JP2009231837A - リソグラフィ装置におけるウエーハの粗い位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のコースアライメント精度を向上させる。
【解決手段】第１方向としての長手方向に延びるスクライブラインにマークを備える基板のアライメント方法である。マークは、第１方向に周期構造を有する。この方法は、マークの周期構造の方向に垂直な方向にマークをスキャンする照明ビームを与えることを含む。マークのスキャンは第１スキャン経路に沿ってマークを横断する。また、この方法は、照明ビームのスポットを第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを含む。第２スキャン経路は、第１スキャン経路に平行であり第１スキャン経路に対し第１シフト量移動されている。第１シフト量は、周期構造の繰り返し間隔の分数倍である。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィ装置におけるウエーハの粗い位置合わせ方法に関する。また本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。さらに、本発明は、リソグラフィ装置及びコンピュータプログラムに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えば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、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用され得る。このパターンが基板（例えばシリコンウエーハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写されることになる。パターンの転写は典型的には、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）層への像形成により行われる。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、パターンを基板にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

通常、基板上の目標部分はスクライブラインで分離されている。スクライブラインには１つまたは複数のマークが配置されている。リソグラフィ装置でのウエーハの光学的なコースアライメント（粗い位置合わせ）においては、光学的アライメントスキャンがスキャン経路に沿って実行される。このスキャン経路はスクライブラインを横断しマークを通過する。よって、スクライブラインの外側においてもスキャンデータは収集される。この光学的アライメントスキャンはいわゆる自己参照干渉法に基づいており、マークからスキャンデータ信号を得るためのものである。マークは通常３本の平行線を有する。この平行線はスクライブライン長手方向に延びており、スクライブラインの幅方向に互いに間隔を有している。マークの２本の線のピッチは他の２本の線のピッチとは異なっている。

使用される自己参照干渉法は欧州特許第１３７２０４０号に記載されている。マークの位置は、上述の２つのマーク設計ピッチにマッチする部分を例えばパターン認識処理によりスキャンデータ信号から探索することにより得ることができる。スキャンデータ信号のうちマッチングする部分の位置がスキャン経路上のマーク位置に関係する。

スクライブライン外側でマークに隣接する製品構造が、マークから生成される信号に干渉し得ることがわかっている。干渉が生じるとパターン認識が不正確となり位置合わせ不良（ミスアライメント）が発生するおそれがある。

また、マークに隣接するデバイス構造（製品構造）はマークとも干渉を引き起こすおそれがあり、アライメント性能に悪影響を及ぼしうる。よって、マークには除外領域が設けられている。除外領域はデバイス構造を含めて何も設けられていない領域である。このため、スクライブラインを通常、ある最小幅よりも細くすることはない。スクライブラインの幅を小さくすればコースアライメント精度が低下し得る。よって、従来のコースアライメント方法を使用する場合にはスクライブラインを細くすることは好ましくない。

先行技術が有する問題のうち１つまたは複数を解決する方法をもたらすことが望ましい。

一態様によれば、第１方向としての長手方向に延びるスクライブラインにマークを備える基板のアライメント方法であって、該マークは、第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有しており、
第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
照明ビームのスポットを第２方向に第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを含む方法であって、
第２スキャン経路は、第１スキャン経路に平行であり第１スキャン経路に対し第１方向に第１シフト量移動されており、第１シフト量は、第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍である方法が提供される。

一態様によれば、第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有するマークを、第１方向を長手方向として延びるスクライブラインに備える基板を保持する基板テーブルと、
第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与えるスキャン装置と、
基板テーブル及びスキャン装置に接続され基板テーブル及びスキャン装置の動作を制御する制御システムと、を備えるリソグラフィ装置であって、
該制御システムは、
第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
照明ビームのスポットを第２方向に、第１スキャン経路に平行でありかつ第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍である第１シフト量だけ第１スキャン経路に対し第１方向に移動されている第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを制御するリソグラフィ装置が提供される。

一態様によれば、プロセッサと該プロセッサに接続されたメモリとを備えリソグラフィ装置の一部であるコンピュータにロードされるコンピュータプログラムであって、
該リソグラフィ装置は、
第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有するマークを、第１方向を長手方向として延びるスクライブラインに備える基板を保持する基板テーブルと、
第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与えるスキャン装置と、を備え、
前記コンピュータは、基板テーブル及びスキャン装置に接続され基板テーブル及びスキャン装置の動作を制御する制御システムとして構成され、
前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータにロードされることにより、
第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
照明ビームのスポットを第２方向に、第１スキャン経路に平行でありかつ第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍である第１シフト量だけ第１スキャン経路に対し第１方向に移動されている第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを前記プロセッサに実行させるコンピュータプログラムが提供される。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る方法のコースアライメント用マークの上面図である。 本発明の一実施形態に係る方法で得られたスキャンデータの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る方法で得られたスキャンデータの他の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る方法のコースアライメント用マークの上面図である。 本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。

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図である。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成されている照明光学系（イルミネータ）ＩＬと、
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、所定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決め装置ＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジストでコーティングされたウエーハ）Ｗを保持するよう構成され、所定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウエーハテーブル）ＷＴと、
パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つ以上のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳと、を備える。

照明系は、放射の方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

支持構造ＭＴは、パターニングデバイスを支持する。すなわち支持構造ＭＴは、パターニングデバイスの荷重を支える。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、静電固定、または他の固定用技術が用いられる。支持構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。

本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用され得るいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、例えば仮に放射ビームのパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合には、基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。

本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。

ここに説明されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイや反射型マスクなどを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブル（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が液体で覆われるものであってもよい。この液体は比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体であり、投影系と基板との間の空隙を満たす。液浸露光用の液体は、例えばマスクと投影系との間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は投影系の開口数を増大させる技術として周知である。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光の際に投影系と基板との間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般にはアジャスタＡＤにより、イルミネータＩＬの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＳに進入する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに投影する。第２の位置決め装置ＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを順次位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）とにより放射ビームＢ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。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般にマスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置ＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールにより実現される。ステッパでは（スキャナとは逆に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

図示の装置は例えば次のうちの少なくとも１つのモードで使用され得る。

１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射（すなわち単一静的露光）で目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルがＸ及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間（すなわち単一動的露光の間）、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、スキャン移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴがプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームＰＢに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴが移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

上記で記載したモードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別のモードでリソグラフィ装置を使用してもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態の方法に係るコースアライメント用マークの上面図である。

半導体ウエーハのスクライブラインＳＬにマークＡＭが配列されている。スクライブラインＳＬは２つの目標部分Ｃの間にある。スクライブラインＳＬは、第１方向Ｄ１を長手方向として延びており、第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に幅Ｗを有する。

マークＡＭは、第１方向における周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延びるマーク構造と、を備える。このマークは、複数のブロックからなる３本のラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３を備える。３本のブロックラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３は互いに平行に配列され、スクライブラインＳＬの第１方向Ｄ１に延びている。３本のブロックラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３は長さＬを有する。

３本のブロックラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、２つの間隔で第２方向に互いに分離されている。この２つの間隔により第２方向にマーク構造が定義される。第１ブロックラインＭ１と第２ブロックラインＭ２とは第１ピッチＬＰ１を有する第１間隔で隔てられており、第２ブロックラインＭ２と第３ブロックラインＭ３とは第２ピッチＬＰ２を有する第２間隔で隔てられている。各間隔のピッチは他の間隔のピッチとは異なる。なお、１つのマークが４本以上の互いに平行なブロックラインを備えてもよい。

図２においては、ブロックラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれがほぼ同じように複数のブロックに分割されている。ブロックラインＭ１、Ｍ２、Ｍ３はそれぞれ、第１方向Ｄ１にブロックピッチＤＰ隔てられて周期構造である複数のブロックＢＬを備える。各ブロックＢＬは、ブロック長さＬＢ及びブロック幅ＷＢを有する。このブロックピッチは周期構造の第１方向における繰り返し間隔を与える。

マークＡＭの代表的な例においては、スクライブラインＳＬの幅Ｗが６０μｍ、第１ピッチＬＰ１が１６μｍ、第２ピッチＬＰ２が２１μｍ、ブロックピッチＢＰが８μｍ、ブロック長さＬＢが４μｍ、ブロック幅ＷＢが３μｍである。

光学的アライメントスキャンの間、自己参照干渉計の照明ビームがマークＡＭを照明するために基板上にスポットとして与えられる。自己参照干渉計は少なくとも４つのレーザビームを使用する。これらのビームは約５３０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲にある波長を有し、それぞれが他のビームの波長とは異なる波長を有する。また、自己参照干渉計は、スクライブラインのマークを照明ビームのスポットがスキャンするよう構成されている。これについては詳しく後述する。自己参照干渉計は、マークを横断するスキャン中に得られた干渉信号を記録するようにも構成されている。

光学的アライメントスキャン中に、マークの各ブロックラインＭ１乃至Ｍ３の位置に関連する複数のスキャン位置においてラインＭ１乃至Ｍ３間の干渉により干渉信号に局所的な強度最小値が得られる。これは自己参照干渉計の性質によるものである。

マークは、光学的アライメントスキャン中に光学的干渉パターンが形成されるよう構成されている。光学的干渉パターンは多数の局所的強度最小値を示す。

本発明の一実施形態に係る方法が一点鎖線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に示されている。一点鎖線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ、ウエーハのコースアライメントのための第１スキャン経路、第２スキャン経路、第３スキャン経路を表している。各スキャン経路は第２方向Ｄ２に平行である。第２方向をアライメントスキャン方向とも称することとする。各スキャン経路は、ウエーハ表面で照明ビームスポットの中心がとる経路に相当する。

図２に示される実施例では、第１スキャンＳ１はブロックＢＬの上を実質的に通るように各ブロックラインを通過する。第２スキャンＳ２は第１スキャンＳ１に平行にスクライブラインＳＬを通過するが、第１方向Ｄ１に第１シフト量ＤＰ１だけ移動している。第１方向を非アライメントスキャン方向とも称することとする。第１シフト量ＤＰ１は繰り返し間隔（ブロックピッチ）ＢＰの分数倍、すなわち繰り返し間隔の一部分にあたる。

この方法において第３スキャンを実行する必要がある場合には、以下で詳しく説明するが、第３スキャンＳ３は第２スキャンＳ２に平行にスクライブラインＳＬを通過するが、第１方向Ｄ１に第２シフト量ＤＰ２だけ移動している。第２シフト量ＤＰ２は繰り返し間隔（ブロックピッチ）ＢＰの第２部分（第２の分数倍）にあたる。

図３は、本発明の一実施形態に係る方法で取得したスキャンデータの一例を示す。

図３においては第１スキャンＳ１及び第２スキャンＳ２のそれぞれについて、スクライブラインＳＬ内部で第２方向Ｄ２の各スキャン経路に沿う測定位置（横軸）の関数として単一波長での測定強度（縦軸）をプロットしている。

図３に示されるスキャンデータの例は、上述のマークＡＭに関する。この実施例では、照明ビームスポットの直径は通常４０μｍ以内である。この例におけるスクライブラインＳＬの幅は６０μｍである。

第１スキャンＳ１は、破線Ｇ１で示される第１干渉信号を生成する。第１スキャンＳ１においては、マークＡＭの各ブロックラインＭ１乃至Ｍ３のブロックを照明ビームスポットの中心が通過する。第２スキャンは、破線Ｇ２で示される第２干渉信号を生成する。

第１スキャンＳ１を示す破線Ｇ１には、中心位置ゼロの周囲の約−２０μｍから＋２０μｍの間隔に識別可能な局所的強度最小値がいくつか見られる。これらの局所的強度最小値は、マークＡＭのラインＭ１乃至Ｍ３で回折された光の干渉によるものである。

この間隔の外側の位置では強度が増加している。それは、照明ビームスポットのうち製品領域に入射する割合が増加し、マークによる干渉に寄与するのではなく単に表面で反射されるようになるからである。約−３０μｍよりも外側の領域、及び約＋３０μｍよりも外側の領域においては強度がいくらか減少している。それは、製品領域Ｃ内部のパターンで干渉がある程度生じるためである。製品領域を起源とする光強度によって、干渉信号の局所的強度最小値の位置検出が不正確となる。

第２スキャンＳ２を示す破線Ｇ２は、照明ビームスポットの中心がブロックラインＭ１乃至Ｍ３のブロック間を通過するので、干渉パターンを実質的に示さない。このため、自己参照干渉計は干渉を検出しない。位置を関数とする破線Ｇ２の信号強度は、破線Ｇ１に見られる局所的強度最小値を除き、破線Ｇ１の信号強度に対応する。

本発明に係る方法は、第１スキャンＳ１の強度と第２スキャンＳ２の強度との第１の差を求める。図３においては、第１の差分干渉信号は実線Ｇ３で示される。第１の差分干渉信号には、マークＡＭにより生成された局所的強度最小値が見られる。それとともに、製品領域による外乱は実質的に除去されている。よって、アライメント（すなわちマークＡＭの位置検出）の精度が向上する。

本発明の実施形態によれば、目標部分ＣにおいてスクライブラインＳＬに近接する除外領域をなくすことが可能となる。上述の差分干渉法によって、製品領域により生成される反射に起因する干渉信号への外乱を小さくすることができるからである。第１スキャン及び第２スキャン間の第１方向のシフト量を比較的小さくすることにより、第１スキャン及び第２スキャンのそれぞれが製品領域により生成する信号をかなり類似したものとなる。そうすると、製品領域を起源とする信号は差分干渉信号において実質的にゼロとなる。

図４は、本発明の一実施形態に係る方法で取得したスキャンデータの別の例を示す。図４に示されるスキャンデータは、図３のマークＡＭと同一のマークに関するが、スクライブラインの幅は４０μｍである。このため、自己参照干渉計で測定された干渉信号への製品領域Ｃの影響が、より狭い位置間隔においても観察されることになる。

図３と同様に、第１スキャンＳ１が破線Ｇ１で示される第１干渉信号を生成し、第２スキャンＳ２が破線Ｇ２で示される第２干渉信号を生成する。

この例では、第１スキャンＳ１を示す破線Ｇ１には中心位置ゼロ付近に識別可能な局所的強度最小値が見られる。それよりも正または負に位置が大きくなるにつれて、干渉信号強度が約＋２０μｍ及び約−２０μｍの最大値へと大きく増加する。さらに正または負に位置が大きくなると、約＋４０μｍ及び約−４０μｍの一定レベルに向けて干渉信号強度が減少する。明らかにグラフＧ１からマークＡＭによる局所的強度最小値を求めるのは困難である。十分な精度でアライメントをすることは可能ではないようにみえる。

図３と同様に、破線Ｇ２は破線Ｇ１と類似の線を描く。

実線Ｇ３で示されるのは、第１スキャンＳ１と第２スキャンＳ２との強度差である第１差分干渉信号である。第１差分干渉信号Ｇ３にはマークＡＭにより生成された局所的強度最小値が見られる。それとともに、製品領域による外乱は実質的に除去されている。よって、アライメント（すなわちマークＡＭの位置検出）の精度が向上する。

第１差分干渉信号Ｇ３は通常、パターン認識処理により処理される。このパターン認識処理は、第１差分干渉信号Ｇ３の局所的強度最小値のパターンと、マークＡＭから得られるはずのパターンとの相関を決定する処理である。

検出が成功した場合には、第１差分干渉信号はアライメント処理に使用される。アライメント処理は、リソグラフィ装置における座標系で基板位置を決定するための公知の処理である。第１スキャンＳ１及び第２スキャンＳ２の位置が正確でない場合には検出が成功しないこともありうる。例えば、第１スキャンＳ１及び第２スキャンＳ２の両方で照明ビームスポットの中心がマークＡＭのラインＭ１乃至Ｍ３のブロックを通過した場合や、両方のスキャンで照明ビームスポットの中心がブロックを通過しなかった場合には、差分信号には検出可能なパターンが含まれないおそれがある。

検出が成功しなかった場合には（第１差分干渉信号からパターンが見つからなかった場合には）、第３スキャンＳ３が実行される。第３スキャン経路においては、照明ビームが第２スキャンＳ２に平行にスクライブラインＳＬを通過するが、第２スキャンから第１方向Ｄ１に第２シフト量ＤＰ２移動している。

第３スキャンＳ３が実行された場合には、第２差分干渉信号が求められる。第２差分干渉信号は、第１スキャンで得られた第１干渉信号と第３スキャンで得られた第３干渉信号との差である。また、第２スキャンで得られた第２干渉信号と第３スキャンで得られた第３干渉信号との差である第３差分干渉信号が求められる。

第２差分干渉信号は、マークＡＭから得られるはずのパターンと照合（マッチング）される。検出に成功した場合には第２差分干渉信号がアライメント処理に使用され、そうでなければ第３差分干渉信号がアライメント処理に使用される。

第１スキャンＳ１と第２スキャンＳ２との間の第１シフト量ＤＰ１、及び第２スキャンＳ２と第３スキャンＳ３との間の第２シフト量ＤＰ２は、マークＡＭから得られるはずのパターンと第１乃至第３差分干渉信号のうちいずれかとのマッチングが成功するように、ブロックピッチＢＰに相対的に選択される。

一実施例においては、第１シフト量ＤＰ１はブロックピッチＢＰの４分の１であり、第２シフト量ＤＰ２はブロックピッチＢＰの８分の１である。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る方法のコースアライメント用マークの上面図である。

半導体ウエーハのスクライブラインＳＬに第２のマークＡＭ２が配列されている。スクライブラインＳＬは２つの目標部分Ｃの間にある。スクライブラインＳＬは、第１方向Ｄ１を長手方向として延びており、第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に幅Ｗを有する。

第２マークＡＭ２は、複数の傾斜したラインＭ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８を備える。これらの傾斜ラインＭ４乃至Ｍ８は、第１方向Ｄ１に対して（ゼロでも垂直でもない）傾斜角ＡＮで、スクライブラインＳＬの第１方向Ｄ１においてマーク長さＬ２にわたって互いに隣接して配列されている。

傾斜ラインＭ４乃至Ｍ８は、第１方向の周期構造により互いに分離されている。周期構造は第３間隔ＬＰ３で示される繰り返し間隔を有する。また、傾斜ラインＭ４乃至Ｍ８は、第２方向Ｄ２の第４間隔ＬＰ４で示される第２方向のマーク構造により互いに分離されている。

各ラインは、第１方向Ｄ１に第１の幅ＬＢを有し、第２方向Ｄ２に第２の幅ＷＢを有する。

第２のマークＡＭ２の代表的な例では、スクライブラインＳＬの幅Ｗが６０μｍ、第３ピッチＬＰ３が４μｍ、第４ピッチＬＰ４が４μｍ、第１の幅ＬＢが２の平方根の２倍すなわち２．８２８μｍ、第２の幅ＷＢが２の平方根の２倍すなわち２．８２８μｍである（なおこの場合、角度ＡＮは４５度に選択されている）。

光学的アライメントスキャン中に、自己参照干渉計の照明ビームが第２のマークＡＭ２を照明するためにスポットとして基板上に与えられる。

第２のマークＡＭ２は、光学的アライメントスキャン中に光学的干渉パターンが形成されるよう構成されている。光学的干渉パターンは多数の局所的強度最小値を示す。

本発明の一実施形態に係る方法が一点鎖線Ｓ１、Ｓ２に示されている。一点鎖線Ｓ１、Ｓ２はそれぞれ、ウエーハのコースアライメントのための第１スキャン経路、第２スキャン経路を表している。各スキャン経路は第２方向Ｄ２に平行である。第２方向をアライメントスキャン方向とも称することとする。各スキャン経路は、ウエーハ表面で照明ビームスポットの中心がとる経路に相当する。

図５に示す実施例においては、第１スキャンＳ１が上側の製品領域Ｃまたはその近傍から開始されスクライブラインＳＬを横断する。まず最初に第１スキャンは傾斜ラインＭ５を通過し、次に傾斜ラインＭ４を通過する。そうして第１スキャンＳ１は下側の製品領域Ｃまたはその近傍で終了する。

次に第２スキャンＳ２が実行される。第２スキャンＳ２は第１方向Ｄ１に第１シフト量ＤＰ１移動している。第１方向を非アライメントスキャン方向とも称する。第１シフト量ＤＰ１は、第１方向の周期構造の繰り返し間隔の一部分（分数倍）に等しい。第２スキャンＳ２は、第１スキャンＳ１に平行にスクライブラインＳＬを通過する。すなわち、第２スキャンＳ２が上側の製品領域Ｃまたはその近傍から開始されスクライブラインＳＬを横断する。まず最初に第２スキャンＳ２は傾斜ラインＭ５を通過し、次に傾斜ラインＭ４を通過する。そうして第２スキャンＳ２は下側の製品領域Ｃまたはその近傍で終了する。

この実施例では、第１シフト量ＤＰ１は、繰り返し間隔である第３ピッチＬＰ３の分数倍（理想的には４分の１）である。

この第２の実施形態においては、第３スキャンを実行する必要がない。それは、非スキャン方向Ｄ１の周期性とスキャン方向Ｄ２のマーク構造とが組み合わされることにより、第１スキャンＳ１及び第２スキャンＳ２が常に互いに位相がずれるよう選択されるからである。

図６はリソグラフィ装置の実施例を示す。リソグラフィ装置は、スキャン装置、自己参照干渉計、及び制御システムＣＡを備える。

わかりやすくするために、スキャン装置及び自己参照干渉計は１つのブロックＳＲで図示している。実際には、スキャン装置及び自己参照干渉計は２つの別々の装置であってもよいし、１つのスキャン装置に統合されていてもよい。

制御システムＣＡは、基板テーブルＷＴ、自己参照干渉計、及びスキャン装置に接続されており、基板テーブルＷＴ、自己参照干渉計、及びスキャン装置の動作を制御する。

スキャン装置は、マークを第２方向にスキャンする照明ビームを与える。自己参照干渉計は、半導体ウエーハ表面のパターン、例えばマークＡＭから干渉信号を検出可能である。自己参照干渉計は、パターン中においていわゆる１８０度の点対称性を有する要素に高い感度を有する。

制御システムは、算術的操作を実行するプロセッサＰＲと、メモリＭＥと、を備えるコンピュータＣＡを備える。

上述の方法はこの制御システムを備えるリソグラフィ装置により実行されてもよい。これは図６に模式的に示されている。この例に示されるのは、メモリＭＥに通信可能であるプロセッサＰＲをさらに備えるリソグラフィ装置である。メモリＭＥは、命令及びデータを記憶するいかなる形式のメモリであってもよく、テープユニット１３、ハードディスク１４、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１５、電気的に消去可能なプログラマブル・リードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１６、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１７であってもよい。

プロセッサＰＲは、メモリＭＥに記憶されているプログラム列を読み出して実行するよう構成されていてもよい。このプログラム列は、上述の方法に係る実施形態を実行する機能をプロセッサＰＲに与える。

上述の実施形態を実行可能とするために、プロセッサＰＲは、自己参照干渉計ＳＲに接続されており、第１スキャンＳ１及び第２スキャンＳ２、さらに必要に応じて第３スキャンＳ３に相当する干渉信号を受信する。なお、自己参照干渉計ＳＲはウエーハステージＷＴに隣接するブロックとして模式的に示されているが、当業者に認識可能であるように他の位置に配置されていてもよい。

また、プロセッサＰＲは、マスクテーブルＭＴの位置、基板テーブルＷＴの位置、放射源ＳＯ、イルミネータＩＬ、投影系ＰＳ、及びリソグラフィ装置のその他の構成要素の少なくとも１つを制御するよう構成されていてもよい。

プロセッサＰＲは、上述の方法を実行する専用のプロセッサであってもよいし、リソグラフィ装置全体を制御する中央プロセッサであってもよい。中央プロセッサに上述の実施形態を実行する機能が付加されていてもよい。

当業者に公知のメモリユニット、入力デバイス、読み出しデバイスなどの他のユニットが設けられていてもよい。また、これらが必要に応じてプロセッサＰＲから物理的に離れて配置されていてもよい。プロセッサＰＲは１つの箱で示されているが、公知であるように、並列に機能する複数の処理ユニットを備えてもよいし、１つの主プロセッサＰＲにより制御され互いに離れて配置される複数の処理ユニットを備えてもよい。

図６に示される接続はすべて物理的な接続として示されているが、ワイヤレスの接続としてもよい。ユニットの「接続」は、何らかの方法で通信可能であることを単に示しているにすぎない。コンピュータシステムはいかなる信号処理システムであってもよく、上述の機能を実行するよう構成されたアナログ技術でもデジタル技術でもソフトウェア技術でもよい。

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

ここでは特に光学的なリソグラフィを本発明に係る実施形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光学的なリソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニングデバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

本明細書において「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５乃至２０ｎｍの範囲の波長を有する）、及び、イオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を示す。

「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、及び静電的光学素子を含む１つまたは各種の光学素子の組み合わせを指し示すものであってもよい。

本発明の具体的な実施形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。例えば本発明は、上述の方法が記述された機械で読み取り可能な１以上の一連の指示を含むコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムが記録されたデータ記録媒体（例えば半導体メモリや磁気・光ディスクなどのコンピュータ読み取り可能媒体）の形式をとってもよい。

本発明の種々の実施例を上に記載したが、それらはあくまでも例示であって、それらに限定されるものではない。本発明の請求項の範囲から逸脱することなく種々に変更することができるということは、関連技術の当業者には明らかなことである。

Claims (15)

1. 第１方向としての長手方向に延びるスクライブラインにマークを備える基板のアライメント方法であって、該マークは、第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有しており、
   第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
   照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
   照明ビームのスポットを第２方向に第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを含む方法であって、
   第２スキャン経路は、第１スキャン経路に平行であり第１スキャン経路に対し第１方向に第１シフト量移動されており、第１シフト量は、第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍であることを特徴とする方法。
2. 前記マークは、第１方向に延びかつ互いに平行に配列されている複数のラインを備え、複数のラインのそれぞれは、実質的に同一の複数のブロックに分割されており、前記周期構造の繰り返し間隔は第１方向の各ラインのブロック間隔により画定され、第２方向のマーク構造は前記複数のラインのライン間隔により画定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のラインは、少なくとも３本のラインを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記複数のラインは、第１方向に対し各々が傾斜角を有して配列されている１組の傾斜ラインを備え、前記周期構造の繰り返し間隔は第１方向のライン間隔により画定され、第２方向のマーク構造は第２方向のライン間隔により画定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 自己参照干渉計により第１スキャン経路のスキャンで取得された第１干渉信号を記録し、
   自己参照干渉計により第２スキャン経路のスキャンで取得された第２干渉信号を記録し、
   第１干渉信号及び第２干渉信号から第１差分干渉信号を決定することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 第１差分干渉信号のパターンを前記マークから得られるであろうパターンに照合することをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 第１差分干渉信号がリソグラフィ装置のウエーハアライメント処理における基板位置の決定に使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
8. 第１差分干渉信号のパターンが前記マークから得られるであろうパターンに一致しない場合に、
   照明ビームのスポットのスキャンを、第１方向の周期構造の繰り返し間隔の第２の分数倍である第２シフト量だけ第１スキャン経路に対し移動されておりかつ第１スキャン経路に平行である第３スキャン経路に沿ってマークを横断して行い、
   自己参照干渉計により第３スキャン経路のスキャンで取得された第３干渉信号を記録することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 第１干渉信号及び第３干渉信号から第２差分干渉信号を決定し、
   第２差分干渉信号のパターンを前記マークから得られるであろうパターンに照合することをさらに含み、
   第２差分干渉信号のパターンが前記マークから得られるであろうパターンに一致しない場合に、
   第１干渉信号及び第３干渉信号から第３差分干渉信号を決定し、
   第３差分干渉信号のパターンを前記マークから得られるであろうパターンに照合することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 第２差分干渉信号及び第３差分干渉信号から選択された一方の干渉信号がリソグラフィ装置のウエーハアライメント処理における基板位置の決定に使用されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有するマークを、第１方向を長手方向として延びるスクライブラインに備える基板を保持する基板テーブルと、
    第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与えるスキャン装置と、
    基板テーブル及びスキャン装置に接続され基板テーブル及びスキャン装置の動作を制御する制御システムと、を備えるリソグラフィ装置であって、
    該制御システムは、
    第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
    照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
    照明ビームのスポットを第２方向に、第１スキャン経路に平行でありかつ第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍である第１シフト量だけ第１スキャン経路に対し第１方向に移動されている第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを制御することを特徴とするリソグラフィ装置。
12. 前記制御システムは、スキャン装置により取得された干渉信号を記録する自己参照干渉計をさらに備え、前記制御システムは、自己参照干渉計に接続され自己参照干渉計の動作を制御し、
    前記制御システムは、
    第１スキャン経路のスキャンで取得された第１干渉信号を記録し、
    第２スキャン経路のスキャンで取得された第２干渉信号を記録し、
    第１干渉信号及び第２干渉信号から第１差分干渉信号を決定することを制御することを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
13. プロセッサと該プロセッサに接続されたメモリとを備えリソグラフィ装置の一部であるコンピュータにロードされるコンピュータプログラムであって、
    該リソグラフィ装置は、
    第１方向に繰り返し間隔を有する周期構造と、第１方向に垂直な第２方向に延在するマーク構造と、を有するマークを、第１方向を長手方向として延びるスクライブラインに備える基板を保持する基板テーブルと、
    第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与えるスキャン装置と、を備え、
    前記コンピュータは、基板テーブル及びスキャン装置に接続され基板テーブル及びスキャン装置の動作を制御する制御システムとして構成され、
    前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータにロードされることにより、
    第２方向にマークをスキャンする照明ビームを与え、
    照明ビームのスポットを第２方向に第１スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンし、
    照明ビームのスポットを第２方向に、第１スキャン経路に平行でありかつ第１方向の周期構造の繰り返し間隔の分数倍である第１シフト量だけ第１スキャン経路に対し第１方向に移動されている第２スキャン経路に沿ってマークを横断してスキャンすることを前記プロセッサに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
14. 前記コンピュータプログラムは、
    第１スキャン経路のスキャンで取得された第１干渉信号を記録し、
    第２スキャン経路のスキャンで取得された第２干渉信号を記録し、
    第１干渉信号及び第２干渉信号から第１差分干渉信号を決定するために機械で実行可能な命令をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のコンピュータプログラム。
15. 請求項１３に記載のコンピュータプログラムを備えるコンピュータ読み取り可能媒体。

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