JP2007214560A - リソグラフィ用マーカ構造、このようなリソグラフィ用マーカ構造を備えるリソグラフィ投影機器およびこのようなリソグラフィ用マーカ構造を使用して基板を位置合わせする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造を提供すること。
【解決手段】使用に際して、前記マーカ構造は、前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに定義するマーカ構造、前記マーカ構造を使用するウエハ位置合わせ用装置を備えるリソグラフィ投影機器および前記マーカ構造を使用してウエハを位置合わせする方法に関する。

本発明は、放射投影ビームを供給する放射システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化するように働くパターン化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、基板の目標部分上にパターン化したビームを投影する投影システムとを含むリソグラフィ投影機器分野に適用される。

ここで使用する「パターン化手段」という用語は、基板のターゲット部分に形成すべきパターンに相当するパターン化した横断面を、入射する放射ビームに付与するのに使用することができる複数の手段を指すものと広く解釈すべきである。ここでは、「光バルブ」という用語を使用することもある。一般に、前記パターンは、集積回路その他のデバイス（下記参照）など、ターゲット部分に形成されるデバイス中の特定の機能層に相当する。こうしたパターン化手段には、以下の例が含まれる。
−マスク：マスクの概念はリソグラフィにおいては周知であり、２値型、交互配置型位相シフト、ハーフトーン位相シフト、ならびに様々なハイブリッド・マスク型などのマスク・タイプの例が含まれる。こうしたマスクを放射ビーム中に配置することにより、マスク上のパターンに従って、マスク上に入射する放射を、選択的に透過（透過型マスクの場合）または反射（反射型マスクの場合）させる。マスクの場合、一般に、支持構造はマスク・テーブルであり、それによって入射する放射ビーム中で所望の位置にマスクを保持し、望まれる場合には、マスクがビームに対して相対的に移動できるようにする。
−プログラム可能なミラー・アレイ：このようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックス・アドレス可能型表面である。こうした機器の基礎となる基本原理は、（たとえば）反射面のアドレスされた区域は入射光を回折光として反射し、アドレスされない区域は入射光を非回折光として反射するというものである。適当なフィルタを使用して、前記非回折光をフィルタリングして反射光から除去し、回折光のみを後に残すことができる。このようにして、マトリックス・アドレス可能型表面のアドレス・パターンに従ってビームがパターン化される。また、プログラム可能なミラー・アレイの代替実施形態では、適切な局所電界を印加し、あるいは圧電作動手段を使用することによってそれぞれ独立にある軸の周りで傾けることができる小ミラーのマトリックス構成を使用する。この場合も、ミラーはマトリックス・アドレス可能型であり、そのためアドレスされたミラーは、アドレスされないミラーとは異なる方向に、入射する放射ビームを反射する。このようにして、反射ビームは、マトリックス・アドレス可能型ミラーのアドレス・パターンに従ってパターン化される。必要とされるマトリックス・アドレス指定は、適当な電子的手段を使用して行うことができる。上記のいずれの状況でも、パターン化手段は、１つまたは複数のプログラム可能なミラー・アレイを備えることができる。ここで言及したミラー・アレイに関するより多くの情報は、たとえば、米国特許第５，２９６，８９１号および第５，５２３，１９３号、ならびにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号およびＷＯ９８／３３０９６号から得ることができる。参照によりこれらを本明細書に合体する。プログラム可能なミラー・アレイの場合、前記支持構造は、たとえばフレームまたはテーブルとして実施することができ、必要に応じて、固定あるいは移動可能とすることができる。
−プログラム可能なＬＣＤアレイ：このような構造の一例が、米国特許第５，２２９，８７２号に示されている。参照によりこれを本明細書に合体する。上記の場合と同様に、この場合の支持構造も、たとえばフレームまたはテーブルとして実施することができ、必要に応じて、固定あるいは移動可能とすることができる。

簡単にするために、本明細書の残りの部分は、ある個所では、具体的にはマスクおよびマスク・テーブルを含む例を取り上げる。しかし、こうした例で論じる一般原理は、上記のパターン化手段のより広い状況の中で理解すべきである。

リソグラフィ投影機器は、たとえばＩＣ（集積回路）の製造に使用することができる。この場合、パターン化手段は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、これらのパターンを、放射感受性材料（レジスト）の層を塗布した基板（シリコン・ウエハ）上の（たとえば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分上に結像させることができる。一般に、１枚のウエハは、投影システムにより１度に１つずつ次々に照射される網目状に並んだ隣接するターゲット部分全体を含んでいる。マスク・テーブル上のマスクによってパターン形成を行う現在の機器では、２つの異なるタイプの機械を区別することができる。１つのタイプのリソグラフィ投影機器では、１回でマスク・パターン全体をターゲット部分上に露光することによって、各ターゲット部分を照射する。通常、このような機器をウエハ・ステッパまたはステップ・アンド・リピート機器と称する。通常ステップ・アンド・スキャン機器と称する代替機器では、投影ビーム下でマスク・パターンを所与の基準方向（「走査」方向）に順次走査することによって各ターゲット部分を照射し、基板テーブルをこの基準方向と平行または逆平行に同期走査する。一般に、投影システムは倍率Ｍ（一般に１未満）を有するので、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度のＭ倍となる。ここで述べたリソグラフィ装置に関するより多くの情報は、たとえば、米国特許第６，０４６，７９２号から得ることができる。参照によりこれを本明細書に合体する。

リソグラフィ投影機器を使用する製造プロセスでは、放射感受性材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板上に、（たとえばマスク内の）パターンを結像させる。この結像ステップの前に、基板に様々な処理、たとえば、プライミング、レジスト塗布、およびソフト・ベークを施すことがある。露光後、基板を、その他の処理、たとえば、ＰＥＢ（露光後ベーク）、現像、ハード・ベーク、および画像形成したフィーチャーの測定／検査にかけることがある。この一連の処理をベースとして使用して、デバイスたとえばＩＣの個々の層のパターン形成を行う。次いで、このようなパターン形成された層を、様々なプロセス、たとえば、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、化学機械研磨などにかけることができる。これらの処理はどれも、個々の層を完成させるためのものである。複数の層が必要とされる場合には、それぞれ新しい層ごとにこの処理全体またはその変形を繰り返さなければならない。最終的に、デバイス・アレイが基板（ウエハ）上に得られる。次いで、これらのデバイスを、ダイシングまたはソーイングなどの技術によって互いに分離し、その後、個々のデバイスをキャリア上に実装し、ピンに接続する、などを行うことができる。こうしたプロセスに関するさらなる情報は、たとえば、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４、１９９７年から得ることができる。参照によりこれを本明細書に合体する。

簡単にするため、以下では、投影システムを「レンズ」と称する。しかし、この用語は、たとえば、屈折光学系、反射光学系、および反射屈折型システムを含む様々なタイプの投影システムを包含すると広く解釈すべきである。また、放射システムは、これらの設計タイプのいずれかに従って動作する構成要素を含み、放射投影ビームを方向づけ、整形し、または制御することができる。下記では、このような構成要素も総称してあるいは単独で「レンズ」と称する。

さらに、リソグラフィ機器は、２つ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）を有するタイプのものとすることもできる。このような「マルチ・ステージ」型の装置では、追加のテーブルを並列で使用し、あるいは準備ステップを１つまたは複数のテーブル上で実施しながら、１つまたは複数の他のテーブルを使用して露光を行うことができる。複式ステージ・リソグラフィ機器が、たとえば、米国特許第５，９６９，４４１号および国際公開ＷＯ９８／４０７９１号に記載されている。参照によりこれらを本明細書に合体する。

リソグラフィ・プロセスでは、マスク上のマスク・パターンで加工されるウエハの位置合わせは、基板上にフィーチャーを正確に画定するためにできるだけ精確に行われるべきであり、これらすべてのフィーチャーは指定の公差内のサイズを有するべきである。そのために、リソグラフィ投影機器は、所与の（指定の）公差内でマスクおよびマスク・パターンに基板を位置合わせするウエハ位置合わせモジュールを備える。一般に、ウエハ位置合わせシステムは、光学的手段に基づいてこの位置合わせを行う。ウエハあるいはウエハの一部の位置は、光源で照明される光学マーカからの光学的な応答を測定することによって求める。たとえば、レーザ・ビームでグレーティングを照明し、そのレーザ・ビームをグレーティングで回折させ、１つまたは複数の回折次数を、一般に基準面上に配置されたそれぞれのセンサで測定する。センサの出力を用いて、（基準面に対する相対的な）ウエハの位置を導き出すことができる。

従来技術では、光学マーカは、完全に可視スペクトル範囲内の波長を有する入射光を回折させるのに適した周期のグレーティングを備える。典型的な周期は１６μｍである。一般に、グレーティングはラインおよびトレンチで構築する。一般に、ライン幅およびトレンチ幅は、それぞれ８μｍである。グレーティングから十分な回折光を得、明確な回折の極大および極小を得るために、グレーティングは最低限の数のラインおよび中間トレンチを含んでいなければならない。周期構造方向のサイズは約７５０μｍである。

グレーティングは、グレーティングの上面で散乱する光線の位相と、グレーティングの下面で散乱する光線の位相の位相差を考慮する位相型グレーティングまたは位相マーカでよい。

また、グレーティングは、グレーティングの周期構造しか考慮せず、グレーティング中の上下の高さに関係する別の位相差をもたない振幅型グレーティングでもよい。一般に、振幅型グレーティングまたは振幅マーカは、表面の高さは同様であるが、反射率がそれぞれ異なる第１および第２要素の周期構造で構築される。

光学マーカは、完全な製造ラインの途中で、超小型電子デバイスの加工（またはＩＣの加工）中に使用する。ＦＥＯＬ（フロント・エンド・ライン）では、トランジスタ構造の製造中の位置合わせにマーカを使用する。ＢＥＯＬ（バック・エンド・ライン）の後半段階では、マーカは、メタライゼーション構造、たとえば接続線およびバイアの位置合わせに必要である。いずれの場合でも、マーカの完全性が位置合わせの要求精度を満たすのに十分でなければならないことに留意されたい。

半導体製造プロセス中、ウエハは、アニール、エッチング、研磨など複数の処理にかけられ、そのため、マーカの粗さ（マーカ内の陥凹領域および／またはマーカの反り）が生じることがある。このようなマーカの粗さにより、像の位置合わせ誤差が生じ、それが半導体デバイスを構築する際の重ね合わせ誤差に寄与する。また、後続の加工段階で、マーカの質が劣化する傾向があることも考えられる。

従来技術の光学マーカの欠点は、ＩＣの加工中に、光学マーカの位相深さを制御するのが難しいことである。その結果、所与の回折角の回折光強度が弱く、ゼロに近くなることさえあり、回折ビームの正確な測定が難しく、または不可能なことさえあり得る。位相深さは、所与の回折角において、グレーティングのライン上面とトレンチ上面の間の分離した高さの差と定義することができる。（最適条件のもとで）回折強度が極大値になることが期待されるある回折角において、位相深さが照射される放射の半波長に等しい場合、回折波間の干渉の結果、低いあるいはゼロの強度が得られることになる。

ＩＣ加工中の位相深さの制御は、ウエハ間のプロセス変動のため難しく、また単一ウエハ全体でも難しいことがある。

従来技術のマーカの別の欠点は、マーカ下の１つ（または複数）の層の作用としてマーカ特性が依存することから生じる。半導体デバイスに見られる様々な層の様々な光学的挙動のためにマーカのコントラストが変化することがあり、その結果、下の層の作用として回折強度の変化が生じることが知られている。

さらに、様々な加工ステップが、位置合わせマーカの形状に悪影響を及ぼすことがあることも知られている。形状へのこうした影響のために、このような改変されたマーカによる位置合わせでは、改変されたマーカ形状が、生成される回折ビーム（パターン）を変化させることから生じ得る誤差が含まれることがある。

さらに、従来技術では、ＢＥＯＬプロセス中に、表面に見えていた残余の構造により、キャップ層下で光学マーカを検出することができるはずである。しかし、ＣＭＰ（化学機械研磨）などの平坦化プロセスを適用するため、多くの場合、位置合わせに残余のマーカ構造を使用するという任意選択は不可能になった。

従来技術では、タングステンで充填したトレンチを備える半導体基板上のマーカは、ＣＭＰプロセスにかけられて表面からタングステンが除去され、表面が平坦化される。ＣＭＰプロセスのため、タングステン構造は、充填状態あるいは不完全充填状態になる。充填の程度は、マーカによって生成される光学信号の位相深さに関係する。すなわち、２つの離散位相深さレベルが存在する。一方のレベルは、浅く小さな位相深さを有する充填タングステン構造に関係するものであり、他方のレベルは、比較的深く大きな位相深さを有する不完全充填タングステン構造に関係するものである。小さな位相深さによって生じる位置合わせ誤差は比較的大きいので、充填マーカの小さな位相深さは望ましくない。また、大きな位相深さにより、位置合わせ誤差が小さくなることも保証されない。すなわち、位相深さにより、光学信号の消失が生じることがある。さらに、位相深さの制御を実現することはできない。

本来、光学マーカは集積回路のフィーチャー・サイズよりも大きいので、光学マーカがＩＣ加工に及ぼす影響により、望ましくない副作用が生じることがある。従来技術では、マーカの最小フィーチャー・サイズは１μｍ程度である。現在の超小型電子デバイスでは、典型的な最小フィーチャー・サイズは、（デバイスの世代によって決まり）約１００ｎｍである。一般に、マーカはデバイス（の一部）と同じ材料からなるので、デバイスの近傍に大きなサイズの追加のマーカ領域が存在すると、所与の加工ステップにおいて、そのデバイスの局所的な加工速度に影響を及ぼすことがある。たとえば、反応性イオン・エッチング加工または化学的成長プロセスにおける化学反応は、ある種の動力学的な制約あるいはウエハ温度の局所的な偏差などのために、大きなマーカ領域の存在の影響を受けることがある。すなわち、マーカとデバイス・フィーチャーのサイズの差により、たとえば、マーカ近くに位置するデバイスの加工ステップの改変が生じることがある。加工の改変のため、ダイおよび／またはウエハ全体にわたってデバイス特性のばらつきが生じることがある。

本明細書では、本発明による機器をＩＣの製造で使用することを特に参照しているが、こうした機器を他の可能な応用例に適用できることをはっきりと理解されたい。たとえば、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッド用の誘導／検出パターンなどの製造で使用することができる。こうした代替応用例の状況では、本明細書において使用する「レチクル」、「ウエハ」あるいは「ダイ」という用語を、それぞれ「マスク」、「基板」および「目標部分」というより一般的な用語で置き換えて考えるべきであることが当業者には理解されよう。

この文章では、「放射」および「投影ビーム」という用語は、（たとえば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）ＵＶ（紫外）放射、および（たとえば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）ＥＵＶ（極紫外）放射を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するものとして使用する。

本発明の目的は、回折パターン内の弱め合う干渉を防止するように位相深さを補正することができるマーカ構造を提供することである。

本発明の第１態様では、この目的は、第１構造要素が第１レベル上に第１反射面を有し、第２構造要素がほぼ非反射性であり、
第２反射面がより下方の第２レベル上に位置し、
前記第１および第２反射面の間隔が検出光の位相深さ条件を決め、
陥凹部（Ｒ１；Ｒ２；Ｒ３）が前記第２反射面内に存在し、それによって前記位相条件が改変されることを特徴とする、請求項１のプリアンブルに定義する基板の光学的位置合わせ用の基板上マーカ構造において達成される。

この陥凹領域は、十分な強度の強め合う干渉がセンサで観測されるようになる量だけ位相深さを変更する。

本発明の第２態様では、この目的は、第１構造要素が第１レベル上に第１反射面を有し、第２構造要素がほぼ非反射性であり、
第２反射面がより下方の第２レベル上に位置し、
前記第１および第２反射面の間隔が検出光の位相深さ条件を決め、
前記第２反射面が、不透明な層の上に位置する複数の追加の構造要素を備えることを特徴とする、請求項９のプリアンブルに定義する基板の光学的位置合わせ用の基板上マーカ構造において達成される。

マーカ構造を互いに上に積み重ねることによって、下にある層の作用として検出された強度の変動が減少すると有利である。強め合う干渉を伴う最適位相深さを有するように、中間誘電層を調整することができる。

本発明の別の目的は、プロセスにより生じる損傷を監視することができるマーカ構造を提供することである。

この目的は、マーカ構造が第１周期構造および第２周期構造を備え、
第２周期構造が第１周期構造に隣接しかつ平行であり、
第１周期構造が、複数の第１材料の第１構造要素および複数の第２材料の第２構造要素を備え、第１および第２構造要素が繰返し順序で配置され、第１の幅が第２の幅よりも大きく、
第２周期構造が、第３の幅を有する複数の第２材料の第１構造要素および第４の幅を有する複数の第１材料の第２構造要素を備え、第１および第２構造要素が繰返し順序で配置され、第３の幅が第１の幅に等しく、第４の幅が第２の幅に等しく、
第２周期構造中の第１構造要素が、第２周期構造が第１周期構造と相補的になるように、第１周期構造中の第１構造要素に隣接して位置することを特徴とする、請求項１０のプリアンブルに定義する基板の光学的位置合わせ用の基板上マーカ構造において達成される。

第１周期構造と、それと相補的な第２周期構造とを備える相補的な構造により、第１および第２周期構造中の第１または第２構造要素のいずれかに損傷が生じると、第１周期構造と第２周期構造とでは回折パターンが異なって変化することになるので、この位置合わせシステムを使用することにより、ＩＣ加工シーケンスによって周期構造中の構造要素の１つが損傷を受けたかどうかを監視することが可能になる。

本発明の別の目的は、マーカ構造を含む下にある層をＣＭＰプロセスにかけるためにメタライゼーション層から残余のマーカ構造が除去されることを克服するマーカ構造を提供することである。この目的は、前記マーカ構造がメタライゼーション層中に存在し、
前記第１構造要素が第１表面状態を有する第１表面領域部分からなり、
前記第２構造要素が第２表面状態を有する第２表面領域部分からなり、
前記第１表面領域部分が第１埋込みマーカ要素に関係し、
前記第２表面領域部分が第２埋込みマーカ要素に関係し、
前記第１および第２表面状態が、それぞれ前記第１埋込みマーカ要素および前記第２埋込みマーカ要素によって生じる前記メタライゼーション層の形態の変化に関係することを特徴とする、請求項１４のプリアンブルに定義するマーカ構造において達成される。

下にある材料の作用としての表面状態／形態の差異がメタライゼーション層中に作り出されるように、メタライゼーション層を被着させると有利である。この表面の表面状態／形態の周期変化は、位置合わせシステムおよび／または重ね合わせシステムにより検出可能である。

本発明の目的は、比較的大きなマーカ領域の近傍に位置するデバイス・フィーチャーへのこのような大きなマーカ領域によって生じる影響に打ち勝つマーカ構造を提供することである。

この目的は、前記第１構造要素が複数の１次ラインおよび複数の第１挿入ラインを備えることを特徴とする、請求項１９のプリアンブルに定義するマーカ構造において達成される。

マーカ構造を構築する構造要素がそれぞれ、製品のフィーチャー・サイズに匹敵する固有のサイズを有する副要素にさらに分割されると有利である。製品のフィーチャー・サイズを模倣しそれにより近づけることによって、サイズにより生じる加工の影響が最小限に抑えられる。

さらに、本発明の目的は、上記で述べたマーカ構造を適用することができるリソグラフィ投影機器を提供することである。

さらに、本発明の目的は、上記で述べたマーカ構造を使用するリソグラフィ投影機器において、基板を位置合わせする方法を提供することである。

以下に、複数の図面を参照して本発明を説明するが、これらの図面は単なる例であり、添付の特許請求の範囲に定義する保護の範囲を限定するものではない。

図１に、本発明の特定の実施例による少なくとも１つのマーカ構造を備えるリソグラフィ投影機器１を概略的に示す。この機器は、
放射投影ビームＰＢ（たとえばＵＶ放射）を供給する放射システムＥｘ、ＩＬを備える。この特定の例では、放射システムは放射源ＳＯも備える。
マスクＭＡ（たとえばレチクル）を保持するマスク・ホルダを備え、第１位置決め手段（図示せず）に連結されて要素ＰＬに対してマスクを正確に位置決めする第１対象物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（たとえばレジストを塗布したシリコン・ウエハ）を保持する基板ホルダを備え、第２位置決め手段ＰＷに連結されて要素ＰＬに対して基板を正確に位置決めする第２対象物テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの（たとえば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃ上に、マスクＭＡの照射された部分を結像する投影システム（「レンズ」）ＰＬとを備える。

ここで示すように、この機器は、透過タイプの（すなわち、透過型マスクを有する）ものである。しかし、一般に、たとえば（反射型マスクを備える）反射タイプのものとすることもできる。あるいは、この機器では、別の種類のパターン化手段、たとえば上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイを使用することもできる。

放射源ＳＯ（たとえば、水銀ランプまたはエキシマ・レーザ）は、放射ビームを生成する。このビームを、直接、あるいはビーム・エキスパンダＥｘなどの調節手段を通った後に、照明システム（照明器）ＩＬ内に供給する。照明器ＩＬは、ビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（通常、それぞれ外側σおよび内側σと称する）を設定する調節手段ＡＭを備えることができる。さらに、一般に、照明器ＩＬは、様々な他の構成要素、たとえば統合器ＩＮおよびコンデンサＣＯも備えている。このようにして、マスクＭＡ上に入射するビームＰＢは、所望の均一性および強度分布をその横断面に有する。

図１を参照すると、（放射源ＳＯが、たとえば水銀ランプであるときはしばしばそうであるが）、放射源ＳＯを、このリソグラフィ投影機器のハウジング内に置くことができるが、リソグラフィ投影機器から離し、放射源ＬＡが生成する放射ビームを（たとえば適当な方向づけミラーによって）機器内に導入することもできることに留意されたい。後者の状況が生じるのは、しばしば放射源ＳＯがエキシマ・レーザのときである。本発明および特許請求の範囲は、どちらの状況も包含するものとする。

その後、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されるマスクＭＡに当たる。マスクＭＡを横切ったビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に結像する。第２位置決め手段ＰＷおよび干渉計測手段により、基板テーブルＷＴは正確に動き、たとえば異なるターゲット部分ＣをビームＰＢの経路内に位置決めすることができる。同様に、（マスク・テーブルＭＴで作用する）第１位置決め手段を使用して、たとえば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後、あるいは走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、対象物テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長ストローク・モジュール（粗い位置決め用）および短ストローク・モジュール（精密位置決め用）によって行われる。これらのモジュールは、図１に明示的に示していない。ただし、ウエハ・ステッパの場合には（ステップ・アンド・スキャン機器と異なり）、マスク・テーブルＭＴを、短ストローク・アクチュエータだけに連結するか、あるいは固定とすることもできる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２および基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。

図の機器は、下記の２つの異なるモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴはほぼ固定したまま、ターゲット部分Ｃ上にマスク像全体を１回で（すなわち１回の「フラッシュ」で）投影する。次いで、基板テーブルＷＴを、Ｘ方向および／またはＹ方向に移動し、それによってビームＰＢで異なるターゲット部分Ｃを照射することができる。
２．スキャン・モードでは、所与のターゲット部分Ｃが１回の「フラッシュ」で露光されない点を除き、ほぼ同じ状況が当てはまる。その代わりに、マスク・テーブルＭＴが、所与の方向（いわゆる「走査方向」、たとえばＹ方向）に速度ｖで移動可能であり、それによって、投影ビームＰＢがマスク像の上を走査する。それに並行して、基板テーブルＷＴが同時に同方向または反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで移動する。ただし、ＭはレンズＰＬの倍率（通常、Ｍ＝１／４または１／５）である。このようにして、比較的大きなターゲット部分Ｃを、解像力を損なわずに露光することができる。

一般に、干渉計測手段は、（図示しない）レーザなどの光源および１つまたは複数の干渉計を備え、それによって、測定すべき物体、たとえば基板またはステージに関するなんらかの情報（たとえば、位置、位置合わせなど）を求めることができる。図１に、たとえば１つの干渉計ＩＦを概略的に示す。光源（レーザ）は、１つまたは複数のビーム・マニピュレータによって干渉計ＩＦに送られる計測ビームＭＢを生成する。２つ以上の干渉計が存在する場合は、各干渉計ごとに様々な別々のビームに計測ビームを分ける光学系を使用して、これらの干渉計間でこの計測ビームを共有する。

テーブルＷＴ上の基板をマスク・テーブルＭＴ上のマスクＭＡに位置合わせする基板位置合わせシステムＭＳを、例えば基板テーブルＷＴ近傍の位置で概略的に示す。基板位置合わせシステムＭＳは、基板上のマーカ構造に照準を合わせる光ビームを生成する少なくとも１つの光源およびこのマーカ構造からの光信号を検出する少なくとも１つのセンサ装置を備える。基板位置合わせシステムＭＳの位置は、リソグラフィ投影機器の実際のタイプに応じて変化し得る設計条件によって決まることに留意されたい。このマーカ構造は、たとえば、基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２であり得る。

図２に、位相深さの概念を示す従来技術のマーカ構造の断面を概略的に示す。

一般に、光学マーカ構造は、波長λの入射光を回折させるのに適した周期Ｐのグレーティング５０を備える。この文章で「光」という用語を用いる場合、可視スペクトル内の波長に限定されず、可視波長よりも長い波長または短い波長の光も包含する。周期Ｐが可視スペクトル内の光の回折に適したものであることは必須でなく、本発明は、それよりも短い波長または長い波長に適した周期Ｐでも実施できることを理解されたい。

このグレーティングは、挿入トレンチ１０２を伴う一連のライン１００からなる。トレンチ１０２は、ライン１００の上面に対して深さｄｔを有する。グレーティングの周期Ｐは、ライン幅ＰＩおよびトレンチ幅ＰＩＩから構成される。

図２では、入射光ビームλは、基板表面にほぼ直交する方向に向けられる。あるいは、直交せず傾いた入射ビームを使用してもよい。

従来技術のマーカ・グレーティングは、いわゆる位相型グレーティングである。それぞれ表面に対して回折角θを有する２本の回折ビームで回折パターンを概略的に示す。

回折パターンでは、強度の極大および極小の位置は、グレーティングの周期によって決まる。入射光の波長λが可視光の範囲内にあるとき、一般に、周期Ｐは１６μｍであり、それによって位置合わせの目的に適した回折パターンが得られる。一般に、ライン幅ＰＩおよびトレンチ幅ＰＩＩはそれぞれ８μｍである。

グレーティング５０から十分な回折光を得、明確な回折の極大および極小の角度分布（回折パターン）を得るために、グレーティング５０は、入射光ビームで照明される最低限の数のライン１００および中間トレンチ１０２を含まなければならない。従来技術では、マーカは、照野内に少なくとも１０個のトレンチを備える。

さらに、回折ビームの強度は、ライン１００の上面に対する相対的なトレンチ１０２の深さｄｔによっても決まる。ライン１００の上面で散乱した光線およびトレンチ１０２の底面で散乱した光線は、回折光のある方向において、この方向のこれらの光線間で強め合う干渉を得るために、周期Ｐに無関係にある位相関係をもたなければならない。ライン１００の表面に対する相対的なトレンチ１０２の深さｄｔは、強め合う干渉が生じることになるものでなければならない。干渉が弱め合う場合には、信号の消失が生じることになる。このことは、位相深さ条件として周知のものである。

位相型グレーティング５０では、回折パターンにおける干渉は、概略的に以下のように演繹することができる。すなわち、角度θのもとで、第１の組の光子はライン１００の上面で反射し、第２の組の光子はトレンチ１０２の床面で反射する。回折角θで示す所与の方向で強度の極大または極小が生じることになるかどうかを決定づけるには、ラインの上面から発する光子とトレンチの床面から発する光子の伝播波面ＰＦにおける位相差がそれぞれ、ほぼゼロまたは半波長でなければならない。

半導体ウエハ上の光学マーカ構造の場合、この構造は、集積回路を形成するための半導体ウエハの加工ステップ中に様々な変形を受けることがある。これらの変形のため、位相深さｄｔは製造中に変化することがある。

図３ａに、従来技術のマーカ構造の断面を概略的に示す。図３ａでは、銅ベースの超小型電子デバイス用のＩＣ加工のＢＥＯＬ（バック・エンド・ライン）で利用することができる基板層ＳＬ上の光学マーカ構造ＯＭを示す。一般に、こうしたデバイスは、（光学的に透明な）誘電体材料中に銅構造を埋め込み、それが「フローティング・マーカ」のように見える、いわゆる銅ダマシン加工技術によって製造される。光学マーカ５０は、誘電体材料中に埋め込まれた複数の銅のライン要素１０４からなり、この誘電体材料は複数のライン要素１０６に整形される。一般に、当業者には周知なように、この誘電体材料は、様々な別々の誘電体層のスタックからなり得る。誘電体スタック中で様々な別々の誘電体層の厚さが変動するため、成り行きで、マーカ５０の位相深さｄｔが明確に画定されないことがある。さらに、ダイまたはウエハ全体にわたって変動が存在することもある。したがって、最悪の場合、回折パターン中に含まれるマーカ信号の強度が弱すぎて、位置合わせツールによる検出ができないことがある。このため、ＩＣ加工中に、マーカの不合格あるいはウエハの不合格さえ生じることがある。

図３ｂに、本発明によるマーカ構造の第１実施例の断面を示す。

図３ｂには、不適合な位相深さによる消失を回避する方法を示す。図３ｂで、同じ参照番号の要素は、図３ａに示す同じ要素を指す。ＦＥＯＬ（フロント・エンド・ライン）プロセス中に、フローティング・マーカ５０の下の半導体基板（または一般に不透明な層）ＳＬの領域に、陥凹部Ｒ１を生成する。この陥凹部により位相深さが増し、したがって、表面レベルと基板または不透明層のレベルからの散乱光の間で弱め合う干渉が生じる可能性が減少する。

図３ｂに示すように、この陥凹部は、フローティング・マーカ５０で覆われる領域の一部の下にのみ形成することができる。この場合、２つの異なる位相深さが存在し、その一方から十分な強度をもつより良好で使用可能な回折信号を得ることができる。

図３ｃに、本発明によるマーカ構造の第２実施例の断面を示す。

第２実施例では、この陥凹領域は、ＦＥＯＬプロセス中に、マーカ５０の一部の下にのみ画定される。図３ｃの右側に示すように、陥凹部Ｒ２は、マーカ５０の透明部分の下にしか形成されない。図３ｃの左側では、陥凹部Ｒ３は、マーカ５０の不透明部分の下にしか形成されない。この場合も、２つの異なる位相深さが存在し、それぞれから十分な強度をもつ使用可能な回折信号が得られる。

このような陥凹領域Ｒ２、Ｒ３は、マーカ用のマスクと適当なリソグラフィ・プロセスを用いて、ポジ露光またはネガ露光でそれぞれ形成することができることに留意されたい。

図３ｂまたは３ｃに示す陥凹領域により、約２００〜３００ｎｍが位相深さに追加されるのが好ましい。

図４に、本発明によるマーカ構造の第３実施例の断面を概略的に示す。

従来技術のマーカの別の欠点は、マーカ下の１つ（または複数）の層の作用としてマーカ特性が依存することによるものである。半導体デバイスに見られる様々な層の様々な光学的挙動のためにマーカのコントラストが変化することがあり、その結果、下の層の作用として回折強度の変化が生じる、すなわち、位相深さが下にある層の作用として大きく変化することが知られている。

本発明による第３実施例では、（露光および加工による）第１金属層中の第１光学マーカＯＭ１を第１配列トーン、すなわち、第１構造要素および第２構造要素の所与の周期的繰返しで画定することによって、位相深さがより良好に制御される。次いで、少なくとも１つの中間誘電体層ＩＤＬとともに第１金属層上に積み重ねた第２金属層中に、第１配列トーンと同じだが第１マーカに対して逆のトーンで第２光学マーカＯＭ２を画定（露光および加工）する。この逆のトーンは、第２マーカＯＭ２が第１光学マーカＯＭ１と同じ周期的繰返しを備えるが、第１構造要素および第２構造要素の位置が第１マーカＯＭ１に対して相対的に入れ替わっていることを示す。

中間誘電体層ＩＤＬを制御することによって、位相深さを制御する、すなわち、十分な強度の回折信号が得られる位相深さの値を選択することができる。さらに、ウエハのスクライブレーン内でマーカが占めるスペースは、光学マーカを積み重ねることによって大きく減少する。

通常、ＩＤＬの厚さはＩＣ加工パラメータによって決まることに留意されたい。偶然に、積み重ねたマーカ間のＩＤＬの厚さが、基板位置合わせシステムが使用する波長で弱め合う干渉が生じる位相深さに相当する場合、第２波長を使用してよい。

図５に、本発明によるマーカ構造の第４実施例のマーカ構造を斜視図で概略的に示す。

ＩＣ製作中の様々な加工ステップは、位置合わせマーカの形状に悪影響を及ぼすことがある。たとえば、光学マーカ構造中のラインのブロック形状は、ＣＭＰステップのために変化することがある。ＣＭＰプロセスのため、ラインの断面は非対称になる。すなわち、本質的に（局所的な）研磨方向のため、研磨により上縁部の一方しか丸くならない。

形状へのこうした影響のために、このような改変された（一方の縁部が丸められた）マーカによる位置合わせでは、改変されたマーカ形状が、生成される回折パターンを変化させることから生じる誤差が含まれることがある。一般に、マーカ形状の改変により、光学マーカ構造によって生成される回折ピークの位置が、元のマーカ形状のピーク位置に対して相対的にシフトする。従来技術では、いずれの状況でも回折パターンおよび／またはパターン中のピーク位置の変化が生じるので、純粋なマーカ位置合わせ不良とマーカ形状の改変とを区別することは不可能であった。

第４実施例による光学マーカ構造により、パターンのシフトが、マーカの位置合わせ不良のためなのか、あるいはＩＣ加工により生じたマーカの変形のためなのかを調べることが可能になり得る。

この光学マーカは、第１部分に第１周期構造ＰＳ１を備え、第２部分に第２周期構造ＰＳ２を備える。第１および第２周期構造ＰＳ１およびＰＳ２は、１方向に平行に進むそれぞれの周期で互いに隣接して配置される。

第１周期構造ＰＳ１は、ＰＳ２と同じ周期を有するが、その構造要素の配列順序は、第２周期構造ＰＳ２と相補的である。第１周期構造ＰＳ１は、第１の幅ｗ１を有する複数の第１材料の第１構造要素ＳＥ１および第２の幅ｗ２を有する複数の第２材料の第２構造要素ＳＥ２からなり、それらはそれぞれ周期的に配置される。

第２周期構造ＰＳ２は、第３の幅ｗ３を有する複数の第２材料の第３構造要素ＳＥ３および第４の幅ｗ４を有する複数の第１材料の第４構造要素ＳＥ４からなり、それらはそれぞれ周期的に配置される。ＰＳ１はＰＳ２と相補的なので、第１構造要素ＳＥ１は、第３の幅ｗ３に等しい第１の幅ｗ１で第３構造要素ＳＥ３に隣接し、第２構造要素ＳＥ２は、第４の幅ｗ４に等しい第２の幅ｗ２で第４構造要素ＳＥ４に隣接する。さらに、周期構造ＰＳ１およびＰＳ２はそれぞれ非対称である。すなわち、第１および第２の幅は互いに異なる。

例として、この光学マーカ構造は、銅を第１材料とし絶縁体を第２材料として、銅ダマシン構造として配置することができる。すなわち、銅および絶縁体の周期変化により、マーカ構造が回折格子として働く。したがって、たとえば、ＳＥ１およびＳＥ４が銅を含み、ＳＥ２およびＳＥ３が絶縁体を含む。ＳＥ１の幅ｗ１はＳＥ３の幅ｗ３に等しく、ＳＥ２の幅ｗ２はＳＥ４の幅ｗ４に等しい。

ただし、こうしたマーカは、金属／半導体構造または金属／絶縁体構造に埋め込むこともできることに留意されたい。また、こうした相補型光学マーカ構造は、半導体基板中にエッチングし互いに隣接して配置した２つの相補的な幾何形状のグレーティング（すなわち、ラインおよびトレンチ）によって形成することもできる。

当業者には周知のように、マーカ構造中で相補的なフィーチャーを使用すると、測定中に（ゼロ・レベルの）固定信号が得られる。周期構造ＰＳ１およびＰＳ２がほぼ相補的である場合、第１周期構造ＰＳ１からの第１信号は、第２周期構造ＰＳ２からの第２信号に相補的なものになる。第１および第２信号は互いに弱め合い、センサで測定される第１および第２信号の合成信号は、ほぼゼロ・レベルを有することになる。

上記で述べた構造への加工の影響のために、第１周期構造ＰＳ１は、第２周期構造ＰＳ２と異なるしかたで変形する。というのは、両方の構造がそれぞれ異なる非対称性を有するからである。第１周期構造ＰＳ１では、金属ラインＳＥ１は、第２周期構造ＰＳ２中の金属ラインＳＥ４の幅ｗ４と異なる幅ｗ１を有し得る。それぞれの構造ＰＳ１およびＰＳ２中の金属ラインおよび絶縁体ラインの幅の差異のため、それぞれのラインの形状の変化は異なったものになる。

２つの構造がこのように異なって改変されるため、ＰＳ１からの第１信号は、もはやＰＳ２からの第２信号と相補的ではなくなる。その結果、測定時に、相補的なグレーティングはもはやゼロ・レベルの信号を示さないことになる。その代わり、ゼロではない信号が測定されることになる。

相補的な光学マーカ構造からこのような信号が生じることにより、マーカがプロセスに関係した影響を受けたことが示される。したがって、類似の周期性を有する他のマーカへのプロセスにより生じる影響の存在およびこうした影響のドリフトを、この相補的な光学マーカ構造で監視することができると有利である。

図６に、本発明の第５実施例によるマーカ構造の平面を示す。

ある種のＩＣメタライゼーション・プロセスでは、表面における残余のトポグラフィのため、メタライゼーション層下の埋込みマーカ（すなわち、メタライゼーション層下の光学マーカ構造）が依然として検出可能である。この場合、マーカ構造の幾何形状、すなわち、ラインおよびトレンチはそれぞれ、メタライゼーション層表面内で、高い領域および下にある領域として依然として目視可能である。

しかし、ＩＣの加工では、タングステン・コンタクトおよびバイアの平坦化技術としてＣＭＰ（化学機械研磨）を適用する。ＣＭＰにより上面が平坦化され、残余のトポグラフィは失われる。このような場合には、残余のマーカ構造を使用して位置合わせすることは不可能である。

本発明の第５実施例では、振幅型マーカ構造として働くアルミニウムのメタライゼーション層中にマーカ構造を形成する。図６に、ＢＥＯＬプロセス中に形成される層のスタックを示す。すなわち、トレンチ中にタングステン・コンタクトを形成する。ＣＭＰによって、タングステン・コンタクトおよび酸化物絶縁体の表面を平坦化する。平坦化した表面上にチタン接合層を被着させる。次いで、高温金属被着プロセスによってアルミニウムを被着させる。最後に、Ｔｉ／ＴｉＮのキャップ層を被着させる。図６に、それぞれの層の厚さの値のいくつかの例を示す。

メタライゼーション層は、（一般に、約３５０℃、ＵＨＶ条件下で物理気相成長法で被着させる）高温金属プロセスを含む。タングステンを覆うチタン接合層上のアルミニウムと二酸化シリコンを覆うチタン接合層上のアルミニウムでは結晶粒成長がそれぞれ異なるため、下にある材料に応じて、アルミニウム層中に異なる表面状態が作り出される。タングステン・コンタクトすなわちプラグの上で、この表面は第１表面状態ＳＴ２を有し、酸化物の上では、この表面は第２表面状態ＳＴ１を有する。

おそらく、チタン層は、下にある材料に応じて異なるテクスチャを有する。このテクスチャは、高温金属被着プロセス中に被着させるアルミニウムの核形成および結晶粒成長に、タングステンを覆う領域と二酸化シリコンを覆う領域では異なる影響を及ぼすことがある。表面状態の差異は、形態上の差異、すなわち、下にある材料に応じたメタライゼーション層のテクスチャおよび／または結晶粒のサイズに関係する。あるいは、チタン層が比較的薄いので、タングステン上のアルミニウムまたは二酸化シリコン上のアルミニウムの異なる核形成および結晶粒成長も、下にある材料の熱物理特性の差異によって生じることがある。

いずれの場合でも、物理化学的な原因がなんであっても、表面状態の局所的な差異は、位置合わせセンサ・システムおよび／または重ね合わせセンサ・システムによってマーカ構造として検出可能である。

こうした形態的なマーカ構造は、図６で説明した特定の構造に限定されないことに留意されたい。メタライゼーション層は、周期構造を形成する（ＣＭＰ処理した）ある種の他の下にある材料によっても表面状態の周期的変化を示すことがある。

従来技術では、タングステンで充填したトレンチを備える半導体基板上のマーカは、ＣＭＰプロセスにかけられてタングステンが除去され、基板表面が平坦化される。タングステンＣＶＤとＣＭＰを組み合わせるため、タングステン構造は充填状態あるいは不完全充填状態になる。充填の程度は、マーカによって生成される光学信号の位相深さに関係する。すなわち、２つの離散位相深さレベルが存在する。

一方のレベルは、構造の上面までほぼ完全に充填するため、浅く小さな位相深さを有する充填タングステン構造に関係するものである。

他方のレベルは、比較的深く大きな位相深さを有する不完全充填タングステン構造に関係するものである。

小さな位相深さによって生じる位置合わせ誤差は比較的大きいので、充填マーカの小さな位相深さは望ましくない。また、大きな位相深さにより、位置合わせ誤差が小さくなることも保証されない。すなわち、位相深さにより、光学信号の消失が生じることがある。

図７ａに、タングステンＣＭＰ前の、従来技術の充填されたタングステン・マーカおよび完全に充填されていないタングステン・マーカの断面を示す。

二酸化シリコン層中にエッチングしたトレンチ中に、ブランケット・モードのＣＶＤプロセスによってタングステンを被着させる。図７ａに、トレンチの幅により、共形に成長させたタングステン層がトレンチを「充填」モードあるいは「不完全充填」モードで充填するのが決まる様子を示す。

共形成長特性を有するタングステンＣＶＤ時に、狭いトレンチが「充填」トレンチになり、広いトレンチが「不完全充填」トレンチになる。

トレンチの底面はバリア層で覆われることがある。

次いで、ＣＭＰプロセスを行って構造を平坦化する。このようにして、二酸化シリコン表面とほぼ同じレベルの表面を有する金属（タングステン）構造を形成する。その結果、「充填」構造の位相深さはほぼゼロになる。「不完全充填」金属構造は、二酸化シリコン表面とほぼ同じレベルである部分（すなわち側壁）と、表面が二酸化シリコン表面のレベルよりもかなり下である中央部分とを備える。ＣＭＰ後、中央のタングステン部分は、二酸化シリコン表面のレベルに対して相対的な所与の位相深さを有する。

当業者には周知のように、所与のトレンチ深さおよび所与の加工パラメータを有する（すなわち、所与の厚さを有する共形タングステン層を形成する）タングステン被着プロセスでは、トレンチ幅により、タングステン・ラインが充填されるかあるいは完全には充填されないかが決まる。したがって、位相深さは、トレンチ幅の作用として、２つの離散レベルを含むことになる。さらに、タングステンおよび二酸化シリコンのＣＭＰに対する抵抗が異なるので、ＣＭＰプロセスを極めて正確に制御することはできない。

上記で述べたように、不完全充填金属マーカ・ラインを備えるマーカ構造では、金属ラインの中央部分の深さは、位相深さがほぼゼロになることがある。すなわち、位相深さの制御を実現することはできない。

図７ｂに、本発明の第６実施例による二酸化シリコン中のタングステン・マーカ構造の平面図（ＴＯＰ）および断面図（ＳＩＤＥ）を示す。

本発明の第６実施例では、光学マーカ構造は、二酸化シリコンのライン中にタングステンの副セグメントを備える。

副セグメントとして、二酸化シリコンのライン中に、副トレンチの長さ方向がマーカ構造の周期Ｐに平行な方向に延びる複数の副トレンチを形成する。複数の副トレンチは、位置合わせ手順中にいわゆる非走査方向になる方向に周期的に配置されているので、このＰｓｕｂ方向の副トレンチの周期的配置による光学的な影響は、基板位置合わせシステムによって検出されない。副トレンチ（の周期性）によって生成される発生し得る回折信号は、実際のマーカ構造（すなわち、タングステン・トレンチおよび二酸化シリコン・ラインの繰返し）の回折信号の方向に直交する方向に向けられるので、この発生し得る信号は、基板位置合わせシステムによって検出されない。

この第６実施例では、やはり、タングステンＣＶＤプロセスによって、トレンチおよび副トレンチをタングステンで充填する。次いで、ＣＭＰプロセスを行って構造を平坦化する。副トレンチ中にタングステンが存在するため、ＣＭＰプロセスは、より良好に制御される。副トレンチを用いることによって、ＣＭＰに対して特定の抵抗を有する充填タングステン構造を備えるマーカ構造の面積は、比較的大きくなる（タングステンは酸化物よりもＣＭＰに対してより大きな抵抗を有する）。これにより、より高い精度で所与の高さに充填トレンチを研磨することができる。不完全充填構造のより低い部分のレベルに対して相対的に充填トレンチの研磨高さをより良好に制御することによって、位相深さを制御することができる。不完全充填領域中のタングステンのより低いレベルに対する相対的な充填タングステン構造の上面レベルの高さを、所望の位相深さが得られるように適合させることができる。充填タングステン構造の相対面積を変更するために二酸化シリコンのライン中の副トレンチ間の間隔（およびその数）を変更することによって位相深さを適合させることができる。

副トレンチの幅は、共形タングステン層の厚さの倍である（したがって、その結果、ゼロ位相深さを有する完全に充填された副トレンチが生じる）。

本来、光学マーカは集積回路のフィーチャー・サイズよりも大きいので、光学マーカがＩＣ加工に及ぼす影響により、望ましくない副作用が生じることがある。従来技術では、マーカの最小フィーチャー・サイズは１μｍ程度である。現在の超小型電子デバイスでは、典型的な最小フィーチャー・サイズは、（デバイスの世代によって決まり）約１００ｎｍである。一般に、マーカはデバイス（の一部）と同じ材料からなるので、デバイスの近傍に大きなサイズの追加のマーカ領域が存在すると、所与の加工ステップにおいてそのデバイスの局所的な加工速度に影響を及ぼすことがある。たとえば、反応性イオン・エッチング加工または化学的成長プロセスにおける化学反応は、ある種の動力学的な制約あるいはウエハ温度の局所的な偏差などのために、大きなマーカ領域の存在の影響を受けることがある。化学機械研磨プロセスは、マーカ領域により生じるある種の機械的な制約（すなわち、ＣＭＰに対するより大きな抵抗あるいはより小さい抵抗）のために、大きなマーカ領域の存在の影響を受けることがある。

すなわち、マーカとデバイス・フィーチャーのサイズの差により、マーカ近くに位置するデバイスの加工ステップの改変が生じることがある。加工の改変のため、ダイおよび／またはウエハ全体にわたってデバイス特性のばらつきが生じることがある。

ＩＣ加工の観点からみて、デバイス中の最小フィーチャー・サイズにより近く対応するようにマーカ構造要素の寸法を変更することにより、ＩＣ加工のサイズ依存性の問題を克服することができる。ただし、「ライン」および「トレンチ」の幅を変更すると、マーカの周期も変更することがある。これにより、逆に、位置合わせセンサ・システムおよび重ね合わせセンサ・システムを再設計して新しいマーカの周期に適合させるための大きな労力が必要になるはずである。

さらに、位置合わせシステムは直線偏光レーザ光を用いるので、こうした位置合わせシステムでは、このような改変されたマーカ構造との相互作用から生じる偏光の影響により、逆に信号強度が大きく減少することがある。

本発明者たちは、ＩＣ加工のこのサイズ依存性を克服するために、従来技術の光学マーカ構造では、改変されたマーカ構造により生成される回折パターンが従来技術の改変されていないマーカのものとほぼ同じままでありながら、最小デバイス・フィーチャーをより良好に模倣できるようにセグメント化する必要があることを認識している。また、位置合わせシステムは、偏光の効果により、測定された信号から使用可能な信号強度が得られるように配置する。

図８に、本発明の第７実施例によるマーカ構造の平面を示す。

本発明の第７実施例では、第１構造要素を、１次ラインのそれぞれがデバイスの最小フィーチャー・サイズに匹敵する幅を有し、第１方向Ｄ１に延びる複数の１次ラインＬ１に副セグメント化する。１次ライン間には異なる材料の挿入ラインがある。１次ラインおよび挿入ラインの幅は、最小フィーチャー・サイズを有する高密度デバイス構造を模倣したものである。

さらに、第１構造要素間の第２構造要素を、異なる材料の挿入ラインを間に有し、第２方向Ｄ２に延びる複数の２次ラインＬ２に副セグメント化する。この場合も、第２ラインおよび挿入ラインは、デバイスの最小フィーチャー・サイズを有する高密度デバイス構造に匹敵する幅を有する。

第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に直交する。

一般に、１次ラインＬ１および２次ラインＬ２の材料は同じもの、たとえば金属であり、１次ラインＬ１間および２次ラインＬ２間の材料は誘電体または半導体でよい。

この副セグメント化において、マーカ構造の元の周期Ｐは、従来技術の位置合わせセンサを適用できるように維持される。

１次ラインＬ１の幅は、２次ラインＬ２の幅に等しくても等しくなくてもよいことにさらに留意されたい。

この位置合わせシステムでは、第１直線偏光Ｅ１の第１レーザ・ビームおよび第２直線偏光Ｅ２の第２レーザ・ビームを使用する。第１レーザ・ビームの波長は、第２レーザ・ビームの波長と異なる。たとえば、第１レーザ・ビームは赤い光からなり、第２レーザ・ビームは緑の光からなる。

第１直線偏光方向Ｅ１は、第２直線偏光方向Ｅ２に直交する。さらに、第１直線偏光Ｅ１は、マーカ・ライン中のライン・セグメントＬ１が、第１偏光の光ビームをよりいっそう透過させて、マーカ構造の回折パターンを形成することができるように配置される。同様に、第２直線偏光Ｅ２は、中間マーカ要素中のライン・セグメントＬ２が、第２偏光の光ビームをよりいっそう透過させて、マーカ構造の回折パターンを形成することができるように配置される。

図９に、本発明の第７実施例によるマーカのスタックの応用例を示す。第７実施例の構造の別の利点は、互いの間で干渉が生じることなく、こうしたマーカの少なくとも２つを互いの上面上に積み重ねられることである。マーカ構造を後続の層の中に積み重ねることによって、スクライブレーン中でマーカ構造に必要な領域を大きく減少させることができる。こうしたスタックの図９の例では、「ライン」の幅を「トレンチ」の幅に等しくし、第２マーカＯＭ２を、第１マーカＯＭ１に対して周期Ｐの半分だけ平行移動させる。互いに直交する「トレンチ」および「ライン」をセグメント化するため、偏光の効果により、上部マーカ構造と下部マーカ構造の間のクロストークが妨げられる。相互に直交する偏光を有する第１および第２レーザ・ビームを使用すると、下部マーカ構造は、上部マーカによって覆われるように見える。すなわち、位置合わせシステムは、上部マーカ構造のみを検出する。

本発明による少なくとも１つのマーカ構造を備えるリソグラフィ投影機器を示す図である。 位相深さの概念を示すために従来技術のマーカ構造の断面を概略的に示す図である。 銅ダマシン層中の従来技術のマーカ構造の断面を概略的に示す図である。 本発明によるマーカ構造の第１実施例の断面を示す図である。 本発明によるマーカ構造の第２実施例の断面を示す図である。 本発明によるマーカ構造の第３実施例の断面を概略的に示す図である。 本発明によるマーカ構造の第４実施例のマーカ構造を斜視図で概略的に示す図である。 本発明の第５実施例によるマーカ構造の平面を示す図である。 タングステンの化学機械研磨前の、従来技術の充填および不完全充填タングステン・マーカの断面を概略的に示す図である。 本発明の第６実施例による、二酸化シリコン中のタングステン・マーカ構造の平面および断面を概略的に示す図である。 本発明の第７実施例によるマーカ構造の平面を示す図である。 本発明の第７実施例によるマーカのスタックの応用例を示す図である。

符号の説明

１ リソグラフィ投影機器
５０ グレーティング、光学マーカ
１００ ライン
１０２ 挿入トレンチ
１０４、１０６ ライン要素
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｅｘ 放射システム
Ｅ１ 第１直線偏光
Ｅ２ 第２直線偏光
ＩＤＬ 中間誘電体層
ＩＦ 干渉計
ＩＬ 放射システム
Ｌ１ １次ライン
Ｌ２ ２次ライン
Ｍ１ マスク位置合わせマーク
Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＭＡ マスク
ＭＢ 計測ビーム
ＭＳ 基板位置合わせシステム
ＭＴ マスク・テーブル
ＯＭ 光学マーカ構造
ＯＭ１ 第１光学マーカ
ＯＭ２ 第２光学マーカ
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＰＢ 放射投影ビーム
ＰＦ 伝搬波面
ＰＳ１ 第１周期構造
ＰＳ２ 第２周期構造
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 陥凹部
ＳＥ１ 第１構造要素
ＳＥ２ 第２構造要素
ＳＥ３ 第３構造要素
ＳＥ４ 第４構造要素
ＳＬ 基板層
ＳＯ 放射源
ＳＴ１ 第２表面状態
ＳＴ２ 第１表面状態
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
Ｗ１ 第１の幅
Ｗ２ 第２の幅
Ｗ３ 第３の幅
Ｗ４ 第４の幅

Claims (36)

1. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、
   使用に際して、
   前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
   前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および
   前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
   前記第１構造要素が第１レベル上に第１反射面を有し、前記第２構造要素がほぼ非反射性であり、
   第２反射面がより下方の第２レベル上に位置し、
   前記第１および第２反射面の間隔が前記検出光の位相深さ条件を決め、
   陥凹部（Ｒ１；Ｒ２；Ｒ３）が前記第２反射面内に存在し、それによって前記位相条件が改変されることをさらに特徴とする、
   マーカ構造。
2. 前記第１および前記第２構造要素が回折格子を形成するように配置され、前記第１構造要素が前記格子のライン（１０４）であり、前記第２構造要素が前記格子のスペース（１０６）である、
   請求項１に記載のマーカ構造。
3. 前記第１構造要素が金属を含む、
   請求項１または請求項２に記載のマーカ構造。
4. 前記第２構造要素が誘電体を含む、
   請求項１から請求項３までのいずれかに記載のマーカ構造。
5. 前記陥凹部が前記マーカ構造の一部の下に存在する、
   請求項１から請求項４までのいずれかに記載のマーカ構造。
6. 前記陥凹部（Ｒ２）が、前記第２構造要素のそれぞれの下にほぼ位置する部分的な陥凹部として生成される、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のマーカ構造。
7. 前記陥凹部（Ｒ３）が、前記第１構造要素のそれぞれの下にほぼ位置する部分的な陥凹部として生成される、
   請求項１から請求項６までのいずれかに記載のマーカ構造。
8. 前記金属が銅である、
   請求項２から請求項７までのいずれかに記載のマーカ構造。
9. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、
   使用に際して、
   前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
   前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および
   前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
   前記第１構造要素が第１レベル上に第１反射面ＯＭ２を有し、前記第２構造要素がほぼ非反射性であり、
   第２反射面ＯＭ１がより下方の第２レベル上に位置し、
   前記第１および第２反射面の間隔が前記検出光の位相深さ条件を決め、
   前記第２反射面が、不透明な層の上に位置する複数の追加の構造要素を備えることをさらに特徴とする、
   マーカ構造。
10. 前記第１および前記第２構造要素が第１回折格子を形成するように配置され、前記第１構造要素が前記格子のラインであり、前記第２構造要素が前記格子のスペースであり、前記追加の構造要素が第２回折格子のラインとして配置され、第２回折格子のトーンが、第１回折格子のトーンのほぼ逆である、
    請求項９に記載のマーカ構造。
11. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、前記第１および前記第２構造要素が、１つの第１構造要素が１つの第２構造要素に隣接して位置するような繰返し順序で配置され、前記マーカ構造が前記繰返し順序の配列方向に周期性を有し、前記第１構造要素が前記配列方向に第１の幅を有し、前記第２構造要素が前記配列方向に第２の幅を有し、前記第１および第２構造要素が前記配列方向に直交して延びる長さ方向を有し、
    使用に際して、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
    前記マーカ構造によって回折された回折光パターンをセンサ上で受け取って、前記パターンを測定すること、および
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記測定から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
    前記マーカ構造が、第１周期構造（ＰＳ１）および第２周期構造（ＰＳ２）を備え、
    前記第２周期構造（ＰＳ２）が、前記第１周期構造（ＰＳ１）に隣接しかつ平行であり、
    前記第１周期構造（ＰＳ１）が、複数の第１材料の第１構造要素（ＳＥ１）および複数の第２材料の第２構造要素（ＳＥ２）を備え、前記第１および第２構造要素が繰返し順序で配置され、前記第１の幅（ｗ１）が前記第２の幅（ｗ２）よりも大きく、
    前記第２周期構造（ＰＳ２）が、第３の幅（ｗ３）を有する複数の前記第２材料の前記第１構造要素（ＳＥ３）および第４の幅（ｗ４）を有する複数の前記第１材料の前記第２構造要素（ＳＥ４）を備え、前記第１および第２構造要素が繰返し順序で配置され、前記第３の幅（ｗ３）が前記第１の幅（ｗ１）に等しく、前記第４の幅（ｗ４）が前記第２の幅（ｗ２）に等しく、
    前記第２周期構造（ＰＳ２）中の前記第１構造要素（ＳＥ３）が、前記第２周期構造が前記第１周期構造と相補的になるように、前記第１周期構造（ＰＳ１）中の前記第１構造要素（ＳＥ１）に隣接して位置することをさらに特徴とする、
    マーカ構造。
12. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、
    使用に際して、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
    前記第１構造要素が第１材料で形成され、前記第２構造要素が第２材料で形成され、使用に際して、構造要素への非対称な損傷が存在しないとき、第１信号がセンサで検出され、構造要素への非対称な損傷が存在するとき、第２信号がセンサで検出されるような相補的構成でこれらの構造要素が配置されることをさらに特徴とする、
    マーカ構造。
13. 第１信号がゼロまたは最小強度であり、第２信号がより大きな強度である、
    請求項１２に記載のマーカ構造。
14. 前記第１材料が導電材料であり、前記第２材料が半導体または絶縁体材料である、
    請求項１１から請求項１３までのいずれかに記載のマーカ構造。
15. 前記第１材料が銅であり、前記第２材料が誘電体材料である、
    請求項１４に記載のマーカ構造。
16. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、
    使用に際して、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
    前記マーカ構造がメタライゼーション層中に存在し、
    前記第１構造要素が、第１表面状態（ＳＴ１）を有する第１表面領域部分からなり、前記第２構造要素が、第２表面状態（ＳＴ２）を有する第２表面領域部分からなり、
    前記第１表面領域部分が第１埋込みマーカ要素に関係し、前記第２表面領域部分が第２埋込みマーカ要素に関係し、
    前記第１および前記第２表面状態（ＳＴ１、ＳＴ２）が、それぞれ前記第１埋込みマーカ要素および前記第２埋込みマーカ要素によって生じる前記メタライゼーション層の形態の変化に関係することをさらに特徴とする、
    マーカ構造。
17. 前記第１および第２構造要素が回折格子を形成するように配置される、
    請求項１６に記載のマーカ構造。
18. 前記メタライゼーション層が、メタライゼーション・プロセスのシーケンス中に、高温金属被着プロセスによって被着された金属層を備える、
    請求項１６または請求項１７に記載のマーカ構造。
19. 前記メタライゼーション層がアルミニウム層を含む、
    請求項１６から請求項１８までのいずれかに記載のマーカ構造。
20. 前記メタライゼーション・プロセスのシーケンスが、Ｔｉ接合層の被着、Ｔｉ／ＴｉＮキャップ層の被着およびパッシベーション層の被着のうちの少なくとも１つをさらに含む、
    請求項１８に記載のマーカ構造。
21. 複数の第１構造要素および複数の第２構造要素を備え、基板を光学的に位置合わせするための基板上マーカ構造であって、
    使用に際して、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供すること、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出すること、および
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めることに基づいて前記光学的位置合わせを行うことができるマーカ構造であって、
    前記第１構造要素が複数の１次ラインおよび複数の第１挿入ラインを備えることをさらに特徴とする、
    マーカ構造。
22. 前記第１および前記第２構造要素が回折格子を形成するように配置される、
    請求項２１に記載のマーカ構造。
23. 前記１次ラインが第１材料を含み、前記第１挿入ラインが第２材料を含む、
    請求項２１または請求項２２に記載のマーカ構造。
24. 前記第１材料が化学機械研磨に対する第１抵抗を有し、前記第２材料が化学機械研磨に対する第２抵抗を有し、前記第１抵抗が前記第２抵抗と異なる、
    請求項２１から請求項２３までのいずれかに記載のマーカ構造。
25. 前記複数の第１挿入ラインが周期構造を形成する、
    請求項２２またはその従属請求項に記載のマーカ構造。
26. 周期構造が回折格子の周期方向にほぼ直交する方向に延びる、
    請求項２５に記載のマーカ構造。
27. 周期構造が回折格子の周期方向にほぼ平行な方向に延びる、
    請求項２５に記載のマーカ構造。
28. 前記第２構造要素が複数の２次ラインおよび複数の第２挿入ラインを備え、
    前記複数の第２挿入ラインが、複数の第１挿入ラインによって形成された周期構造の方向にほぼ直交する方向に別の周期構造を形成する、
    請求項２６または請求項２７に記載のマーカ構造。
29. 前記１次ラインおよび前記第１挿入ラインが、前記基板上に生成される製品デバイスの最小フィーチャー・サイズに匹敵する寸法を有する、
    請求項２１から請求項２８までのいずれかに記載のマーカ構造。
30. 前記２次ラインおよび前記第２挿入ラインが、前記基板上に生成される製品デバイスの最小フィーチャー・サイズに匹敵する寸法を有する、
    請求項２９に記載のマーカ構造。
31. 請求項１８から請求項２５までのいずれか一項に記載のマーカ構造に位置合わせするための位置合わせ方法であって、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供するステップと、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出するステップと、
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めるステップとを含み、
    前記少なくとも１本の光ビームが、複数の第１挿入ラインによって形成された周期構造の方向にほぼ直交して延びる直線偏光（Ｅ２）を有するか、あるいは、前記センサがその直線偏光（Ｅ２）を有する光を透過させることができる偏光フィルタを有する、
    位置合わせ方法。
32. 請求項１８から請求項２５までのいずれか一項に記載のマーカ構造に位置合わせするための位置合わせ方法であって、
    前記マーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供するステップと、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出するステップと、
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記検出光から求めるステップとを含み、
    前記少なくとも１本の光ビームが、複数の第１挿入ラインによって形成された周期構造の方向にほぼ平行して延びる直線偏光（Ｅ１）を有するか、あるいは、前記センサがその直線偏光（Ｅ１）を有する光を透過させることができる偏光フィルタを有する、
    位置合わせ方法。
33. ほぼ直交する直線偏光（Ｅ１、Ｅ２）を有し、それぞれ別々に受け取られる２本の光ビームが前記マーカ構造上に向けられる、
    請求項３１および請求項３２に記載の位置合わせ方法。
34. 請求項１から請求項３３までのいずれか一項に記載の少なくとも１つのマーカ構造を備える、
    超小型電子デバイス用の基板。
35. 放射投影ビームを供給する放射システムと、
    所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターン化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（ＷＳ）と、
    基板の目標部分上にパターン化したビームを投影する投影システムと、
    前記パターン化手段の位置に対する相対的な前記基板の位置を検出する基板位置合わせシステム（ＭＳ）と、
    請求項１から請求項３３までのいずれか一項に記載の少なくとも１つのマーカ構造を備える前記基板とを備える、
    リソグラフィ投影機器。
36. 放射投影ビームを供給する放射システムと、
    所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する働きをするパターン化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（ＷＳ）と、
    基板の目標部分上にパターン化したビームを投影する投影システムと、
    前記パターン化手段の位置に対する相対的な前記基板の位置を検出する基板位置合わせシステム（ＭＳ）とを備えるリソグラフィ投影機器において基板を位置合わせする方法であって、
    請求項１から請求項３３までのいずれか一項に記載のマーカ構造上に向けられる少なくとも１本の光ビームを提供するステップと、
    前記マーカ構造から受け取った光をセンサで検出するステップと、
    前記基板の位置を前記センサに関連づける情報を含む位置合わせ情報を前記測定から求めるステップとを含む、
    方法。

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