JP2006165554A - システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】次のフィーチャパターンの形成前に、上部の層および先行して形成される１つまたは複数の層のアライメントパターンを測定または検出できるシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】フォーカシング装置により第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンへ入射した後の可視光および赤外光が検出器へフォーカシングされ、検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づき後続のフィーチャパターンに対してオブジェクトがアライメントされる。
【選択図】図１

Description

本発明はリソグラフィシステムおよびデバイス製造方法に関する。

リソグラフィシステムは所望のパターンを基板のターゲット部分へ転写する装置である。リソグラフィシステムは例えば集積回路、フラットパネルディスプレイ、またその他の微細構造を含むデバイスの製造に用いられる。従来のリソグラフィシステムではマスクまたはレチクルと称されるパターニングデバイスが集積回路またはデバイスの個々の層に回路パターンを形成するために用いられる。この回路パターンは放射感応性材料層（例えばレジスト）を含む基板（例えばシリコンウェハまたはガラスプレート）のターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイの一部）にイメージングされる。マスクに代えてパターニングデバイスが回路パターンを形成する制御可能な個別の素子から成るアレイを含んでいてもよい。

一般に１つの基板が複数の隣接するターゲット部分を含んでおり、各ターゲット部分が順次に露光される。公知のリソグラフィシステムはステッパおよびスキャナを含み、パターンがビームにより所定の方向（スキャニング方向）へスキャニングされ、各ターゲット部分にパターン全体が露光されると１つずつ移動していく。ここで基板はスキャニング方向に対して平行または反平行にスキャニングされる。

上述したように、リソグラフィシステムは到来する光をパターニングするパターニングデバイスを用いている。静的なパターニングデバイスにはレチクルまたはマスクが含まれる。動的なパターニングデバイスとしてアナログ信号またはデジタル信号に応じてパターンを形成する制御可能な個別の素子から成るアレイが挙げられる。

基板には複数の層が形成されうる。ここで各層はそれぞれ、或る層のフィーチャが前方の層または後方の層のフィーチャと内部接続されているパターンを受信する。ただし典型的にはフィーチャパターンどうしの正しいアライメントはアライメントパターンの形成された最上部の層のみを用いて行われる。許容される製造差はますます小さくなっていくので、最上部の層または先行して形成された１つまたは複数の層のアライメントパターンを用いてフィーチャパターンをアライメントできるようにすることが望まれる。

したがって本発明の課題は、次のフィーチャパターンの形成前に、上部の層および先行して形成される１つまたは複数の層のアライメントパターンを測定または検出できるシステムおよび方法を提供することである。

この課題は、アライメント装置、オブジェクトおよびフォーカシング装置を有しており、前記アライメント装置は少なくとも可視光および赤外光を形成する照明部と検出器とを有しており、前記オブジェクトは表面層、第２層および支持体層を有しており、表面層は第１のフィーチャパターンおよび第１のアライメントパターンを含み、第２層は表面層と支持体層とのあいだに配置され、少なくとも１つの第２層および支持体層が第２のフィーチャパターンおよび第２のアライメントパターンを含み、前記フォーカシング装置により第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンへ入射した後の可視光および赤外光が検出器へフォーカシングされ、検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づき後続のフィーチャパターンに対してオブジェクトがアライメントされるシステムにより解決される。

課題はさらに、少なくとも可視光と赤外光とを形成し、可視光をオブジェクトの表面層の第１のアライメントパターンへ入射させ、入射した可視光を検出器へフォーカシングし、赤外光をオブジェクトの表面層下方の第２層の第２のアライメントパターンへ入射させ、入射した赤外光を検出器へフォーカシングし、検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づいてアライメント信号を形成し、アライメント信号を形成するステップに基づきフィーチャパターンの後続部分に対してオブジェクトをアライメントする方法により解決される。

本発明の実施形態、本発明のシステムおよび方法の構造および動作については以下に説明する図示の実施例に記載されている。

本明細書に関連しその一部をなす添付図を参照しながら、本発明の基本的思想を以下に説明する。これにより当該分野の技術者は本発明を実施することができるはずである。

本発明を以下に添付図を参照しながら説明する。図中、同様の機能を有する素子には同様の参照番号を付してある。

概観
本明細書では基板をパターニングするリソグラフィシステムでパターニングデバイスを使用するケースを考察するが、ここで説明するパターニングデバイスは他の分野、例えばオブジェクトをパターニングするプロジェクタ（投影系）またはディスプレイデバイス（プロジェクションＴＶなど）にも適用できることを理解されたい。リソグラフィシステムおよび／または基板という語は本明細書を通して実施例の説明のために用いられているだけである。

本発明の実施例はオブジェクトの表面層およびその下方に埋め込まれた少なくとも１つの層のアライメントパターンを検出してフィーチャパターンをアライメントするシステムおよび方法に関する。表面層のアライメントパターンの検出には可視光が用いられ、表面層下方のアライメントパターンの検出には赤外光が用いられる。オブジェクトは赤外光を透過および／または反射し、可視光を反射する材料から形成されている。例えばオブジェクトはケイ素から成る。反射された可視光と透過または反射された赤外光とが検出器へコフォーカシングされる。コフォーカシングされた光から後続のパターンフィーチャに対してオブジェクトを正しくアライメントするための量が求められる。これにより２つの層のアライメントパターン間のフィーチャまたは一方が深く埋め込まれているフィーチャであって従来のアライメント装置では調整できないケースでもアライメントを行うことができる。

本発明の実施例では、コフォーカシングとは可視光および赤外光の双方についてフォーカシング装置から検出器までの焦点距離が等しいフォーカシングを意味する。これは１つの光学系を使用することにより達成される。または位置決め装置を介してオブジェクトおよび／または検出器を光学系に対して運動（接近または乖離）させることにより達成してもよい。

本発明の実施例では、可視光は波長約５４０〜６００ｎｍの範囲の光、近赤外光は波長約６５０〜１０００ｎｍの範囲の光、通常赤外光は波長約１０００〜３５００ｎｍの範囲の光である。つまり波長約６５０〜３５００ｎｍの光の全てを赤外光と称する。

用語
本発明を集積回路の製造のためのリソグラフィシステムに則して説明するが、ここで説明するリソグラフィシステムはＤＮＡチップ，ＭＥＭＳ，ＭＯＥＭＳ，光集積回路などの製造や、ＭＲＡＭ，フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、液晶マイクロ／マクロデバイスのパターン検出などに用いられるものであってもよい。当該分野の技術者には、本明細書のコンテキストにおいて使用される“ウェハ”または“ダイ”という語もより一般的な“基板“または“ターゲット部分”と同等のものであることが明らかなはずである。

基板は露光前または露光後に例えばトラックツール（レジスト層を被着させ、露光されたレジストを現像する装置）または計測ツールまたは検査ツールにより処理される。適用可能であればここでの基板に対するプロセスツールはどんなものであってもよい。さらに基板は例えば多層集積回路を製造するために２回以上処理されてもよく、基板という語には既に数回処理された層を有するものも含まれる。

制御可能な個別の素子から成るアレイとは、パターニングされた断面を有する放射ビームにより基板のターゲット部分に所望のパターンを形成するために用いられるデバイスであると広く解されたい。ライトバルブおよび空間光変調器ＳＬＭという語もこのコンテキストで用いられる。こうしたパターニングデバイスの例については後に詳しく述べる。

プログラマブルミラーアレイは粘弾性制御層（つまり粘性および弾性を併せもつ表面）および反射面を備えたマトリクスアドレシング可能な表面を含む。このデバイスの基本原理は反射面のうちアドレシングされた領域が入射光を回折光として反射し、アドレシングされていない領域が入射光を非回折光として反射するということである。アドレシングはバイナリに行ってもよいし、中間の所定の角度ごとに行ってもよい。適切な空間フィルタを用いれば非回折光が反射ビームから除去され、回折光のみが基板へ達する。このようにしてアドレシングされたマトリクス表面のパターンにしたがってビームがパターニングされる。

また選択的に、フィルタにより回折光のほうを除去して非回折光が基板へ達するように構成してもよい。回折光学マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス（ＭＥＭＳ）のアレイを相応に使用することもできる。各回折光学マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスでは相対的に変形可能な複数のリボン状反射部がグレーティングを形成しており、これが入射光を回折光として反射する。これをグレーティングライトバルブと称することがある。

別の実施例として、プログラマブルミラーアレイが小さいミラーのマトリクスを使用していてもよい。ここで各ミラーは局所的な電場を印加することにより、またはピエゾアクチュエータ手段を用いることにより、軸線に関して個々に傾動可能である。さらにミラーはマトリクスアドレシング可能であり、アドレシングされたミラーは種々の方向で到来する放射ビームをアドレシングされていないミラーのほうへ反射する。このようにして反射ビームはマトリクスアドレシング可能なミラーのアドレシングパターンにしたがってパターニングされる。要求されるマトリクスアドレシングは適切な電子的手段を用いて行われる。有利な実施例では、ミラーグループが１つのピクセルを共通にアドレシングするように調整される。この実施例では、照明系の光学素子が光ビームを形成し、各ビームが各ミラーグループに入射する。

上述の２つのケースでは制御可能な個別の素子から成るアレイは１つまたは複数のプログラマブルミラーアレイを含む。プログラマブルＬＣＤアレイを用いることもできる。

またフィーチャのプレバイアス手段、光学近接効果補正手段、位相シフト技術および多重露光技術などが使用されるので、制御可能な個別の素子から成るアレイ上に表現されるパターンは基板またはその一部の層に転写されるパターンとは異なっていてもよい。同様に基板上に形成されるパターンは制御可能な個別の素子から成るアレイ上にいずれかの時点で生じているパターンに相応しないこともある。これは、所定の期間にわたってまたは所定数の露光を経るうちに制御可能な個別の素子から成るアレイおよび／または基板の相対位置が変化し、基板の各部分で偶発的なパターンが形成されるケースなどがそうである。

放射またはビームという語は全てのタイプの電磁放射を含み、紫外放射ＵＶ（例えば波長３６５ｎｍ，２４８ｎｍ，１９３ｎｍ，１５７ｎｍ，１２６ｎｍ）および極紫外放射ＥＵＶ（例えば波長５〜２０ｎｍ）や粒子線（例えばイオンビームまたは電子ビーム）も含む。

リソグラフィシステムの環境では、投影系とは例えば露光放射に対して用いられる種々のタイプの屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系などを含む。これは露光される放射に対して、また浸漬液または真空などの他の要素に対して適切に選定される。なお以下ではレンズという語は一般的な投影系と同義の語として用いられていると解されたい。

照明系という語も放射ビームを配向・整形・制御する種々のタイプの屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系などを含みうる。なおこれらの部品も以下で集合的または個別的にレンズと称することがある。

リソグラフィシステムは２つ以上の基板テーブルおよび／またはマスクテーブルを備えたタイプのものであってもよい。２つのテーブルを備えたものをデュアルステージタイプと称している。こうしたマルチステージツールでは付加的なテーブルが同時に使用されたり、１つまたは複数のテーブルに対して露光のための準備ステップが行われたりする。

リソグラフィシステムは基板が高い屈折率を有する液体（例えば水）に浸漬され、投影系の最後の素子と基板とのあいだの空間が充填されているタイプのものであってもよい。浸漬液はリソグラフィシステムの他の空間、例えばパターニングデバイスと投影系の第１の素子とのあいだに加えられることもある。浸漬技術は投影系の開口数を増大する技術において良く知られている。

さらにリソグラフィシステムは、液体と基板の放射を受ける部分とを相互作用させる液体処理セルを有するように構成されていてもよい。例えば選択的に化学物質が基板へ加えられたり、基板表面が変更されたりすることがある。

パターニングデバイス
本発明のパターニングデバイスは種々の環境で用いることができるが、上述したように以下ではリソグラフィシステムの環境に則して説明する。ただしこれは説明のための例にすぎない。

リソグラフィシステムは所望のパターンをオブジェクトのターゲット部分へ転写する装置である。リソグラフィシステムは例えばバイオテクノロジ環境でのオブジェクトのパターニングや、集積回路、フラットパネルディスプレイ、液晶マイクロ／ナノデバイス、またその他の微細構造を含むデバイスの製造に用いられる。集積回路を基礎とするリソグラフィ環境ではパターニングデバイスは集積回路またはデバイスの個々の層に回路パターンを形成するために用いられる。この回路パターンは放射感応性材料層（例えばレジスト）を含む基板（例えばシリコンウェハまたはガラスプレート）のターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイの一部）にイメージングされる。上述したように、マスクレスリソグラフィではマスクに代えてパターニングデバイスが回路パターンを形成する制御可能な個別の素子から成るアレイを含んでいてもよい。

一般に１つの基板が複数の隣接するターゲット部分を含んでおり、各ターゲット部分が順次に露光される。公知のリソグラフィシステムはステッパおよびスキャナを含み、パターンがビームにより所定の方向（スキャニング方向）へスキャニングされ、各ターゲット部分にパターン全体が露光されると１つずつ移動していく。ここで基板はスキャニング方向に対して平行または反平行にスキャニングされる。このコンセプトについて以下に詳述する。

図１には本発明のリソグラフィシステム１００が概略的に示されている。リソグラフィシステム１００は放射系１０２，パターニングデバイス１０４（例えば静的なデバイスまたは制御可能な個別の素子から成るアレイ），オブジェクトテーブル１０６（例えば基板テーブル）および投影系（例えばレンズ）１０８を含む。

放射系１０２は放射ビーム１１０を供給するために用いられる。この実施例ではこれは例えば放射源１１２を含む。

制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４（例えばプログラマブルミラーアレイ）はビーム１１０のパターニングに用いられる。有利な実施例では、制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４の位置は投影系１０８に対して固定である。ただし他の実施例では、制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４は投影系１０８に対して位置決めを行う図示しない位置決め装置に接続される。図示の実施例では、アレイの個々の素子は反射素子であり、反射アレイ１０４が形成されている。

オブジェクトテーブル１０６には詳細には図示されていないがオブジェクト１１４（例えばレジストコーティングされたシリコンウェハ、ガラス基板など）を支持するためのオブジェクトホルダが設けられている。有利な実施例では、基板テーブル１０６は基板１１４を投影系１０８に対して正確に位置決めするため、位置決め装置１１６に接続される。

投影系１０８（例えば石英および／またはＣａＦ_２のレンズ系またはこのような材料から成る屈折反射系またはミラー系）はビームスプリッタ１１８から受信されたパターニングビームを基板１１４のターゲット部分１２０（例えば１つまたは複数のダイ）へ投影するために用いられる。投影系１０８は制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４のイメージを基板１１４へ投影する。これに代えて、投影系１０８がシャッタとして機能するアレイの第２の光源のイメージを投影するように構成してもよい。また投影系１０８が第２の光源を形成するマイクロレンズアレイＭＬＡを含み、マイクロスポットを基板１１４へ投影するように構成してもよい。

光源１１２（例えばエキシマレーザーなど）により放射ビーム１２２が形成される。ビーム１２２は、直接にまたは調整装置１２６、例えばビームエキスパンダを介して照明系またはイルミネータ１２４へ供給される。イルミネータ１２４はアジャスタ１２８を含み、ビーム１２２の強度分布の外径および／または内径がセットされる。ビームの強度分布の外径および内径は通常それぞれσ外径およびσ内径と称される。さらにイルミネータ１２４は種々の他のコンポーネント、例えばインテグレータ１３０およびコンデンサ１３２を含む。このようにして制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４へ入射するビーム１１０は所望の均一性および所望の断面強度分布を有する。

有利な実施例では、光源１１２はリソグラフィシステム１００のケーシング内に存在する。例えばしばしば用いられるように光源１１２は水銀灯である。他の実施例では、光源１１２はリソグラフィシステム１００に対して懸隔して配置される。ここでは放射ビーム１２２は図示されていない適切な配向用のミラーを介してリソグラフィシステム１００へ配向される。またここでも光源１１２はしばしば用いられるようにエキシマレーザーであってよい。２つの実施例とも本発明の範囲内で充分良好に実施可能である。

ビーム１１０はビームスプリッタ１１８を介して配向され、制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４へ入射してこれと共同作用する。図示の実施例ではアレイ１０４によってビーム１１０は反射され、投影系１０８を透過して基板１１４のターゲット部分１２０へフォーカシングされる。

位置決め装置１１６およびビームスプリッタ１４０から干渉ビーム１３８を受信するベースプレート１３６上の付加的な干渉測定装置１３４を介して、基板テーブル１０６は正確にビーム光路内の種々のターゲット部分１２０まで運動される。

有利な実施例では、図示されていない位置決め装置が制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４に対して用いられ、アレイの位置がビーム１１０の光路に対して例えばスキャニング中に正確に補正される。

有利な実施例では、基板テーブル１０６の運動は図１には詳細に示されていないストロークの長い粗調整モジュールおよびストロークの短い微調整モジュールを介して実現される。同様の装置が制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４の位置決めの際にも用いられる。これに代えてまたはこれに加えて、基板テーブル１０６および／または制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４が固定位置を有する場合にはビーム１１０も運動可能であり、これにより要求される相対運動が実現される。

他の実施例では基板テーブル１０６は固定されており、基板１１４が基板テーブル１０６に対して運動可能に構成される。この場合、基板テーブル１０６の平坦な上表面に種々の大きさをとりうる開口が形成される。この開口へ供給された気体がガスクッションとなり、基板１１４を支持する。これを空気軸受とも称する。基板１１４は図示されていない１つまたは複数のアクチュエータを介して運動され、ビーム光路に対して正確に位置決めされる。別の実施例では、開口を通る気体の通過および停止を選択することにより、基板１１４は基板テーブル１０６上を運動される。

本発明のリソグラフィシステム１００は基板上のレジストを露光するためのものとして説明してきたが、もちろんこれに限定されず、レジストなしのリソグラフィでパターンビームの投影に用いられるものであってもよいし、他の分野のものであってもよい。

図示のリソグラフィシステム１００は次の４つのモードで使用される。
１．ステップモード
制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４上のパターン全体が１回の露光で、つまり“シングルフラッシュ”でターゲット部分１２０へ投影される。基板テーブル１０６はｘ方向および／またはｙ方向で種々のターゲット部分１２０の種々の位置へ運動される。これによりターゲット部分はパターンビーム１１０によって放射される。
２．スキャンモード
基本的にはステップモードと同様であるが、所定のターゲット部分が“シングルフラッシュ”では露光されない点が異なる。制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４は所定の方向つまりスキャニング方向（例えばｙ方向）へ速度ｖで運動され、パターンビーム１１０によってアレイ全体がスキャンされる。基板テーブル１０６は同時に同じ方向または反対方向へ速度Ｖ＝Ｍｖ［Ｍは投影系１０８の倍率］で運動される。こうして比較的大きなターゲット部分１２０が分解能の妥協なしに露光される。
３．パルスモード
制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４は基本的には定置され、パルス放射系１０２を用いてパターン全体が基板１１４のターゲット部分へ投影される。基板テーブル１０６はほぼ一定の速度で運動され、パターンビーム１１０は基板１１４を走査線ごとにスキャンする。制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４上のパターンは放射系１０２のパルス間で要求に応じて更新される。このパルスはターゲット部分が連続して基板１１４の要求された位置で露光されるようにタイミング制御される。こうしてパターンビーム１１０により基板１１４がスキャンされ、基板１１４のストリップ線路のパターンが完全に露光される。このプロセスは走査線ごとに基板が完全に露光されるまで反復される。
４．連続スキャンモード
基本的にはパルスモードと同様であるが、ほぼ一定の放射系１０２が使用され、制御可能な個別の素子から成るアレイ１０４上のパターンがパターンビーム１１０として更新され、基板１１４がスキャンされ、露光される点が異なる。

上述の各モードは使用の際に種々に組み合わせることも修正することもできる。

アライメント装置
図２，図３には本発明のアライメントおよびフォーカシング部２５０，３５０が示されている。アライメントおよびフォーカシング部２５０，３５０を使用することにより、例えば約１５０μｍ深さまでの表面層および中間層のアライメントパターンが検査され、後続のフィーチャパターンの形状に対してオブジェクトがアライメントされる。これについては後に詳述する。有利な実施例では、オブジェクトは赤外光を透過し可視光を反射する材料を含む。例えば、オブジェクトはケイ素材料または赤外光を透過する他の材料から成る半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ基板である。

アライメントおよびフォーカシング部２５０はアライメント装置２５２およびフォーカシング装置２５４を有する。フォーカシング装置２５４はオブジェクト２１４およびアライメント装置２５２に結合されている。有利な実施例では、フォーカシング装置２５４は光学系２５６を含む。別の実施例では、フォーカシング装置２５４は光学系２５６および位置決め装置２５８を含む。この場合には位置決め装置２５８はオブジェクト２１４およびアライメント装置２５２の一方または双方に結合され、光学系２５６に対して相対的に運動する。つまりオブジェクト２１４およびアライメント装置２５２の一方または双方は光学系２５６に接近または乖離する。これは可視光および赤外光のコフォーカシングの微調整のために行われるが、これについては後に詳述する。

有利な実施例では、オブジェクト２１４は支持体層２６０および１つまたは複数の層２６２（例えば表面層および中間層）を含む。これらの層はアライメントパターン２６４の領域およびフィーチャパターン２６６の領域を含む。別の実施例ではアライメントパターンはオブジェクト２１４の裏面に配置される。

図３によれば、アライメントおよびフォーカシング部３５０のアライメント装置２５２は１つまたは複数の可視光源３７０、１つまたは複数の赤外光源３７２および１つまたは複数の検出器３７４を有する。各検出器は可視光および赤外光の双方を検出する。例えば、検出器３７４は１つまたは複数のカメラ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどである。相関する複数の光源３７０，３７２および検出器３７４を設けてもよいし、１つの検出器に対して複数の光源、または１つずつの光源に対して複数の検出器を設けてもよい。上述したように、赤外光が透過または反射されるかぎり光源はオブジェクト２１４の前方または後方のいずれに配置してもよい。本発明の範囲内でその他の変更も可能である。

図３の実施例では、オブジェクト２１４は表面層２６２Ａおよび中間層２６２Ｂを含む。それぞれの層２６２Ａ，２６２Ｂは１つまたは複数のアライメントパターン２６４Ａ，２６４Ｂおよびフィーチャパターン２６６を含む。

有利な実施例では、１つまたは複数の可視光源３７０からの可視光３７６は表面層２６２Ａの１つまたは複数のアライメントパターン２６４Ａで反射され、１つまたは複数の赤外光源３７２からの赤外光３７８は中間層２６２Ｂまたはオブジェクト２１４の裏側のアライメントパターン２６４Ｂを透過する。光学系２５６は反射された可視光３７６と透過された赤外光３７８とをそれぞれ検出器３７４へコフォーカシングする。各検出器３７４は検出された可視光および赤外光から測定信号を形成する。検出器３７４で形成された測定信号は後続のフィーチャパターン形状に対するオブジェクトのアライメントに用いられる。

有利な実施例では、位置決め装置２５８はコフォーカシング、さらなる位置調整、可視光３７６および／または赤外光３７８についての焦点位置または光学系２５６と検出器３７４とのあいだの焦点距離の調整に用いられる。これにより２つの光の波長は所望の許容差の範囲内で検出器３７４へコフォーカシングされる。

したがって、アライメントおよびフォーカシング部３５０では、アライメントパターン２６４Ａ，２６４Ｂが２つの層２６２Ａ，２６２Ｂ内でのフィーチャパターンの位置を求めるために使用される。2回の検出動作のために、従来のデバイスのようにオブジェクトの表面層のアライメントパターンのみを検出する場合と比べて、アライメント精度が増大する。

本発明の適用される環境の例として、ASML社（Veldhoven, Netherland）のMicralignリソグラフィツールが挙げられる。Micralignリソグラフィツールの特性は米国特許第４０６８９４７号明細書、米国特許４６５０３１５号明細書、米国特許第４７１１５３５号明細書、米国特許第４７４７６７８号明細書に記載されており、これらの明細書の内容も本発明に関連する。

図４，図５には本発明の光学系２５６で相互に組み合わせて用いられる２つの光学デバイス４５６，５５６が示されている。

図４によれば、光学デバイス４５６は第１のレンズ４８０、第２のレンズ４８２および第３のレンズ４８４を有する。３つ組レンズを設ける設計により、可視光および赤外光の波長を同じ平面へフォーカシングする光学的規定が得られる。

有利な実施例ではレンズ４８０，４８２，４８４は次のような特性を有する。このレンズは所望の許容差に依存してほぼ前述のパラメータを有する。
第１のレンズ４８０：Ｒ１＝−６４〜−６５ｍｍ，Ｒ２＝−７１〜−７２ｍｍ，厚さ１．５〜１．６ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＳＦ１０（Ｓｃｈｏｔｔ）
第２のレンズ４８２：Ｒ１＝−７１〜−７２ｍｍ，Ｒ２＝１５〜１６ｍｍ，厚さ１〜２ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＳＫ３（Ｓｃｈｏｔｔ）
第３のレンズ４８４：Ｒ１＝１５〜１６ｍｍ，Ｒ２＝−３５〜−３６ｍｍ，厚さ１０〜１１ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＫ５１（Ｓｃｈｏｔｔ）
別の実施例ではレンズ４８０，４８２，４８４は次のような特性を有する。このレンズは所望の許容差に依存してほぼ前述のパラメータを有する。
第１のレンズ：Ｒ１＝−６４．７９５ｍｍ，Ｒ２＝−７１．１２０ｍｍ，厚さ１．５１８ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＳＦ１０（Ｓｃｈｏｔｔ）
第２のレンズ：Ｒ１＝−７１．１２０ｍｍ，Ｒ２＝１５．４６９ｍｍ，厚さ１．５ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＳＫ３（Ｓｃｈｏｔｔ）
第３のレンズ：Ｒ１＝１５．４６９ｍｍ，Ｒ２＝−３５．３８２ｍｍ，厚さ１０．０８３ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＫ５１（Ｓｃｈｏｔｔ）
図５によれば、光学デバイス５５６は第１のレンズ５８６および第２のレンズ５８８を有する。２つ組レンズを設ける設計により、可視光および赤外光の波長を同じ平面へフォーカシングする光学的規定が得られる。

有利な実施例ではレンズ５８６，５８８は次のような特性を有する。このレンズは所望の許容差に依存してほぼ前述のパラメータを有する。
第１のレンズ５８６：Ｒ１＝−２６〜−２７ｍｍ，Ｒ２＝無限，厚さ３ｍｍ，径１２〜１３ｍｍ，ガラスタイプＢＫ７（Ｓｃｈｏｔｔ）
第２のレンズ５８８：Ｒ１＝無限，Ｒ２＝−５９〜−６０ｍｍ，厚さ５ｍｍ，径１２〜１３ｍｍ，ガラスタイプＦ２（Ｓｃｈｏｔｔ）
別の実施例ではレンズ５８６，５８８は次のような特性を有する。このレンズは所望の許容差に依存してほぼ前述のパラメータを有する。
第１のレンズ５８６：Ｒ１＝−２６．６９７ｍｍ，Ｒ２＝無限，厚さ３ｍｍ，径１２．７ｍｍ，ガラスタイプＢＫ７（Ｓｃｈｏｔｔ）
第２のレンズ５８８：Ｒ１＝無限，Ｒ２＝−５９．０３ｍｍ，厚さ５ｍｍ，径１２．７ｍｍ，ガラスタイプＦ２（Ｓｃｈｏｔｔ）
光路
図６には本発明のリソグラフィシステムの光学装置６８０が示されている。例えば光学装置６８０はリソグラフィシステム１００内に設けられている。図７には本発明の光学装置６８０の光学系６８２が示されている。

図６では、可視光について、この可視光が広帯域の光源６７０で発生され、基板６１４のアライメントマーク６６４へ配向される様子が示されている。アライメントマーク６６４からの反射は光学系６８６、例えばフォールディングミラーなどを介して検出器６７４へ配向される。これに代えてまたはこれに加えて、他の光学系５５６、例えばバロウレンズを光学系６８６と検出器６７４とのあいだに配置してもよい。

図６にはさらに、赤外光について、この赤外光が光源６７２で発生され、例えばフィルタ、光学系６８２、例えば赤外光学系、導波体または光ファイバデバイス６８８を介して配向される様子が示されている。光学系６８２からの赤外光はアライメントマーク６６４で反射され、光学系６８２へ戻って受信される。受信された反射赤外光は光学系６８２から対物レンズ６８０およびＦストップ／アパーチャ６９２を介してフォールディングミラー６９４へ配向される。複数のフォールディングミラー６９４が使用される実施例もある。フォールディングミラー６９４で反射が生じると、赤外光はフィールドスプリティング光学系、例えばフィールドスプリティングプリズム６９６で受信される。赤外光はフィールドスプリティングプリズム６９６から反射光学デバイス６９８と反射光学系６８６に対して異なる増倍能を備えた第１のレンズおよび第２のレンズを有する光学系４５６とを介して伝搬する。必要な倍率に応じて、光が唯一のレンズを通過するように構成してもよい。その場合には光は反射光学系６８６へ伝搬される。赤外光は反射光学系６８６から例えば光学系６８７内の検出器６７４へ配向される。

図７には光学系６８２の実施例が示されている。この実施例では、光学系６８２はビームスプリッタ６８３，ブロッキングデバイス６８５、アニュラミラー６８７およびフォーカシング光学系６８９，例えばフォーカシングレンズを含む。ブロッキングデバイス６８５は少なくとも赤外光に対して透明な周辺部６８５Ａと不透明な中央部６８５Ｂとを有している。光導波体６８８からの赤外光はビームスプリッタ６８３で反射され、ブロッキングデバイス６８５の透明な周辺部６８５Ａを通過してアニュラミラー６８７で反射される。その後、赤外光はブロッキングデバイス６８５の透明な周辺部６８５Ａとビームスプリッタ６８３とを再び通過し、基板６１４のアライメント領域６６４へフォーカシングされる。アライメント領域６６４での反射後、赤外光はビームスプリッタ６８３で反射され、上述のように光学系６８２から検出器６７４へ伝搬する。

動作
図８には本発明の方法７００のフローチャートが示されている。この実施例では、方法７００は上述の１つまたは複数の装置および／またはシステムを使用している。ステップ７０２では少なくとも可視光と赤外光とが形成される。ステップ７０４で可視光はオブジェクトの表面層の第１のアライメントパターンで反射される。ステップ７０６では反射された可視光が検出器へフォーカシングされる。ステップ７０８では赤外光がオブジェクトの表面層下方の第２層の第２のアライメントパターンを透過する。ステップ７１０では透過された赤外光が検出器へフォーカシングされる。ステップ７１２では検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づいてアライメント信号が形成される。ステップ７１４では形成されたアライメント信号に基づいて後続のフィーチャパターン部分が受信されるようにオブジェクトがアライメントされる。

アライメントパターンの測定
上述した本発明の実施例では、赤外光または近赤外光による埋め込まれたウェハターゲットの検出も可視光によるアライニングマスクターゲットの検出も１つのカメラを用いてほぼ同時にまたは個別に可能である。別の実施例としてこれを２つの別個のカメラを用いて行ってもよい。ただしこの場合には付加的な光学素子が必要となる。

第１の実施例では、これは観察光路上の特定の光学素子（例えば光学素子４５６）の半径を変更して光学特性を変化させることにより実現される。可視光および近赤外光の波長でのターゲットイメージは同じ焦点位置または焦点深度の許容範囲内で得られる。

第２の実施例では、これは基板を支持するチャックをＺ方向へ運動させることにより実現される。アライメントすべき埋め込まれたターゲットはまず赤外光でのカメラの焦点平面へ移動される。これによりイメージの位置情報が取得され、当該分野の技術者には明らかなように、メモリに記憶される。その後システムはチャックを通常位置へ戻し、メモリに記憶されているＸ−Ｙ位置に基づいて基板平面の上部に投影されたアライニングマスクイメージがカメラの焦点位置へ来るように調整する。次のステップでは、微調整装置が記録された２つのイメージ間のオフセット量を求め、必要なアライメント命令を定める。これによりほぼ観察光学系の光学的修正が省略される。ただしここではチャックのＺ方向での運動の修正を制御する制御装置が必要となる。

第２の実施例では、付加的なパラメータさえ考慮に入れれば赤外光のアライメントが光学装置の変更なしに可能である。アライメントシーケンスの完了までには基板およびターゲットパターン位置データを収集する２つの個別のステップが要求される。各基板について２回ずつチャックを運動させなければならないので、アライメントにかかる全時間は第１の実施例に比べて格段に大きくなる。基板はＸ，Ｙ，Ｚ方向でのリソグラフィにおける最良の焦点に設定されたチャックに取り付けられ、つねにその位置から運動されるので、最適なリソグラフィのために最良の焦点位置の維持または再現が保証されることが重要である。

第３の実施例は、電子制御された状態でカメラがＺ方向へ運動されることにより、同じ２つのステップが行われる。アライメントのために、埋め込まれた基板のターゲットが赤外光の波長の焦点へ、アライメントパターンのターゲットが可視光の波長の焦点へいちどに移動される。この実施例では第２の実施例における焦点の再現性の限界が回避されるが、ウェハごとのアライメント時間がより多くかかる。

むすび
本発明を幾つかの実施例に則して説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。当該分野の技術者であれば本発明の範囲から離れることなくこれらに種々の修正を加えることができる。したがって本発明の範囲は上述の実施例によってではなく、特許請求の範囲およびこれと等価の特徴によって規定される。

発明の詳細な説明、図および要約は特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明を理解する助けとされたい。これらの箇所には本発明の実施例のごく一部しか記載されていないが、本発明は付加的および／または代替的な実施例を許容するものである。

本発明のリソグラフィシステムを示す図である。 本発明のアライメント装置の第１の実施例を示す図である。 本発明のアライメント装置の第２の実施例を示す図である。 本発明のアライメント装置で使用される２つの光学デバイスの組み合わせの第１の実施例を示す図である。 本発明のアライメント装置で使用される２つの光学デバイスの組み合わせの第２の実施例を示す図である。 本発明の光学デバイスを示す図である。 本発明の光学デバイスのＩＲ部を示す図である。 本発明の方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ リソグラフィシステム、 １０２，１１２ 放射系、 １０４ パターニングデバイス、 １０６ 基板テーブル、 １０８ 投影系（レンズ）、 １１０，１２２ ビーム、 １１４ 基板、 １１６ 位置決め装置、 １１８，１４０ ビームスプリッタ、 １２０ ターゲット部分、 １２４ イルミネータ、 １２６，１２８ 調整装置、 １３０ インテグレータ、 １３２ コンデンサ、 １３４ 測定装置、 １３６ ベースプレート、 １３８ 干渉ビーム

Claims (18)

1. アライメント装置、オブジェクトおよびフォーカシング装置を有しており、
   前記アライメント装置は少なくとも可視光および赤外光を形成する照明部と検出器とを有しており、
   前記オブジェクトは表面層、第２層および支持体層を有しており、該表面層は第１のフィーチャパターンおよび第１のアライメントパターンを含み、該第２層は表面層と支持体層とのあいだに配置され、少なくとも１つの第２層および支持体層が第２のフィーチャパターンおよび第２のアライメントパターンを含み、
   前記フォーカシング装置により第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンへ入射した後の可視光および赤外光が検出器へコフォーカシングされ、
   検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づき、後続のフィーチャパターンに対してオブジェクトがアライメントされる
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記フォーカシング装置はオブジェクトと検出器とのあいだに光学系を有しており、該光学系は可視光および赤外光の双方を検出器へコフォーカシングする、請求項１記載のシステム。
3. 前記フォーカシング装置は測定値に相応にアライメント装置から信号を受け取る位置決め装置を有しており、該位置決め装置は、測定値に基づいて、可視光および赤外光の双方が検出器へコフォーカシングされるように少なくとも１つのオブジェクトおよび検出器を光学系に対して運動させる、請求項２記載のシステム。
4. 前記光学系は少なくとも第１のレンズ、第２のレンズおよび第３のレンズを含む光学素子を有する、請求項２記載のシステム。
5. 前記第１のレンズはＲ１＝−６４〜−６５ｍｍ，Ｒ２＝−７１〜−７２ｍｍ，厚さ１．５〜１．６ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＳＦ１０（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第２のレンズはＲ１＝−７１〜−７２ｍｍ，Ｒ２＝１５〜１６ｍｍ，厚さ１〜２ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＳＫ３（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第３のレンズはＲ１＝１５〜１６ｍｍ，Ｒ２＝−３５〜−３６ｍｍ，厚さ１０〜１１ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＫ５１（Ｓｃｈｏｔｔ）である、請求項４記載のシステム。
6. 前記第１のレンズはＲ１＝−６４．７９５ｍｍ，Ｒ２＝−７１．１２０ｍｍ，厚さ１．５１８ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＳＦ１０（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第２のレンズはＲ１＝−７１．１２０ｍｍ，Ｒ２＝１５．４６９ｍｍ，厚さ１．５ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＳＫ３（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第３のレンズはＲ１＝１５．４６９ｍｍ，Ｒ２＝−３５．３８２ｍｍ，厚さ１０．０８３ｍｍ，径２２．０ｍｍ，ガラスタイプＮ‐ＰＫ５１（Ｓｃｈｏｔｔ）である、請求項５記載のシステム。
7. 前記光学系は少なくとも第１のレンズおよび第２のレンズを含む光学素子を有する、請求項２記載のシステム。
8. 前記第１のレンズはＲ１＝−２６〜−２７ｍｍ，Ｒ２＝無限，厚さ３ｍｍ，径１２〜１３ｍｍ，ガラスタイプＢＫ７（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第２のレンズはＲ１＝無限，Ｒ２＝−５９〜−６０ｍｍ，厚さ５ｍｍ，径１２〜１３ｍｍ，ガラスタイプＦ２（Ｓｃｈｏｔｔ）である、請求項７記載のシステム。
9. 前記第１のレンズはＲ１＝−２６．６９７ｍｍ，Ｒ２＝無限，厚さ３ｍｍ，径１２．７ｍｍ，ガラスタイプＢＫ７（Ｓｃｈｏｔｔ）であり、前記第２のレンズはＲ１＝無限，Ｒ２＝−５９．０３ｍｍ，厚さ５ｍｍ，径１２．７ｍｍ，ガラスタイプＦ２（Ｓｃｈｏｔｔ）である、請求項８記載のシステム。
10. 前記可視光は第１のアライメントパターンの位置を検出するために用いられ、前記赤外光は第２のアライメントパターンの位置を検出するために用いられる、請求項１記載のシステム。
11. 可視光は第１のアライメントパターンで反射されてからフォーカシング装置により検出器へフォーカシングされ、赤外光は第２のアライメントパターンを透過してからフォーカシング装置により検出器へフォーカシングされる、請求項１記載のシステム。
12. 前記赤外光はオブジェクトの第１の側で形成され、前記可視光は該第１の側の反対の第２の側で形成される、請求項１記載のシステム。
13. （ａ）少なくとも可視光と赤外光とを形成し、
    （ｂ）可視光をオブジェクトの表面層の第１のアライメントパターンへ入射させ、
    （ｃ）入射した可視光を検出器へフォーカシングし、
    （ｄ）赤外光をオブジェクトの表面層下方の第２層の第２のアライメントパターンへ入射させ、
    （ｅ）入射した赤外光を検出器へフォーカシングし、
    （ｆ）検出された第１のアライメントパターンおよび第２のアライメントパターンに基づいてアライメント信号を形成し、
    （ｇ）ステップ（ｆ）に基づきフィーチャパターンの後続部分に対してオブジェクトをアライメントする
    ことを特徴とする方法。
14. 前記可視光および前記赤外光をほぼ同時に検出器へフォーカシングする、請求項１３記載の方法。
15. 前記可視光を前記第１のアライメントパターンで反射させてから検出器へフォーカシングし、前記赤外光を前記第２のアライメントパターンを透過させてから検出器へフォーカシングする、請求項１３記載の方法。
16. 前記赤外光をオブジェクトの第１の側で形成し、前記可視光を該第１の側の反対の第２の側で形成する、請求項１３記載の方法。
17. 請求項１３記載の方法を用いて形成することを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
18. 請求項１３記載の方法を用いて形成することを特徴とする集積回路。