(57)【要約】【課題】オーバーレイを機械の性能数値として迅速にかつウェーハ上のどこであっても測定する装置を提供すること。【解決手段】この測定は、ウェーハ水準上のパターンと、ウェーハ水準上のパターンの上に投影されるパターンとの間の干渉から得られる回折模様の回折次数の振幅を測定することによって行われる。投影パターンはレチクル水準上に存在する。【選択図】図１
2005197731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバーレイを測定する装置であって、
少なくとも１つの第１パターンを有する第１モジュールと、
前記第１パターンに対応する第２パターンを有する第２モジュールとを備え、前記装置が前記第１パターン上に前記第２パターンの投影像を生成するように配置されており、前記装置は、前記第１パターンと前記第２パターンの前記投影像との間の干渉から得られる回折模様を生成するように配置され、前記回折模様は、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含み、前記装置は前記振幅を測定するための検出器をさらに備える、装置。
【請求項２】
前記第１パターンは、第１方向に沿って向けられた第１長手構造と、第２方向に沿って向けられた第２長手構造とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１長手構造は、前記第２長手構造と交互に並ぶ、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記検出器は光検出器である、請求項１から３までのいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記検出器は、前記第２パターンの前記投影像と同期して動作される、請求項１から４までのいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記検出器は、前記第１パターン及び前記第２パターンの少なくとも一方の位置測定と同期して動作される、請求項１から５までのいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記第１パターンは少なくとも１つの位相格子を含み、前記第２パターンは、波長λを有する投影ビームによって前記第１パターン上に投影され、前記少なくとも１つの位相格子は実質的にλ／４の格子深さを有する、請求項１から６までのいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記回折模様の少なくとも１つの偶数回折次数の前記振幅を測定するように配置される、請求項１から７までのいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記検出器は、前記回折模様の少なくとも１つの奇数回折次数と同時に、前記偶数回折次数の前記振幅を測定するように配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
２つ以上の回折次数が測定され、その中で、追加的に測定された少なくとも１つが、前記第２パターンに対する前記第１パターンの相対位置変化に低い感度を有する、請求項１から９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記追加的に測定された回折次数を使用して、元の回折次数を測定する際に存在する乱れを補正する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１パターンは少なくとも１つの位相格子を含み、前記第２パターンは、波長λを有する投影ビームによって前記第１パターン上に投影され、前記少なくとも１つの位相格子は、前記回折次数の少なくとも１つの最小変調深さを創出するように特に選択された格子深さを有する、請求項１から６まで及び８から１１までのいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記第１パターンは少なくとも１つの位相格子を含み、前記第２パターンは、波長λを有する投影ビームによって前記第１パターン上に投影され、前記少なくとも１つの位相格子は特徴を有しかつ／又は前記第２パターンは特徴を有し、前記特徴は、前記回折次数の少なくとも１つの最小変調深さを創出するように特に選択される、請求項１から６まで及び８から１１までのいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記検出器は前記投影ビームの外側に位置する、請求項７から１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記回折次数の前記振幅と、前記第１パターン及び前記第２パターンの相対変位との間の実際の関係が較正され、前記較正結果を使用して前記測定の精度を高める、請求項１から１４までのいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記測定は、前記第２パターンに対する前記第１パターンの可能な異なる相対位置で少なくとも２回反復される、請求項１から１５までのいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記測定は、少なくとも１つのダイを含むウェーハ上で反復される、請求項１から１６までのいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
リソグラフィー装置であって、
放射の投影ビームを供給するための照射システムと、
前記投影ビームの断面にパターンを付与する役割を果たすパターン形成手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記パターン形成したビームを前記基板の標的部分上に投影するための投影システムとを備え、
前記リソグラフィー装置は、
少なくとも１つの第１パターンを有する第１モジュールと、
前記第１パターンに対応する第２パターンを有する第２モジュールとを備えるオーバーレイ測定装置をさらに備え、前記測定装置は、前記放射の投影ビームによって、前記第１パターン上に前記第２パターンの投影像を生成するように配置され、さらに前記測定装置は、前記第１パターンと前記第２パターンの前記投影像との間の干渉から得られる回折模様を生成するように配置され、前記回折模様は、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含み、前記測定装置は、前記振幅を測定するための検出器をさらに備える、リソグラフィー装置
【請求項１９】
前記リソグラフィー装置は、前記リソグラフィー装置中の少なくとも１つのステージの位置を測定するための少なくとも１つの計器をさらに備え、前記振幅及び前記位置は同期して測定される、請求項１８に記載のリソグラフィー装置。
【請求項２０】
オーバーレイを測定する方法であって、
少なくとも１つの第１パターンを有する第１モジュールを提供するステップと、
前記第１パターンに対応する第２パターンを有する第２モジュールを提供するステップと、
放射の投影ビームによって、前記第１パターン上に前記第２パターンの投影像を生成するステップと、
前記第１パターンと前記第２パターンの前記投影像との間の干渉から得られる、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含む回折模様を生成するステップと、
前記振幅を測定するステップと、を含む方法。
【請求項２１】
前記方法は、デバイスを製造するための動作であって、
基板を提供するステップと、
照射システムを使用して、前記放射の投影ビームを供給するステップと、
前記投影ビームの断面にパターンを付与するパターン形成手段を使用するステップと、
前記基板の標的部分の上に前記放射のパターン形成したビームを投影するステップと、をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィー装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィー装置は、基板の標的部分の上に望ましいパターンを施す機械である。リソグラフィー装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。その場合に、マスクなどのパターン形成手段を使用してＩＣの個別層に対応する回路パターンを作成することが可能であり、さらに、放射感応材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコン・ウェーハ）上の標的部分（例えば、１個又は数個のダイの一部を含む）の上に、このようなパターンを描画することができる。一般に、単一の基板は連続的に露光される隣接標的部分の回路網を含む。知られたリソグラフィー装置には、１回の試みでパターン全体を標的部分上に露光することによって標的部分をそれぞれに照射する、所謂ステッパと、投影ビームによって所与の方向（「走査」方向）にパターンを走査し、他方では、同期してこの方向に平行に又は逆平行に基板を走査することによって標的部分をそれぞれに照射する、所謂スキャナが含まれる。
【０００３】
リソグラフィー装置で製造されるチップは、相互の上に重ねられた幾つもの層からなる。リソグラフィー装置において、「オーバーレイ」とは、後続層がいかに適切に相互に重なるかを示す指標である。「オーバーレイ」という用語は、実際にはオーバーレイ誤差を指すのが一般である。即ち、零のオーバーレイとは、２つの層が完全に重なることを意味する。現在のリソグラフィー機械のオーバーレイ誤差は、１０ナノメートルの水準にある。このオーバーレイは、リソグラフィー装置の性能数値である。オーバーレイの悪化は、性能の低下を意味し、リソグラフィー装置で製造される不良チップの増加を招くことになる。したがって、特に顧客側では、このオーバーレイが頻繁に測定される。本出願に説明されている改良は、実際にはリソグラフィー機械が後続層を相互に重ね合わせる能力を測定するものであるが、このような測定の結果は、例えば、標準から外れる作業条件を除けば、オーバーレイに相関する。したがって、本出願で用いるオーバーレイという用語は、このような能力も指す。
【０００４】
米国特許第４７０３４３４号から知られているように、オーバーレイは以下の方式で測定可能である。回折格子マスク及び対応して一致する回折格子ウェーハがリソグラフィー装置に装填される。この回折格子マスクは、光源からのビームによって照射される。米国特許４７０３４３４号では、弓形スリット（即ち、円弧の形状を有するスリット）の形をマスク回折格子上の局所に有するビームによって照射される。得られるパターン形成したビーム（即ち、ビームが回折格子マスクと相互干渉した後のビーム）が回折格子ウェーハ上に投影される。パターン形成したビームを回折格子ウェーハ上に投影すると、縞模様（所謂、モアレ縞）が生じる。これらのモアレ縞は、適切な観察光学要素によって観察可能である。この縞の強度は、マスクとウェーハの間の変位又は回折格子線に対して垂直なオーバーレイの周期関数である。多方向でオーバーレイを測定するために、回折格子線は、それにしたがって多方向に配置される必要がある。それが米国特許４７０３４３４号の図２に示されている。米国特許４７０３４３４号の図２では、そのページの平面を基準にして垂直方向に走査されるダイが示されている。このダイは、オーバーレイを２つの異なる方向で測定可能にするために、異なる方向に向けられた回折格子線の２つのアレイを含む。これらのアレイの間に、少なくともスリット幅の１つの幅を有していなければならない無パターン領域が存在する。その結果、この領域ではオーバーレイ誤差を測定することができないので、これは１つの欠点である。スリットの形状が弓形であり、しかもこの領域の縦方向の寸法が少なくともこの方向の最大スリット・サイズと同程度の大きさであることが必要であるという点によって、このような領域は相対的に大きくなることさえあり得る。米国４７０３４３４号に説明の技法のもう１つの欠点は、使用可能なモアレ縞を得るために、回折格子線は、スリットの全幅にわたって伸びる必要があることである。これは、例えば、スリットの中では同時にＸ回折格子とＹ回折格子（Ｘ回折格子及びＹ回折格子とは、Ｘ方向又はＹ方向のオーバーレイが得られる回折格子を意味する。）に対応できないことを意味する。これは、ダイの隣接部分におけるＸ方向とＹ方向のオーバーレイの測定を阻む。米国４７０３４３４号の他の欠点は、オーバーレイを「稼働中に」測定できず、そのために、オーバーレイは時間が掛かる作業になること、さらに、得られるオーバーレイ・データの精度が相対的に限定されることである。オーバーレイを「稼働中に」（又は「進行中に」）測定するとは、本出願では、オーバーレイが、リソグラフィー装置の照射ビームによって露光するような方式で走査する間に測定されることを意味する。米国４７０３４３４号で使用される検出器は、光ダイオードの相対的に複雑なアレイであり、これはもう１つの欠点でもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の１つの目的は、上述の欠点に対処することであり、かつオーバーレイ情報に高度の解像度を与え、さらに現在知られている装置よりも正確であり、しかも迅速かつ円滑に動作する、リソグラフィー装置においてオーバーレイを測定するための装置を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明は、本装置が第１パターンと第２パターンの投影像との間の干渉から得られる回折模様を生成するように配置され、前記回折模様は、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含み、前記装置は、前記振幅を測定するための検出器をさらに備えることを特徴とする。この装置は、ダイ／ウェーハ上のどこであっても迅速なオーバーレイ測定を可能にし、しかも非常に正確である。投影は、第１パターン上の第２パターンの投影像が名目上同じ位置に留まるように第１パターン及び第２パターンが照射スリットによって走査動作を実行する間に行われる。
【０００７】
一実施例では、本発明は、前記第１パターンが、第１方向に沿って向けられた第１長手構造と、第２方向に沿って向けられた第２長手構造とを備えることを特徴とする。これは、幾つかの方向のオーバーレイ情報を同時に入手することを可能にする。
【０００８】
他の一実施例では、本発明は、前記第１長手構造が前記第２長手構造と交互に並ぶことを特徴とする。これは、ダイ／ウェーハ上の幾つかの箇所でオーバーレイ情報を入手することを可能にする。
【０００９】
他の一実施例では、本発明は、前記検出器が光検出器であることを特徴とする。このような種類の検出器は、本発明を応用するのに特に適切である。
【００１０】
他の一実施例では、本発明は、前記検出器が前記第２パターンの前記投影像に同期して動作されることを特徴とする。投影パターンが実際に存在するときに、検出器を動作させるだけであることは有利である。
【００１１】
他の一実施例では、本発明は、前記第１パターンが少なくとも１つの位相格子を含み、前記第２パターンが、波長λを有する投影ビームによって前記第１パターン上に投影され、前記少なくとも１つの位相格子は、実質的にλ／４の格子深さを有することを特徴とする。このような深さの選択は、最大変調深さが得られる利点を有する。
【００１２】
他の一実施例では、本発明は、前記検出器が、前記回折模様の少なくとも１つの偶数回折次数の前記振幅を測定するように配置されることを特徴とする。これは、大きな測定範囲を可能にする。さらには、測定が第２パターンの投影像の外側で実行可能である。これは乱れを最小化することになる。
【００１３】
他の一実施例では、本発明は、前記検出器が、前記回折模様の少なくとも１つの奇数回折次数と同時に、前記偶数回折次数の前記振幅を測定するように配置されることを特徴とする。奇数回折次数の特徴は、その相対的に限定された動的範囲である。したがって、この奇数回折次数は、測定時に基準としての役割を果たし得る。
【００１４】
他の一実施例では、本発明は、前記第１パターンが少なくとも１つの位相格子を含み、前記第２パターンが、波長λを有する投影ビームによって前記第１パターン上に投影され、前記少なくとも１つの位相格子は、回折次数の少なくとも１つの最小変調深さを生成するように特に選択された格子深さを有することを特徴とする。この最小変調深さを有利に使用して、相対的に一定の基準を得ることができる。１．０５７８  λ／４に等しい変調深さを選択することによって、第１次数は実質的に一定である。
【００１５】
他の一実施例では、本発明は、前記検出器が前記投影ビームの外側に位置することを特徴とする。この方式では有利なことに、検出器は投影ビームを乱すことがない。
【００１６】
他の一実施例では、本発明は、測定が、少なくとも１つのダイを含むウェーハ上で反復されることを特徴とする。これによって、ウェーハ全体にわたってオーバーレイ測定データが得られる。これは、リソグラフィー機械のオーバーレイ性能の適格化を可能にする。
【００１７】
本発明は、
放射の投影ビームを供給するための照射システムと、
投影ビームの断面にパターンを付与する役割を果たすパターン形成手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン形成したビームを基板の標的部分上に投影するための投影システムと、を備えるリソグラフィー装置であって、
前記リソグラフィー装置は、
少なくとも１つの第１パターンを有する第１モジュールと、
前記第１パターンに対応する第２パターンを有する第２モジュールとを備えるオーバーレイ測定装置をさらに備え、前記測定装置は、前記放射の投影ビームによって、前記第１パターン上に前記第２パターンの投影像を生成するように配置され、さらに前記測定装置は、前記第１パターンと前記第２パターンの前記投影像との間の干渉から得られる回折模様を生成するように配置され、前記回折模様は、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含み、前記測定装置は、前記振幅を測定するための検出器をさらに備える、リソグラフィー装置にも関する。
【００１８】
一実施例では、本発明は、前記リソグラフィー装置が、前記リソグラフィー装置中の少なくとも１つのステージの位置を測定するための少なくとも１つの計器を備え、前記振幅及び前記位置は同期して測定されることを特徴とする。これは、これらの測定データから、オーバーレイ誤差に対するステージ誤差の寄与を入手することが可能になる利点を有する。
【００１９】
本発明は、
少なくとも１つの第１パターンを有する第１モジュールを提供するステップと、
前記第１パターンに対応する第２パターンを有する第２モジュールを提供するステップと、
放射の投影ビームによって、前記第１パターン上に前記第２パターンの投影像を生成するステップと、
前記第１パターンと前記第２パターンの前記投影像との間の干渉から得られる、振幅を有する少なくとも１つの回折次数を含む回折模様を生成するステップと、
前記振幅を測定するステップと、を含むオーバーレイを測定する方法にも関する。
【００２０】
本文では、ＩＣの製造においてリソグラフィー装置を使用することに特定的に言及する場合があるが、本明細書に説明するリソグラフィー装置には、集積光学系、磁気ドメイン記憶装置用の誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドの製造などのような他の応用例もあり得ることを理解されたい。このような別法による応用例の文脈では、本明細書の「ウェーハ」又は「ダイ」という用語の使用はいずれも、より一般的な「基板」又は「標的部分」という用語とそれぞれに同義であると見なし得ることは当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、露光の前に又は後で、例えば、トラック（典型的には、レジストの層を基板に塗布しかつ露光済みのレジストを現像する手段）又は計測若しくは検査手段において処理可能である。応用可能であれば、本明細書の開示をこのような手段及び他の基板処理手段に応用することができる。さらには、本明細書に使用する基板という用語は、複数回処理した層を既に含んでいる基板も指すように、例えば、多層ＩＣを作成するために基板を２回以上処理することが可能である。
【００２１】
本明細書に使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ナノメートルの波長を有する）及び極紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ナノメートルの範囲内の波長を有する）ばかりでなく、イオン・ビーム又は電子ビームのような微粒子ビームも含めて、電磁放射の全種類を包含する。
【００２２】
本明細書で使用する「パターン形成手段」という用語は、基板の標的部分中にパターンを作成するためのように、投影ビームの断面にパターンを付与するために使用可能な手段を指すものと広義に理解するべきである。投影ビームに付与されたパターンは、基板の標的部分中の望ましいパターンに厳密に対応しない場合もあることに留意されたい。一般には、投影ビームに付与されたパターンは、集積回路のような、標的部分中に作成されているデバイス中の特定の機能層に対応することになる。
【００２３】
パターン形成手段は透過型又は反射型であり得る。パターン形成手段の実施例には、マスク、プログラマブル・ミラー・アレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィーではよく知られており、バイナリ型、交番位相シフト型、及び減衰位相シフト型などのマスク種類ばかりでなく、様々な複合型のマスク種類も含まれる。プログラマブル・ミラー・アレイの一実施例では、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、これらのミラーのそれぞれは、入射する放射ビームを異なる方向に反射するために個々に傾斜可能であり、このような方式で、反射されたビームがパターン形成される。
【００２４】
支持構造は、パターン形成手段を支持する、即ち、その重量を支える。それは、パターン形成手段の向き、リソグラフィー装置の設計、及び、例えば、パターン形成手段が真空環境の中で保持されるのかそれとも否かというような、他の条件に応じて、パターン形成手段を１つの方法で保持する。このような支持は、機械的固定、真空、又は他の固定技法、例えば、真空条件下の静電固定を利用することが可能である。支持構造は枠台又はテーブルであり得るが、例えば、それは必要に応じて固定式又は可動式でもよく、さらにそれは、パターン形成手段を、例えば、投影システムに対して望ましい位置に確実に位置決め可能である。「レチクル」又は「マスク」という用語を本明細書で使用する場合にはいずれも、より一般的な「パターン形成手段」という用語と同義であると見なし得る。
【００２５】
本明細書で使用する「投影システム」という用語は、屈折光学系、反射光学系、及び反射屈折光学系を含めて、例えば、使用されている露光放射に適切な、又は浸漬液の使用若しくは真空の使用など、他の要素に適切な様々な種類の投影システムを包含するものと広義に解釈されたい。本明細書の「レンズ」という用語の使用はいずれも、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると見なし得る。
【００２６】
照射システムも、屈折光学要素、反射光学要素、及び反射屈折要素を含めて、放射の投影ビームを誘導、成形、又は制御するための様々な種類の光学要素を包含するものと広義に解釈されるべきであり、このような光学要素を以下では集合的に又は単独に「レンズ」と呼ぶこともできる。
【００２７】
リソグラフィー装置は、２つ（２連ステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有する種類であり得る。このような「多連ステージ」機械では、追加的なテーブルを並行して、即ち、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に、１つ又は複数のテーブル上で予備工程を実行することができる。
【００２８】
リソグラフィー装置はまた、投影システムの最終要素と基板の間の空間を満たすために、基板が相対的に高い屈折率を有する液体、例えば、水の中に浸漬される種類であり得る。浸漬液は、リソグラフィー装置中の他の空間、例えば、マスクと投影システムの最初の要素との間に用いることも可能である。投影システムの開口数を増やすための浸漬技法は当業でよく知られている。
【００２９】
ここで、対応する参照符号が対応する部分を示す添付の模式図を参照して、例示としてのみ本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３０】
ここで添付の図を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の特定の一実施例にしたがうリソグラフィー装置を模式的に示す。この装置は、
放射（例えば、紫外線放射（ＵＶ）又は遠紫外線（ＤＵＶ）放射）の投影ビームＰＢを供給するための照射システム（照射器）ＩＬと、
パターン形成手段（例えば、マスク）ＭＡを支持し、かつ要素ＰＬに対してパターン形成手段を正確に位置決めするための第１位置決め手段ＰＭに連結されている第１支持構造（例えば、マスク・テーブル）ＭＴと、
基板（例えば、レジスト塗布ウェーハ）Ｗを保持し、かつ要素ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２位置決め手段ＰＷに連結されている基板テーブル（例えば、ウェーハ・テーブル）ＷＴと、
パターン形成手段ＭＡによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの標的部分Ｃ（例えば、１個又は複数のダイを含む）の上に描画するための投影システム（例えば、屈折型投影レンズ）ＰＬと、を備える。
【００３１】
この図に示されているように、本装置は透過型である（例えば、透過型マスクを使用する。）。別法として、本装置は反射型であってもよい（例えば、上で言及した種類のプログラマブル・ミラー・アレイを使用する。）。
【００３２】
照射器ＩＬは放射源ＳＯから放射のビームを受け取る。放射源とリソグラフィー装置は、例えば、この放射源がエキシマ・レーザであるとき、別体の独立要素であり得る。このような場合には、放射源はリソグラフィー装置の一部を構成するものとは見なされず、放射ビームは、例えば、適切な誘導ミラー及び／又はビーム拡大器を備えるビーム送出システムＢＤの補助によって照射源ＳＯから照射器ＩＬに送られる。他の場合では、例えば、放射源が水銀ランプであるとき、放射源はこの装置の一体部分であり得る。ビーム送出システムＢＤ（必要であれば）と一緒に、放射源ＳＯ及び照射器ＩＬを放射システムと呼ぶことができる。
【００３３】
照射器ＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段ＡＭを備え得る。一般に、照射器のひとみ平面内における強度分布の少なくとも外半径及び／又は内半径範囲（通常はそれぞれσ外半径及びσ内半径と呼ぶ）を調整することができる。さらには、照射器ＩＬは、一般に、積分器ＩＮ及び集光器ＣＯのような、他の様々な構成要素を備える。照射器は、投影ビームＰＢと呼ばれ、その断面に望ましい均一性及び強度分布を有する放射の条件ビームを供給する。
【００３４】
投影ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴの上に保持されているマスクＭＡに入射する。投影ビームＰＢは、マスクＭＡを横切ってレンズＰＬを通過するが、そのレンズは、このビームを基板Ｗの標的部分Ｃの上に合焦する。第２位置決め手段ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉型素子）の補助によって、例えば、異なる標的部分ＣをビームＰＢの経路中に位置決めするために、基板テーブルＷＴを正確に移動することができる。同様に、第１位置決め手段ＰＭ及びもう１つの位置センサ（図１で明示せず）を使用して、例えば、マスク・ライブラリから機械的に取り出した後に又は走査時に、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭ及びＰＷの一部を構成する長行程モジュール（大まかな位置決め）と短行程モジュール（微細な位置決め）の補助によって実現されることになる。しかし、ステッパの場合は（スキャナとは異なり）、マスク・テーブルＭＴを短行程アクチュエータのみに連結するだけでもよいし、又は固定式でもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせ標識Ｍ１、Ｍ２及び基板位置合わせ標識Ｐ１、Ｐ２を使用して位置合わせ可能である。
【００３５】
図示の装置を次の好ましい方式で使用することができる。即ち、
１．ステップ方式では、投影ビームに付与されたパターン全体を１回の試みで標的部分Ｃの上に投影する間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを本質的に静止状態に保持する（即ち、単一静的露光）。次いで、異なる標的部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向にシフトさせる。ステップ方式では、露光領域の最大サイズが、単一静的露光で描画される標的部分Ｃの大きさを限定する。
２．走査方式では、投影ビームに付与されたパターンを標的部分Ｃ上に投影する間、マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴを同期して走査する（即ち、単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度と方向は、投影システムＰＬの（縮小）拡大率と画像反転特徴によって決まる。走査方式では、露光領域の最大サイズが、単一動的露光における標的部分の幅（非走査方向における）を限定するのに対して、走査の移動長さが標的部分の高さ（走査方向における）を決定する。
３．別の方式では、投影ビームに付与されたパターンを標的部分Ｃ上に投影する間、マスク・テーブルＭＴを本質的に静止状態に保ってプログラム可能なパターン形成手段を保持し、かつ基板テーブルＷＴを移動又は走査する。この方式では、一般にパルス放射源を使用し、かつプログラム可能なパターン形成手段を、基板テーブルＷＴを移動させた後にその都度又は走査時の連続的な放射パルスの合間に、必要に応じて更新する。このような動作方式は、上で言及した種類のプログラマブル・ミラー・アレイなどの、プログラム可能なパターン形成手段を利用するマスクレス・リソグラフィーに容易に応用可能である。
【００３６】
上述の使用方式又は全く異なる使用方式に基づく組合せ及び／又は変形を用いることもできる。
【００３７】
図２に最新技術を例示する。現在知られているオーバーレイ測定装置は、マスク・プレート２１及びウェーハ・プレート２２を備える。マスク・プレート２１は、投影光学要素２５によってウェーハ・プレート２２上に投影される１つ又は複数の回折格子パターンを含む（一実施例として、図２には、Ｙ（走査方向）のオーバーレイ情報を得るためのパターン２４及びＸ方向のオーバーレイ情報を得るためのパターン２６が示されているが、他の方向のオーバーレイ情報を得るための他のパターンも可能である。）。投影光学要素２５は、投影されたパターン２４及び２６の寸法に対して効果（例えば、縮小率）を有し得る。しかし、以下の議論を簡素化するために、投影光学要素２５の倍率は１である、即ち、回折格子マスク上のパターンの寸法は影響を受けないものと想定する。ウェーハ・プレート２２上には、パターン２７及びパターン３１が存在する。パターン２４又はパターン２６と、パターン２７又は３１とはそれぞれ同一である。マスク・プレート２１は、円弧の形態に形成されたスリット２３によって走査される。ウェーハ・プレート２２上へのスリット２３の投影が、２９によって示されている。マスク・プレート２１上の回折格子２４と２６（及びウェーハ・プレート上の対応する回折格子２７と３１）の間には、無パターン領域２８（ウェーハ・プレート上では３３によって示す）が存在する。ウェーハ・プレート２２は、光ダイオード３９のアレイ上にウェーハ・プレート２２の像３７を投影する役割を果たす観察光学要素３５によって観察される。この装置は以下のように機能する。パターン２７及び３１がウェーハ・プレート２２上に作成される（例えば、当業者には容易に思い浮かぶ適切なリソグラフィー技法によって）。次いで、ウェーハ・プレート２２がリソグラフィー装置に装填される。対応する（例えば、等しい）パターン２４及び２６を有するマスク・プレート２１も、このリソグラフィー装置に装填される。リソグラフィー装置中の照射システムによって作成されるスリット２３が、マスク・プレート２１上のパターン２４及び２６を照射する。得られる像は、投影光学要素２５によってウェーハ・プレート２２のパターン２７及び３１の上に投影される。パターン２７上へのパターン２１の投影を組み合わせると、ずれ（好ましくは回転方向における）がマスク・パターンとウェーハ・パターンの間に存在すれば、モアレ縞が生じる。同じことは、パターン３１上へのパターン２６の投影にも該当する。このモアレ縞は、観察光学要素３５によって捉えられ、光ダイオード３９のアレイ上に結像される。２つの対応するパターンの相互に対する相対的な向きの僅かな差（「オーバーレイ誤差」）が、光ダイオード３９によって検出されるモアレ・パターンの実質的な変化を生じる。正確に測定するためには、スリット及びこれらのプレートが、測定中に相互に移動してはならない。先に述べたように、無パターン領域２８、３３がプレート２１、２２上に存在する。これは、モアレ・パターンの乱れを回避するための１つの要件である。スリット２３が弓形であることによって、この無パターン領域が相対的に大きくなる。１つの欠点は、この領域では、オーバーレイ情報が得られないことである。また、先に説明した技法を用いることによっては、相互に直接隣接して、即ち、中間の無パターン領域なしで、異なる方向のオーバーレイを測定することができない。本発明はこれらの問題を解決する。
【００３８】
図３は、ウェーハ３０７上のダイ領域３０１を示す。このダイ領域３０１は、参照符号３０３及び３０５によって示される２つのパターンを備える。パターン３０３及び３０５は、以下の方法で作成される。最初に、レジスト被覆ウェーハ３０７がリソグラフィー機械の中に装填され、パターン３０３、３０５の露光が行われる。パターン３０３及び３０５は形状が定規のようである。これらのパターンは、照射源によってレチクル上の対応するパターン（「レチクル・パターン」）を露光することによって、リソグラフィー装置で作成可能である。前段では「マスク」という用語が使用されているが、以下では「レチクル」という用語が使用される。しかし、これらは均等の用語である。パターン３０３及び３０５は、水平及び垂直の線と空間から成る。これらの線と空間は、露光パターン上の間欠的な光透過線及び光遮蔽線に対応する。図３の線のサイズは全く尺度から外れていることに留意されたい。線の断面は、露光光の波長に匹敵するサイズを有する（ウェーハ水準上で）。例えば、２４８ナノメートルのリソグラフィー装置では、線の断面は、例えば、２４８ナノメートルの波長の１倍、２倍、又は４倍であり得る（ウェーハ水準上で）。その場合に、レチクル・パターンは、レンズ倍率のために４倍の大きさである。従来技術を論じたときに指摘したように、以下では、レチクル・パターンの寸法はレンズによって影響を受けないことも想定されている。本発明は、従来の方法でウェーハをレチクルに位置合わせした後に応用可能である。これによって、レチクル・パターンとウェーハ・パターンの間の相対位置が僅かになり、よってオーバーレイ測定システムは限定的な範囲で動作するだけでよい。このように大きな捕捉範囲を必要とせず、したがって、そのように線幅が小さくなり得る。したがって、２６ｘ３２ミリメートルのダイ領域上の実際の線の本数は、図３に示した本数よりも著しく多い。以下の段落の１つでは、パターン及び、特に、線サイズをさらに詳細に説明する。
【００３９】
図３に示すダイ３０１のウェーハのように、ウェーハ３０７がダイによって覆われた後で、それは機械から取り出され、現像され、さらに恐らくはエッチングされる。その工程は、これらの段階の後に、露光光の波長に関連した深さ、例えば、λ／４の深さ（λは光の波長である）を有するパターンがウェーハ３０７上に形成されるように選択される。よって、ウェーハ上のパターンは間欠的な反射／非反射線から構成されるのではなく、それは、高さのみが異なる線から構成される。
【００４０】
現像又はエッチングが行われたウェーハ３０７は、再びリソグラフィー装置の中に装填される。使用される装置が、最も重要な構成要素と一緒に図４に模式的に示されている。図４では、レチクル・パターン４０３を有するレチクル４０１が示されている。レチクル４０１は投影レンズ４０５の上方に位置決めされ、この投影レンズ４０５の他方側に（下方に）、図３に示すウェーハ３０７が存在する。図３に示され、予めウェーハ３０７上に作成された回折格子パターン３０５のみが見られるように、ウェーハ３０７を横から眺めている。レチクル・パターン４０３は、光源４２１からの露光光４１１によって照射される。露光光４１１は、レチクル・パターン４０３を通過すると、回折次数４１３で回折される。レチクル・パターンを有する露光光がウェーハ３０７の回折格子パターン３０５に当たった後に、干渉模様４１７が生じる。光検出器４１５が、この干渉模様４１７を検出するために存在する。今回は、レジスト層がウェーハ３０７上に形成されていないことに留意されたい。
【００４１】
本装置は、次のように機能する。先にウェーハ３０７上で露光された同じパターンが、ウェーハ３０７上に再び露光される。これは通常の露光動作を用いて行われ、ウェーハ３０７及びレチクル４０１は、照射スリット（図４に図示せず）によって矢印Ａ及びＢの方向にそれぞれ走査動作を行う。当然のことであるが、レジストがウェーハ３０７上に存在しないので、この露光は、ウェーハ３０７の表面中に（化学的）変化をもたらすことはない。しかし、ウェーハ３０７上に形成されるレチクル・パターン４０３の像は、ウェーハ３０７上に既に存在している回折格子パターン３０５と干渉する。この干渉は光検出器４１５によって捕捉可能である。投影は、第１パターン上の第２パターンの投影像が名目上同じ位置に留まるように第１パターン及び第２パターンが照射スリットによって走査動作を実行する間に行われる。
【００４２】
したがって、レチクル・パターン４０３をウェーハ３０７上に露光する間に、光検出器４１５は、回折模様４１７の回折次数（の１つ又は複数）の振幅変化を検出する。ウェーハ３０７上へのパターン４０３の露光は、通常の露光速度（システムに応じて、２５０〜５００ミリメートル／秒）を使用して行われる。２５０ミリメートル／秒の速度では、これは、３２ミリメートルの長さを有する１つのダイの露光に約１２８ミリ秒を要する（オーバースキャンのために実際の時間はさらに長くなり、実際上は３２ミリメートルの走査長さに加えてスリット長さが必要である。）。光源４２１が１ｋＨｚ型の露光レーザであると想定すると、それは、このダイを露光するために１２８のレーザ・パルスが発射され、ダイ中の合計１２８のＹ（走査）方向の測定点が可能になることを意味する。
【００４３】
本発明の一実施例では、露光光４１１は、特定の送出数でパルスを発射するレーザによって発生する（即ち、光源４２１は連続的ではない。）。この場合に、それは、光検出器４１５の読取りがレーザ・パルスに同期されていれば１つの利点である。そのために、マイクロプロセッサ・ユニット４１９が、光源４２１と光検出器４１５の両方に接続されている。
【００４４】
光検出器４１５の読取り値は、オーバーレイ誤差の直接的な尺度である。よって、例えば、干渉計によって測定された実際の（ウェーハ及びレチクル）ステージ位置との同期は必要ない。
【００４５】
しかし、一般には、測定されたオーバーレイに対するステージ誤差の寄与を知ることが望ましい。したがって、本発明の他の一実施例では、干渉計データが、オーバーレイ誤差と一緒に同期して測定されることが有利である。このような干渉計データが、図１に示した干渉計（位置センサＩＦ）によって供給可能である。
【００４６】
図５は、どのようにオーバーレイ情報が２つ以上の方向で得られるかを示す。光検出器４１５Ｘ及び光検出器４１５Ｙが、図３に示した２つのパターン３０３及び３０５を観察するために、Ｘ位置とＹ位置の両方にそれぞれ配置されている。被照射領域５１（「スリット」）が、パターン形成した露光光をダイ３０１のパターン３０３、３０５上に投影する。参照符号５５及び５３は、干渉模様が生じるダイ３０１上の領域を指す。それぞれの検出器４１５Ｘ、４１５Ｙは、完全にスリット５１の中に位置する、回折格子３０３及び３０５の領域５５及び５３を観察することが望ましく、これを図５に示す。その理由は、被照射領域５５及び５３内の線の絶対位置が、ダイ３０１の走査動作のためにレーザ・パルス毎に変化するからである。光検出器４１５Ｘ及び４１５Ｙの出力は、被照射領域５１内の回折格子３０３、３０５の実際の位置に非依存であるべきである（その代わり、それは、投影されたレチクル・パターンに対するウェーハ回折格子の相対位置のみに依存するべきである）。よって、検出器４１５Ｘ及び４１５Ｙは、スリット５１中の回折格子領域全体にわたって振幅を積分するべきである。図５はまた、ウェーハ回折格子３０３、３０５に対して光検出器４１５Ｘ及び４１５Ｙをリソグラフィー装置中のどこに配置するかを模式的に示す。
【００４７】
図５のダイ配置では、領域内におけるオーバーレイ測定値の限定的な数のみが可能である。特に、ダイの左部分を使用してＸ方向のオーバーレイを測定し、右部分を使用してＹ方向のオーバーレイを測定する。したがって、ＸとＹの両方のオーバーレイは、領域内における１つのＸ位置で測定することのみが可能である。当然のことであるが、Ｙ方向では、これらは数多くの位置（走査速度及びレーザ・パルス周波数に応じて）で測定可能である。
【００４８】
より多くのＸ位置でオーバーレイを測定できるように、ダイ配置はより多くの回折格子を網羅するように変更可能である。それを図６に示す。この図６では、８個の検出器が存在し、４個がＸ方向のオーバーレイを測定し、４個がＹ方向のオーバーレイを測定する。回折格子３０３、３０５の幅は減少するが、線の数は依然として大きいことに留意されたい。例えば、２４８ナノメートルの露光放射を使用し、かつその光の波長の４倍の線／間隔幅を使用すると、このような８個の場合では、測定領域のそれぞれに依然として約３０００本の線が存在する。これは、必要な干渉模様を発生させるには十分である。
【００４９】
以下では、露光されたレチクル・パターン４０３が、ダイ３０１上に既に存在するパターン３０５にどのように干渉するかを説明する。パターン３０１は「ウェーハ回折格子」とも呼ばれる。以下では、図７から１１までを参照する。
【００５０】
レチクル・パターンが全く存在せず、かつウェーハ回折格子が平坦な波面によって照射されていても、ウェーハ回折格子は依然として回折模様を発生させる。発生する厳密なパターンは、ウェーハ上の回折格子の種類に応じる。例えば、ウェーハ回折格子が、λ／４の深さを有する位相格子であれば、零次数反射が存在しない。しかし、ウェーハ回折格子が間欠的な反射及び非反射線（明／暗回折格子又は「振幅型回折格子」）から構成されていれば、零次数反射が存在する。
【００５１】
要するに、光（連続ビーム又はパターン形成したビーム）が上方からウェーハ回折格子に到達すると、干渉次数が角度αでウェーハから反射する（図７参照）。角度αは、回折格子のピッチｐ及び入射光の波長λのみに依存する。図７では、点Ｘ１から反射された光は点Ｘ２から反射された光と干渉し、以下も同様である。角度αは、点Ｘ１及びＸ２から反射された光波が同じ位相を有するように、即ち、反射されたビームの方向におけるこれらの点からの光路差が、波長λの整数ｎ倍であるようになっている。その場合、図７から、それは容易に次式となる。
【００５２】
【数１】
2005197731.tif 000003
上式は、αをｐ及びλに関連付ける一般的な回折格子の公式である。図７の回折格子は所謂「位相格子」である。これは、点Ｙ１及びＹ２からの光が、干渉する間に、Ｘ１及びＸ２からの光と同様の回折ビームを発生させることを意味する。位相格子は、明／暗回折格子と同じ反射角を有する。しかし、これらの２つのビーム（１つはＸ１及びＸ２からのビーム、１つはＹ１及びＹ２からのビーム）は、相互に異なる位相を有する。回折次数、格子ピッチｐ等々に応じて、これら２つのビーム間の位相差により、これらのビームは相互に（一部が）打ち消し合うことが可能である。したがって、反射角は、位相格子においても、また明／暗回折格子においても同じであるが、得られる光ビーム振幅が異なる。その顕著な１例が零次数ビームである。このビームは、明／暗回折格子では、大きな振幅を有する。しかし、位相格子では、Ｙ１及びＹ２からのビームは、Ｘ１及びＸ２からのビームよりもλ／２だけ遠くに進み、よってこの零次数ビームを完全に打ち消す。零振幅が残る。
【００５３】
図７は、レチクル・パターンが存在しない間に、ウェーハ回折格子が照射されるときに何が起きるかを示す。反対に、明／暗パターンがレチクル上に存在すれば、ウェーハ回折格子の照射は、どのようにレチクル・パターンが位置しているかに応じて変化する。レチクルが第１位置から第２位置に変化すれば、ウェーハ回折格子の異なる部分が照射される。このような位置に関する２つの基本的な実施例が図８ａ、８ｂに示されている。上図（図８ａ）では、光はウェーハ回折格子の「頂」の回折格子のみに当たっている。ここで生じる干渉は、Ｘ１、Ｘ２等から発した光によってのみ画定される。その結果は、位相格子ではなく明／暗回折格子によって生成される干渉模様に似通う（照射されていない底は、回折格子中の暗部分と同じ効果を有する。）。同じことが、照射光が回折格子の底のみに当たるときに起きる（図８ｂ）。ここではＹ１及びＹ２は相互に干渉して、図８ａと同様の干渉模様を生じる、この場合も明／暗回折格子に似通う。
【００５４】
図９は、照射光が、図８ａに較べて周期ｐの４分の１だけ右側にシフトした状況を示す。ここでは、頂の一部が照射される一方、底の一部も照射される。Ｘ１／Ｘ２ビームとＹ１／Ｙ２ビームの重心間の距離は、ｐ／４に等しい。点Ｘ１及びＸ２は相互に干渉し、図８ａにおけるような干渉ビームを生じる。同様に、点Ｙ１及びＹ２は相互に干渉し、同じ回折角αを有する干渉ビームを生じる。ところで、Ｘ１／Ｘ２干渉ビームは、Ｙ１／Ｙ２干渉ビームとは異なる移動長さを有する。しかも、光は、頂を照射する照射ビームに較べて、回折格子の底に達する前に、既にλ／４だけさらに進んでいる。合計移動長さの差は、得られる合計ビーム振幅の増幅か又は低減をもたらし得る。
【００５５】
Ｙ１／Ｙ２から反射されたビームの移動長さは、図１０の幾何学図形の特性を計算することによって分かる。Ｙ１／Ｙ２からのビーム長さは、ｙ＝ｂｓｉｎ（α）−ａｃｏｓ（α）の数量だけＸ１／Ｘ２からのビーム長さよりも短いことが分かる。照射光がＹ１／Ｙ２に向かって移動しなければならない余分の長さλ／４を考慮すると、Ｙ１／Ｙ２ビーム長さは、Ｘ１／Ｘ２ビーム長さよりも次式の数量だけ短い（図９）。
【００５６】
【数２】
2005197731.tif 000004
さらに正確に言えば、当然のことであるが、無数の「ビーム」が回折格子の底部分及び頂部分から発する。それぞれが照射された底部分と頂部分の重心から発する１つのｘビーム及び１つのｙビームのみを考慮するだけでは不十分である。それが図１１に例示されている。回折次数の各振幅の実際の計算は、それぞれが他のビームに対して僅かな位相シフトを有する数多くの（好ましくは無数の）ビームを考慮することによって、またビームが回折格子の頂から発したものであるか、それとも回折格子の底から発したものであるかに応じて行われなければならない。図１１の最も左側のビームに較べて、回折格子の頂から発するそれぞれのビームは、ｌｉ−ｌ０＝ｂｓｉｎ（α）のビーム長さの差を有する。前式で、ｂは最も左側のビームを基準としたビーム距離であり、ｌｉはｉ番目のビームの長さを表し、ｌ０は最も左側のビーム長さを表す。回折格子の底から発したビームは、次のような長さの差を有する。
【００５７】
【数３】
2005197731.tif 000005
得られる合計ビームは、上述のような全ての部分ビームの総和から成り、それぞれが同じ振幅を有し、かつ最も左側のビームに対して次の位相差を有する。
【００５８】
【数４】
2005197731.tif 000006
次いで、反射された光波は次式によって記述可能である。
【００５９】
【数５】
2005197731.tif 000007
上式でωは次式の通りである。
【００６０】
【数６】
2005197731.tif 000008
ここで、ｃは光の速度であり、ｋはビームの合計数であり、かつ合計振幅は１に正規化されている。これは、位相φの代わりに位相φ’を有する新たな正弦曲線、即ち、Ｉ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ’）として書換え可能である。φ’は、上の公式の中に個々のφの寄与を組み込む。この場合に振幅Ａは得られるビームの有効振幅を表す。Ａに関する表式を見いだすことは容易ではないが、Ａは、全ての正弦曲線を加算しかつ最大振幅を求めることによって、実験的に見いだすことができる（例えば、Ｍａｔｌａｂスクリプトにおいて）。別法として、ビーム数は無限大に設定可能であり、それは正弦曲線の総和を積分形式に変換する。図１１の最も左側のビームは位置ｘ＝０から発するものとする。そのとき、回折格子の頂から、即ち、最も左側のビームからの距離ｘから発するビームは、Δｌ＝ｘｓｉｎ（α）の移動光路差を有し、したがって、次の位相シフトを有する。
【００６１】
【数７】
2005197731.tif 000009
ここで、頂の上の被照射部分は、Ｘｐの長さを有するものとすると、頂から発した完全なビームは、次式によって記述可能である。
【００６２】
【数８】
2005197731.tif 000010
上式で、係数（２／ｐ）はビームを１の入射振幅に正規化する。即ち、この積分は、回折格子における１周期のみを範囲に含むのでｐによって割ることが必要であり、回折格子の１／２のみが照射されるので係数２が必要である。上式を計算すると、次の値を得る。
【００６３】
【数９】
2005197731.tif 000011
同様に、回折格子の底から反射されたビームは、次の移動光路差を有する。
【００６４】
【数１０】
2005197731.tif 000012
これは次に下式の位相差を導く。
【００６５】
【数１１】
2005197731.tif 000013
今や、回折格子の底から発したビームは次式によって記述可能である。
【００６６】
【数１２】
2005197731.tif 000014
上式は、同様に次式を導く。
【００６７】
【数１３】
2005197731.tif 000015
ところで、合計ビームの記述は、Ｉ（ｔ）＝Ｉ１（ｔ）＋Ｉ２（ｔ）に等しく、これは次式のように計算可能である。
【００６８】
【数１４】
2005197731.tif 000016
振幅Ｉ（ｔ）は次式に等しい。
【００６９】
【数１５】
2005197731.tif 000017
上式で、Ａｘ、Ａｙ、及びβは以下の通りである。
【００７０】
【数１６】
2005197731.tif 000018
この公式は、回折格子の公式によって定義される角度αのそれぞれに関して、回折格子から反射された得られるビーム振幅を与える。この式から回折次数ｎが消失したように見えるが、実際には、それは、角度α及び格子ピッチｐを含む光路長さの差によって含まれている。当然のことであるが、角度αは、次式によって回折次数に関連付けられている。
【００７１】
【数１７】
2005197731.tif 000019
ところで、入射光ビームが図８ａに示した位置（光は「頂」に入射する）から図８ｂに示した位置（光は「底」に入射する）に変化するとき、上式において、Ｘｐが（ｐ／２）から０に変化するので、回折されたビームの振幅が変化する。これは、合計振幅Ａに関する上式によれば、正味の得られる光振幅になる。図１２及び１３は、回折格子から発した回折ビームを示し、それは位置（０，０）に位置決めされている。回折次数が、照射ビームの変化していく位置毎に示されている。左上図では、頂が照射され、右下図まで進むと、その図では底が照射されている。この実施例では、格子ピッチは、ｐ＝２．２λに等しい。図１２におけるそれぞれの線の長さは、回折次数の振幅を表す。これらのビームの次数（．．．，−１，０，１，．．．）及びそれらの位置は、図１２の第１のグラフ中にそれぞれに示されている。他のグラフにも、それらが示されている。第１（左上）位置及び最終（右下）位置における零次数ビームは、最大振幅で存在することが分かる。しかし、照射ビームが移動するとき、この零次数ビームは振幅が減少し、位置ｐ／４で完全に消失する。その場合では、この回折格子は完全に位相格子のように挙動する。さらには、第２次数ビームは第１位置及び最終位置には存在しないが、その間で出現することに留意されたい。このような現象はよく知られている。即ち、明／暗回折格子の回折模様はブロック波のフーリエ級数に似通い、そこでは、非偶数項のみが零でない。明らかなことであるが、第２次数は位相格子で再出現する。
【００７２】
右側及び左側に反射されたプラス第１次数ビーム及びマイナス第１次数ビームは、厳密には等しい振幅を有していないことにも留意されたい。これは、λ／４の格子深さに関連し、左側及び右側の第１次数ビームに関する移動光路差の違いを生む。第１次数の変調（位置依存性）が相対的に小さいことにさらに留意されたい。
【００７３】
別の一実施例が図１３に挙げられており、そこではｐ＝３．３λである。これはグラフのそれぞれの位置に第３反射次数を含む。
【００７４】
図１４は、２．２λの格子ピッチに関して、位置の関数としての零次数から第２次数までのビーム振幅を示す。この図でも、位置「０」とは、回折格子の頂の上のみの照射光を意味する。（検出器を照射経路中に配置しなければならないので容易に測定できない零次数ビームを除けば、）第２次数が最適の変調深さを有することが観察される。第１次数が完全には位置非依存性ではないことも分かり、それは約１７％の変調を有する。しかしながら、それは第１次数の振幅の測定値を基準値として使用することを可能にする。相対位置測定に第２次数回折格子を使用する場合、名目上の位置は、曲線の傾きが大きい箇所、例えば、格子ピッチｐの０．１又は０．４の位置で選択されることになる。これによって位置の関数である光検出器出力の高い感度が確保される。それは、レチクル・パターンが、第１露光パスにおける位置と厳密には同じ位置で露光されず、ＸとＹの両方向に僅かにずれることも意味する。その場合に、最大使用可能範囲は、約＋／−０．１ｐである。このようなｐ＝２．２λの実施例では、それは、λ＝２４８ナノメートルであれば＋／−５０ナノメートルの値域になる。測定すべきオーバーレイ誤差は通常は実質的に５０ナノメートルよりも小さいので、大きな捕捉範囲の必要はなく、したがって＋／−５０ナノメートルの値域で十分に足りる。
【００７５】
図１５は、ｐ＝３．３λに関する同様のグラフを示す。第３次数は、下位次数よりも高い周波数を有することが分かる。水平軸はｐに関連しており、したがって図１４の絶対変位は、図１５におけるよりも１．５倍大きいことを記憶されたい。
【００７６】
偶数次数が大きな変調深さを示す一方で、非偶数次数は遙かに小さい変調深さを示すことが一般的な現象であるように見える。位置変化に対する感度が低い反射ビームを基準ビームとして使用できるので、このような効果を利用することができる。このようなビームは、照射光中の照射量の変動、ウェーハ反射率の変動、及び他の乱れ要因には依存するので、その振幅変化を使用して実際の測定ビーム（例えば、第２次数）を修正することができよう。それは、主として零オーバーレイ誤差が一定の測定ビーム振幅をもたらすので、このような進行中の測定方式では特に有用である。その場合に、測定された振幅の変動はいずれも位置変化（オーバーレイ誤差）であると解釈される。したがって、相対位置に非依存であるが、いずれの乱れに関しても１つの尺度としての役割を果たすビームの利用可能性は、相対位置の正確な測定値をもたらす助けになる。
【００７７】
ここで、例えば、図１４及び１５で分かるように、第１次数の感度は厳密には零ではない。第１次数を基準ビームとして使用可能にするために、プラス第１及びマイナス第１ビームを同時に測定しかつ平均して、零感度を得ることができる。これは、第１次数ビームが正の方向及び負の方向に別々に反射するので可能である。
【００７８】
別法として、第１次数の変調を最小化するために僅かに格子深さを変更することが可能である。第１次数の感度は、格子深さｄが次式に等しければ零であるように見える。
【００７９】
【数１８】
2005197731.tif 000020
例えば、格子深さｐが２．２λに等しければ、１つの選択は次のようになる。
【００８０】
【数１９】
2005197731.tif 000021
このような選択（先に使用したλ／４ではなく）は、図１６に示すように、第１次数の零感度をもたらす。したがって、格子深さは、第１次数を基準ビームとして利用可能にするために、この次数を零感度にするように最適化が可能である。他の回折次数はほとんど変化しないことに留意されたい。
【００８１】
これら２つの方法（プラス第１次数及びマイナス第１次数ビームを測定しかつ平均するか、又は格子深さの最適化によって不感度の第１次数を創出するか）のどれを使用するかは、とりわけて、このような正確な格子深さを有する回折格子の製造能力による。
【００８２】
振幅を上述の相対位置に敏感にするためには、露光位置をＸ及びＹ方向に僅かにシフトしなければならない。
【００８３】
幾つかの次数は相対位置に実質的に非依存性である一方で、他は非常に依存性が大きい。位置依存性次数の１つ又は複数の次数に加えて、位置非依存性の回折次数の１つ又は複数の次数を光検出器によって検出することができる。位置依存性次数（前段の実施例では、それは第２次数であった）を検出する光検出器の出力は、位置非依存性の回折次数（先の実施例では、それは第１次数であった）を検出する光検出器で測定された振幅によって補正可能である。このようにして、本方法は、照射量、ウェーハ反射率等の変動に対して不感度になり得る。これらの２つの必要な光検出器は、機械中の使用可能空間に応じて、ウェーハ回折格子の同じ側（即ち、プラス第１次数及びプラス第２次数を測定する）に、又はこの回折格子の対向側（即ち、マイナス第１次数及びマイナス第２次数を測定する）に配置可能である。それは、より正確な測定信号を生成するために、プラス第１次数及びマイナス第１次数と、プラス第２次数及びマイナス第２次数との両方を測定するように決定可能である。
【００８４】
レチクル・パターンをウェーハ上に露光する間、ウェーハとレチクルの両方は照射スリットによって全速で走査中であることを認識することが重要である。しかし、ウェーハ上のレチクル・パターンの投影像は、ウェーハ回折格子に対して静止している。したがって、オーバーレイ誤差が零であれば、レチクル・パターンは、常にウェーハ上の厳密に同じ相対位置に投影される。その場合に、光検出器の出力は一定である。これは、位置の関数として振幅の読取り値をもたらすためにウェーハ回折格子がわざわざレチクル・パターンに対して走査される通常の位置合わせ方法とは大きな違いである。
【００８５】
先段における理想的な計算と較べて、実際上のシステムにおける偏差のために、相対位置の関数である光検出器出力の実際の依存性（位置検出に使用される図１４又は図１６の曲線）を較正しなければならない。これは、低速度で１つ又は複数の周期ｐにわたってウェーハ回折格子を走査し、他方では同時にウェーハ・ステージ及びレチクル・ステージの干渉計位置を測定することによって、容易に実行可能である。次いで、光検出器の出力を実際のオーバーレイ測定における実際の相対位置に変換するために使用するように、図１４の曲線を実際に測定し、例えば、テーブル中に格納することができる。
【００８６】
実際のオーバーレイ測定は、領域内のあらゆる位置で実行可能であるわけではない。走査（Ｙ）方向では、オーバーレイ測定が実行可能な点の数は、走査速度及びレーザ・パルス周波数によってのみ限定される。非走査（Ｘ）方向では、オーバーレイ測定がそれぞれの望ましい位置に回折格子が必要である。例えば、図６のダイ配置では、８つの回折格子、即ち、４つのＸ回折格子及び４つのＹ回折格子が存在する。したがって、Ｘ方向のオーバーレイは、４つのＸ位置で測定可能であり、またＹ方向のオーバーレイも４つのＸ位置で測定可能である。
【００８７】
オーバーレイ測定の位置精度を高めるために、幾つかのサンプルを平均して１つの測定値をもたらすことが可能である。これは、領域全体の測定値の数を減少させる。別の可能性は、ウェーハ回折格子に対してレチクル回折格子の僅かに異なる位置で、測定過程を２回実行することである。このように、照射量の変動のような幾つかの乱れの要因に対する感度も高めることができる。
【００８８】
オーバーレイ測定を実行すべきＸ位置のそれぞれに（１個又は複数の）光検出器が必要である（例えば、第１次数及び第２次数が測定されるとき、２個の光検出器が１つのＸ位置当たりに必要である。）。Ｘ回折格子の１つ（図６の縦線）を観察する光検出器は、回折ビームの捕捉を可能にするために、照射位置に対してＸ方向に配置されなければならない。同様に、Ｙ回折格子を観察する光検出器は、照射位置に対してＹ方向に配置される必要がある。したがって、図６の配置の場合では、１つの次数当たりに２個の光検出器を使用すると、光検出器の合計数は、８つの回折格子ｘ２個の検出器＝１６個の検出器になり、そのうちの８個はＸ方向で測定し、その内の８個はＹ方向で測定する。
【００８９】
例示することによってのみ本発明を説明してきた。幾つかの別法は、本発明から出発して当業者によって開発可能である。例えば、格子ピッチｐ、ウェーハ回折格子の深さｄ（本実施例では、λ／４に設定）、及び、可能性として、ウェーハ回折格子中の頂と底のサイズ（現時点では等しい）間の比率さえも含めて、幾つかのパラメータが最適化可能である。１つの実施例を既に説明した。即ち、第１次数を基準ビームとして使用可能にするために、格子深さを最適化して、この第１次数を最小感度にすることである。また、レチクル・パターンは、例えば、非対称的な明／暗比率を選択することによって、ウェーハ上に露光される元のパターンから偏位可能である。これらのパラメータは、例えば、測定次数の変調深さが最大であるように、基準次数の変調深さが最小であるように、光検出器が機械中の有利な位置に配置可能であるように等々、本システムが最適に機能するように調整を行うことができる。さらには、前記回折次数の振幅と、第１パターン及び第２パターンの相対変位との間の実際の関係が較正可能であり、前記較正結果を使用して測定精度を高めることができる。別の可能性は、第２パターンに対する第１パターンの可能な異なる相対位置での測定を少なくとも２回反復することである。ウェーハ全体（それは一般に少なくとも１つのダイを含む）にわたって測定を反復することによって、前記ウェーハ全体にわたるオーバーレイ測定データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施例にしたがうリソグラフィー装置を示す図である。
【図２】現在の最新技術を示す図である。
【図３】本発明にしたがうダイ・パターンの一実施例を示す図である。
【図４】本実施例を応用する際に使用される配置を示す略図である。
【図５】本発明で使用される光検出器の配置を示す図である。
【図６】より多くのオーバーレイ測定を可能にする別法によるダイ配置を示す図である。
【図７】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である。
【図８ａ】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である。
【図８ｂ】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である。
【図９】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である
【図１０】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である
【図１１】本発明を明確にする役割を果たすために示す略図である
【図１２】先に導出された公式に基づく計算結果を示すグラフである。
【図１３】先に導出された公式に基づく計算結果を示すグラフである。
【図１４】異なる格子ピッチに関して、様々な次数に関する反射ビーム振幅を位置の関数として示すグラフである。
【図１５】異なる格子ピッチに関して、様々な次数に関する反射ビーム振幅を位置の関数として示すグラフである。
【図１６】異なる格子ピッチに関して、様々な次数に関する反射ビーム振幅を位置の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
ＡＭ  調整手段
ＢＤ  ビーム送出システム
ＣＯ  集光器
Ｃ  標的部分
ＩＦ  位置センサ
ＩＬ  照射器
ＩＮ  積分器
Ｍ１、Ｍ２  マスク位置合わせ標識
ＭＡ  マスク
ＭＴ  マスク・テーブル
Ｐ１、Ｐ２  基板位置合わせ標識
ＰＢ  投影ビーム
ＰＬ  レンズ
ＰＭ  第１位置決め手段
ＰＷ  第２位置決め手段
ＳＯ  光源
Ｗ  基板
ＷＴ  基板テーブル
２１  マスク・プレート
２２  ウェーハ・プレート
２３  スリット
２４、２６  マスク・プレート２１上の回折格子
２５  投影光学要素
２７、３１  ウェーハ・プレート上の回折格子
２８、３３  無パターン領域
２９  スリットの投影
３５  観察光学要素
３７  ウェーハ・プレートの像
３９  光ダイオード
５１  被照射領域
５３、５５  回折格子の領域
３０１  ダイ領域
３０３、３０５  回折格子
３０７  ウェーハ
４０１  レチクル
４０３  レチクル・パターン
４１１  露光光
４１２、４２１  光源
４１３  回折次数
４１５、４１５Ｘ、４１５Ｙ  光検出器
４１７  干渉模様
４１９  マイクロプロセッサ・ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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