JP2001093833A - 多チャンネル格子の干渉アライメントセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理変数にかかわらずウエハとレチクルのア
ライメントを改善する。 【構成】 干渉性照明源からの電磁放射を受け取る固定
された基準格子および可動性のウエハ格子を持つアライ
メントセンサ。照明源はビームスプリッタによって２つ
のビームに分けられる。１つのビームは固定された基準
格子に向けられ、そして回折オーダーが集められる。ビ
ームスプリッタからの他のビームは可動ウエハ格子に向
けられる。可動性のウエハ格子のからの回折オーダーは
集められて、そして固定された基準格子からの回折オー
ダーと干渉させられて、固定された基準格子に関するウ
エハ移動あるいは不整列を示す位相シフトを引き起こ
す。ウエハ処理変数にかかわらず、個別の波長あるいは
色を持つ多チャネルが、検出およびアライメントを最適
化するために使われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、対象物を正
確に整列させるか、あるいは位置決めするための装置
に、そして特に半導体デバイスの製造におけるフォトリ
ソグラフィで使われるようなマスクとウエハのアライメ
ントに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、ひと
つのウエハを生産するために、しばしば多数の処理ステ
ップが必要とされる。マスクのイメージはウエハに投影
される。そしてウエハはいくつものレイヤを製造するた
めに何度も処理されて、マイクロプロセッサのような、
半導体デバイスを作り出す。ウエハを処理する上では、
マスクあるいはレチクルとウエハの正確な位置決めおよ
びアライメントは時には重大である。そのマスクまたは
レチクルはそのウエハ上に映し出されるからである。

【０００３】回折格子を使う多くのアライメントセンサ
があるが、これらのアライメントセンサはアライメント
を検出するために、ウエハ上の回折格子の上にマスク上
の回折格子を映し出すことが多い。１つのそのようなア
ライメントシステムが１９９６年１２月２３日にTrutn
a,Jr.氏によって出願された「Wafer/Mask Alignment Sy
stem Using Diffraction Gratings」と題される合衆国
特許第４,６３１,４１６号において開示された。そして
それはここに参照されて含まれている。その中に明らか
にされているのは、アライメントセンサと、そして回折
オーダーを発生させるための方法である。この方法は、
マスク格子からウエハ格子に、そしてマスク格子を通し
て戻る回折された光を用いて行われる。ゼロオーダーの
強度が検出され、そしてゼロオーダーの強度が極値にあ
るとき、アライメントが起こる。格子の生産を単純化す
るために、ホログラム位相格子がマスク上で使われる。
もう１つの格子を使っているアライメントシステムが１
９８９年７月１８日にUchida氏他によって出願された
「Method for Aligning First and Second Objects, Re
lative to Each Other, and Apparatus for Practicing
This Method」と題する合衆国特許第４,８４８,９１１
号において開示されており、そしてそれはここに参照さ
れて含まれている。その中に明らかにされているのは、
マスクとウエハを整列させるための装置および方法であ
る。第１の１次元の回折格子がマスク上に形成され、そ
してチェッカー盤状のパターンを持っている、第２の回
折格子がウエハの上に形成される。マスク上の第１の回
折格子から回折された光ビームがウエハ上の第２の回折
格子に転送される。ウエハ上の第２の回折格子からの回
折された光ビームは、マスクの上の第１の回折格子に移
され、そして再びマスク上の第１の回折格子によって回
折される。マスクおよびウエハは、検出された回折光ビ
ームの強度に従ってお互いに対して正確にライン上にあ
る。もう１つの回折格子を使っているアライメントシス
テムが１９９２年３月３１日にIshibashi氏他によって
出願された「Method and Apparatus for Aligning Two
Objects, and Method and Apparatus for Providing A
Desired Gap Between Two Objects」と題する合衆国特
許第５,１００,２３４号において開示されており、そし
てそれはここに参照されて含まれている。その中に明ら
かにされているのは、マスク上に形成された第１の回折
格子と、そしてウエハ上に形成された第２の回折格子で
ある。わずかに異なった周波数を持っている２本の光ビ
ームが、お互いに干渉して、そして第１および第２の回
折格子によって回折される。回折された複数の光ビーム
は、結合されて検出光ビームとなる。これはウエハとマ
スクとの間の変位を表している位相シフト、あるいはウ
エハとマスクとの間のギャップを表している位相シフト
を持っている。もう１つのアライメントシステムは、１
９９２年１１月２９日にIshibashi氏他によって出願さ
れた「Method And An Apparatus For Measuring A Disp
lacement Between Two Objects And A Method and Appa
ratus For Measuring A Gap Distance Between Two Obj
ects」と題する合衆国特許第５,１５１,７５４号におい
て開示されている。そしてそれはここに参照されて含ま
れている。マスクとウエハのような、２つの対象物が、
それぞれ少なくとも１つの回折格子を持っている。異な
った周波数の２本の光ビームが回折格子によって回折さ
れる。特定のオーダーの光ビームが、回折された干渉光
ビームのそれぞれから検出されて、そしてビート信号に
変換される。変位はこれらのビート信号間のフェーズ差
異に従って得られる。もう１つのアライメントセンサあ
るいはポジション検出装置が、１９９２年１２月１５日
にKomatsu氏他によって出願された「Adjustable Beam A
nd Interference Fringe Position」と題された合衆国
特許第５,１７１,９９９号において明らかにされてい
る。それはここに参照されて含まれている。そこで明ら
かにされたのは、ポジション検出装置あるいはアライメ
ントセンサであり、これらは基板上の回折格子と、異な
る周波数と異なる方向を持つ１対の干渉性光ビームによ
って回折格子を照明するためのアライメント光学系とを
持っている。さらにもう１つのアライメントセンサが、
１９９６年９月２４日にGallatin氏他によって出願され
た「Mask And Wafer Diffraction GratingAlignment Sy
stem Wherein The Diffracted Light Beams Return Sub
stantially Along An Incident Angle」と題する合衆国
特許第５,５５９,６０１号において開示されており、そ
してそれはここに参照されて含まれている。その中に開
示されているのは、マスク上の回折格子と、そしてウエ
ハ上の回折格子とを持っている格子-格子干渉計ウエハ
アライメントシステムである。マスクとウエハに関する
アライメント情報を得るために、決定された強度の周知
の周波数成分の前もって決定された角度および位相、な
らびに振幅において回折オーダーが検出される。

【０００４】上記のアライメント装置あるいはセンサー
のすべては、ウエハとマスクを整列させるためには、十
分に能力を発揮する。マスク上の位置合せマークあるい
はレチクルとウエハは、受容できる結果をもって用いら
れている一方、さらに減少しているフィーチャサイズあ
るいはライン幅がウエハ上に作り出されており、これら
は改善されたアライメントセンサの必要をもたらしてい
る。多数の層がウエハ上に形成されているときには、そ
れらが位置合せマークを覆うか、あるいは不明瞭にする
ので、従来のアライメントセンサでは、それらの検出が
難しいという結果になるために、種々の処理ステップに
おける正確なアライメントの困難度は増加している。高
品質のマスクあるいはレチクルの上に位置合せマークを
作り出すこともまた、レチクルあるいはマスクのコスト
に、そしてそのために全体的な製造工程に望ましくない
追加を余儀なくさせる結果となる。マスクとウエハとの
間のアライメントを改善して、そしていろいろな用途に
おいて工程段階から独立しているより良い信頼性を供給
するための、改善されたアライメントセンサとアライメ
ント方法が望まれている。さらに、半導体製造技術が進
展するにつれて、正確度とスピード両方においてアライ
メントセンサを改善するという継続的な要求がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】処理変数にかかわらず
ウエハとレチクルのアライメントを改善することが本発
明の目的である。

【０００６】冗長なアライメント情報を提供することが
本発明のさらなる目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はマスクとウエハ
のアライメントを決定するのに、干渉計装置を使用す
る。照明源が干渉性の電磁放射をビームスプリッタに供
給する。その放射は、多数の個別の波長を持つことがで
きる。垂直近い入射で照明するために、ビームスプリッ
タはその干渉性放射を、第１の固定されている、あるい
は動かない回折格子と、そして可動性のウエハ上に置か
れた第２の回折格子とに分割する。固定されている基準
格子からの回折オーダーは、可動性ウエハ格子からの回
折オーダーと共に、集められる。可動性のウエハ格子の
動きは、測定可能な位相シフトを引き起こす。集められ
た回折オーダーは検出され、そして位相シフトが決定さ
れる。信号プロセッサは、位相シフトと、そして他の情
報に基づいてどんな不整合でも計算して、そしてステー
ジコントローラに制御信号を供給する。従って、ウエハ
格子と固定されている格子との間にアライメントが維持
される。他の手段によっても、マスクステージが固定さ
れている格子に関して正確に位置決めされる。照明源か
らの、異なった回折オーダーと異なった波長あるいは電
磁放射の色を含んでいる多重チャネルの使用は、ウエハ
上の異なったレイヤあるいはコーティングと関係づけら
れた処理変数にかかわらず、アライメント情報を獲得す
るのに役立つ。照明源を選択的に偏向させることによっ
て、そして中央の分極化された部分をビームスプリッタ
上に供給することによって、異なったチャネルあるいは
回折オーダーと波長が、最適なコントラストのためにバ
ランスされることができる。あるいは、コントラストは
最小となり得て、干渉を抑制して、回折している強度を
測ることによって、アライメントセンサが潜像度量衡学
（ＬＩＭ）方法の使用を許すようなモードにおいて機能
することを可能にする。

【０００８】

【発明の実施の形態】アライメントを決定するために必
要とされる位相検出が、比較的単純であることは、本発
明の利点である。

【０００９】マスクあるいはレチクル上に格子を提供す
る出費が避けられることは本発明のさらなる利点であ
る。

【００１０】干渉計幾何学を持っていることは本発明の
特徴である。

【００１１】固定されている格子が使われることは本発
明のもう１つの特徴である。

【００１２】処理変数にかかわらず、必要なアライメン
ト情報を得るために多数の個別の波長が使われるのは本
発明のさらにもう１つの特徴である。

【００１３】これらと他の目的、利点と特徴は次のいっ
そう詳細な説明を考慮することによって容易に明白にな
るであろう。

【００１４】

【実施例】図１はフォトリソグラフィシステムにおける
アライメントシステムの簡略化された図解である。ウエ
ハ１０が可動性のウエハステージ１２の上に置かれてい
る。ウエハステージはＸ−Ｙ両方向に移動できる。ウエ
ハステージ１２には自動校正検出器１４が、隣接して取
り付けられている。マスク２０がマスクステージ２２に
取り付けられている。一般にマスクステージ２２は、ウ
エハステージ１２の動きの軸に平行な平面において、単
独の軸に沿って移動する。これは一般的にＹ方向にあ
る。ウエハ１０とマスクの間に２０が置かれているのは
投影光学機器１６である。投影光学機器１６はウエハ１
０の部分上にマスク２０を結像させる。投影光学機器１
６の光軸は破線３２によって示されている。説明上の便
利さのために、ウエハ１０上にマスク２０を映し出すた
めの照明系については描かれていない。マスク２０とウ
エハ１０との間には、ビームスプリッタ１８がある。粗
いアライメントチャネル２６が、ビームスプリッタ１８
と結び付けられている。粗いアライメント２６は比較的
大きい値、例えば数ミクロン、以内までのウエハのアラ
イメントを決定する。マスクターゲット検出器２４がマ
スク上のターゲットを検出するために使われていて、そ
してウエハターゲットと組み合わせられて使われること
もできる。異なるフィールド高さを収容するために、可
動性である多数の光学アライメントチャネルが使われる
かもしれないから、自動校正検出器１４はウエハステー
ジ１２上にマウントされなくてはならず、そして異なる
チャネルポジションと位置合せマークとに関して、微細
アライメントセンサ光アライメントチャネルパスとアク
ティニック露光投影光学パスとの間のオフセットを周期
的に測定するために使われている。アライメント情報は
コントローラ２８に結びつけられるか、あるいは供給さ
れる。そしてコントローラはウエハステージ１２とマス
クステージ２２の動きをコントロールすることによっ
て、マスクステージとウエハステージの走査の間のアラ
イメントを維持する。本発明が指向する微細アライメン
トセンサ３０は１ミクロン以内のアライメントおよびポ
ジション情報を提供する。これによって小さいフィーチ
ャサイズを持つ半導体デバイスの製造での微細アライメ
ントを提供できる。さらに、微細アライメントセンサ３
０は処理変数にかかわらず改善されたアライメントを供
給する。

【００１５】図２は、図１において一般的に示されてい
る微細アライメントセンサ３０を概略的に描いている。
アライメント照明源３４は電磁放射をファイバー・オプ
ティックス３６に向ける。アライメント照明源３４によ
って供給された電磁放射は実質的にコヒーレント光とな
っているべきである。しかしながら、照明源３４は複数
の個別の波長を持っていることもできる。例えば、波長
は６３０から８７０ナノメータの間にあって、そして少
なくとも４つの個別の波長、すなわち６３０ナノメータ
と８７０のナノメータの間で等しく分けられることが望
ましい波長、を持つこともできる。ファイバー・オプテ
ィックス３６は、単一モード偏波を保存するファイバで
あることができる。ファイバー・オプティックス３６の
端には、偏光アウトプット取り付け具３８がある。矢印
４０は偏光アウトプット取り付け具３８の回転を表して
いる。照明源３４からの電磁放射は、レンズ４２と４
６、絞り４４を通して、ビームスプリッタ５０に向けら
れて、そしてビームフォルダー４８によって折り曲げら
れる。ビームスプリッタ５０の上には、ビーム分離を効
果的にするためのコーティング５４を持っている。電磁
放射のビームは、振幅あるいは偏光タイプのビームスプ
リッタを使用することによって、分けられるか、あるい
は複製されるかもしれない。同じく、ビームスプリッタ
５０の中央位置５２は、振幅あるいは偏光タイプコーテ
ィングの使用によって分けられるか、あるいは複製され
るかもしれない。選択されたビーム分割の方法に依存し
て、４つのウエーブプレート５４Ａにいたることが要求
されるかもしれない。したがって、電磁放射の結果とし
ての２つのビームは、相互的に位相がロックされている
であろう。非回折の光を吸収する表面５６は、ビームス
プリッタ５０に隣接した１つの側面に置かれる。ビーム
スプリッタ５０からの電磁放射のビームの１つは垂直に
近い入射で固定された基準回折格子６０を照明する。固
定基準格子６０はどのようなタイプの格子であってもよ
い。固定基準格子６０は固定された基準６２に取り付け
られている。固定された基準６２は静止しており、そし
て図１において示されたようなマスクステージへの基準
として周知の安定した位置にある。ビームスプリッタ５
０からの電磁放射の第２のビームは、ウエハ１０に取り
付けられたか、またはそれと結び付いたウエハ回折格子
６８を照らし出す。ウエハ格子６８はどのような格子で
あってもよいが、しかしウエハ１０の動きの方向に関し
て４５度の向きに適応させられた軸を持つ同じ周期を持
っている２次元格子であることが望ましい。固定基準格
子６０もまた、類似の２次元格子であることができる。
格子６０および６８は、同じ周期（ｓ）と向きを持つ格
子を含んでいるべきである。ウエハ１０の動きの方向は
矢印６９によって示される。矢印６９はＸ方向における
移動を示している。ビームスプリッタ５０からの電磁放
射の第１のビームあるいは部分が固定基準格子６０を照
明し、その結果、回折オーダー６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ
と６４Ｄが対物レンズ５８によって集められる。ライン
６４Ｂおよび６４Ｃは、第１の回折オーダーを表し、そ
してライン６４Ａおよび６４Ｄが第２の回折オーダーを
表している。ただ２つのオーダーだけがレンズ５８によ
って集められるように示されているが、２を越えるオー
ダーが集められることもできる。点線６５は、マルチ波
長の照明源が使われるときの、異なった電磁放射の波長
あるいは色からの回折オーダーを表している。ライン６
４Ａ−Ｄによって表される回折オーダーは、ビームスプ
リッタ５０に入り、そしてオプティカルファイバコレク
タ７２Ａ−Ｄおよび７４Ａ−Ｄに向けられる。可動性の
ウエハ格子を照明している電磁放射の第２のビームある
いは部分６８は、対物レンズ５８に類似している無色の
対物レンズ６６によって回折され、集められ、そしてビ
ームスプリッタ５０に入る。それぞれの回折オーダー７
０Ａ−Ｄは、それぞれのオプティカルファイバコレクタ
７２Ａ−Ｄに向けられる。オプティカルファイバコレク
タ７２Ａ−７２Ｄからの結果的な電磁放射は、検出器７
６Ａによって集められる。検出器７６Ａは電磁放射を信
号プロセッサ７８の中に入力される信号に換える。同様
に、光ファイバコレクタ７４Ａ−Ｄによって集められた
電磁放射は検出器７６Ｂ によって検出される。検出器
７６Ｂは電磁放射を信号プロセッサ７８の中に入力され
る信号に換える。２つの検出器７６Ａおよび７６Ｂが示
されて入るが、検出器７６Ａおよび７６Ｂは検出器アレ
イであってもよく、あるいは単独検出器内に取り込まれ
たものであってもよい。信号プロセッサ７８は、検出器
７６Ａおよび検出器７６Ｂからのそれぞれの信号を、固
定基準格子６０を基準にしたウエハ格子６８の変位ある
いは不整合を表す信号に換える。ウエハ１０が移動する
か、あるいは走査されるにつれて、可動性のウエハ格子
６８と固定された基準格子６０との間のどのような不整
合も、ビートをもたらす結果として位相遅延を生じさせ
る。これはよく知られている技術を用いて信号プロセッ
サ７８によって処理される。したがって、検出器７６Ａ
および７６Ｂは、すべてのオーダーおよび色の上に生じ
る時間的な信号を検出するための、単なるマルチ素子検
出器であることもできる。そのために、１つのオーダー
に関するすべての情報は、ステージスキャンからのレー
ザー計測データにクロックされた干渉ビートの位相の形
態となっている。

【００１６】図３は瞳孔８０における種々の回折オーダ
ーの状況を概略的に示している。瞳孔８０の平面図から
見られるのは、図２において示されている２次元可動性
格子６８によって回折オーダーが作られているというこ
とである。円８２は、特定の色あるいは波長に関する２
次元格子の１つのディメンションの結果としての第１の
回折オーダーを表している。円８２Ａは、もう１つの第
２の色あるいは波長に関する２次元格子の１つのディメ
ンションの結果としての第１の回折オーダーを表してい
る。円８４は第１の波長あるいは色における２次元格子
の１つのディメンションに関する第２の回折オーダーを
表している。円８４Ａは第２の波長あるいは色における
２次元格子の１つのディメンションの結果としての第２
の回折オーダーを表している。同様に円８６は、第１の
波長あるいは色に関しての、第１の格子に直交する、第
２格子に関する２次元格子の他のディメンションの結果
としての、第１の回折オーダーを表している。円８６Ａ
は、第２の波長あるいは色に関する２次元格子の他のデ
ィメンションの結果としての、第１の回折オーダーを表
している。円８８は、第１の波長あるいは色に関する２
次元格子の他のディメンションの結果としての、第２の
回折オーダーを表している。円８８Ａは、第２の波長あ
るいは色に関する、第２の格子に関する２次元格子の他
のディメンションの結果としての第２の回折オーダーを
表している。第１および第２の格子は互いに直行し、そ
して走査あるいは移動の方向に対して４５度角に位置決
めされていることが望ましい。格子の回折オーダーの振
幅および位相において、多くの情報が利用可能である。
ただ２つだけのオーダーだけが示されてはいるが、明ら
かに２つ以上のオーダーを集めることもできる。ただ２
つの異なった色あるいは波長に関するオーダーだけが示
されてはいるが、明らかにさらに多くを使うこともで
き、そして少なくとも４つの個別の電磁放射の波長ある
いは色が利用されることが望ましい。

【００１７】図４Ａおよび４Ｂは、固定されている格子
に対するウエハ格子の動きの結果としての位相変化また
はシフトを描いている。干渉性照明が格子１６８を十分
に照明した結果として、照明ビーム９０からθ度の方向
において伝播する回折電磁放射が生じる。矢印９４は照
明ビーム９０の回折の結果としての平面波９２の伝搬方
向を示している。図４Ｂは図４Ａに関する、Ｘ軸に沿っ
ての、格子１６８の水平シフトの結果としての位相の結
果的な変更を示している。図４ＢはΔＸとして示されて
いる周期Ｐのおよそ４分の１だけシフトされた格子１６
８を示している。結果として、シフトされたか、あるい
は遅延された平面波９６がもたらされ、オリジナルの平
面波位置９２から位相シフトΔφの結果を得る。したが
って、この位相シフトが検出されて、そして測定される
が、その結果は直接的に水平方向の配置ならびに格子１
６８のアライメントに、そして相応して格子１６８に取
り付けられたウエハのアライメントに関連している。

【００１８】図５は、最適化したアライメントを達成す
るための学習モードにおいて本発明を実践するための望
ましい方法あるいはプロセスを示すブロック図である。
この方法においては、デバイスの製造の間のウエハの処
理によるウエハ格子上の、非対称性あるいはコーティン
グのようなプロセス変量には影響されない。図５におい
ては、ブロック２００が第１のウエハへの照明行為ある
いはステップを表わしている。このウエハは１つの格子
を有しており、その上に多数の別々の波長を持つアライ
メント照明がなされる。別々の波長は少なくとも４つで
あって、そして６３０ナノメータと８７０ナノメータと
の間の範囲にある。ブロック２０２は最良のアライメン
ト情報を持つ回折オーダーおよび波長を識別する行為あ
るいはステップを表している。最良アライメント情報を
決定する上では、最強の信号が使われることもでき、あ
るいは期待される回折オーダーまたは波長に関連する信
号強度と以前の情報の組み合わせが考慮されるかもしれ
ない。したがって、処理変数から判断してアライメント
の最も良い表示を提供する色あるいは波長と、そして回
折オーダーの両方を選択することによって、最良アライ
メント情報の検出の最適化が決定される。例えば、いく
つかの色あるいは波長が金属粒ノイズ、他の干渉または
エッジ効果に依存して、より良い信号を供給するかもし
れない。ブロック２０４はウエハの条件を決定する行為
あるいはステップを表している。ブロック２０６は、処
理変数によって、識別されたオーダーと、波長と、そし
てウエハの条件を蓄積する行為あるいはステップを表し
ている。ブロック２０８は、類似の条件あるいは処理変
数を持つウエハ上の次のウエハ処理において、識別され
たオーダーと使用された波長を選択するために蓄積され
ている情報を使う行為あるいはステップを表している。

【００１９】上の工程段階あるいは方法は、ウエハ処理
変数にかかわらず最も正確なアライメントを得るため
に、最も信頼できる情報を提供することができる特定の
波長あるいは色および回折オーダーを探すことによっ
て、このシステムがアライメント手順を学習するか、あ
るいは最適化することを可能にする。したがって、本発
明の装置および方法の結果として、マスクあるいはレチ
クルに対するウエハのアライメントが向上し、アライメ
ント正確度とスループットが改善される。

【００２０】本発明の動作は図１〜５を参照することに
よって容易に明らかにすることができる。図１を参照す
ると、粗アライメント２６はウエハ１０とマスク２０と
の間にアライメントを検出して、そしてそれを図２にお
いて示されている、ウエハ格子６０および６８の周期以
内とすることが可能である。図２に示されているウエハ
格子６０および６８の周期は、１から５ミクロンの範囲
にあるべきであって、そしてなるべくなら２.５ミクロ
ンとされるべきである。したがって、図１および図２に
示されている微細アライメントセンサ３０は、実質的に
２.５ミクロン以下の、そして１ナノメートルのオーダ
ーである、アライメント正確度を達成するために利用さ
れる。レチクルあるいはマスクに整列される用にウエハ
上に置かれた、非常に正確な、そして可動性格子６８と
同じ周期を持つ、比較的安定している、そして正確な基
準格子６０を利用することによって、このアライメント
正確度が達成される。基準格子６０に関する可動性ウエ
ハ格子６８のどんな不整列でも、そして粗アライメント
位置も、基準信号からの位相シフトとして検出される。
この位相シフトは図２に示される信号プロセッサ７８に
よって利用され、ステージコントローラ１２８への不整
列情報を提供する。それに応じてステージ制御装置１２
８は、図１に示されたウエハステージ１２とマスクステ
ージ２２を移動させて、アライメントを維持する。マス
クステージ２２の動きは一般に、基準格子６０が取り付
けられている固定基準６２から、図１において示される
粗アライメント２６によって決定されるような粗アライ
メントポジションとの距離を基準にして行われる。

【００２１】本発明はまた、位相測定アスペクトを削除
することによって、容易に潜像度量衡学（LIM）モード
に変換されうるという利点を持っている。これは偏光ア
ウトプット取り付け具３８と、ビームスプリッタ５０の
中央偏光部分５２の使用によって可能にされる。偏光ア
ウトプット取り付け具３８を回転させることによって、
固定基準格子６０に供給される電磁放射は減らされ、お
よび／または削除されることができる。これは命令によ
って本発明を潜像度量衡学センサーに変えるという利点
を持っている。潜像度量衡学は周知の診断法である。こ
れは種々の潜在的な格子像に関する種々のオーダー輝度
を比較することによって、種々の限界寸法エラー、非対
称性、および光行差とを減らすことができるので、いく
つかのアプリケーションにおいて望ましいものである。
そのために、いくつかのアプリケーションにおいては、
アライメントセンサを潜像度量衡学センサーに換えるこ
とのできる能力は有利である。

【００２２】本発明のアライメントセンサにおける基準
位相は、固定されている格子６０からもたらされる。そ
れぞれのオーダーおよび波長のために、対物レンズ５８
は基準格子６０からの干渉性、単色のビームをコリメー
トする。これらの基準オーダーのいずれもが、ビームス
プリッタ５０によって作られたのと同じ波長のビームに
フェーズロックされている。これらのビームはウエハ格
子６８を探査して、そして同一の幾何学的配置において
回折する。ウエハ１０がＸ方向において走査されると
き、位相遅延は変化し、そして干渉ビートが起こるであ
ろう。少損失コーティング５４を使用することによっ
て、エネルギー保存の理由から、同じ回折オーダーの直
交するビームにおけるビートはコンプリメンタリとなる
はずで、それで光または電磁気輻射が常にどこかで検出
される。どんな干渉計とも同じように、位相は任意であ
る、しかし差異は重要である。このアライメントセンサ
は、粗アライメントの使用によって位相差異を測定する
ので、２パイ係数エラーまたは１波長全体のシフトによ
る、あらゆる不明瞭が除去される。本発明の利点は基準
格子６０が常に同じ予測可能な回折効率を持っていると
いうことである。しかしながら、ウエハ格子６８はロス
を生じ、そのためオーダー間において効率の再分配をも
たらしている。いくつかのアプリケーションにおいて
は、最も高い周辺コントラストのために基準振幅のバラ
ンスをとることは有用であるかもしれない。何の位相変
化もなくこのバランス能力を供給するために、ビームス
プリッタ５０の中央の部分５２は偏光処理されることも
ある。このときビームスプリッタ５０の残り部分は振幅
スプリットコーティングが施されている。したがって、
偏光アウトプット取り付け具３８を回転させることによ
って、何らの不必要な光損失を被ることなくバランスを
達成することができる。このことは、照明源３４と結び
付いている偏光アウトプット取り付け具３８をツイスト
させることによって達成される。さらに偏光アウトプッ
ト取り付け具３８は、振幅をゼロにまで低下させるため
にも使われることができ、これによって前に論じられた
潜像度量衡学モードを効率的に生じさせることができ
る。

【００２３】したがって本発明は、半導体の製造のため
のフォトリソグラフィにおいて使われるマスクとウエハ
との間のアライメントを改善する上で、多くの利点を持
っている。固定された基準格子の使用は、使用される各
マスクあるいはレチクル上に高品質な格子を設けること
を不必要にする。分離された、そして明確な別個のマス
ク位置合せマークが可能となる。加えるに、本発明のア
ライメントセンサは容易に潜像度量衡学での使用のため
に転換されることができる。さらに、多数の波長の使用
は、種々の処理変数および非対称性による検出およびア
ライメントを最適化する方法をもたらすことを可能と
し、それによってスループットが向上される。

【００２４】望ましい実施例が示されて、そして説明さ
れたけれども、それは本発明の精神と範囲から離れるこ
となく、種々の変更がなされ得ることは当業技術におい
て熟練した人たちにとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用するフォトリソグラフィシステム
の１部の概略的な図である。

【図２】本発明のアライメントセンサを説明する概略的
な図である。

【図３】回折オーダーが回折格子から集められる様子を
描いた平面図である。

【図４】回折格子の水平移動による平面波の位相の変化
を概略的に例証する図である。

【図５】マスクとウエハを整列させる上での、生産効率
を増やす方法を説明するブロック図である。

【符号の説明】

１０ ウエハ １２ ウエハステージ １４ 自動校正検出器 １６ 投影光学機器 ２０ マスク ２２ マスクステージ ２６ 粗アライメント ３０ 微細アライメントセンサ 3４ アライメント照明源 ３６ ファイバー・オプティックス ３８ 偏光アウトプット取り付け具 ５０ ビームスプリッタ ５２ 中央偏光部分 ５４Ａ ウエーブプレート ５６ 吸収表面 ５８ 対物レンズ ６０ 基準回折格子 ６２ 固定された基準 ６８ ウエハ回折格子 ６９ 方向矢印 ７０ 回折オーダー ７２ オプティカルファイバコレクタ ７６ 検出器 ８０ 瞳孔 ８２〜８８ 回折オーダー ９０ 照明ビーム ９２ 平面波

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アライメントセンサにおいて、 ビームスプリッタを含み、 前記ビームスプリッタは照明源からの電磁放射を受け取
   り、 前記ビームスプリッタからの電磁放射の第１の部分を受
   け取るために位置決めされた固定された格子を含み、 前記ビームスプリッタからの電磁放射の第２の部分を受
   け取るために位置決めされた可動格子を含み、 前記固定された格子および前記可動格子からの回折され
   た電磁放射を受け取るために前記ビームスプリッタに隣
   接して位置決めされた検出器を含み、 前記検出器に結合された信号プロセッサを含み、 それによって前記固定された格子と前記可動格子との間
   の相対アライメントが検出される、ことを特徴とするア
   ライメントセンサ。
2. 【請求項２】 照明源が複数の個別の波長で構成されて
   いる、請求項１記載のアライメントセンサ。
3. 【請求項３】 複数の個別の波長が４つからなる、請求
   項２記載のアライメントセンサ。
4. 【請求項４】 前記固定された格子および前記可動格子
   が２次元の格子である、請求項１記載のアライメントセ
   ンサ。
5. 【請求項５】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタである、請求項１記載のアライメントセンサ。
6. 【請求項６】 前記ビームスプリッタが振幅分割ビーム
   スプリッタである、請求項１記載のアライメントセン
   サ。
7. 【請求項７】 照明源に結合された偏光出力取り付け具
   と、 前記ビームスプリッタ上の中央偏光部分とをさらに含
   み、 それによって潜像度量衡学モードを得られる、請求項６
   記載のアライメントセンサ。
8. 【請求項８】 前記固定された格子と前記可動格子とが
   同じ周期を持つ、請求項１記載のアライメントセンサ。
9. 【請求項９】 前記周期が、１と５ミクロンとの間にあ
   る、請求項８記載のアライメントセンサ。
10. 【請求項１０】 前記固定された格子がウエハの上に置
    かれ、そして前記固定された格子がマスクの上に置かれ
    る、請求項１記載のアライメントセンサ。
11. 【請求項１１】 アライメントセンサにおいて、 固定基準を含み、 マスクステージを含み、 前記マスクステージは前記固定基準に対して動くことが
    でき、 ウエハステージを含み、 前記ウエハステージは前記固定基準に対して動くことが
    でき、 ビームスプリッタを含み、 前記ビームスプリッタは実質的に干渉性(コヒーレント)
    の照明源からの電磁放射を受け取り、 前記固定された基準に取り付けられて、そして前記ビー
    ムスプリッタからの電磁放射の第１の部分を受け取るよ
    うに位置決めされた固定格子を含み、 前記ウエハステージの上に置かれたウエハに取り付けら
    れて、そして前記ビームスプリッタからの電磁放射の第
    ２の部分を受け取るように位置決めされた可動格子を含
    み、 前記固定された格子および前記可動格子からの回折され
    た電磁放射を受け取る前記ビームスプリッタに隣接する
    ように位置決めされた検出器を含み、 前記検出器に結合された信号プロセッサを含み、 前記信号プロセッサは位相差異を識別し、 これによって前記固定された格子と前記可動格子との間
    の相対的なアライメントが検出され、 前記信号プロセッサおよび前記マスクステージと前記ウ
    エハステージに結合されたステージ制御装置を含み、 前記ステージ制御装置は前記マスクステージと前記ウエ
    ハステージの相対的な位置を制御し、 それによって前記マスクステージと前記ウエハステージ
    との間のアライメントが維持される、ことを特徴とする
    アライメントセンサ。
12. 【請求項１２】 実質的に干渉(コヒーレント)性の照明
    源は、複数の個別の波長で構成されている、請求項１１
    記載のアライメントセンサ。
13. 【請求項１３】 前記固定された格子と前記可動格子と
    のアライメントの最適化された検出のために、前記信号
    プロセッサが回折オーダーと、複数の個別の波長と、そ
    してウエハ条件を識別するための情報を蓄積するための
    記憶装置を含む、請求項１２記載のアライメントセン
    サ。
14. 【請求項１４】 前記信号プロセッサが、ウエハ条件に
    依存してアライメントの検出を最適化するように、記憶
    装置内の情報から選択を行う選択装置を含む、請求項１
    ３記載のアライメントセンサ。
15. 【請求項１５】 前記固定されている格子と前記可動格
    子が、２次元の格子である、請求項１１記載のアライメ
    ントセンサ。
16. 【請求項１６】 転換形アライメントセンサにおいて、 複数の個別の波長を持っている実質的に干渉(コヒーレ
    ント)性の照明源を含み、 前記干渉性照明源と関連づけられた偏光アウトプット取
    り付け具を含み、 それによって前記干渉性照明源からの電磁放射の偏光が
    選択的に制御され、 固定された基準を含み、 マスクステージを含み、 前記マスクステージは前記固定された基準に対して移動
    することができ、ウエハステージを含み、 前記ウエハステージは前記固定された基準に対して移動
    することができ、 ビームスプリッタを含み、 前記ビームスプリッタは前記実質的に干渉性の照明源か
    らの電磁放射を受け取り、 前記ビームスプリッタの中央部分上に置かれた偏光コー
    ティングを含み、 前記固定された基準に取り付けられて、そして前記ビー
    ムスプリッタからの電磁放射の第１部分を受け取るよう
    に位置決めされた固定された格子を含み、 前記ウエハステージ上に置かれたウエハに取り付けられ
    て、前記ビームスプリッタからの電磁放射の第２の部分
    を受け取るように位置決めされた可動格子を含み、 前記固定された格子と前記可動格子からの回折された電
    磁放射を受け取るように、前記ビームスプリッタに隣接
    して位置決めされた検出器を含み、 前記検出器に結合された信号プロセッサを含み、 前記信号プロセッサは位相差異を検出し、 それによって前記固定された格子と前記可動格子との間
    の相対的なアライメントが検出され、 前記信号プロセッサに、そして前記マスクステージおよ
    び前記ウエハステージに結合されたステージ制御装置を
    含み、 前記ステージ制御装置は前記マスクステージと前記ウエ
    ハステージとの相対的な位置を制御し、 これによって前記マスクステージと前記ウエハステージ
    との間のアライメントが維持される、ことを特徴とする
    転換形アライメントセンサ。
17. 【請求項１７】 前記固定された格子と前記可動格子と
    が２次元格子である、請求項１６記載のアライメントセ
    ンサ。
18. 【請求項１８】 フォトリソグラフィにおけるマスクと
    ウエハのアライメントの方法において、 多数の個別の波長を持つアライメント照明を用いて、ウ
    エハ格子を持つウエハを照明するステップを含み、 多数の個別の波長を持つアライメント照明を用いて、固
    定された格子を照明するステップを含み、ウエハ格子お
    よび固定された格子からの回折された電磁放射から、最
    適化されたアライメント情報を提供する回折オーダーお
    よび波長を識別するステップを含み、 ウエハの条件を決定するステップを含み、 識別された回折オーダーおよび波長、ならびにウエハの
    条件に関する情報を蓄積するステップを含み、 類似のウエハ条件下で引き続くウエハ処理において利用
    する回折オーダーと波長とを選ぶために、蓄積された情
    報を使用するステップを含み、 これによって引き続くウエハ処理において必要とされる
    アライメントが実質的に改善される、ことを特徴とする
    マスクおよびウエハのアライメント方法。
19. 【請求項１９】 多数の個別の波長は４つから構成され
    る、請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】 多数の個別の波長は７８０および８７
    ０ナノメータの範囲にある、請求項１８記載の方法。