JP2002280299A - リソグラフィ装置 - Google Patents

リソグラフィ装置

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハの第１サイドと第２サイドにウェー
ハマークを設けることにより第１サイド側に多数層でデ
バイスが形成されても、光学システムを利用して第２サ
イドのウェーハマークの像を第１サイドの面に形成させ
て、この像を用いてアライメントシステムでウェーハの
アライメントを確実に行うこととする。 【解決手段】 ウェーハＷの第１サイドにウェーハＷに
ウェーハマークＷＭ３、ＷＭ４が設けられ、第２サイド
にウェーハマークＷＭ１、ＷＭ２が設けられている。ウ
ェーハテーブルＷＴには、光学システム１０Ａ、１０Ｂ
が設けられ、光学システム１０Ａ、１０Ｂにより、ウェ
ーハＷの第２サイドのウェーハマークＷＭ１、ＷＭ２が
ウェーハＷの第１サイドと同レベルに像２０Ａ、２０Ｂ
として形成される。リソグラフィ装置のアライメントシ
ステムにより像２０Ａ、２０Ｂを用いてウェーハのアラ
イメントが可能となり、ウェーハＷの第１サイドのウェ
ーハマークＷＭ３、ＷＭ４がデバイスの積層によりうも
れてもウェーハＷのアライメントを確実に行うことが可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、 − 放射線の投射ビームを供給する放射線システムと、 − 所望のパターンに従い投射ビームをパターン化する
目的にて使用されるパタ ーニング手段を支持する支持構造と、 − 基板を保持する基板テーブルと、 − 基板の第二サイドが基板テーブルに面している一
方、基板の第一サイドにあるターゲット部分にパターン
化ビームを映像化する投射システムと、 − アライメント放射線を用いて、基板に設けられたア
ライメントマークとパターニング手段のパターンとの位
置合わせを行うアライメントシステムとから成るリソグ
ラフィ投影装置に関するものである。
【０００２】ここで使用されている「パターニング手
段」という言葉は、基板のターゲット部分に作り出され
るパターンと一致するパターン化断面を、入射の放射ビ
ームに与えるために使用可能な手段として、その意味は
広く解釈されるべきものである。ライトバルブという言
葉もこの概念において使用されることが出来る。一般的
に、上記パターンは、集積回路や他のデバイス（以下参
照）といったような、ターゲット部分に作り出されるデ
バイスの特定の機能層に相当する。そのようなパターニ
ング手段の例には以下が含まれる。
【０００３】− マスク。マスクのコンセプトはリソグ
ラフィにおいてよく知られている。これには、さまざま
なハイブリッドタイプのマスクの他、バイナリーマス
ク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといった
タイプのマスクが含まれる。放射ビームにこのようなマ
スクを配置することで、マスク上のパターンによって、
マスクに照射する放射線の選択的透過（透過性マスクの
場合）や選択的反射（反射型マスクの場合）が可能とな
る。マスクの場合、支持構造は一般的にマスクテーブル
であり、これは、入射する放射ビームの所望位置にマス
クを確実に保持し、また、望む場合にはビームとの関連
において動かすことも可能である。
【０００４】− プログラム可能ミラーアレー。このよ
うな装置の一例には、粘弾性制御層を有するマトリック
スアドレス可能表面および反射面がある。そのような装
置における基本原理は、（例えば）アドレスされていな
い領域が入射光を非回折光として反射するのに対して、
反射面のアドレスされた領域は入射光を回折光として反
射することにある。適切なフィルタを使用して、回折光
のみを残して、上記の非回折光を反射光からフィルタア
ウトすることが出来る。この方法において、ビームはマ
トリックスアドレス可能表面のアドレスパターンに基づ
きパターン化される。プログラム可能ミラーアレーにお
ける他の実施形態では、小さなミラーのマトリックス配
列を用いている。その各々に適切な局部的電界を加える
か、あるいは圧電作動手段を用いることで、軸を中心に
個々に傾けることが出来る。繰返しとなるがミラーはマ
トリックスアドレス可能であり、これにより、アドレス
されたミラーは異なる方向の入射の放射ビームをアドレ
スされていないミラーに反射させる。この方法により、
反射光はマトリックスアドレス可能ミラーのアドレスパ
ターンに基づいてパターン化される。必要なマトリック
スアドレッシングが適切な電子手段を用いて実行される
ことが出来る。上記で説明した両方の状況において、パ
ターニング手段は１つあるいはそれ以上のプログラム可
能ミラーアレーにより構成されることが可能である。こ
こで言う行ったミラーアレーは詳しくは、例えば、米国
特許番号ＵＳ５，２９６，８９１およびＵＳ５，５２
３，１９３、さらにＰＣＴ特許出願番号ＷＯ９８／３８
５９７およびＷＯ９８／３３０９６に開示されているの
で参照されたい。プログラム可能ミラーアレーの場合、
支持構造は例えばフレーム、あるいはテーブルであろ
う。これらは要求に応じて、固定されるか、あるいは可
動式となろう。
【０００５】− プログラム可能ＬＣＤアレー。このよ
うな構造の例が米国特許番号ＵＳ５，２２９，８７２に
記載されているので参考とされたい。上記のように、こ
の場合の支持構造は、例えばフレーム、あるいはテーブ
ルであろう。これらは要求に応じて、固定されるか、あ
るいは可動式となろう。
【０００６】簡略化の目的で、当明細書の以下の説明で
は、ある構成においてそれ自身がマスクおよびマスクテ
ーブルに関連する例に特定しているが、このような例に
おいて論じる一般的概念もまた、上記に述べるように、
パターニング手段におけるより広義に理解されるべきで
ある。
【０００７】簡略化のために、以降、投射システムを
「レンズ」と称するものとする。しかし、この言葉は、
例えば、屈折光学系、反射光学系、および反射屈折光学
系を含む、さまざまなタイプの投射システムを包含し広
範に解釈されるべきである。放射線システムはまた、放
射線の投射ビームを導き、成形し、制御するための、こ
れらにおけるいずれかのタイプの設計に従い動作するコ
ンポーネントも含む。そしてそのようなコンポーネント
もまた以下において集約的あるいは単一的に「レンズ」
と呼ぶ。さらに、リソグラフィ装置は２つないしはそれ
以上の基板テーブル（かつ／あるいは２つないしはそれ
以上のマスクテーブル）を有するタイプのものでも良
い。このようなマルチプルステージデバイスにおいて、
追加のテーブルが並列に使用されるか、あるいは、露光
に１つあるいはそれ以上の他のテーブルが使用されてい
る間に、１つあるいはそれ以上のテーブルにおいて予備
ステップを実行することが可能である。デュアルステー
ジリソグラフィ装置については、例をあげると、１９９
８年２月２７日（ＷＯ９８／４０７９１）で出願の米国
特許番号ＵＳ５，９６９，４４１およびＵＳシリアル番
号０９／１８０，０１１に記載がなされているので参考
とされたい。
【０００８】リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回
路（ＩＣ）の製造において使用することが出来る。この
ような場合には、パターニング手段はＩＣの個々の層に
対応する回路パターンを生成する。かつ、このパターン
は、感光材料（レジスト）の層でコーティングされた基
板（シリコンウェーハ）上のターゲット部分（１つある
いはそれ以上のダイから成る）上に結像させることが出
来る。一般的に、シングルウェーハは、一つずつ、投射
システムを経由して連続的に照射される近接ターゲット
部分の全体ネットワークを含む。現在の装置において
は、マスクテーブル上のマスクによるパターニングを用
いて、２つの異なるタイプの機械間で識別がなされるこ
とが出来る。リソグラフィ投影装置の一タイプでは、一
動作でターゲット部分に全体マスクパターンを露光する
ことにより、各ターゲット部分が照射される。このよう
な装置は通常ウェーハステッパーと呼ばれている。通常
ステップアンドスキャン装置と呼ばれるまた別の装置で
は、基準方向（「走査」方向）に平行あるいは反平行に
基板テーブルを同期させて走査する一方で、投射ビーム
下で所定の基準方向（「走査」方向）に連続的にマスク
パターンを走査することで各ターゲット部分が照射され
る。一般に、投射システムは倍率係数Ｍ（一般的に、＜
１）を有することから、基板テーブルが走査されるスピ
ードＶは、マスクテーブルが走査されるスピードの係数
Ｍ倍となる。ここに説明を行ったリソグラフィ装置に関
しては、例をあげると、米国特許番号ＵＳ６，０４６，
７９２に詳細な記載があるので参考とされたい。
【０００９】本発明に基づくリソグラフィ投影装置を使
用する製造工程においては、パターン（例えばマスクに
おける）は、少なくとも部分的にエネルギー感応材料
（レジスト）の層で覆われる基板上に結像される。この
結像ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジス
ト塗布、およびソフトベークといったさまざまな工程を
経る。露光後、基板は、ポストベーク、現像、ハードベ
ーク、および結像されたフューチャの計測／外観検査と
いった他の工程を受ける。この工程のアレーは原則とし
てデバイス（例えばＩＣ）の個々の層をパターン化する
ことにおいて用いられる。こうしてパターン化された層
は次に、個々の層を仕上げる目的で、エッチング、イオ
ン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化
学的機械ポリシング等といったさまざまな工程を経る。
複数の層が必要である場合には、全体工程、あるいはそ
れの変更工程が新しい層のそれぞれに繰り返される。結
果的に、デバイスのアレーが基板（ウェーハ）上に形成
される。これらのデバイスは次に、ダイシングあるいは
ソーイング（切断）といった技法により互いに分離され
る。それから、個々のデバイスはキャリアに取り付けさ
れたり、ピンに連結されたりする。このような工程に関
しては、例えば、１９９７年にＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ
Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，より出版された本であ
るＰｅｔｅｒｖａｎ Ｚａｎｔ著“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ
Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ”（「マイクロチップ製造：半導体処
理工程の実際ガイド」）第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０
６７２５０−４に詳細に記載させられているので参考と
されたい。
【００１０】アライメントは、露光されるウェーハ上の
特定のポイントに対してマスク上の特定ポイントの像の
位置を合わせる工程である。小さなパターンのような、
一般的に１つあるいはそれ以上のアライメントマークが
基板およびマスクの各々に設けられる。デバイスは中間
の処理ステップを有する連続的な露光によって作り出さ
れるたくさんの層から成る。各露光前に、アライメント
が実行され、新しい露光と前のものとの間における位置
的エラーを最小限化に抑える。このようなエラーはオー
バーレイエラーと呼ばれる。
【００１１】しかし、化学機械的研磨、瞬時熱アニー
ル、積層蒸着およびディープトレンチエッチングといっ
たような中間の処理ステップにより、基板上のアライメ
ントマークが歪められるか、あるいはこれらが不透明な
層の下に覆い隠されてしまう場合がある。これがオーバ
ーレイエラーの原因となる。
【００１２】マイクロシステムズテクノロジーおよびマ
イクロ電子機械システムといったようないくつかの技法
において、デバイスは基板の両サイドから製造される。
しかし、基板の一方側に露光を行う際、基板のもう一方
側に以前に露光されたフューチャとの位置を正確に合わ
せることに関して問題がある。一般的に０．５ミクロン
のオーダあるいはそれ以上のアライメントの正確が要求
される。
【００１３】本発明の目的は、上記における問題を、少
なくとも部分的に軽減することにある。
【００１４】この目的および他の目的もまた、冒頭の項
目で特徴を述べたようなリソグラフィ装置において、本
発明に基づいて達成される。さらに本発明のリソグラフ
ィ装置は、アライメントシステムにより使用される上記
アライメントマークの像を提供する光学システム追加し
たことに特徴がある。該光学システムは、基板の第二サ
イドを経由してアライメント放射線を導くように構成、
かつ配列されている。
【００１５】望ましくは、アライメントマークの像は基
板の第一サイドの面に設けられる。これにより、基板の
両サイドのマークのアライメントに共通のアライメント
システムが使用されることが出来る。アライメントシス
テムは基板のフロントサイドにあるフューチャとバック
サイドにあるフューチャ間のアライメントを実行するこ
とが可能であることが望ましい。これにより、一方のサ
イドの露光の正確さが、もう一方のサイドのフューチャ
に関して、０．５ミクロンのオーダもしくはそれ以上と
なる。
【００１６】本発明のさらなる態様に基づいて、以下の
ステップから成るデバイスの製造方法が可能となる。
【００１７】− 放射線感応材料の層に少なくとも部分
的に覆われた基板を提供する。 − 放射線システムを用いて放射線の投射ビームを供給
する。 − パターニング手段を使用して、その断面において投
射ビームにパターンを与える。 − 上記基板の第一サイドにある放射線感応材料の層の
ターゲット部分に放射線のパターン化ビームを投射す
る。一方、上記基板の第二サイドは支持基板テーブルに
面している。 − アライメントシステムの使用により、パターニング
手段のパターンと基板に設けられたアライメントマーク
との位置合わせを行う。
【００１８】以上の方法において次のステップを特徴と
する。 − 光学システムを用いて、アライメントシステムによ
り使用される上記アライメントマークの像を提供する。
それにより上記光学システムは基板の第二サイドを経由
してアライメント放射線を導く。 − 上記アライメントマークの上記像と、上記パターニ
ング手段の上記パターンとの位置合わせを行う。
【００１９】この仕様全般にわたり、基板の特定サイド
にあるアライメントマークに関して、もちろん基板のそ
のサイドにエッチングされているアライメントマークを
含んでおり、かつ、そのトップに蒸着される次の材料を
有するアライメントマークを含んでいる。よって、それ
が埋め込まれ、もはや表面で露光されることはない。
【００２０】ＩＣあるいはマイクロ電子機械システムの
製造における、本発明に基づく装置の使用について詳細
なる説明が本文においてなされてきたが、このような装
置が他の多くの用途において使用可能であることは明確
に理解されよう。例えば、インテグレート光学システ
ム、磁気ドメインメモリのガイダンスおよび検出パター
ン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造
において用いられることも出来る。そうしたまた別のア
プリケーションにおける状況では、本文で使用した「ウ
ェーハ」あるいは「ダイ」といった言葉が、より一般的
な言葉で、それぞれ「基板」および「ターゲット部分」
といった言葉に置き換えられることは従来技術分野にお
いて明白である。
【００２１】本書類において使用した放射線およびビー
ムという言葉は、（例えば３６５、２４８、１９３、１
５７、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）紫外線やＥ
ＵＶを含めたあらゆるタイプの電子磁気放射線を包含す
るものである。
【００２２】本発明の実施形態を添付の略図を参照にし
ながら、例示の方法によってのみ、詳細なる説明を行う
ものとする。
【００２３】
【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図中、一致する参
照番号はその対応する部分を示すものとする。
【００２４】図１は、本発明の特別な実施形態に基づく
リソグラフィ投影装置を示したものである。この装置
は、放射線（例えば紫外線）の投射ビームＰＢを供給す
る放射システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＬと、マスクＭＡ（例え
ばレクチル）を支えるための、部分ＰＬとの関連におい
てマスク位置を正確に定める第一ポジショニング手段に
連結された第一目標テーブル（マスクテーブル）ＭＴ
と、基板Ｗ（例えばレジスト塗布シリコンウェーハ）を
支えるための、部分ＰＬとの関連において基板の位置を
正確に定める第二ポジショニング手段に連結された第二
目標テーブル（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（１つあるいはそれ
以上のダイから成る）上に結像するための投射システム
（「レンズ」）ＰＬ（例えば、クオーツレンズシステ
ム、反射屈折光学系システムあるいはミラーシステム）
とにより構成されている。
【００２５】ここに示しているように、本装置は透過タ
イプのものである。（すなわち、透過性マスクを備えて
いる。）しかし、一般的に、例えば反射タイプ（反射マ
スク）のものでも可能である。あるいは、本装置に、上
記において参照を行ったタイプのプログラム可能ミラー
アレーといったような、他の種類のパターニング手段を
用いることも可能である。
【００２６】本放射線システムは、放射線のビームを生
成するソースＬＡ（例えばＵＶレーザあるいはプラズマ
ソース）を備えている。このビームは、直接的に、ある
いは、例えばビーム拡大器といったようなコンディショ
ニング手段を通過した後に、イルミネーションシステム
（イルミネータ）に照射される。イルミネータＩＬは、
ビーム配光の外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的
にそれぞれ、σ−アウター、σ−インナーに当たる）を
設定する調整手段ＡＭを備えている。これはさらに、一
般的に、積分器ＩＮかつコンデンサＣＯといったよう
な、さまざまな他のコンポーネントも備えている。この
ような方法で、マスクＭＡに照射するビームＰＢはその
断面において所望の均一性と所望の強度分布を有する。
【００２７】図１に関して、ソースＬＡがリソグラフィ
投影装置のハウジング内にあるが（これは例えばソース
ＬＡが水銀ランプである場合に多い）、しかし、ソース
をリソグラフィ投影装置から切離すことも可能であり、
この場合、ソースが作り出す放射ビームは（例えば適切
な方向付けミラーにより）装置に導かれることを注記す
る。この後者の構成は、ソースＬＡがエキシマレーザで
ある場合が多い。本発明および上記記載の請求項はこれ
ら両方の場合の構成を包含するものである。
【００２８】続いて、ビームＰＢは、マスクテーブルＭ
Ｔ上でマスクホルダーにより保持されているマスクＭＡ
にさえぎられる。マスクＭＡを通過することで、ビーム
ＰＢはレンズＰＬを通過する。それにより基板Ｗのター
ゲット部分Ｃ上にビームＰＢの焦点が合わせられる。第
二ポジショニング手段（および干渉計測手段）により、
例えば異なるターゲット部分ＣをビームＰＢのパスに位
置させるように、基板テーブルＷＴを正確に移動させる
ことが出来る。同様に、第一ポジショニング手段は、例
えば、スキャン中、あるいはマスクライブラリからのマ
スクＭＡの機械検索後に、ビームＰＢのパスに関してマ
スクＭＡを正確にポジショニングする目的に使用するこ
とが出来る。一般的に、目標テーブルＭＴ、ＷＴの移動
は、ロングストロークモジュール（粗調整）とショート
ストロークモジュール（微調整）により行われる。これ
に関しては図１において明確には示しておらない。しか
し、ウェーハステッパーの場合（ステップアンドスキャ
ン装置とは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートス
トロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あ
るいは固定される。
【００２９】ここに示した装置は２つの異なるモードに
おいて使用されることが出来る。 １． ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴ
は基本的に固定された状態にある。そして、全体のマス
ク像がターゲット部分Ｃ上に１作動（すなわちシングル
フラッシュ）にて投射される。次に、ビームＰＢが異な
るターゲット部分Ｃに照射されるよう、基板テーブルＷ
Ｔがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされる。 ２． スキャンモードにおいては、所定のターゲット部
分Ｃがシングル「フラッシュ」で露光されないこと以外
には、基本的に同一構成を用いている。変わりに、マス
クテーブルＭＴは速度νで所定の方向（いわゆる「スキ
ャン方向」、例えばｘ方向）に移動可能であり、それに
より投射ビームＰＢがマスク像上を走査することが出来
る。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍνに
て同一方向あるいは反対方向に同時に移動する。ここ
で、ＭはレンズＰＬの倍率（一般的に、Ｍ＝１／４ある
いは１／５）を表す。この方法において、解像度を妥協
することなく、比較的大きなターゲット部分Ｃを露光す
ることが出来る。
【００３０】図２は、ウェーハテーブルＷＴ上にあるウ
ェーハＷを示したものである。ウェーハＷの第一サイド
（「フロントサイド」）にウェーハマークＷＭ３および
ＷＭ４が設けられている。そして、上記ＷＭ３およびＷ
Ｍ４の矢印で示されているように、これらのマークから
光が反射される。また、後に記載を行うようなアライメ
ントシステム（図示せず）との関連にて、マスク上のマ
ークとのアライメントにおいて使用される。かつ、ウェ
ーハＷの第二サイド（「バックサイド」）にウェーハマ
ークＷＭ１およびＷＭ２が設けられている。光学システ
ムがウェーハテーブルＷＴ内に構成され、ウェーハＷの
バックサイドのウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２への
光アクセスを可能にしている。光学システムはペアのア
ーム１０Ａ、１０Ｂを備えている。各アームは、２個の
ミラー１２、１４、および、２個のレンズ１６、１８と
により構成されている。各アームのミラー１２、１４
は、水平を作り出し、アングルの合計が９０Ｅとなるよ
うに傾けられている。この方法により、ミラーの１つに
垂直に照射する光のビームは、他のミラーに反射される
時に垂直のままである。
【００３１】使用時に、光はウェーハテーブルＷＴ上か
ら、ミラー１２へ、そして、レンズ１６、レンズ１８を
通ってミラー１４に導かれ、それからそれぞれのウェー
ハマークＷＭ１とＷＭ２へと導かれる。光はウェーハマ
ークの部分に反射されて、ミラー１４、レンズ１８およ
びレンズ１６、そしてミラー１２を経由して光学システ
ムのアームに沿って返ってくる。ミラー１２、１４、お
よびレンズ１６、１８は、ウェーハマークＷＭ１および
ＷＭ２の像２０Ａ、２０Ｂが、ウェーハＷのフロントサ
イドに設けられたウェーハマークＷＭ３およびＷＭ４の
垂直位置に一致する、ウェーハＷのフロント（トップ）
サイドの面に形成されるように調整される。当然、レン
ズ１６、１８およびミラー１２、１４の順序はその光学
システムに合わせる必要があり、それにより異なる。例
えば、レンズ１８をミラー１４とウェーハＷ間に配置す
ることも可能である。（後述する実施形態の図解説明を
参照にされたい。）
【００３２】ウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２の像２
０Ａ、２０Ｂは仮想ウェーハマークとして作用し、ウェ
ーハＷのフロント（トップ）サイドに設けられた本物の
ウェーハマークと全く同様の方法で、既存のアライメン
トシステム（図示せず）によるアライメントに使用され
ることが出来る。
【００３３】図２に示すように、光学システム１０Ａ、
１０Ｂのアームは、ウェーハＷの面に像２０Ａ、２０Ｂ
を作り出し、この像２０Ａ、２０Ｂは、ウェファの一側
に向けて変位されそれによって、アライメントシステム
によりこれらをウェーハＷ上で見ることが出来る。図３
および図４において、光学システム１０Ａ、１０Ｂにお
けるアームの２つの望ましい向きを示している。これら
はウェーハＷの平面図であり、ＸＹ平面にある。図３お
よび図４においては、簡明化する目的でウェーハテーブ
ルＷＴを省いている。図３において、光学システム１０
Ａ、１０ＢのアームはＸ軸沿いに整列されている。図４
において、光学システム１０Ａ、１０ＢのアームはＹ軸
と平行になっている。両方のケースにおいて、ウェーハ
マークＷＭ１およびＷＭ２はＸ軸上にある。そして、ウ
ェーハマークＷＭ１およびＷＭ２はウェーハＷの底面側
にあり、よって、これらはウェーハＷのトップサイドの
視点からは逆となっている。しかし、光学システムのア
ームのミラーの配置により、ウェーハマークＷＭ１およ
びＷＭ２の像２０Ａ、２０Ｂが逆にならずに、もう一度
反転して正しい方向にもどるように意図されている。そ
れによって、これらがまるでウェーハＷのトップサイド
にあるかのように、像は全く同じように見える。光学シ
ステムはまた、ウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２のサ
イズとその像２０Ａ、２０Ｂとの比が１：１になるよう
に調整される。すなわち、拡大や縮小は行われない。従
って、像２０Ａ、２０Ｂを、ウェーハＷのフロントサイ
ドにある本物のウェーハマークと同様に使用することが
出来る。マスク上に設けられた共通のアライメントパタ
ーンあるいはキーを使用し、本物のウェーハマークと仮
想のウェーハマーク両方とによりアライメントを実行す
ることが可能である。
【００３４】本例において、図２に示すように、ウェー
ハマークはウェーハＷのフロントサイドおよびバックサ
イド両方の一致する位置に設けられる。図３および図４
においては、分かりやすくするため、ウェーハＷのバッ
クサイドにあるウェーハマークだけを示している。この
配置において、Ｘ軸かＹ軸のいずれかを軸にした回転に
よってウェーハＷが反転されると、ウェーハＷのトップ
サイドにあったウェーハマークは下側になるが、光学シ
ステム１０Ａ、１０Ｂのアームにより結像されることが
可能な位置となる。
【００３５】光学システムのアーム１０Ａ、１０Ｂに平
行な一方向にウェーハを変位した場合、ミラーの配置に
より、ウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２の対応する像
２０Ａ、２０Ｂは反対方向のウェーハ下側に変位される
ことを注記する。例えば、図３において、ウェーハＷが
右に変位された場合、像２０Ａ、２０Ｂは左側に変位さ
れる。アライメントシステムを制御するソフトウェア
は、ウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２の位置を決定す
る時に、そして、アライメント実行時のウェーハＷとマ
スクの相対位置を調整する時に、これを考慮に入れる。
光学システムの１０Ａ、１０Ｂの２つのアームが対称を
なしている場合、像２０Ａおよび像２０Ｂ間は実際、ウ
ェーハが配置されている時には一定距離を保つ。
【００３６】また、ウェーハＷのサイド毎に少なくとも
２つのウェーハマークが設けられる。１つだけのマーク
は、ウェーハの特定ポイントに対するマスク上の特定ポ
イントの像の相対的ポジショニングについての情報を与
えることが出来る。しかし、正確なオリエンテーション
アライメントと倍率を確定するために、少なくとも２つ
のマークが使用される。
【００３７】図５は、ウェーハテーブルＷＴの部分を横
断面図で示したものである。本発明における本実施形態
において、ウェーハのバックサイドにあるウェーハマー
クを結像する光学システム１０Ａ、１０Ｂは、特別の方
法でウェーハテーブル内に形成されている。図５に示す
ように、光学システムにおけるアームのミラー１２、１
４は個別の構成部品としてではなく、ウェーハテーブル
ＷＴと一体化されている。適当な面がウェーハテーブル
ＷＴ内において加工され、反射性を改善するためにコー
ティングされ、こうしてミラー１２、１４が作り出され
る。この光学システムは、ＺｅｒｏｄｕｒTMといったよ
うな、ウェーハテーブルと同一素材から作られており、
これは、熱膨張係数が非常に低いことから、アライメン
トにおける高度の正確さを確実に維持することが出来
る。
【００３８】＜実施形態２＞図６は、各光ファイバー３
０（あるいは干渉光ファイバー束）と、光を光ファイバ
ー３０に／から連結するレンズ３２、３４とを用いて具
体化される光学システムのアーム１０Ａ、１０Ｂを有す
る、図２に対応した図である。ウェーハＷのバックサイ
ドにあるウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２の像２０
Ａ、２０Ｂを提供するために、ファイバーとレンズが使
用される。この像２０Ａ、２０Ｂは、ウェーハＷのフロ
ントサイドにあるウェーハマークＷＭ３およびＷＭ４と
同一面に配置される。
【００３９】図７および図８は、アライメントシステム
のまた別の態様である。図７においては、レーザ４０
（例えば、ＨｅＮｅレーザ）のような放射線のソースが
アライメント光のビームを第一ビームスプリッタＢＳ１
上に導く。これにより、光位置は、ウェーハテーブルＷ
Ｔ内の光学システムのアーム１０Ａを通って下方に導か
れ、ウェーハＷのバックサイドにある第一ウェーハマー
クＷＭ１に反射されて、アライメントマークの像２０Ａ
が形成される。この像２０Ａからの光は、第一ビームス
プリッタＢＳ１を通って返り、レンズシステムＰＬを通
って、それからマスクＭＡ設けられた第一マスクマーク
ＭＭ１を通って第一ディテクタＤ１に戻ってくる。ディ
テクタＤ１により作り出される信号は、第一マスクマー
クＭＭ１と像２０Ａとの間の正確なレジストレーション
を判断するために使用可能である。像２０Ａとウェーハ
マークＷＭ１間の関係は光学システム１０Ａにより分か
り、それにより、第一マスクマークＭＭ１と第一ウェー
ハマークＷＭ１間のアライメントを判断することが出来
る。ウェーハＷかつ／あるいはマスクＭＡは互いに関連
し合って移動し、アライメントを達成する。
【００４０】本例におけるアライメントシステムはＴＴ
Ｌ配列である。よってマスクＭＡとウェーハＷ間のレン
ズシステムＰＬは実際に露光放射線に使用される投射レ
ンズである。しかし、アライメントシステムはオフアク
シス（ＯＡ）であってもよい。
【００４１】図８において、第二ビームスプリッタＢＳ
２と、光学システムのもう一方のアーム１０Ｂを使用し
て、第二ウェーハマークＷＭ２が第二マスクマークＭＭ
２と位置合わせされる。例えば、第一マスクマークＭＭ
１を第二ウェーハマークＷＭ２等に位置合わせするため
などの工程を繰り返すことが可能である。ウェーハのフ
ロント（トップ）サイドに設けられたウェーハマーク
と、同一マスクマーク、あるいはさらに設けられたマス
クマークとによりアライメントを行うことも可能であ
る。
【００４２】ダブルサイドアライメント方法の例を次に
示す。最初にウェーハマークをウェーハの第一サイドに
設ける。通常の方法によりアライメントを行うために、
第一ウェーハマークを用いてそのサイドに１回あるいは
それ以上の照射を行う。こうして、これら第一ウェーハ
マークに関連するウェーハの第一サードにあるフューチ
ャの位置がうまく確定される。次に、ウェーハは第一サ
イドが下向きになるように向きを変え、こうして第二サ
イドへの露光が行われる。ウェーハテーブルの光学シス
テムを使用することにより、第一ウェーハマークが結像
され、そしてマスク上のマークとの関連において位置合
わせされることが出来る。これにより、マスクとの関連
におけるウェーハの第一サイド（今は下側）にあるフュ
ーチャの位置と方向が確定される。次に、第二ウェーハ
マークがウェーハの第二サイド（今はトップサイド）に
露光される。（あるいはすでに第二ウェーハマークは設
けられている。）第一ウェーハマークとの関連における
第二ウェーハマークの相対位置と向きはマスクマークと
アライメントシステムを通して判断することが出来る。
第二ウェーハマークを使用して、かつ、ウェーハの第一
サイド上のフューチャと確実に正確に位置合わせするた
めに必要な修正を行い、ウェーハの第二サイド上にフュ
ーチャの露光が行われる。一旦、ウェーハ第一サイドの
ウェーハマークとウェーハ第二サイドのウェーハマーク
間の相対関係が分かると、ウェーハの反対サイド上にあ
るフューチャとの正確なアライメントを確実に行いなが
ら、マークのどちらかのセット、あるいは両方のセット
を用いて両サイドに露光行うことが出来る。
【００４３】デバイスフューチャがウェーハの一方の側
だけに形成される場合にも、同じ装置を使用することが
出来るが、その場合は、アライメントを行う際にウェー
ハのバックサイドにあるウェーハマークだけを使用す
る。フロントサイドにおける全露光のためのマスクは、
バックサイドのウェーハマークの像を使用して位置合わ
せされることが出来る。フロントサイドにある露光のた
めの全てのマスクが、バックサイドのウェーハマークの
像を使用して一貫して位置合わせされるならば、バック
サイドにあるウェーハマークとフロントサイドに露光さ
れたフューチャとの間の絶対的な関係を知る必要はな
い。処理がウェーハのフロントサイドでのみ行われるこ
とから、バックサイドのウェーハマークが劣化すること
はない。
【００４４】＜実施形態３＞図９は、図２および図６の
実施形態と基本的に同様のものであるが、異なる点は、
ウェーハＷのバックサイドを経由してウェーハＷを通っ
て放射線を伝達することにより、ウェーハＷのフロント
サイドにあるウェーハマークＷＭ３およびＷＭ４を結像
する目的において光学システム１０Ａ、１０Ｂのアーム
が配列されていることである。例えば、シリコンウェー
ハの場合、シリコンは赤外線を通過させることが出来る
ため、アライメントシステムにおいて赤外線が用いられ
る。
【００４５】ウェーハＷのバックサイドからの光アクセ
スを可能にする光学システムを使用して、ウェーハを通
って結像するアライメントを実行することにおける長所
に、アライメントのクオリティが、ウェーハのフロント
サイドで実行される一連の処理によって起きる劣化の影
響をうけにくいということがある。そして、（例えば金
属の）不透明な層であってもアライメントの妨げとなる
ことなくウェーハマークのトップに置くことが出来る。
もちろん、本実施形態はウェーハＷのバックサイドにさ
らに追加のウェーハマークを設けて使用されることも可
能である。しかし、フロントサイドのウェーハマーカー
を使用することは、望まないかぎり、ウェーハマークを
設けるためにウェーハのバックサイドを処理する必要が
ないことを意味する。
【００４６】＜実施形態４＞図１０は本発明のさらなる
別の実施形態を示したものである。ここで、アライメン
ト放射線はウェーハのバックサイドを経由してウェーハ
を通過し、フロントサイドにあるウェーハマークＷＭ
３、ＷＭ４に伝わる。かつ、ウェーハテーブルＷＴ内の
ディテクタ４２、４４は、ウェーハテーブルＷＴとの関
連においてウェーハＷ上のウェーハマークの位置を得
る。この配列は、フロントサイドへ／からアライメント
放射線をウェーハを通過して伝達するアライメントシス
テムを使用して、ウェーハのバックサイドのウェーハマ
ークに等しく適用することが出来る。
【００４７】＜実施形態５＞バックサイドアライメント
オプティクス（ＢＳＡＯ）としても知られている、アラ
イメントシステムがマスクのバックサイドへの光アクセ
スを有するように光学システムが提供されている、例え
ば図２、図６、および図９に示すような本発明の実施形
態においては、較正技術を必要とする。いくつかの異な
る較正方法を以下に記載する。
【００４８】１． ＢＳＡＯの実際長さを較正するた
め、ＢＳＡＯの公称の長さを仮定することが知られてい
る。ここではウルトラフラットブランクテストシリコン
ウェーハ一式（例えば３個）が使用される。 ステップ１： ウェーハ一方側のマークのセットがレジ
ストに露出され、ウェーハ上でマークが現像され、か
つ、エッチングされる。 ステップ２： 各ウェーハが反転され、装置に対するパ
ラメータ（機械定数）としてＢＳＡＯの公称の長さを用
い、ステップ１からマークの位置合わせを行うためにＢ
ＳＡＯを使用して、各ウェーハのもう一方サイドにマー
クのセットが露光される。 ステップ３： ウェーハの各々がもう一度反転され、所
定のオフセット（例えば５００ｎｍ）にてマークのセッ
トが露光される。マークの第一セットとこのマークのセ
ット間のオーバーレイエラーが平均化され、そしてこの
値がＢＳＡＯの実際の長さを計算するために使用され
る。
【００４９】２． ＢＳＡＯの光性能が、ウルトラフラ
ットブランクテストシリコンウェーハ一式（例えば３
個）を使用して、次の方法において較正される。それに
よって、ＢＳＡＯの実際の長さが分かる。 ステップ１： ウェーハ一方側のマークのセットがレジ
ストに露出され、ウェーハ上でマークが現像され、か
つ、エッチングされる。 ステップ２： ウェーハは反転され、そして、その時に
各ウェーハのバックサイドにある第一マークに対しての
アライメントを実行するＢＳＡＯを使用して、かつ、機
械定数として既に分かっているＢＳＡＯの実際長を使用
して、マークのセットが各ウェーハのもう一方の側に露
光される。 ステップ３： ウェーハはもう一度反転され、マークの
セットが一定のオフセット（例えば５００ｎｍ）にて各
ウェーハの第一サイドに露光される。マークの第一セッ
トとこのマークのセット間のオーバーレイエラーはＢＳ
ＡＯのクオリティに関係する。また、ＢＳＡＯの歪みは
既知の技法を用いて計算することが出来る。
【００５０】３． 環境的な気温変動や基板温度差によ
る、ウェーハテーブルにおける、もしくは直接的にＢＳ
ＡＯにおける小さな温度変化は、ＢＳＡＯの変動長とな
り、これはオーバーレイの度を与える。このエラーは次
のように減じることが出来る。
【００５１】熱プローブ一式がＢＳＡＯに埋め込まれ、
そしてＢＳＡＯとウェーハテーブルの温度変化がモニタ
ーされる。ＢＳＡＯの変動長が温度計測から推定され、
かつ、それがリアルタイムでモニターされ、補正される
ことが出来る。
【００５２】４． 基準アライメントマークによるＢＳ
ＡＯの較正ＢＳＡＯ（１０（ａ）、１０（ｂ））の各ア
ームの長さが機械定数として設定されることが出来る。
ＢＳＡＯとウェーハテーブルにある基準マーク間の距離
もまた機械定数として設定されることが出来る。
【００５３】基準アライメントマーク一式がＢＳＡＯの
両端に作られる。これらの基準マークに対してレチクル
アライメントマークを位置合わせすることにより、ＢＳ
ＡＯの実際長を較正することが出来る。
【００５４】ステージ上の基準マークと、ＢＳＡＯのい
ずれか側のそれとの間の距離を同様に較正することが出
来る。
【００５５】このような較正はＢＳＡＯのブランチごと
に行われる。
【００５６】また、このような較正は、例えば、一日一
回、あるいは週単位に、あるいは月単位にといった具合
に、規則的に所望の周期で実行することが出来る。それ
によって、この短い較正が実行され、かつこれにより、
長期ドリフトをモニターすることが可能となり、機械定
数を更新することによって補正が可能となる。
【００５７】以上、本発明の実施形態を詳細に説明した
が、本発明の範囲を逸脱することなく他の方法でも具体
化できることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に基づくリソグラフィ投影装
置を図示したものである。
【図２】本発明の実施形態に基づいて、ダブルサイドア
ライメントを行うために光学システムの２つのブランチ
を組み込んだ基板テーブルの略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に基づくダブルサイドアライ
メントオプティクスの位置と方向性を示したウェーハの
平面図である。
【図４】本発明の実施形態に基づくダブルサイドアライ
メントオプティクスのまた別の位置と方向性を示したウ
ェーハの平面図である。
【図５】本発明の実施形態に基づく一体型光コンポーネ
ントを備えた基板テーブルの部分断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に基づいたダブル
サイドアライメントを行うための光学システムを示した
基板テーブルの略断面図である。
【図７】２つのマスクマークと、２つのウェーハマーク
のアライメントを行うためのアライメントオプティクス
を図示したものである。
【図８】２つのマスクマークと、２つのウェーハマーク
のアライメントを行うためのアライメントオプティクス
を図示したものである。
【図９】アライメント放射線がウェーハを通過して伝わ
る、本発明のさらに別の実施形態に基づいた、アライメ
ントの実行のための、基板テーブル、ウェーハ、および
光学システムの略断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態に基づく、アラ
イメント実行のための、基板テーブル、ウェーハ、およ
び光学システムの略断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンリクス ウィルヘルムス マリア フ ァン ブェル オランダ国 エイントホーフェン、フェル ヴェルストラート 88 (72)発明者 マウリッツ ファン デル シャール オランダ国 フェルトホーフェン、シェペ ルヘイ 24 (72)発明者 アリー ジェフリー デン ボーフ オランダ国 ワールレ、ヘット フォルト 35 Ｆターム(参考） 5F046 CC01 EB01 ED01 FA18 FA20 FB04 FB10 FB20

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 − 放射線の投射ビームを供給する放射
    線システムと、 − 所望のパターンに基づいて投射ビームをパターン化
    するために使用されるパターニング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、 − 基板の第二サイドが基板テーブルに面している一
    方、基板の第一サイドにあるターゲット部分にパターン
    化ビームを映像化するための投射システムと、 − アライメント放射線を使用して、基板に設けられた
    アライメントマークとパターニング手段のパターンとの
    位置合わせを行うアライメントシステムとを有するリソ
    グラフィ投影装置において、アライメントシステムによ
    って使用される該アライメントマークの像を提供する光
    学システムとを有し、該光学システムは基板の第二サイ
    ドを経由してアライメント放射線を導くように構成、か
    つ配置されていることを特徴とするリソグラフィ投影装
    置。
  2. 【請求項２】 上記光学システムは、基板の第一サイド
    の面に上記アライメントマークの像を提供するように配
    置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 上記光学システムは、それぞれが複数の
    アライメントマークの各々１つに一致する、複数の像を
    提供する手段を有することを特徴とする請求項１あるい
    は請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 上記光学システムは少なくとも２つのミ
    ラーおよびレンズを有することを特徴とする請求項１、
    請求項２、もしくは請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記光学システムは少なくとも１つの光
    ファイバーを有することを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３、あるいは請求項４のいずれか１つに記載
    の装置。
  6. 【請求項６】 上記光学システムは、対応するアライメ
    ントマークから側方に、かつ、基板で占められる部分表
    面を超えて変位されているアライメントマーク像を提供
    するように配置されていることを特徴とする請求項１、
    請求項２、請求項３、請求項４、あるいは請求項５のい
    ずれか１つに記載の装置。
  7. 【請求項７】 上記アライメントマークは基板の第二サ
    イドにあることを特徴とする請求項１、請求項２、請求
    項３、請求項４、請求項５、あるいは請求項６のいずれ
    かに記載の装置。
  8. 【請求項８】 上記アライメントシステムは、上記光学
    システムにより供給された上記アライメントマーク像を
    使用するだけでなく、基板の第一サイドに設けられた基
    準マークを使用してアライメントを実行するよう具体化
    されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 − 上記アライメントマークは基板の第
    一サイドにあり、 − 上記アライメント放射線は上記基板の材料を実際に
    通過することが可能であり、 − 上記光学システムは、基板を通って上記アライメン
    ト放射線をアライメントマークに導くことを特徴とする
    請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、
    あるいは請求項６のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 アライメント放射線は赤外線から成る
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 アライメント放射線と投射ビームはほ
    ぼ同一波長を有することを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
    ７、あるいは請求項８のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 − 放射線感応材料の層に少なくとも
    部分的に覆われた基板を供給し、 − 放射線システムを用いて放射線の投射ビームを供給
    し、 − パターニング手段を用いて、その断面において投射
    ビームにパターンを与え、 − 上記基板の第二サイドが支持基板テーブルに面して
    いる一方、上記基板の第 一サイドにある放射線感応材料の層のターゲット部分に
    放射線のパターン化ビームを投射し、 − アライメントシステムを用いパターニング手段のパ
    ターンと基板上に設けられたアライメントマークとの位
    置合わせを行うステップとを有するデバイス製造方法に
    おいて、 − 光学システムを用いて、アライメントシステムにお
    いて使用される上記アライメントマークの像を提供し、
    それにより該光学システムは基板の第二サイドを経由し
    てアライメント放射線を導くステップと、 − 該アライメントマークの像と該パターニング手段の
    パターンとの位置合わせとを行うステップとを有するこ
    とを特徴とするデバイスの製造方法。
  13. 【請求項１３】 − 上記第一サイドと上記反対側サイ
    ドが相互交換されるよう基板の向きを変えるステップ
    と、 − アライメントを繰り返すステップとを有することを
    特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２もしくは請求項１３の方法
    に従い製造されたデバイス。
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