JP2007142419A - アライメントマークとしての２元正弦サブ波長回折格子 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメントデバイスに２次元フォトニック結晶を応用すること。
【解決手段】本発明は基板上で使用するためのアライメントマークに関し、そのアライメントマークは周期的な２次元アレイの構造から成り、この構造の間隔はアライメント放射ビームよりも小さいが、露光ビームよりも大きく、さらにその構造の幅はアレイの一端から他端に正弦的に変化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アライメント方法および基板等に関し、詳細にはリソグラフィ装置で使用するための方法および基板等に関する。

リソグラフィ装置は、基板上に、通常はこの基板の標的部分上に所望のパターンを描画する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用可能である。その場合には、パターン形成装置（マスクまたはレチクルとも呼ばれる）を使用してＩＣの個々の層の上に形成すべき回路を創出することができる。このパターンは、基板（例えば、シリコン・ウェハ）上の標的部分（例えば、ダイの一部、１個のダイ、または数個のダイを含む）の上に転写され得る。パターンの転写は、典型的には基板上に塗布された放射感応材料（レジスト）層の上に描画することによる。一般に、単一の基板が、連続的にパターン形成される隣接部分のネットワーク構造を含む。知られたリソグラフィ装置は、パターン全体を１回で標的部分の上へ露光することによって標的部分がそれぞれに照射される、いわゆるステッパと、放射ビームによってパターンを所与の方向（「走査」方向）へ走査し、他方では同時にこの方向に平行または反平行に基板を走査することによって標的部分がそれぞれに照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上へインプリントすることによって、パターンをパターン形成装置から基板に転写することも可能である。

厚み全体に亘ってパターンを有する多層構造を構築するために、パターンは基板上の幾つかの連続レジスト層の上へ転写される。したがって、確実に所与の任意の層中のパターンが先行層の中のパターンと厳密にアライメントされることが重要である。連続的にパターン形成された層をアライメントする方法は、層中にアライメントマークを有することによるものであり、これらのアライメントマークは、パターンを描画するために露光ビームが投影される前に、投影系によって投影されるアライメント放射ビームによって検出される。露光されるパターンのために基板上に可能な限り大きなスペースを残すために、アライメントマークは、けがき線レーン（scribe lanes）の中に位置決めされるが、それは、例えば、基板が個々のＩＣに分割するために切り取られる基板の一部である。アライメントマークは、従来では、（幾つかのまたはすべての層の中で）絶縁領域と交互に積み重なった銅領域の形態とされていた。

リソグラフィ技術が進歩し、より微細なパターン・ラインが可能になるにつれて、能動構成要素（例えば、ＩＣ中のメモリ・セル）の数および密度が増大する。けがき線レーン中のアライメントマークの中に相対的に大きな銅領域を用いることは、けがき線レーンのサイズを小さくすることが難しく、そのため基板スペースの非効率的な使用が避けられないことを意味する。したがって、けがき線レーンは、アライメントマークおよび／またはテスト構造用ではなく能動的で有用なデバイス用にもっと効率的に使用することもできる基板上のスペースを浪費する。現状の技術水準で使用されるアライメントマークは大きな（すなわち、典型的なデバイス寸法に較べて大きな）構造を含む。処理上の理由から、アライメントマークは、アライメント精度を保証するためにデバイス／製品の寸法に近似すべきである。したがって、小区分（sub-segmentation）がマーク内部の大きな領域（例えば、図２の構造１０）に追加される。小区分の典型的な寸法は、アライメント放射ビームの波長付近かまたはそれよりも大きくなり得る。これは、領域１０をアライメント放射ビームの波長に対して透過性にする恐れがあり（すなわち、アライメント放射ビームがその構造を感知できないように）、したがってアライメントには使用されない。

知られたアライメントシステムは、別のアライメントユニットによって照射され、基板上で回折格子の形態を有するマークに入射するアライメント放射ビームを用いる。回折格子は、アライメント放射ビームを回折格子の垂線に対して様々な角度を成して延びる幾つものサブビームに回折する。該別個のサブビームは、アライメントユニットのレンズによって平面内の様々な位置に向けられる。この平面には、異なるサブビームをさらに分割するための手段が設けられ得る。レンズ系も使用して、最終的に様々なサブビームを基準プレート上に結像してマークの画像を創出する。この基準プレートには、基準マークを設けることが可能であり、放射感応検出器を基準マークの背後に配置することができる。検出器の出力信号は、基板マークの画像と基準マークの画像との重なり度合いに依存する。このような様態で、基板上のマークがアライメントユニット中の基準マークとアライメントされる程度が測定可能でありかつ最適化可能である。検出器は、様々な次数における強度およびアライメントされた位置を測定するための別体の個々の検出器を含み得る。アライメントを完了するために、アライメントユニット中の基準は、第２の基準マーク、例えば、アライメントユニットを有する基板テーブルに設けられたマークにアライメントされねばならない。次いで、この第２の基準マークは露光光を使用してマスク中のマークにアライメントされ得る。

別のアライメントシステムは、投影系を介してアライメント放射ビームを基板上に設けられたマークの上に直接誘導する直接軸上アライメントシステムである。このようなビームは、基板上のマークによって様々なサブビームに回折され、投影系の中へ反射される。回折されたサブビームは、投影系を横切った後、マスクに設けられた基準アライメントマークの上に焦点合わせされる。サブビームによって形成された基板マークの画像は、マスク中の基準マークの上に結像され得る。このようにして、基板上のマークとマスク中の基準マークとのアライメントの度合いが測定および最適化可能である。これは、マスク中のマークを横切るアライメント放射ビームを検出するように構成および配置された放射感応検出器の用いることによって行われ得る。

これらの２つの種類のアライメントの説明は、参照により本明細書に組み込まれる欧州特許第１２６０８７０号明細書に見いだすことができる。

既存のアライメントマークは、基板上に結像された特徴形体（features）よりも実質的に大きな規模で形成される。例えば、ボックス・イン・ボックス型のマークは１０μｍ以上のサイズを有し得るが、他方で基板上に描画された特徴形体の最小寸法は０．１μｍであり得る。したがって、アライメントマークが基板上に投影されると、マスク・パターン中のアライメントマークによって回折された光は、パターン形成された特徴形体によって回折された光とは異なる経路に沿って投影光学素子を通過する。したがって、アライメントマークの画像はマスクの特徴形体の画像とは異なる収差を蒙ることになり、よってアライメントマーク中の位置誤差はパターン形成された特徴形体中の位置誤差とは同じではあり得ない。これは重ね合わせ誤差の測定可能精度に対する限界となる。この問題に対して、欧州特許第０９９７７８２号明細書は、アライメントマークが、回路パターンと同様のライン、幅、および間隔を有する回折格子として形成される解決策を提案する。アライメントは基板上のアライメントマークのテレビカメラ画像を使用して実行される。しかし、この欧州特許第０９９７７８２号明細書に提案されたアライメントマークは、隣接ラインのパターンと同じ位置誤差を示すのであり、他の種類のパターンに関する重ね合わせ誤差の測定における精度を高めるものではない。さらには、このアライメントマークには、その位置を測定するための追加的な装置が必要であり、既存のアライメントシステムとの互換性がない。

他の解決策が欧州特許第１２６０８６９号明細書に提案されているが、それは基板の上に位置する実質的に透過性のプロセス層の中にアライメントマークを設けた基板を開示し、該マークは、アライメント放射ビームの放射を反射するための少なくとも１つの相対的に高い反射率領域と、アライメント放射ビームの放射をより少なく反射するための相対的に低い反射率領域とを含み、高い反射率領域は第１および第２の方向に分割され、両方向は、互いに実質的に垂直であり、これにより、高い反射率領域が主に長方形区分を含む。

アライメントマークの相対的に高い反射率領域を長方形の小区分に分割することによって、マークは、投影レンズの瞳面内においてマスク・パターン中の構造と同様の位置へ光を回折するように配置可能である。したがって、ウェハ上に投影されたアライメントマークの画像はマスク・パターンの構造の画像と同じ収差を蒙ることになり、よって基板上のマークの位置はパターン形成された特徴形体の位置によって表される。高い反射率領域のそれぞれの部分は２つの方向へ長方形部分に分割されるので、マーク全体が同じ収差を蒙る。

しかし、一般的に言えば、回折された放射の強度は数多くの次数に亘って分布され、必ずしもすべての回折次数がアライメントに使用されるわけではない。照明波長よりも大きい特徴形体サイズを有する小区分を使用することは、数多くの回折次数が創出されるので、入射光の一部が望ましくないより高い次数へ回折されることを意味する。これらのより高い次数の１つの強度を最適化することは、１次の強度を低下させることを意味する。１次はウェハの粗動アライメントに使用される。１次の低い信号強度は、大きなアライメント位置誤差をもたらす恐れがある。

これは、アライメント波長によるアライメントで使用される回折次数ではウェハの品質不良を招く。さらには、アライメントマークまたは回折格子はウェハ上の別々の位置に配置されるが、これは、それらの異なる環境および異なる位相深さによって、回折された信号が影響を受けることになる。これは、数十ミクロン程度の周期を有する小分割マーク上では大きな誤差である８ミクロンに達する信号のずれを招くことがわかっている。

これらの種類のマークの他の欠点は、それらがアライメント前に別々にそれぞれ走査されねばならないことである。これにより、ウェハの処理量が低下する。
欧州特許第１２６０８７０号明細書 欧州特許第０９９７７８２号明細書 欧州特許第１２６０８６９号明細書 エム コリション（Ｍ．Ｃｏｌｌｉｓｃｈｏｎ）ら著，「最適化された人工屈折率回折格子（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｄｅｘ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）」，赤外線物理学技術、第３５巻，１９９５年，ｐ．９１５−９２１ ラランヌ（Ｌａｌａｎｎｅ）およびモーリス（Ｍｏｒｒｉｓ）著，「可視光に関するシリコン・サブ波長周期構造の反射防止挙動（Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ）」，ナノテクノロジー（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），第８巻，１９９７年，ｐ．５３−５６

基板上のスペースをより効率的に使用できるばかりでなく、アライメント処理前に素早く創出可能であり、しかもアライメント処理中に効率的に使用可能であるアライメントマークを基板上に創出することが望ましい。アライメント用に使用される１次回折次数のような有用な次数にある回折放射の強度を最適化することも望ましい。

本発明の態様によれば、周期的なアレイの構造を含むアライメントマークを表面上に設けた基板が提供され、
周期的なアレイは第１および第２の端部を有し、
周期的なアレイの構造は、アライメント放射ビームの波長よりも小さい距離だけ離間され、
周期的なアレイの構造の幅は、周期内の局所位相（有効屈折率に比例する）が周期的なアレイの第１の端部から第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する。

本発明の第２の態様によれば、アライメントマークを露光するためのパターンを含むマスクが提供され、そのアライメントマークは周期的なアレイの構造を含み、
周期的なアレイは、第１および第２の端部を有し、
周期的なアレイの構造は、アライメント放射ビームの波長よりも小さい距離だけ離間され、
周期的なアレイの構造の幅は、周期内の局所位相（有効屈折率に比例する）が周期的なアレイの第１の端部から第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する。

本発明の他の態様によれば、基板上のパターンのアライメントを検査する検査方法が提供され、
周期的かつ正弦的なアレイの反射構造を基板上に設けるステップと、
その反射構造間の距離よりも大きな波長を含むアライメント放射ビームによって周期的かつ正弦的なアレイを照明するステップと、
反射されたアライメント放射ビームを検出するステップと、
その反射されたアライメント放射ビームの特性から、周期的かつ正弦的なアレイがパターンとアライメントされているか否かを決定するステップと、を含む。

本発明のさらに他の態様によれば、アライメントマークを基板上に創出する方法が提供され、
周期的なアレイの構造を含む層を基板上に堆積するステップを含み、
周期的なアレイは、屈折率の周期的な変化を有し、
周期的なアレイの構造間の間隔は、所期のアライメント放射ビームの波長よりも小さく、
周期的なアレイの構造の幅は、局所位相（有効屈折率に比例する）が周期的なアレイの第１の端部から他方の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する。

本発明の最後の態様によれば、パターン形成された放射ビームを基板上に投影するステップを含むデバイス製造方法が提供され、
その基板は周期的なアレイの構造から作製されたアライメントマークを含み、
周期的なアレイの構造間の距離は、アライメント放射ビームの波長よりも小さく（しかし、パターン形成されたビームの波長よりも大きく）、
隣接する周期的なアレイの構造の幅は、周期内の局所位相（有効屈折率に比例する）が周期的なアレイの第１の端部から第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する。

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的な図面を参照して、例示としてのみ本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す。本装置は、
− 放射ビームＢ（例えば、ＵＶ（紫外）放射または可視光放射）を調整するように構成された照明系（照明器）ＩＬ、
− パターン形成装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように作製され、かつ幾つかのパラメータに従ってパターン形成装置を精確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに連結されている支持体構造（例えば、マスク・テーブル）ＭＴ、
− 基板（例えば、レジスト塗布ウェハ）Ｗを保持するように作製され、かつ幾つかのパラメータに従って基板を精確に位置決めするように構成された第２の位置決め手段ＰＷに連結されている基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴ、および
− 放射ビームＢに付与されたパターンをパターン形成装置ＭＡによって基板Ｗの標的部分Ｃ（例えば、１個または複数のダイを含む）の上に投影するように構成された投影系（例えば、屈折投影レンズ系）ＰＳを具備する。

照明系は、放射を誘導し、整形し、または制御する様々な種類の光学素子、例えば、屈折性、反射性、磁性、電磁性、静電性、もしくは他の種類の光学素子、またはその組合せを含み得る。

支持体構造は、パターン形成装置を支持する（すなわち、その重量を支える）。それは、パターン形成装置の配向、リソグラフィ装置の設計、および他の条件（例えば、パターン形成装置が真空環境中で保持されているか否か）に依存した方法でパターン形成装置を保持する。支持体構造は、パターン形成装置を保持するために機械式、真空式、静電式、または他の固締技法を使用することができる。支持体構造は、例えば、必要に応じて固定式または可動式であり得るフレームもしくはテーブルでよい。この支持体構造は、例えば、投影系に対してパターン形成装置を望ましい位置に確保することができる。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語の使用はいずれも、より一般的な用語「パターン形成装置」と同義であるとみなし得る。

本明細書で使用する「パターン形成装置」という用語は、基板の標的部分中にパターンを創出するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用可能な任意の装置を指すものと広義に解釈されるべきである。放射ビームに付与されたパターンは、基板の標的部分中の所望のパターンに厳密に対応しない場合（例えば、パターンが位相シフト特性またはいわゆる補助特性を含む場合）もあることにも留意されるべきである。一般には、放射ビームに付与されたパターンは、標的部分中に創出されているデバイス中の特定の機能層（集積回路のような）に対応することになる。

パターン形成装置は透過型または反射型であり得る。パターン形成装置の実施例には、マスク、プログラマブル・ミラー・アレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィではよく知られており、バイナリ・マスク、レベンソン型位相シフト・マスク、およびハーフ・トーン型位相シフト・マスクなどの種類ばかりでなく、様々な複合マスクの種類も含む。プログラマブル・ミラー・アレイの一実施例は微小ミラーのマトリックス配置を用いるが、これらのミラーのそれぞれが、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動可能である。傾動されたミラーは、ミラー・マトリックスによって反射される放射ビーム中にパターンを付与する。

本明細書で使用する「投影系」という用語は、屈折性、反射性、反射屈折性、磁性、電磁性、および静電性の光学系、またはその任意の組合せを含めて、使用されている露光放射に適切な、または浸液（immersion liquid）の使用もしくは真空の使用などのような他の要素に適切な任意の種類の投影系を包含するものと広義に解釈されるべきである。本明細書の「投影レンズ」という用語の使用はいずれも、より一般的な「投影系」という用語と同義であるとみなし得る。

ここで図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・アレイを用いるか、または反射型マスクを用いる。）。

リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または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」機器では、追加的なテーブルを並行して使用可能である。すなわち、１つまたは複数のテーブルが露光用に使用されている間に、１つまたは複数の他のテーブルの上で予備段階が実行可能である。

リソグラフィ装置はまた、投影系と基板との間の空間を充填するために、基板の少なくとも一部を相対的に大きな屈折率を有する液体（例えば、水）によって覆う種類であり得る。浸液は、リソグラフィ装置内の他の空間、例えば、マスクと投影系との間に用いることも可能である。液浸技法は、投影系の開口数を増やすために当業ではよく知られている。本明細書で使用する「液浸」（immersion）という用語は、基板のような構造を液体の中に浸漬しなければならないことを意味するのではなく、液体が露光時に投影系と基板との間に存在することを意味するにすぎない。

図１を参照すると、照明器ＩＬは放射ビームを放射線源ＳＯから受け取る。この放射線源およびリソグラフィ装置は、例えば、放射線源がエキシマ・レーザであるときは別個の物であり得る。このような場合には、放射線源はリソグラフィ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、適切な誘導ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出系ＢＤの補助によって、放射線源ＳＯから照明器ＩＬに送られる。他の場合には、例えば、放射線源が水銀灯であるとき、放射線源はリソグラフィ装置の一体部分であり得る。ビーム送出系ＢＤ（必要であれば）と併せて、放射線源ＳＯおよび照明器ＩＬを放射系と呼ぶことができる。

照明器ＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するための調整器ＡＤを備え得る。一般には、照明器の瞳面内における強度分布の少なくとも外部および／または内部半径領域（通常、それぞれσ−アウターおよびσ−インナーと呼ぶ）を調整することができる。さらには、照明器ＩＬは、積分器ＩＮおよび集光器ＣＯなどの様々な他の構成要素を備え得る。照明器を使用して放射ビームを調整し、その断面に所望の均一性および強度分布を与えることができる。

放射ビームＢは、支持体構造（例えば、マスク・テーブルＭＴ）上で保持されるパターン形成装置（例えば、マスクＭＡ）上に入射し、パターン形成装置によってパターン形成される。放射ビームＢは、マスクＭＡを横切った後に、このビームを基板Ｗの標的部分Ｃの上に焦点合わせする投影系ＰＳを透過する。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉型素子、線形符号器、または容量性センサ）の補助によって、例えば、異なる標的部分Ｃを放射ビームＢの経路中に位置決めするために、基板テーブルＷＴを精確に移動することができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１に明示せず）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または走査中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して精確に位置決めすることができる。一般には、マスク・テーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成する長ストロークモジュール（粗動位置決め用）および短ストロークモジュール（微動位置決め用）の補助によって実現可能である。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構成する長ストロークモジュールおよび短ストロークモジュールを用いて実現可能である。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を短ストローク駆動部のみに連結するだけでもよいし、または固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用してアライメント可能である。例示した基板アライメントマークは専用の標的部分を占有するが、それらは標的部分間のスペースに配置可能である（これらはけがき線レーンアライメントマークとして知られる）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられる状況では、これらのダイの間にマスクアライメントマークを配置してもよい。

図示の装置を次のモードの少なくとも１つのモードで使用することができる。すなわち、
１． ステップモード：放射ビームに付与されたパターン全体を１回で標的部分Ｃの上に投影する間、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に静止状態に維持する（すなわち、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および／またはＹ方向に移動する。ステップモードでは、露光域の最大サイズが、単一静的露光で描画される標的部分Ｃのサイズを限定する。
２． 走査モード：放射ビームに付与されたパターンを標的部分Ｃの上に投影する間、マスク・テーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する（すなわち、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の速度および方向は、投影系ＰＳの（縮小／）拡大率と像反転特性によって決まり得る。走査方式では、露光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）を限定する一方で、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． 別のモード：放射ビームに付与されたパターンを標的部分Ｃの上に投影する間、プログラム可能なパターン形成装置を保持するマスク・テーブルＭＴを本質的に静止状態に維持し、かつ基板テーブルＷＴを移動または走査する。このモードでは、一般にパルス放射線源が使用され、基板テーブルＷＴの移動後毎にまたは走査中の連続的な放射パルスの合間に、プログラム可能なパターン形成手段を必要に応じて更新する。このような動作モードは、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装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に応用可能である。

以上に説明した使用モードに関する組合せおよび／もしくは変形、または完全に異なる使用モードを用いることも可能である。

アライメント目的のために、マスクＭＡには、該マスクの中にマーク（Ｍ_１およびＭ_２）が設けられる。これらのマーク（Ｍ_１およびＭ_２）は、直接的にまたは間接的に投影系ＰＬによって基板Ｗの中のマーク（Ｐ_１およびＰ_２）にアライメントされ得る。このアライメント中に、投影系ＰＬによって基板Ｗの上に投影された画像Ｃの位置に関する情報が入手される。これは、異なるマスクによって露光された異なる層が、確実に相互に対して精確に位置決めされるために必要である。したがって、それぞれの層を露光する前に、マスクＭＡ中の画像が同じ基板マーク（Ｐ_１およびＰ_２）にアライメントされることが必要である。

本発明では、露光波長およびアライメント波長用に異なる波長を有する放射ビームが使用される。露光放射の波長は、アライメント放射の波長よりも小さい。アライメント波長は赤外もしくは可視光（例えば、６３３ｎｍもしくはその付近、またはさらに特定的には５６０〜６３０ｎｍ）、またはＨｅ−Ｎｅレーザもしくはハロゲン・ランプからの放射（すなわち、基板上のレジスト層に影響を与えない任意の波長）でよく、他方、露光波長は通常では紫外または同様の波長である。

サブ波長周期配列の構造が基板上に創出されるが、それらはアライメント放射ビームによって検出可能であるが、露光放射に影響を与えることはない。これは、アライメントマークが、画像に影響を与えることなくウェハの標的領域と同じウェハ部分の中に創出され得ることを意味する。

図２は、２次元フォトニック結晶に基づくアライメントマークの実施例である。本実施形態では、暗いカラム（dark column）１０がコンタクト・ホールの２次元アレイ１２から形成される。構造は、アライメント放射ビーム（１次元または２次元）の波長に対して人工結晶を形成する任意の反復特徴形体であり得る。実際には、この特徴形体はコンタクト・ホールであり得る。それは、深いトレンチ用途に使用されるような「レンガ」状構造でもよい。例えば、銅ダマシンプロセスでは、穴のアレイが印刷され、シリコン酸化膜の中へエッチングされ、銅が充填される。余分な銅は研磨して除去される。

図２に示すように、アレイの特徴形体サイズｄおよびピッチｐは、アライメント放射ビームの波長よりも遙かに小さい。ピッチｐはアライメント放射ビームの波長よりも小さいことが必須であるが、他方で特徴形体サイズｄは適宜選択的にアライメント放射ビームの波長よりも小さくてもよい。このようにアライメント放射ビームの波長よりも小さいが、露光ビームの波長よりも大きい構造、すなわち、コンタクト・ホールを有することによって、制御された光学的特性を有する人工結晶が創出される。これらの光学的特性は、有効屈折率の実（屈折度または反射度）部および虚（吸収）部であり得る。アライメント波長に対して制御された光学的特性を有する人工材料は、リソグラフィ技法を利用することによって作製可能である。すなわち、これらのアライメント技法がリソグラフィで使用されるとき、リソグラフィ装置自体を使用してアライメントマークを創出することが可能である。アライメント放射ビームの波長よりも小さい構造（回折格子周期）を使用することによって、入射光はこれらの特徴形体を解像することができず、したがってこの構造を同種の媒質と見なす。このような同種の媒質は、この構造を形成する材料の反射率および構造の幾何学形状（すなわち、周期およびデューティ・サイクル）に依存する有効屈折率（実部および虚部）を有することになる。

エム コリション（Ｍ．Ｃｏｌｌｉｓｃｈｏｎ）らによる文書「最適化された人工屈折率回折格子（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｄｅｘ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）」、赤外線物理学技術、第３５号（１９９５年）、９１５〜９２１頁には、サブ波長微細構造のミニ格子から成る２元回折格子である人工屈折率回折格子を説明する。この文書は金属または誘電サブ波長回折格子の使用を説明するが、それはそのサブ波長微細構造のアレイのために、全「有効」屈折率を有する回折格子を含む材料を生み出す。このような有効屈折率は、微細構造に分散屈折率を有する材料と同様の振る舞いをさせる。この種の構造の利点は、構造の周期およびデューティ・サイクルが、入射するアライメント波長に応じて、零次回折次数のみが検出可能であり、回折次数の残りはエバネッセントであるように作製可能であることである。このような様態で、すべての入射エネルギーが、ほとんど１００％の効率で零次へ透過または反射され得る。小区分または微細構造のデューティ・サイクルを変更することによって、回折格子周期以内の局所位相が制御可能であり、したがって、回折格子から透過または反射された光の方向を変更することが可能である。これは、検出器がより有効な位置に配置され得ることを意味する。

図３は、本発明に係る回折格子における構造組織の実施例を示す。構造１１のサイズは、構造アレイの一端から他端まで正弦的に変化する（すなわち、構造の屈折率に比例する位相が、アレイの一端から他端まで変化する）。しかし、１つの構造の左縁から次の構造の左縁までの距離（ピッチ）は一定であり、距離ｂとして標示されている。回折格子周期（すなわち、正弦周期の最小値から最大値まで）は、ａと標示され、さらに構造１１間の変化する距離は、ｃ_ｍと標示されている（この場合に、ｍは個々の構造１１の数である）。

デューティ・サイクル、すなわち、ｔ_ｍは次式のように定義される。
ｔ_ｍ＝（ｂ−ｃ_ｍ）／ｂ

回折格子周期以内で正弦的に変化する局所位相を創出するように小区分のデューティ・サイクルｔ_ｍを変更することによって、正弦回折格子は、２元サブ波長構造のみを使用して創出され、すべての入射光は、それぞれの正弦回折格子に特徴的な単一の次数へ反射される。

本発明で説明された「正弦」アライメントマークは、すべての入射エネルギーを単一の回折次数へ集中する。２つの「正弦」アライメント回折格子は、ウェハの粗動アライメント段階の間に必要である。一方のアライメント区分は、１６μｍの周期に基づき、他方は１７．６μｍの周期を有する。原理上、これらの回折格子は、２つの回折次数のみ（すなわち、一方は下に位置する１６μｍの周期から生じ、他方は１７．６μｍの周期から生じる）を生成する単一のアライメント回折格子へ一体化可能である。それによってすべての入射エネルギーが関係する次数へ投入される。

換言すれば、このように異なる周期ａを有する２つ以上の正弦回折格子１０を重ね合わせることによって、光は、適切なアライメントに望ましい回折次数のみへ誘導され得る。この適切なアライメントは、アライメント放射波長に依存し、この波長は次に露光波長およびアライメントされている特徴形体に依存する。これは、放射が望ましくない回折次数へ結合されること（既存の技術に関わる問題である）がないので、信号が強調される利点を有する。

さらには、上に説明した２元サブ波長回折格子を使用してキャプチャリングに効率的なマークを作製することも可能である。キャプチャリングは、特定的に選択されるが、異なる周期を有する相互に隣り合って配置された２つの回折格子を走査することによって実行される。このような走査時に回折格子から得られる信号を処理することによって、基板の位置が測定可能である。例えば、１６ミクロン周期の回折格子と１７．６ミクロン周期の回折格子とを重ね合わせることによって、２つのマークは１つの回折格子に結合可能であり、したがって同時に走査可能である。２つの回折格子の回折次数は光学くさび（wedge）によって分離可能であり、したがって別々に検出可能である。このように結合回折格子を同時に走査すると、従来技術における別個の回折格子の走査に比して処理量が増大する。

本発明に係るアライメントマークは、回折格子の効率が最適化され、それによって基板品質が大幅に向上する利点を有する。本アライメントマークは、シリコン酸化膜の上方に浮かぶ浮動または積重ねマークに使用されると、これらのマークは放射が層を通過して下層に達することを防止し、これらの下層からの不要な反射を回避するので特に適切である。その理由は、これらのマークが、偏光フィルタとして働くワイヤ・グリッドとして機能することが知られている金属サブ波長回折格子であるからである。ワイヤ・グリッドは、回折格子溝に平行な電界成分を有する入射ビームを完全に反射し、他方、この溝に垂直なその電界を有する光ビームを透過させる。したがって、入射ビームがＴＥ偏光光（回折格子の溝に平行な電界を有する）であれば、光は回折格子を通過することはなく、よって下層の不要な反射が生じることはない。従来技術では、キャプチャリングが２つの別個の回折格子を走査することによって実行される。これらの回折格子は異なる位相深さを有し得る。これらの回折格子のそれぞれは、それらから発生する信号に影響を与え、その結果として測定誤差をもたらす恐れがある異なる環境条件（例えば、構造）によって包囲されている。本発明では、２つの回折格子が１つの回折格子として結合されており、よって異なる環境条件によって導入される測定誤差に対する恐れが排除される。

このような周期的な２次元アレイに関する別の用語は、「人工結晶」である。これらの結晶の微視的な光学特性、例えば、屈折率の有効実部および虚部（「有効屈折率」）は、デューティ・サイクルｔ_ｍおよびアレイの周期ａによって精確に制御可能である。したがって、このような微視的な光学特性のおかげで、基板の微視的な光学特性はアライメント波長用に調整可能である。

アライメントマークは、深いトレンチ層、局所的な相互連結層などのような他のプロセス層にも応用可能である。周期的な２次元アレイは、アライメントマークに応用可能であるばかりでなく、反射防止層にも応用可能である。

基板中のこれらのフォトニック結晶のアライメントマークは、シリコン基板中にエッチングされて反射防止特性を示すサブ波長表面としても知られ得る。これらは、フォトレジスト・マスク中に交差回折格子をホログラム記録し、それに続いて反応性イオン・エッチングすることによって１次マスクを基板上へ転写して（例えば、露光ビームを使用して）作製可能である。この種類の構造が作製され得る方法に関するさらなる情報は、「可視光に対するシリコン・サブ波長周期構造の反射防止挙動（Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ）」、ラランヌ（Ｌａｌａｎｎｅ）およびモーリス（Ｍｏｒｒｉｓ）、ナノテクノロジー（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第８巻、１９９７年、５３〜５６頁に見いだすことができる。

本文では、ＩＣ（集積回路）の製造でリソグラフィ装置の使用に特定的に言及する場合があるが、本明細書で説明したリソグラフィ装置には、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の案内および検出パターン、平板型ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等々の製造など、他の応用例もあり得ることが理解されるべきである。このような別の応用例に関して、本明細書の「ウェハ」または「ダイ」という用語の使用はいずれも、より一般的な「基板」または「標的部分」という用語とそれぞれに同義であるとみなし得ることが当業者には理解されよう。本明細書で言及した基板は、露光前にまたは露光後に、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ツール）または計測ツールおよび／もしくは検査ツールにおいて処理可能である。応用可能であれば、本発明の開示をこのようなおよび他の基板処理手段に応用することもできる。さらには、本明細書で使用した基板という用語は、複数回処理された層を既に含んでいる基板を指し得るように、例えば、多層ＩＣを作製するために基板が２回以上処理される場合もある。

本発明の実施例を光学リソグラフィの関連で使用することに特定的に言及してきたが、本発明は、他の応用例（例えば、インプリント・リソグラフィ）でも使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されるものではないことが理解されよう。インプリント・リソグラフィでは、パターン形成装置における表面的特徴（topography）が、基板上に創出されるパターンを画成する。パターン形成装置の表面的特徴は基板に塗布されたレジスト層の中へ型押しされ、その時点でレジストは電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せを使用することによって硬化される。パターン形成装置は、レジストの硬化後にレジストから取り出され、その中にパターンを残す。

本明細書で使用した「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍもしくはその付近の波長を有する）および極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）ばかりでなく、イオン・ビームまたは電子ビームなどの粒子ビームも含めて、電磁放射のすべての種類を包含する。

「レンズ」という用語は、状況次第で、屈折性、反射性、磁性、電磁性、静電光学要素を含めて、様々な種類の光学要素のいずれか１つまたはその組合せを指し得る。

以上に本発明の特定の実施例を説明してきたが、本発明は、説明した以外にも別様に実施できることが理解されよう。例えば、本発明は、以上に開示した方法を記述する機械読取り可能な命令の１つもしくは複数のシーケンスを含むコンピュータ・プログラム、またはこのようなコンピュータ・プログラムを内蔵するデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態を取り得る。

以上の説明は例示を意図するものであり、限定しようとするものではない。したがって、添付の特許請求の範囲に記載された範囲から逸脱することなく、以上説明した発明に対して種々の変形が可能であることは当業者には自明であろう。

本発明の一実施の形態に係るリソグラフィ装置を示した図である。 本発明に係るアライメントマークを示した図である。 本発明に係るアライメントマークをさらに詳細に示した図である。

Claims (15)

1. 周期的なアレイの構造を含むアライメントマークを表面上に設けた基板であって、
   前記周期的なアレイは第１および第２の端部を有し、
   前記周期的なアレイの構造はアライメント放射ビームの波長よりも小さいピッチを有し、
   前記周期的なアレイの構造の幅は、局所位相が該周期的なアレイの前記第１の端部から前記第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する、
   基板。
2. 前記周期的なアレイのデューティ・サイクルは、回折格子が該周期的なアレイの一端から他端まで正弦的に変化する局所位相を有するように変化し、（ｂ−ｃ_ｍ）／ｂで定義され、ｃ_ｍは隣接する構造ｍとｍ＋１との間の距離であり、ｂはサブ波長周期である、
   請求項１記載の基板。
3. 前記周期的なアレイの周期は一定である、請求項１記載の基板。
4. 前記周期的なアレイ（第１のアレイ）とは異なる周期を有する第２のアレイをさらに含み、
   前記第２のアレイは前記第１のアレイの上に重ねられて、それらの相対的なアライメントが測定されるように設けられている、
   請求項１記載の基板。
5. 前記第１のアレイは１６ミクロンの周期を有し、
   前記第２のアレイは１７．６ミクロンの周期を有する、
   請求項４記載の基板。
6. 前記アライメントマークは、前記基板上の１つまたは複数のレジスト層に適用される、
   請求項１記載の基板。
7. 前記アライメントマークは深いトレンチ層に適用される、
   請求項１記載の基板。
8. 前記アライメントマークはリソグラフィ装置におけるプロセス層に適用される、
   請求項１記載の基板。
9. 前記周期的なアレイの前記デューティ・サイクルおよび周期は、該周期的なアレイを含む材料の屈折率の実部および虚部に影響を与える、
   請求項１記載の基板。
10. パターンと該パターンを表面上に露光すべき基板とのアライメントを測定するためのアライメント測定システムであって、
    ２つの周期的なアレイ（第１のアレイおよび第２のアレイ）の構造を含むアライメントマークを表面上に設けた基板を備え、
    前記第２のアレイが、前記第１のアレイの上に重なっており、
    前記２つの周期的なアレイのそれぞれが、第１および第２の端部を有し、
    前記２つの周期的なアレイの構造は、アライメント放射ビームの波長よりも小さいピッチを有し、
    前記２つの周期的なアレイの構造の幅は、局所位相が該２つの周期的なアレイの前記第１の端部から前記第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化し、
    前記２つの周期的なアレイは、異なる周期を有し、
    当該システムは、
    前記２つの周期的なアレイの構造を照明するための照明手段と、
    前記２つの周期的なアレイの結合された回折放射の回折次数を分離するための光学くさびと、
    前記２つの周期的なアレイの前記分離された回折次数を測定するための検出器と、
    を備える、アライメント測定システム。
11. アライメントマークを露光するためのパターンを含むマスクであって、該アライメントマークは周期的なアレイの構造を含み、
    前記周期的なアレイは、第１および第２の端部を有し、
    前記周期的なアレイの構造は、アライメント放射ビームの波長よりも小さい距離だけ離間され、
    前記周期的なアレイの構造の幅は、局所位相が該周期的なアレイの前記第１の端部から前記第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する、
    マスク。
12. 基板上のパターンのアライメントを検査する検査方法であって、
    周期的かつ正弦的なアレイの反射構造を基板上に設けるステップと、
    前記反射構造間の距離よりも大きな波長を含むアライメント放射ビームによって前記周期的かつ正弦的なアレイを照明するステップと、
    反射された前記アライメント放射ビームを検出するステップと、
    前記反射されたアライメント放射ビームの特性に基づいて、前記周期的かつ正弦的なアレイが前記パターンとアライメントされているか否かを決定するステップと、
    を備える検査方法。
13. アライメントマークを基板上に創出する方法であって、
    周期的なアレイの構造を含む層を前記基板上に堆積するステップを備え、
    前記周期的なアレイは、屈折率の周期的な変化を有し、
    前記周期的なアレイの構造間の間隔は、所期のアライメント放射ビームの波長よりも小さく、
    前記周期的なアレイの構造の幅は、局所位相が該周期的なアレイの一方の端部から他方の端部まで正弦的に変化するように選択される、
    方法。
14. パターン形成された放射ビームを基板上に投影するステップを含むデバイス製造方法であって、
    前記基板は周期的なアレイの構造から作製されたアライメントマークを含み、
    前記周期的なアレイは、第１および第２の端部を有し、
    前記周期的なアレイの構造間の距離は、アライメント放射ビームの波長よりも小さく、
    前記周期的なアレイの構造の幅は、局所位相が該周期的なアレイの前記第１の端部から前記第２の端部まで正弦的に変化するように周期内で変化する、
    デバイス製造方法。
15. 請求項１４に記載のデバイス製造方法によって製造されるデバイス。