JP2004320056A - リソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図２

Description

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。

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。

− 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。

− 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ＵＳ５，５２３，１９３、さらにＰＣＴ特許出願番号ＷＯ９８／３８５９７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。

− 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。

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。

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、１９９８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。

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。

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ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，より出版された本であるＰｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”（「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、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４に詳細に記載させられているので参考とされたい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

− 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。

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。

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。

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。

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、１５７、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）紫外線やＥＵＶ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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

続いて、ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ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。

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ＷＴ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。

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ＷＭ４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。

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。）

ウェーハマークＷＭ１およびＷＭ２の像２０Ａ、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。

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１０Ａ、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。

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。

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。

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。

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、１４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、Ｚｅｒｏｄｕｒ^TM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。

＜実施形態２＞
図６は、各光ファイバー３０（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２０Ａ、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。

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ＷＴ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。

本例におけるアライメントシステムはＴＴＬ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。

図８において、第二ビームスプリッタＢＳ２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ＭＭ２と位置合わせされる。例えば、第一マスクマークＭＭ１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。

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イ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。

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。

＜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。

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。

＜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ＷＭ３、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。

＜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。

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ＢＳＡＯ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。

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ＢＳＡＯ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。

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ＢＳＡＯ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。

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。

４． 基準アライメントマークによるＢＳＡＯ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。

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、ＢＳＡＯの実際長を較正することが出来る。

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。

このような較正はＢＳＡＯのブランチごとに行われる。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

Claims (14)

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. − 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. 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. 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. − 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. − 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１２もしくは請求項１３の方法に従い製造されたデバイス。