下位構造を設ける。回折格子の一方の下位構造は位相跳躍を含む。高い空間周波数と位相跳躍との組合せは、計測測定の感度を大幅に上昇させるという効果を有する。この方法で買い構造を使用することの利点は、従来の回折格子よりデバイス機構によく似た寸法および密度を有するよう、下位構造を配置でき、したがってオーバレイ測定値がデバイス機構のオーバレイをさらに正確に反映することである。
【０１０１】
断面図である図１３ａを参照すると、ウェーハのプロダクト層に第１回折格子１００が設けられ、ウェーハのレジスト層に第２回折格子１０１が設けられている。各回折格子の３つの周期を示す。周期Ｐは、両方の回折格子で同じである。
【０１０２】
破線で形成したボックスで示す回折格子の線１本の中心部分を、図１３ｂの拡大詳細図で示す。図１３ｂで分かるように、各回折格子には、回折格子下位構造を設ける。プロダクト層回折格子１００の下位構造は連続し、レジスト層回折格子１０１の下位構造は、１８０°の位相跳躍を含む（位相跳躍を、レジスト回折格子ではなくプロダクト回折格子に設けてもよいことが理解される）。１８０°の位相跳躍は、下位構造の線１０３を含み、これは下位構造の他の線１０４に対して２倍の長さである。１８０°位相跳躍は、プロダクト層回折格子に対して、レジスト層回折格子の下位構造の立ち上がり縁が、レジスト層回折格子の下位構造の下降縁になる効果を有する。オーバレイ誤差がない状態で、プロダクト回折格子とレジスト回折格子は、図１３ｂに示すような対称線ｓに対して対称である。
【０１０３】
回折格子の図１３ｂに示す下位構造の周期ｇは、リソグラフィ投影装置の解像限界に近くなるよう選択される（通常は数百ナノメートルのオーダー）。この数字は、将来、リソグラフィ投影装置の解像力が改善されるにつれ、大幅に小さくなることが理解される。下位構造は、回折が発生して、プロダクト層とレジスト層の間に伝搬するほど、照明波長に対して十分に大きい。しかし、下位構造は、下位構造からの回折が（例えば回折が垂線に対して非常に大きい角度であるかレンズＬ１で収集されない（図３および図４参照）ので）計測ユニットのセンサで見られないほど、十分に小さい。下位構造からの回折は、発生しないか、見られないので、計測ユニットは、下位構造を複素反射係数ｒを有するミラーとして見る。
【０１０４】
複素反射係数ｒは、レジストおよびプロダクト層下位構造の位置によって決定される。オーバレイが完全である場合、図１３ｂの左側にある下位構造の複素反射係数は、図１３ｂの右側にある下位構造の複素反射係数と同じになる。これは、図１４の中心で概略的に表され、これは下位構造の各側から反射する光の、下位構造のすぐ上での振幅を示す（下位構造のすぐ上の領域は、本明細書では近接場と呼ぶ）。マイナスのオーバレイ誤差が発生する、つまりレジスト層が右にシフトすると、左側下位構造の複素反射係数が、右側下位構造のそれとは異なることになる。この非対称性は、図１４で示すように、近接場での振幅（および位相）差として現れる。
【０１０５】
図３および図４に示すような計測ユニットの検出器は、回折格子から離して配置する。検出器の位置は、本明細書では遠距離場と呼ばれ、近接場のフーリエ変換を検出するような位置である。近接場の振幅（および位相）が対称である場合、フーリエ変換も対称である。つまり検出された信号がシフトを含まない。逆に、近接場で振幅（および位相）が対称でない場合、フーリエ変換は対称でなく、回折次数（または波長）によって決定される非対称性を有する。検出器にて異なる回折次数（または波長）について測定した位置間の差を決定することにより、レジスト層およびプロダクト層のオーバレイを決定することができる。検出されたシフトは、オーバレイ誤差よりはるかに大きく、これは計測ユニットを使用して、非常に小さいオーバレイ誤差も検出できることを意味する。
【０１０６】
遠距離場で（つまり検出器で）見られる非対称性は、複素反射係数から生じるので、その記号は常に、オーバレイ誤差の記号と一貫して一致する。
【０１０７】
数学的に、下位構造の効果は、以下のように表すことができる。つまり、小さいオーバレイ誤差の場合、左半分および右半分の反射係数は、下式に従い別々に変動する。
【数２４】
2004279405.tif 000032
【０１０８】
その結果の左右の非対称性が、次数間に測定可能なシフトを生成する。複素反射率の変化は、下位構造の周期により周期的であり、これは１ミクロン未満である。つまり、オーバレイ誤差が下位構造より大きい場合、それは計測ユニットの測定が不正確なのである。
【０１０９】
下位構造は、２対の回折格子および１つの回折格子を使用して校正され、下式の値を以上でさらに説明したのと同じ方法で決定する。
【数２５】
2004279405.tif 000033
【０１１０】
校正で、オーバレイ誤差の記号も得られる。
【０１１１】
場合によっては、下位構造を校正するために、使用する回折格子を少なくすることが好ましい。それを実行できる一つの方法は、プロダクト層回折格子１００およびレジスト層回折格子１０１の下位構造の形状を再構築することにより、次数間のシフトをオーバレイと連結させる定数ｋを決定することである（ｋは下位構造に依存する）。再構築は、２つの部分で実行される。第１部分では、レジスト層回折格子をレジストに撮像する前に、プロダクト層回折格子を測定する。測定は、図３および図４に示す計測ユニットを使用するか、あるいは図２３に関して以下で説明する計測ユニットを使用して実行する。測定は、複数の波長について実行する（そのために、図３および図４に示す計測ユニットに、追加の波長チャネルを追加してもよい）。計測結果を使用し、微小寸法スキャッタメータで現在使用されている「逆散乱」技術を用いて、プロダクト層回折格子の下位構造の形状を再構築する。適切な逆散乱技術は、米国特許第６，５６３，５９４号および米国特許第６，５５９，９２４号に記載されている。
【０１１２】
再構築の第２の部分は、レジスト層回折格子の下位構造の形状を再構築する。レジスト層回折格子は、上述した計測ユニットのうち１つを使用して複数の波長について測定し、結果を使用して、逆散乱技術を用いてレジスト層回折格子の下位構造の形状を再構築する。レジスト層回折格子とプロダクト層回折格子間のオーバレイが再構築に及ぼす影響は無視できるほどで、そのため再構築が強健になる。オーバレイが許容不可能な誤差を持ち込むことが判明した場合は、第２レジスト層回折格子（同じ下位構造を有する）を第１レジスト層回折格子の隣に撮像してもよい。この回折格子の下位構造は、オーバレイ誤差を持ち込まずに再構築することができる。下位構造を決定する代替方法は、例えば原子力顕微鏡を使用して実行する別個の測定を使用することである。
【０１１３】
プロダクト層回折格子およびレジスト層回折格子の下位構造が再構築されたら、これを層の分離の知識と一緒に使用して、定数ｋを計算する。計算は、例えばＧ−ＳｏｌｖｅｒまたはＴｅｍｐｅｓｔなど、既知の磁気解決プログラムを使用して実行することができる。ｋが決定されたら、次数間のシフトを使用して、オーバレイを計算することができる。再構築に基づく校正方法の利点は、以上でさらに説明した校正方法より、必要な回折格子が少なく、そのため他の構造のためのスペースが大きくなることである。この校正方法のさらなる利点は、回折格子の下位構造を再構築するので、微小寸法を直接測定することである。
【０１１４】
本発明のさらなる代替実施形態では、マスクを担持する回折格子（図１のＭＡ）上に、それぞれ例えば図１５に示すようにλ／４の光学路長にステップを設けた下位構造を含むことにより、１つの回折格子を備えたマーカに、非対称性を設ける。図１５を参照すると、マスク１１１上にある回折格子１１０に３本の線が図示されている。回折格子の第１線１１０ａには、それぞれ非透過部分１１２および第１および第２透過部分１１３、１１４を備えた下位構造を設ける。ステップ１１５は、第１透過部分１１３と第２透過部分１１４の間に位置する。ステップは、第１部分１１３を通る光の光学路長が、第２部分１１４を通る光の光学路長よりλ／４大きくなるようなステップである。
【０１１５】
回折格子の第２線１１０ｂには、それぞれ非透過部分１１６とステップ１１９によって分離された第１および第２透過部分１１７、１１８を備えた下位構造を設ける。ステップは、回折格子の第１線１１０ａのステップ１１５とは位相が逆である。つまり、第１部分１１７を通る光の光学路長は、第２部分１１８を通る光の光学路長よりλ／４小さい。
【０１１６】
回折格子のその後の線には、交互のパターンで同じ下位構造を設ける。
【０１１７】
λ／４のステップの効果は、回折格子が正しく集束されない場合、ウェーハ表面にて、回折格子の各線が変位することである（この効果は、米国特許第２００２／００２１４３４号に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる）。変位はステップの方向に依存する。つまり、回折格子の隣接する線は、焦点ずれの結果、反対方向に変位する。
【０１１８】
ウェーハ上の下位構造の効果を、図１６に概略的に示す。図示を簡単にするため、図１６の回折格子の寸法は、図１５の回折格子の寸法に対応するが、実際には、図１６の回折格子の寸法は、図１５のそれの１／４になる。図１６の断面図には、回折格子の３本の線が図示されている。回折格子は周期Ｐを有し、これは１０ミクロンのオーダーである。回折格子は線１２１を備え、これはλ／４のプラスの位相偏移を有するマスクを通して撮像されており、λ／４のマイナスの位相偏移を有するマスクを通して撮像された線１２０と、交互になっている。図１６に示す例では、焦点ずれにより、１本の線１２０が右側に移動し、いずれかの側の線１２１が左側に移動する。
【０１１９】
マスク１１１上の下位構造は、回折格子の線１２０、１２１に下位構造として撮像される。しかし、基板はゼロ回折次数しか生成せず、したがって１次までは複素反射係数を有する平面の表面として挙動するよう近似することができる。
【０１２０】
非対称性は、計測ユニットが、異なる回折次数および／または異なる波長について焦点ずれによって生じる変位を比較することにより測定される（前述したように、用語を簡単にするため、このシフトは次数間シフトつまりＳｂＯと呼ばれる）。焦点ずれがない場合、下位構造によって引き起こされる変位はゼロであり、回折格子は完全に対称で、次数間シフト（ＳｂＯ）はゼロになる。しかし、焦点ずれは非対称性を引き起こし、線１２０および１２１が反対方向に距離Δｘだけ変位する。この非対称性は、以下で説明するように、計測ユニットで測定できる次数間シフトとして現れる。
【０１２１】
焦点計測の感度は、それぞれＷ1およびＷ2として示される回折格子の線１２０、１２１の幅を使用して、調整することができる。信号強度を犠牲にして、感度を非常に大きくできることが示されている。幅Ｗ1およびＷ2は、平均部分と差がある部分との組合せとして示される。
【数２６】
2004279405.tif 000034
【０１２２】
図１７は、１次および３次のΔＷの関数として計算した感度（つまりシフト測定値と実際のシフトとの比率）を示す。
【０１２３】
ΔＷの値が小さい場合、次数間シフトの測定値は非常に大きい。さらに、１次と３次は反対方向に動作し、これは次数間シフトをさらに増加させる。ΔＷ＝４（任意の単位）の場合、感度は両方の次数で１になり、したがって次数間シフトはゼロになる。これは驚くことではない。この場合は、線１２１が効果的に消滅し、したがって焦点ずれがあっても、回折格子全体が対称性を維持している状況に対応するからである。
【０１２４】
一見すると、ΔＷには小さい値を選択すると良いように見える。しかし、それには払うべき代償がある。ΔＷが減少するにつれ、検出した信号の強度も低下するのである。図１８は、１次および３次回折次数について、ΔＷの関数として正規化した検出信号強度を示す。ここでは信号強度が正規化されている。それと同時に、信号強度が非常に小さくなると、レチクルの書き込み誤差および表面粗さが、正確さを制限する。ΔＷの値が小さいと、新語強度が急速に低下するという事実は、直感的に理解できる。というのは、ΔＷが小さいと、回折格子が、ＰではなくＰ／２の周期を有する回折格子として挙動し始めるからである（計測ユニットは、Ｐの周期を有する格子から回折を検出するよう構成されている）。しかし、例えば１０倍の信号損が許容可能であると仮定した場合（正規化した信号強度＝０．１）、計測ユニットが使用する位相回折格子検出の大きい動作範囲を使用することにより、これをある程度補償することができる。
【０１２５】
回折格子の全周期に上述した下位構造を設ける必要はないことが理解される。必要なのは、次数間シフトを所望の正確さで測定できるために十分な量の下位構造があることだけである。
【０１２６】
１次までは、次数間シフトはステージのドリフトおよびステージの振動の影響を受けず、したがってこの方法は、低品質走査ステージには特に有用である。
【０１２７】
本発明のさらなる実施形態では、マーカに、ウェーハ上で露光したパターンの微小寸法（ＣＤ）に左右される非対称性を設ける（微小寸法とは、ウェーハで露光した機構の解像度を指す）。非対称性は、図１９に示す３つの異なる領域を備えた計測マーカに基づく方法を使用して測定する。この領域は、非露光（つまり隆起、線）領域１５、下位構造１５１を有する領域、および露光（つまり凹部、スペース）領域１５２である。３つの領域は、一緒になって非対称位相回折格子１５４の１周期を形成し、これは４Ｐの周期を有する（Ｐはミクロンのオーダーである）。下位構造１５１は、リソグラフィ投影装置の解像限界に匹敵する周期を有し、この場合、それは図示を容易にするためＰ／５に設定される。非露光領域１５０および露光領域１５２は、両方ともＰの幅を有し、下位構造領域１５１は２Ｐの幅を有する。
【０１２８】
再び図１９を参照すると、設けた回折格子は非対称であることが分かる。さらに、回折格子の非対称性は、ＣＤの関数として変化する。非対称性は、図３および図４の計測ユニットによって次数間シフト（前述したように、これは回折次数間および／または波長間のシフトでよい）として正確に検出され、これによってＣＤの測定値を提供する。
【０１２９】
ＣＤの変化の効果は、図１９に関して直感的に理解することができる。ＣＤを、例えばＰ／１２．５（ΔＣＤ＝−Ｐ／５０）まで改善すべき場合、基板１５１の各線の幅が狭くなる。こうすると、回折格子の「重心」（つまり計測ユニットが測定した回折格子の中心）が左側に移動する。つまり、下位構造が検出器に回折する光が少なくなり、線１５０が回折する光の量は変化せず、したがって回折光の強度中心が線１５０に向かって移動する（つまり左側に移動する）。回折格子１５４の重心の移動量は、回折格子１５４から回折された光の回折次数および波長に依存する。つまり、回折格子の相対的動作（または波長）の校正を実行していると、ＣＤの測定値は、次数間シフト（または波長）を調べることにより獲得される。
【０１３０】
直感的例の極端な場合を図２０に示す。図２０ａを参照すると、ＣＤがゼロになると（ΔＣＤ＝−Ｐ／１０）、下位構造が存在しないことになり、したがって回折格子１５４の重心は、回折格子の中心線１５０として測定される。図２０ｂは反対の極端を示す。ＣＤがＰ／５であると（ΔＣＤ＝＋Ｐ／１０）、下位構造１５１が合併し、したがって回折格子１５４の重心が、線１５０の開始と合併した下位構造領域１５１の終端との中心点として測定される。したがって、Ｐ／５というＣＤの変化は、計測ユニットでＰのシフトとして見られる。
【０１３１】
図１９および図２０に示す回折格子の構成は、例にすぎないことに留意されたい。実際には、当業者には明白であるように、多くの異なる構成が可能である。下位構造によって持ち込まれる非対称性の記号は、使用するのがプラスのレジストかマイナスのレジストかに依存する。図２０に示す例は、プラスのレジストの場合である。
【０１３２】
本発明のさらなる実施形態では、次数間シフトを使用して、ウェーハ上に撮像されたパターンの処理の効果に影響される非対称性を測定する。プロセス効果からマーカの一部をクリアすることを利用するこの方法を、図２１に概略的に示す。２つの回折格子１８０、１８１を備えたマーカを、ウェーハのレジスト層内で露光させる（図２１ではマークを上から見ている）。第１回折格子は第１周期（Ｐ／Ｎ）を有し、第２回折格子は第２周期（Ｐ／Ｍ）を有する。ウェーハは従来の方法で処理する。その後、処理は、第２回折格子からクリアされる。これは、レジストの層をウェーハに適用し、第２回折格子の領域を露光させ、その領域を現像してエッチングし、そこからレジストを剥ぎ取って実行する。これで、マーカは第１処理回折格子１８０ａ、および第２回折格子１８１ａを備え、そこから処理の効果が除去されている。第１および第２回折格子１８０ａ、１８１ａの相対位置は、図７および図８に関して上述した次数間シフト方法を使用して測定する。これで、処理した回折格子に対する処理の効果が測定され、これを使用して、他の処理済み回折格子に基づきアライメントを補正することができる。
【０１３３】
本発明のこの実施形態は、検出された様々な次数（または色）から生じる１つまたは複数の撮像誤差を経験し、様々な位置測定を提供する。これを補正するため、図２２に示すように追加マーカを露光してよい。左手側のマーカは、図２１のそれに対応する回折格子１８０ａ、１８ａを備える。右手側のマーカは、左手側のマーカの露光に使用したものと同じマスク（図１参照）を使用して露光する（これは、マスクから生じる誤差を回避するためである）。しかし、右手側のマーカでは、両方の回折格子１８０ｂ、１８１ｂから処理効果をクリアしてある。右手側のマーカを使用して、左手側マーカで生じた測定誤差を補正するために使用する次数間シフト測定を提供する。
【０１３４】
非対称性の測定に、したがって微小寸法または他の特性の測定に使用できる代替計測ユニットを、図２３に示す。広帯域コヒーレント光源２００（例えば広帯域レーザ）が視準した光線を生成し、これは４５°ミラー２０１の開口を通過し、レンズ２０２によって回折格子２０３に集束される（回折格子は、図１９および図２０に示すタイプである）。回折格子２０３で回折した光は、レンズ２０２で視準され、４５°ミラーで反射して、第２レンズ２０４によって１組の走査透過基準回折格子２０５に集束する。透過基準回折格子２０５を通過する光は、第３レンズ２０６によって分光計回折高次２０７に視準される。分光計回折格子２０７は、光の波長により決定される角度で光を回折する。回折した光は、第４レンズ２０８によって検出器アレイ２０９に集束する。好ましい実施形態では、図示のように、計測ユニットはさらに、回折格子２０３を通過する光の直線偏光を制御するために使用する従来の屈折計ハードウェア２１０および偏光器２１１を備える。従来の屈折計ハードウェア２１０は当業者にはよく知られ、したがって本明細書では説明しない。回折格子２０３によって散乱する０次の光は逆反射し、標準低な屈折計ハードウェアへと通る。この光は、普通の屈折計と同様の方法で検出し、処理する。
【０１３５】
図２３から、３つの走査透過基準回折格子２０５を相互に隣接して設けることが分かる。これは、検出器アレイ２０９で異なる回折次数を測定できるよう実行する。
【０１３６】
本発明の上述した実施形態は、個々に使用するか、組み合わせて使用することができる。さらに、所与のマーカを位置合わせに使用し、その後に計測に使用する。図２４から図２６に関する以下の説明は、このような方法の例を含む。
【０１３７】
図２４を参照すると、ウェーハのプロセス層にあるマーカ（上から見る）は、図３および図４に示す計測ユニットの特定検出器（または複数の波長を使用する場合は、複数の特定検出器）によって優先的に検出されるよう配置された第１周期（Ｐ／Ｎ）の回折格子２５０を備える。アライメント・ユニットが回折格子の位置を測定し、これを使用して、その後の層をウェーハに撮像するため、位置合わせした位置を決定する。アライメント・ユニットは、例えば図３および図４に示すように計測ユニットと同じ装置を備えてよく、検出した信号を使用する方法は異なる（アライメント・ユニットおよび計測ユニットという用語は、説明のこの部分では交換可能である）。
【０１３８】
その後に撮像される層は、第１回折格子の各側に配置された第２周期（Ｐ／Ｍ）の２つの回折格子２５１を含む。これらの第２回折格子は、計測ユニットの異なる（１つまたは複数の）検出器によって、第１回折格子の検出に使用したものより優先的に検出されるよう配置される。３つの回折格子２５０、２５１は、組み合わせて非対称マーカを形成し（オーバレイが完全でないと仮定する）、これを使用して、図７から図１２に関して上述したように、オーバレイを測定することができる。
【０１３９】
第２回折格子を有する層を処理した後、第２回折格子を使用して、さらなる層をウェーハに撮像するために位置合わせする位置を決定することができる。
【０１４０】
第２回折格子２５１は、任意選択で、第１回折格子に隣接して配置される追加の回折格子２５２を伴ってもよい。追加の回折格子は周期（Ｐ／Ｎ）を有し、さらなる層をウェーハに撮像するため位置合わせする位置を決定することができる。さらなる層が、適切に配置され、適切な周期を有する回折格子２５３を含む場合、追加の回折格子は、上述したものと同様の方法で、オーバレイを測定することができる。
【０１４１】
本発明は、図２５に示すタイプのマーカを使用する処理によって生じた非対称性を測定するために使用することができる。図２５を参照すると、マーカは、より長い第２周期（Ｐ／Ｍ）を有する回折格子２５６を備えた第２部分の間に挟まれ、第２周期（Ｐ／Ｎ）を有する回折格子２５５を備えた中心部分を備える（マーカは上から見ている）。マーカによって、様々な回折周期で見られる次数間シフトを測定することができ、これによって処理で生じた非対称性を測定することができる。ターゲット全体を１つの層について撮像し、処理する（つまり回折格子は異なる層には位置しない）。長い方の周期（Ｐ／Ｍ）は、短い周期（Ｐ／Ｎ）より非対称処理からの影響が大きい。次数間シフトと処理の非対称性との関係は、異なる非対称性を有する処理を経験するウェーハを使用して事前に校正し、特定の次数間シフトを引き起こす非対称性を定量化するために保存することができる。ターゲットは追加の回折格子を備えてよく、これは、例えば保存した校正データと比較できる幾つかの次数間シフト測定値を生成することにより、非対称性を定量化できる正確さを向上させるため、使用することができる。
【０１４２】
図２５に関して説明した実施形態を、図２６に示すように、図２４に関して説明した実施形態と組み合わせてもよい。この実施形態では、第１ターゲットが、長い方の第２周期（Ｐ／Ｍ）を有する回折格子２６１を備える第２部分の間で挟まれ、第１周期（Ｐ／Ｎ）を有する回折格子２６０を備えた中心部分を備える。回折格子２６０、２６１はプロセス層に配置され、上述したように処理の非対称性を測定するのに使用することができる。プロセス層には、第１周期（Ｐ／Ｎ）を有する追加の回折格子２６２が、第１ターゲットに隣接して位置する。その後、回折格子をレジスト層に撮像する。第２周期（Ｐ／Ｍ）の回折格子２６３は、追加のプロセス層回折格子２６２の各側に位置する。これが一緒になってターゲットを形成し、これは上述したように次数間シフトを使用したオーバレイの測定に使用することができる（このターゲットをオーバレイ・ターゲットと呼ぶ）。長い方の第２周期（Ｐ／Ｍ）を有する回折格子２６５を備えた第２部分に挟まれ、第１周期（Ｐ／Ｎ）を有する回折格子２６４を備えた中心部分を備えた第３ターゲットも、レジスト層に撮像する。この第３ターゲットは、センサ誤差の補正に使用することができる（上記参照）。
【０１４３】
本発明の上述した実施形態の他の組合せを使用して、計測測定および／または計測およびアライメント測定の所望の組合せを獲得することができる。
【０１４４】
上述した本発明のオーバレイ計測実施形態は、計測ユニットを使用して測定した非対称マーカに関して説明されている。通常、計測ユニットは、ウェーハ（図２のＳ８）上にレジストを現像し、ベークした後に使用され、計測ユニットは、リソグラフィ投影装置から多少距離を設けて配置する（ウェーハは、トラックとして知られるコンベヤを介してリソグラフィ投影装置から計測ユニットまで搬送することができる。）しかし、本発明は、リソグラフィ・プロセス・サイクルの他の段階で、オーバレイを計測測定するのに使用でき、計測ユニットは代替位置を有してよいことが理解される。例えば、計測ユニットは、リソグラフィ投影ユニット内に配置して、例えば以前に処理した２つのプロダクト層、または潜像を有するプロダクト層およびレジスト層のオーバレイ測定など、計測測定をするのに使用することができる。（計測ユニットは、アライメント測定に使用するものと同じユニットでよい）。
【０１４５】
以前に処理した２つのプロダクト層を、つまりエッチングおよび／または処理後に計測測定するため、２つの層に、例えば何らかの非対称性の形態を設けた回折格子を設ける（非対称性は、上述した形態のいずれでもよい）。レジスト層を重リアの方法でウェーハに適用して、新しい層を露光できるようにし、ウェーハがリソグラフィ投影装置を通過する。新しい層を露光する前に、計測ユニットを使用し、回折格子に存在する非対称性を介して、上述した１つまたは複数の方法で計測測定を実行する。計測測定は、露光後に実行してよいことが理解される。計測ユニットは、その後の露光のためにアライメント情報の獲得にも使用するユニットを備えてもよいので都合がよい（つまり、別個の計測およびアライメント・ユニットが必要ない）。先行する幾つかのプロダクト層のオーバレイ計測測定は、適切な非対称性を有する回折格子を比較することにより実行できることが理解される。一般的条件では、層ｎ＋１を露光する前に、以前の層ｎ、ｎ−１（またはｎ−２、・・・ｎ−ｍ）で露光されたマークを測定し、層ｎと層ｎ−１（またはｎ−２、・・・ｎ−ｍ、およびその組合せ）間のオーバレイ計測を可能にすることができる。
【０１４６】
オーバレイ計測測定は、露光するためにウェーハを位置合わせする間に実行することができる。つまり、位置合わせのためにアライメント・ユニットが所与のアライメント回折格子上に位置する時に、これは、位置合わせするために回折格子のみに基づいて第１測定を実行し、アライメント回折格子の上または下にある層に位置する回折格子に基づき（または両方の回折格子の組合せに基づき）、第２測定を実行することができ、第２測定を使用して、オーバレイを計測測定することができる。二重ステージ・リソグラフィ装置を使用する（つまり例えば欧州特許第１０３７１１７号に記載されているように、露光する前にウェーハを別個のステージでマッピングする）場合は、生産性を全く低下させることなく、オーバレイ計測測定を実行することができる。
【０１４７】
このようにこの方法を使用すると、ウェーハごとにオーバレイを計測測定し、歩留まりがないウェーハまたはダイが検出されないという可能性を最低にすることができるので有利である。これは、ウェーハの代表的例でしかオーバレイ計測測定を実行しない従来の構成と比較すると、好ましい。これで提供されたオーバレイ計測データを使用して、所与のレジスト層ｎについて、バッチのその後のウェーハに適用される補正値を推定することができる（フィードバック）。また、処理ステップが同様である場合、計測データを使用して、その後の層に適用する補正値を推定することができる（フィードフォワード）。
【０１４８】
本発明を実現するオーバレイ計測は、潜像について実行することができる。潜像は、レジストに露光されている、つまり露光後ベークがない像である。しかし、場合によっては、このような像を解像することが不可能であり、その場合は露光後ベークを使用してよい。
【０１４９】
オーバレイ計測に加えて、本発明は、上述したように焦点計測、微小寸法計測、および他の計測にも使用することができる。これを実行する場合は、プロセス層にあるマーカ、またはレジスト層にあるマーカで測定を実行してよい。露光後ベークの前または後に、潜像について計測測定を実行することができる。計測ユニットは、上述した位置のいずれにあってもよい。
【０１５０】
当技術分野では、回折するために回折格子を使用する必要がないことが知られている。回折は、適切な寸法にした１つの機構（通常、この機構は照明の波長のオーダーである）または他の適切な寸法のマーカに照明を配向することによって得られる。本発明の上述した実施形態で、回折格子の使用が好ましいのは、強力な回折信号を提供するからである。しかし、本発明は、回折格子でないマーカを使用して実現できることが理解される。例えば、図５に関して説明した本発明の実施形態について考察してみる。図示のマーカは、プロダクト回折格子の４本の線、およびレジスト回折格子の４本の線を備える。各回折格子の３本の線をマーカから除去すると、マーカは、プロダクト層にある１本の線の上に配置されたレジスト層の１本の線を備える。マーカに配向された光は、そのマーカで回折する。様々な回折次数および／または波長は、計測ユニットで検出される。様々な回折次数および／または波長について測定したマーカの位置の違いを使用して、上記でさらに説明した方法でオーバレイを測定することができる。
【０１５１】
回折格子に関して説明した本発明の他の実施形態は、１つの機構または適切な寸法の他のマーカを使用して実現してもよいことが理解される。
【０１５２】
本発明が正しく機能するために必要なのは、ある程度の非対称性を含むマーカである。マーカが全体的に非対称である場合は、本発明による計測ができない。以下は、非対称性がなぜ必要かについての数学的説明である。
【０１５３】
位置ｘ0の周囲で対称で、これもｘ0の周囲で対称の光線によって照明された単独機構マーカを考察してみる。対称性を考察するおかげで、この構成によって生成される近接場も、下式のようにｘ0の周囲で同じタイプの対称性を示さねばならない。
【数２７】
2004279405.tif 000035
【０１５４】
ここでは、波長λへの近接場の依存性が明示的に示されている。単純にするため、１次元（ｘ）しか考察しないが、２次元への拡張も容易に実行することができる。以上で定義した場の伝搬は、均一媒体の波動方程式に従う。これで得られる散乱マークから非常に遠い場の分布を、遠距離場と呼ぶ。このテーマに関する様々な教科書［例えばJ. W. GoodmanのIntroduction to Fourier Optics(McGraw-Hill)］には、この遠距離場が近接場のフーリエ変換であることが示されている。この場合も対称性により、この遠距離場も対称性がなければならない。
【数２８】
2004279405.tif 000036
【０１５５】
ここで下付き文字「ｅ」は、遠距離場角度θの偶関数を指し、ｋ＝２πｓｉｎ（θ）／λは空間角周波数と呼ばれる。上記の方程式の第２式は、フーリエのずらし定理を使用しているだけである。空間領域でのシフトの結果、周波数領域で直線位相シフトが生じる。つまり、対称のマーカは常に遠距離場の対称の振幅を有する。さらに、遠距離場の位相φeも対称で、存在できる唯一の逆対称成分は、マーカの変位によって持ち込まれる線形位相シフトである。
【０１５６】
この処理は、回折格子および単独オブジェクトに有効であることに留意されたい。これは基本的に、光学アライメント・センサの概念の数学的公式化である。基本的に、既存の光学アライメント・センサは、マイナスの空間周波数の選択範囲［−ｋ1・・・−ｋ2］と、プラスの空間周波数の対応する範囲［ｋ2・・・ｋ1］との位相差を比較する。この位相差は、ｘ0の関数にすぎず、位相差φeからさえ独立している。
【０１５７】
本発明の実施形態は、計測ユニットが、異なる次数／色について、非対称（複合）回折格子の見かけの位置を測定するということを利用している。これらの実施形態の共通要素は、回折格子の非対称性が、測定する必要がある計測パラメータ（オーバレイ、ＣＤ、レンズ収差・・・）の（非線形）関数であることである。
【０１５８】
非対称マーカによって位置ｘ0に生成される近接場も、概ね非対称である。数学的に、この近接場は常に対称成分（＝偶数）と逆対称成分（＝奇数）に分解することができる。
【数２９】
2004279405.tif 000037
【０１５９】
ここで、下付き文字「ｅ」および「ｏ」は、それぞれ下式の特性を有する偶数および奇数の複素関数を指す。
【数３０】
2004279405.tif 000038
【０１６０】
この近接場をフーリエ変換し、フーリエ変換の直線性を用いると、これも対称部分（＝偶数）および逆対称部分（＝奇数）で構成された近接場が得られる。
【数３１】
2004279405.tif 000039
【０１６１】
上述した奇数複素関数の特性によると、位相および振幅の条件は下式に従う。
【数３２】
2004279405.tif 000040
【０１６２】
かなり抽象的なこの解析の実際的解釈に進む前に、この分析はどのマーカでも有効であることを強調しておくことは意味がある。さらに、偶数および奇数の位相項φeおよびφoは、空間周波数（＝遠距離場角度θ）および波長λの関数である（つまり項と項の差は、次数間シフトを測定することによって分かる）。
【０１６３】
図２７は、ｘ0＝０の（つまりオブジェクトが画定された位置にある）場合の状況のグラフ的解釈を示す。その場合、２つの遠距離場角度θおよび−θにおいて回折した場の対称部分の複素振幅は、等しいが、選択した角度よび波長に依存する。逆対称の複素場も図２７に図示され、その振幅および偶数部分に対する位相αも、遠距離場の角度および波長に依存する。
【０１６４】
計測ユニットは、遠距離場の対称部分と逆対称部分とを区別しない。これは、合計の場を測定するだけであり、これは図２７に示した偶数場と奇数場のベクトル和である。一般的条件では、計測ユニットは、監視した空間周波数（または同等に遠距離場角度）間の位相差Ψ（図２７参照）を測定する。ベクトル構造は、これがスペクトルの偶数部分および奇数部分の大きさおよび相対位相に依存することを明白に示す。概して、マーカの非対称性が変化すると、遠距離場の偶数部分および奇数部分が変化する。この変化は、波長／遠距離場角度に依存し、その結果、以下の測定可能な位置になる。
【数３３】
2004279405.tif 000041
【０１６５】
ここで下付き文字「ｍ」は、これが２項で構成された「測定」位置に関することを示す。つまり「真」の位置ｘ0と非対称性オフセットである。真の位置は、波長および空間周波数に依存せず、したがって２つの異なる色および／または空間周波数（回折格子の場合は「回折次数」）の位置を測定することにより、この未知の項を削除することができる。
【数３４】
2004279405.tif 000042
【０１６６】
このベクトル構造は、定数（つまり振幅の差）も使用できることを示すことに留意されたい。しかし、非対称性の効果は通常、非常に小さく、そのため１からの偏差がわずかしかないコントラストが生じるので、これは好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明を使用して検査できるデバイスの製造に使用できるリソグラフィ投影装置の略図である。
【図２】本発明を使用して検査できるデバイスの製造に使用できるリソグラフィ・プロセスの流れ図である。
【図３】本発明により使用できる計測ユニットの略図である。
【図４】本発明により使用できる計測ユニットの略図である。
【図５】本発明による方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図６】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図７】回折格子間の結合の略図である。
【図８】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図９】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図１０】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図１１】測定誤差を減少させるため、本発明と組み合わせて使用できる方法の略図である。
【図１２】測定誤差を減少させるため、本発明と組み合わせて使用できる方法の略図である。
【図１３】本発明による代替方法に使用する計測回折格子の略図と、計測回折格子の効果の略図である。
【図１４】本発明による代替方法に使用する計測回折格子の略図と、計測回折格子の効果の略図である。
【図１５】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図と、その回折格子を使用して取得する結果である。
【図１６】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図と、その回折格子を使用して取得する結果である。
【図１７】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図と、その回折格子を使用して取得する結果である。
【図１８】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図と、その回折格子を使用して取得する結果である。
【図１９】本発明による代替方法で使用する計測回折格子および計測ユニットの略図である。
【図２０】本発明による代替方法で使用する計測回折格子および計測ユニットの略図である。
【図２１】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図２２】本発明による代替方法で使用する計測回折格子の略図である。
【図２３】本発明により使用できる代替計測ユニットの略図である。
【図２４】本発明によるアライメントおよび計測方法の略図である。
【図２５】本発明によるアライメントおよび計測方法の略図である。
【図２６】本発明によるアライメントおよび計測方法の略図である。
【図２７】回折格子を使用せずに本発明を実現できる方法の略図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１０、１１  回折格子
１２  酸化物層
７０  放射線源
７２  プリズム
７３  面
９０〜９６  検出器
１００  プロダクト層回折格子
１０１  レジスト層回折格子
１０３、１０４  線
１１０  回折格子
１１０ａ  第１線
１１０ｂ  第２線
１１１  マスク
１１２、１１６  非透過部分
１１３  第１透過部分
１１４  第２透過部分
１１５  ステップ
１１７  第１透過部分
１１８  第２透過部分
１１９  ステップ
１２０、１２１  線
１５０  非露光領域
１５１  下位構造
１５２  露光領域
１５４  回折格子
１６０  ビーム・スプリッタ
１７０  ユニット
１８０  ユニット／回折格子
１８１  回折格子
２００  光源
２０１  ミラー
２０２  レンズ
２０３  回折格子
２０４  第２レンズ
２０５  透過基準回折格子
２０６  第３レンズ
２０７  分光計回折格子
２０８  第４レンズ
２０９  検出器アレイ
２１０  屈折計ハードウェア
２１１  偏光器
２５０〜２５２、２５５、２５６、２６０〜２６５  回折格子
【図１】
2004279405.tif 000043
【図２】
2004279405.tif 000044
【図３】
2004279405.tif 000045
【図４】
2004279405.tif 000046
【図５】
2004279405.tif 000047
【図６】
2004279405.tif 000048
【図７】
2004279405.tif 000049
【図８】
2004279405.tif 000050
【図９】
2004279405.tif 000051
【図１０】
2004279405.tif 000052
【図１１】
2004279405.tif 000053
【図１２】
2004279405.tif 000054
【図１３】
2004279405.tif 000055
【図１４】
2004279405.tif 000056
【図１５】
2004279405.tif 000057
【図１６】
2004279405.tif 000058
【図１７】
2004279405.tif 000059
【図１８】
2004279405.tif 000060
【図１９】
2004279405.tif 000061
【図２０】
2004279405.tif 000062
【図２１】
2004279405.tif 000063
【図２２】
2004279405.tif 000064
【図２３】
2004279405.tif 000065
【図２４】
2004279405.tif 000066
【図２５】
2004279405.tif 000067
【図２６】
2004279405.tif 000068
【図２７】
2004279405.tif 000069
【外国語明細書】
2004279405.tif 000070
2004279405.tif 000071
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