JP2010004040A - リソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の少なくとも１つの欠点が除去又は緩和される改良型リソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】パターニングデバイスから基板へパターン付き放射ビームを投影するように配置された液浸タイプのリソグラフィ装置の基板ステージであって、基板ステージが基板を保持するように構成されるとともにパターン付き放射ビームを感知する少なくとも１つのセンサを備え、前記センサは、入射放射ビームの方を向いた前面と当該前面と反対の背面とを有する少なくとも部分的に透過性である透過性層を備え、透過性層を透過した放射ビームに曝される少なくとも１つのセンサマークが背面に設けられた基板ステージに関する。
【選択図】図７

Description

本発明は、液浸タイプのリソグラフィ装置に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を備える）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる互いに近接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所定の方向(「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行にスキャンしながら、パターンを所定の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

基板のターゲット部分に所望のパターンを正確に印加するには、基板に対してレチクルをアライメントする必要がある。従って、従来技術によれば、基板に対するレチクルの相対位置は、相対位置を測定し調整することで正確に設定される。本技術分野の現在の状況によれば、基板に対するパターニングデバイスのアライメントは、２つのアライメント動作で実行される。

第一動作では、基板が、基板を搬送する基板ステージに対してアライメントされ、第二動作では、レチクルが基板を搬送する基板ステージに対してアライメントされる。これらの２つの動作の結果、レチクルを、必要に応じて、基板に対してアライメントすることができる。

シングルステージ機構を使用する場合、第１及び第二動作は露光位置で実行される。デュアルステージ機構を使用する場合、第一動作は、露光位置から離れた第一位置で実行される。次に、基板ステージは、基板を載せて第二位置、すなわち露光位置に移動し、そこで第二動作が実行される。

第一動作は、２つのセンサアセンブリで実行される。第一センサアセンブリは、アライメントセンサを含み、基板ステージに対する基板のＸ、Ｙ、及びＲｚ方向の相対位置を測定する。ここで、ＸＹ平面は、基板の表面に実質的に平行な平面として定義され、Ｘ及びＹ方向は互いに実質的に垂直である。Ｚ方向はＸ及びＹ方向に実質的に垂直であるため、ＲｚはＸＹ平面内のＺ軸周りの回転を表す。このセンサに関する詳細は、例えば、米国特許第６，２９７，８７６号に記載されている。一般にレベルセンサと呼ばれる第二センサアセンブリは、露光される基板上の位置に従って基板面の高さを測定し、決定された高さに基づいてハイトマップを作成し、Ｘ及びＹ軸を中心とする回転（Ｒｘ，Ｒｙ）を決定する。

次に、第二動作では、レチクルは基板ステージに対してアライメントされる。当業者には周知であるように、これは、透過イメージセンサなどのイメージセンサを用いて実行することができる。透過イメージセンサによる測定は、レチクル又はレチクルを搬送するレチクルステージ上の第一アライメントパターン（マスクアライメントマーク）を、投影システム（レンズ）によって基板ステージ上又はその内部に備えられた１枚又は複数枚のプレート（すなわち、透過イメージセンサプレート）上に結像することで実行される。透過イメージセンサプレートは、第二アライメントパターンを含む。アライメントパターンは、何本かの孤立した線を含むことができる。基板ステージ内の、透過イメージセンサプレート内の第二アライメントパターンの後ろに、結像された第一アライメントパターンの光の強度を測定するダイオードなどの光検出器が提供される。第一アライメントパターンの投影された画像（すなわち、空間像）が第二アライメントパターンと正確に一致すると、センサが最大強度を測定する。基板ステージは、異なるＺレベルでＸ及びＹ方向に移動し、その間にセンサが強度を測定する。従って、透過イメージセンサは、実際には複数の走査スリットが孤立した線の空間像を探る空間像センサである。これらの測定に基づいて、基板ステージの最適な相対位置が決定できる。以下に典型的な透過イメージセンサを詳細に説明する。

上述のように、第一動作では、アライメントセンサが、基板を搬送する基板ステージに対する基板の位置を測定する。アライメントセンサは、また、透過イメージセンサプレートのＸＹ位置、より詳細には、透過イメージセンサプレート上の基準マークの位置を測定し、一方、レベルセンサは、別のセンサ（Ｚ干渉計）との組み合わせでそのＺ位置を測定する。基板ステージに対する基板の位置と基板ステージに対する透過イメージセンサの位置とに基づいて、透過イメージセンサに対する基板の位置を決定できる。

上記にも述べたように、第二動作では、レチクルが基板ステージに対してアライメントされる。空間像の位置が透過イメージセンサによって測定され、これによって透過イメージセンサに対する空間像の位置が分かる。両方の動作から得た情報を組み合わせて、空間像及び基板が最もよく一致する基板ステージの最適な位置を計算する（また場合によってレンズ補正も決定する）ことができる。

さらに、リソグラフィ装置内の基板を、水などの屈折率が比較的大きい液体に浸漬して投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填することが提案されている。これによって、露光放射は空中での波長と比較して液体内での波長が短くなるため、より小さいフィーチャの結像が可能になる。液体の効果は、また、システムの有効開口数ＮＡを増加させ、また焦点深度も増大させると考えられる。

液浸タイプのリソグラフィ装置の知られている欠点の１つは、基板面とその周囲の構造、例えば、ミラーブロック及びミラーブロック内に提供されたセンサ（例えば透過イメージセンサなど）の表面で水などの液体が、通常は、液滴の形で存在するということである。より詳細には、液体は、通常、クオーツ材料でできている透過イメージセンサプレートの上面に存在する場合がある。より詳細には、透過イメージセンサプレートの表面の大部分は、Ｃｒ及びＣｒ上のＴｉＮで被覆されている。Ｃｒ及びＴｉＮは、親水性の材料である。従って、液体は、プレート上で多数の液滴の形をとる。透過イメージセンサプレート上の液体の存在は、特に高スループット、すなわち、高速液浸タイプのリソグラフィ装置では不可避と思われる。液滴の大部分が比較的速く（例えば約１５〜２５秒で）蒸発する間に、それらの液滴は、概して基板生産工程に重大な（且つマイナスの）影響を与える場合がある。液滴は、例えば、アライメント及びレベルセンサにとってレンズの役割を果たし、それによりそれらの適切な機能を低下させ、その精度を下げる可能性がある。さらに、液体が乾燥する時に、１つ又は複数のセンサの温度が局所的に下がる場合がある。その結果、センサ内で熱膨張が発生し張力が増加するためにマークとその高さとの距離が変化し、それにより測定工程が影響を受ける。

これらの欠点を回避するため、水をはじく被膜でセンサ表面を覆ってもよい。しかし、空間像が、屈折率が異なる２つの媒体内に位置するために写像が不正確になることがあり、この方法は、問題があると判明する可能性がある。さらに、２つの（又はそれ以上の）異なる媒体内に位置する空間像をモデル化する複雑さがある。これは重要である。何故なら、フィットアルゴリズムが実際に使用されるからである。さらに、被膜が比較的薄い場合、例えばＵＶ放射などの放射によって破壊されやすく、及び／又は硬い埃の粒子で傷つきやすい。別の欠点としては、被膜が下の格子の形状をなぞるため、被膜の上面が「粗く」なる。

より詳細には、センサ前面にあるマークは、疎水性被膜の厚い層を堆積させた後でもトポグラフィを有することがある。このトポグラフィは、アライメントマークの大きい溝によって生じる。トポグラフィは、汚染の元凶になり得る。トポグラフィには、水滴又は水中のレジストの薄片のような粒子が溜まりやすい。さらに、溝があるためにセンサ表面の洗浄が困難になることがある。アライメントマークを平坦化するためにマークを細分化することでトポグラフィを目立たなくしてもよい。しかし、細分化によってセンサの製造コストが増加し、アライメント信号が得られなくなることがある。

従来技術の少なくとも１つの欠点が除去又は緩和される改良型リソグラフィ装置を提供することが望ましい。

本発明の一態様によれば、パターニングデバイスから基板へパターン付き放射ビームを投影するように配置された液浸タイプのリソグラフィ装置であって、基板ステージが、基板を保持するように構成されるとともにパターン付き放射ビームを感知する少なくとも１つのセンサを備え、当該センサは、入射放射ビームの方を向いた前面と当該前面と反対の背面とを有する少なくとも部分的に透過性である透過性層を備え、透過性層を透過した放射ビームに曝される少なくとも１つのセンサマークが背面に設けられた液浸タイプのリソグラフィ装置が提供される。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。

従来技術のリソグラフィ装置を示す図である。 従来技術の基板ステージチャックの側方斜視図である。 図２に示すレチクルステージと基板ステージチャックの一部の断面図である。 従来技術のリソグラフィ投影装置で使用される液体供給システムの２つの実施形態を示す図である。 従来技術のリソグラフィ投影装置で使用される液体供給システムの２つの実施形態を示す図である。 液浸液をはじく表面層を備えた透過イメージセンサの一例の概略断面図である。 本発明のある実施形態による、外側の（表面）層と中間層の両方を備えた透過イメージセンサのある実施形態の概略断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 製造工程のそれぞれの段階で示す、透過イメージセンサと反射イメージセンサとを有する基板ステージの別の実施形態の断面図である。 基板ステージの別の実施形態の断面図である。 図１２の反射型及び透過型センサの概略図である。

図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（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を支持するように構成され、特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に構成された第一ポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴを含み、特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に構成された第二ポジショナＰＷに接続されたミラーブロックを含む基板ステージ９と、
パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＬとを含む。

照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組み合わせなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。

本明細書において使用する「投影システム」という用語は、使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして、広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なされる。

本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。

図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調整し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第二ポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けを借りて、ミラーブロック及びそこにクランピングされた基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第一ポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めできる。一般に、マスクテーブルＭＴの動きは、第一ポジショナＰＭの部分を構成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現することができる。同様に、基板ステージ９の動きは、第二ポジショナＰＷの部分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の助けにより実現することができる。ステッパ（スキャナに対して）の場合、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接続でき、又は固定できる。マスクＭＡ及び基板Ｗ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することができる。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めているが、それらは、ターゲット部分の間の空間に位置していてもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイが提供される状況では、マスクアライメントマークはダイ間にあってもよい。

図示のリソグラフィ装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、１回の静止露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、１回の動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。

上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

図２及び図３は、既存の基板ステージ９の一例の詳細図を示す。基板ステージ９は、基板テーブル１０と、ミラーブロック１１と、基板ステージキャリアモジュール１２と、基板ステージキャリアモジュール１２に対してミラーブロック１１（及びそれに取り付けられた基板テーブル１０）を位置決めするためのいくつかの位置決めモータとを含む。

基板テーブル１０は、真空によって基板（図２には図示せず）をクランピングするように構成されている。さらに、基板テーブル１０は、穴１３内を案内される３つの可動ピンを有する（図２）。ピンは、基板テーブル１０上に基板（Ｗ）を載せ又は降ろすために使用される。このために、基板テーブル１０の上にピンを持ち上げて、基板を固定するか又は切り離すことができる。基板テーブル１０は、ミラーブロック１１の上面、より詳細には、ミラーブロック１１内に形成されたくぼみ２５（図３を参照）の上面に配置される。本発明のある実施形態では、ミラーブロック１１と基板テーブル１０は、例えば真空によって一方が他方の上にクランピングされた別々の要素である。

ミラーブロック１１は、基板テーブル１０を支持するだけでなく、干渉計位置測定システムの一部でもある。ミラーブロックのミラー、例えば、ミラー板１４〜１６は干渉計レーザビームを干渉計（ＩＦ）へ反射する。ミラーブロック１１は、上述の位置決めモータによって基板ステージキャリアモジュール１２によって支持される。

結像の性能を評価し最適化するいくつかのセンサが基板レベルで使用される。これらのセンサは、上述の透過イメージセンサと、露光放射量を測定するスポットセンサと、スキャナ総合レンズ干渉計（ＩＬＩＡＳ）センサとを含むことができる。透過イメージセンサの一例を以下に詳述する。

透過イメージセンサ
リソグラフィ装置は、基板レベルに位置する１つ又は複数の透過イメージセンサ１８、１８’を含む透過イメージセンサモジュール１７を備えることができる。通常、リソグラフィ装置は、基板テーブル１０の２つの向き合う隅にある２つの透過イメージセンサ１８、１８’を備える。上述したように、透過イメージセンサ１８、１８’は、レチクルステージ２６と基板ステージ９とを相互にアライメントし、投影した画像の品質を測定するために使用される。

図３を参照すると、レチクル２７（すなわち、図１のマスクＭＡ）又はレチクルステージ２６は、１つ又は複数のレチクル格子又はレチクルマーク２８を含む（図１のＭ１、Ｍ２を参照）。レチクルマーク２８の画像は、投影システムＰＳによって透過イメージセンサ１８、１８’のプレート３２上に形成される。この画像は、投影システムによって放射ビーム２９（図１の放射ビームＢ）を投影することで形成される。センサ１８、１８’のプレート３２は、ミラーブロックの上面と同じ高さにあり、透過及び反射（又は吸収）要素（例えば、クロミウム層内の透過パターン）を備えた格子構造３１を含む。画像が透過イメージセンサプレート３２の格子構造３１で合焦し、これにアライメントされている場合、透過要素は画像に対応する。検出器３０（フォトダイオードなど）がミラーブロックのくぼみ内部の格子構造３１の背後に配置されている。検出器３０は、格子構造の背後の放射の強度を測定するように構成され配置されている。

画像が構造で合焦し、これにアライメントされている場合、すべての放射は構造を通過し、その結果、検出器で強度が最大になる。画像が格子構造３１で合焦していないか、又はこれにアライメントされていない場合、放射の一部は反射（又は吸収）要素上に当たり、構造の背後の検出器３０によって測定される強度は小さくなる。

レチクルと基板ステージとの間のいくつかの相対位置で、レチクルマーク２８及び格子３１を通過した放射の強度が検出器３０によって測定され、測定した強度が最大になる位置が検出される。この相対位置は、透過イメージセンサ１８、１８’の構造で合焦し、これにアライメントされたレチクルマークに対応する。

アライメントセンサ
追加的に、又は代替的に、リソグラフィ装置は、１つ又は複数の反射イメージセンサ５１、５２（本明細書ではアライメントセンサとも呼び、図２及び図３に概略を示す）を含む反射イメージセンサモジュール５０を備えることができる。アライメントセンサ５１、５２は、基板及び／又は基準上に提供された１つ又は複数のアライメントマーク、例えば、基板ステージのミラーブロック上に取り付けられたセンサ１８、１８’の透過イメージセンサプレート３２上のアライメントマーク５３の位置を測定する。アライメントの際、アライメントマーク５３は、アライメント放射ビームで照明される。アライメント放射ビームは、アライメントマーク５３によっていくつかの回折次数（＋１、−１、＋２、−２など）に回折される。センサ５１、５２の光学要素を用いて、対応する回折次数（例えば、＋１及び−１）の各々の組を使用して基準面にアライメントマークの画像が形成される。基準面は、測定対象の対応する回折次数の各々の組の基準格子を含む。各基準格子の背後に別々の検出器が配置され、基準格子を通過する画像の放射強度を測定する。基準面に対してアライメントマークを動かすことで、１つ又は複数の画像の強度が最高になる位置が検出され、その結果、アライメント位置が決定される。性能を向上させるため、いくつかの画像の強度を測定でき、アライメント放射ビームを複数の色（例えば、赤のレーザ光（λ＝６３３ｎｍ）及び緑のレーザ光（λ＝５３２ｎｍ））から構成することができる。

液浸タイプのリソグラフィ装置
上述のように、リソグラフィ装置は、投影システム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が例えば水などの屈折率が比較的大きい液体で覆われたタイプであってもよい。液浸タイプのリソグラフィ装置の一例は、本明細書にその全体が参照によって組み込むものとする米国特許第４，５０９，８５２号に開示されている。リソグラフィ装置の別の空間、例えば、マスクと投影システムとの間に液浸液を注入してもよい。投影システムの開口数を増加させる液浸技術は、当技術分野で周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板のような構造を液体に浸漬しなければならないという意味ではなく、露光時に投影システムと基板との間に液体が存在しなければならないということを意味するのみである。

リソグラフィ装置に液浸液を提供する様々な解決方法が知られている。液体を提供する周知のシステムは、液体閉じ込めシステムを用いた液体が、基板Ｗの局所領域上と、投影システムＰＳの最終要素ＦＥと基板Ｗとの間にのみ存在するシステムである（基板Ｗは一般に投影システムＰＳの最終要素より表面積が大きい）。この液浸技術をリソグラフィ装置に適用する１つの周知の構成を図４に示す。ここで液体は、好ましくは、投影システムＰＳの最終要素ＦＥに対する基板Ｗの移動方向に沿って、少なくとも１つの注入口ＩＮによって基板Ｗ上に供給される。液体は、投影システムＰＬの下を通過した後で少なくとも１つの流出口ＯＵＴによって除去される。すなわち、基板Ｗが要素の下を−Ｘの方向にスキャンされる間、液体が要素の＋Ｘ側に供給され、−Ｘ側で吸い上げられる。

提案されている別の解決方法は、投影システムの最終要素と基板テーブルとの間の空間の境界の少なくとも一部に沿って延びる封止部材を備えた液体供給システムを提供することである。そのような解決方法が図５に示されている。封止部材は、ＸＹ平面内の投影システムに対して実質的に静止しているが、Ｚ方向（光軸の方向）にある程度相対的な動きもあり得る。封止は、封止部材と基板表面との間に形成される。好ましくは、封止は、ガス封止などの無接触封止であるが、機械的封止も適用することができる。

液浸タイプのリソグラフィ装置では、封止があるにも関わらず、（究極的には）透過イメージセンサ１８、１８’の透過イメージセンサプレート２８の表面に液滴がたまることがほぼ避けられないことが分かっている。この場所での液体の存在によって透過イメージセンサによって実行される測定の精度が低下することがある。別の欠点は、液浸液が複数の作業周期及び相互汚染などによる汚染を含むことがあり、これに加えて液体がミラーブロックの１つの場所から他の場所へ埃の粒子を運ぶ可能性があるということである。さらに、ミラーブロックのセンサ領域の上面にある液滴が乾くと、埃の粒子がミラーブロックの表面、より詳細には、センサ領域上に（例えば、透過イメージセンサプレート表面、より詳細には透過イメージセンサのマーク又は格子上にも）残り、汚染を効果的に「リサイクル」して透過イメージセンサ及びアドバンストアライメント（ＡＡ）測定の精度を低下させる。

液体に接触するすべての表面が液浸液をはじくように構成された被膜、例えば、液浸液が水の場合には、疎水性の被膜で覆われている場合、液滴の数は大幅に減少する。これを図６で明らかにする。

図６の例を参照すると、透過イメージセンサ１８の１つの一部が示されている。透過イメージセンサプレート３２（透過イメージセンサマーク又は格子３１を含む）は、疎水性のポリマー層又は被膜４０で覆われている。適したポリマー被膜の一例は、シリコンを含む被膜である。被膜は、ミラーブロックの上面と透過イメージセンサの表面の両方に、より詳細には、透過イメージセンサプレート３２及びプレート上に提供された透過イメージセンサ格子３１上に施すことができる。通常、被膜は、２００〜１０００ｎｍの波長範囲で、屈折率が約１．４〜１．５であり、厚さが約２００〜１０００ｎｍの範囲内、好ましくは、約３００〜５００ｎｍの範囲内である。

透過イメージセンサプレート３２は、通常、石英（屈折率が１９３ｎｍの波長で約１．５６の）で構成されるが、格子３１は周期的に配置された窓（格子）を有する薄い（約１００ｎｍの）クロム（Ｃｒ）層から構成される。石英自体は、親水性の材料である。親水性の材料を疎水性の被膜４０で覆うことで、液浸液４１に曝される材料は疎水性になる。

しかし、上述したように、レチクル（ステージ）内の透過イメージセンサマーク２８の空間像４２が屈折率が異なる２つの媒体（すなわち、液浸液４１及び疎水性被膜４０）の内部に位置するためにセンサ上に不正確にマッピングされる場合があるため、透過イメージセンサプレート３２及びその上に提供された格子３１を被膜４０（図６を参照）で覆うことは危険であると分かることがある。さらに、２つ（又はそれ以上の）異なる媒体内に位置する空間像をモデル化することはどちらかといえば複雑である。モデル化は、基板を適切にアライメントすることができるように適切なフィッティングアルゴリズムを見つける目的で実行される。このさらなる複雑さが不便である。照明条件が従来の照明からエキゾチックなモードに変化する時に使用されるフィッティングアルゴリズムの数は膨大なため、さらに多くのフィッティングアルゴリズムを開発する必要は回避すべきである。

薄い被膜で透過イメージセンサプレートを覆う方法には、その他の欠点もある。比較的薄い被膜は、ＵＶ放射によって破壊され、硬い埃の粒子によって傷つくことがあり、及び／又は格子３１の形状をなぞる（すなわち、粗くなる）。他方、透過イメージセンサプレートとその格子に厚い被膜を塗ることは、被膜へのＵＶ吸収率の高さとそのような被膜によって引き起こされる高い収差という問題を残している。

本発明のある実施形態を示す図７を参照すると、透過イメージセンサプレート３２と疎水性被膜４０との間に十分な厚さを備えた透過性層４３が提供される。透過性層又は被膜４３の厚さは、投影されたパターンの空間像の全体が基本的に被膜４３内に収まる程度の厚さである。本発明のいくつかの実施形態では、層４３の厚さは空間像の奥行き寸法にサイズより大きいため、この層は、測定する空間像の寸法特性に実質的に影響しない。さらに、センサ表面と液体をはじく別の層との間に層４３があるため、液体をはじく層がＵＶ放射及び／又は引っかき傷などによって破損するか完全に破壊されたとしてもセンサを保護することができる。

特定の実施形態では、透過性層４３はガラス材料で構成され、センサ上に空間像を投影するための放射を基本的に吸収しない。透過性層の材料の屈折率は、液浸液の屈折率と実質的に同じであってもよい。水の場合、液浸流体の屈折率ｎ＝１．４３（約１９３ｎｍの波長に対して）である。ある実施形態では、透過性層の材料の屈折率は、約１．４０〜１．４５の範囲内である。しかし、屈折率は、別の値、例えば、１．４５〜約１．５４の範囲内の値であってもよい。

疎水性層４０によって水滴が層の表面に残り大きい接触角を示し、センサ表面には比較的小さい液滴しか残らない。比較的小さい液滴は、比較的速く蒸発する。さらに、疎水性被膜４３は、水滴の数を減少させる。従って、水滴がレンズとしての働きをして測定の正確な成果を台無しにする危険が低減する。

透過性層の存在は、さらにいくつかの利点を有する。その厚さ（通常１〜５μｍ、好ましくは、１〜３μｍ）のために、透過性層４３は、空間像の特性、特にその幾何学的寸法に本質的な影響を与えずに空間像を完全に包含する（好ましくは、Ｘ、Ｙ及びＺの３方向、少なくとも奥行き（Ｚ）方向に）寸法であってよい。従って、透過イメージセンサ測定の精度が確保できる。さらに、透過性層は、その上に被膜、例えば上述の疎水性被膜４０を塗ることができる比較的平らな基板を提供する。この平らな面は、アドバンストアライメント（ＡＡ）測定の結果にプラスの影響を与えることができる。さらに、透過性層は、疎水性被膜４０がＵＶ放射及び／又は引っかき傷などによって破壊されたとしても透過イメージセンサ格子３１をさらに汚染から保護する。最後に、保守作業、例えば、汚染の損害によるセンサの透過イメージセンサプレートの交換の頻度を大幅に減らすことができ、それによってリソグラフィ装置の動作効率を高めることができる。

図７に示す実施形態では、透過性層４３は、透過イメージセンサプレート３２の上に提供され、透過イメージセンサの格子３１は、プレート３２と透過性層４３との間に提供される。別の実施形態では、例えば図８〜図１８に示す実施形態では、プレート３２は省略でき、格子は透過性層４３の背面に提供される。言い換えれば、透過性層４３は、以下に説明するように、透過イメージセンサの透過イメージセンサプレート３２によって形成できる。

図８は、例えば上述の透過イメージセンサプレート３２によって形成された透過基板又は層５４を有する実施形態を示す。透過性層５４は、本質的に透過性があり、好ましくは、適した石英材料（ガラス）で構成される。アライメントマーク５３は、例えば透過性層の材料の部分５５を適切にエッチングで除去することで、透過性層５４内に直接配置することができる。図９を参照すると、アライメントマーク５３が透過性層５４の背面５６、すなわち、レーザビーム２９（図１を参照）などの入射放射ビームに向いた前面５７と反対側の面に配置されている。

次に、本質的に非透過性である非透過性層５８、例えば、Ｃｒ層が透過性層５４の背面５６に堆積される。図１０に示すように、非透過性層５８は、透過性層５４のエッチングされた領域及びエッチングされていない領域を覆う。従って、非透過性層５８は、透過性層５４内に予め配置された部分５５も覆う。非透過性層５４の非透過性材料で覆われた部分５５は、屈折イメージセンサマーク（アライメントマーク）５３を形成する。

図１１を参照すると、次の処理ステップで、１つ又は複数の透過イメージセンサマーク又は格子３１を、例えば、非透過性層５８の後方部分５９（背面６０の）を部分的にエッチングで除去することで、非透過性層５８内に配置することができる。図１１に示す実施形態では、透過性層５４は、反射イメージセンサマーク（アライメントマーク）５３と透過イメージセンサマーク３１の両方を備える。別の実施形態では、透過性層５４は、少なくとも１つの反射イメージセンサマーク５３又は少なくとも１つの透過イメージセンサマーク３１のいずれかを備えることができる。

図１２に示す別の実施形態では、透過性層５４は保護層、例えば上記タイプの疎水性被膜６１によって少なくとも部分的に覆われている。被膜６１は、水滴がレンズとしての働きをして測定の正確な成果を台無しにする危険を低減させる。さらに、透過性層５４の平らな面及び、この実施形態では、被膜６１の平らな面によって、センサはトポグラフィを実質的に含まず、センサの洗浄動作が容易になる。

図１３〜図１７は、本発明のその他の実施形態を示す。図１３は、透過プレート又は層５４が上部層６３と下部層６４とを有することを示す。上部層６３は、上記透過イメージセンサプレート３２に形成でき、適した石英材料（ガラス）で構成することができる。下部層６４も透過材料、例えばＳｉ_３Ｎ_４で構成される。Ｓｉ_３Ｎ_４の層は、十分に画定された格子の奥行きを備えたアライメントマークを得るためにエッチングを選択できるように提供される。

図１４を参照すると、下部層６４の材料は、エッチング作業などによって部分的に除去されている（除去部分６５を参照）。除去部分６５は、透過性層５４の背面に提供される反射イメージセンサマークの一部である。また、以下に説明するように、１つ又は複数の透過イメージセンサマーク３１を透過性層５４の背面に提供できる。

図１５を参照すると、本質的に非透過性である非透過性層５８、例えばＣｒ層が透過性層５４の背面５６、すなわち、透過性層５４の下部層６４の背面に堆積されている。図１５に示すように、非透過性層５８は、透過性層５４のエッチングされた領域及びエッチングされていない領域を覆い、それにより反射イメージセンサマーク５３を形成する。

図１６を参照し、同様に図１１の実施形態を参照すると、次の処理ステップで、１つ又は複数の透過イメージセンサマーク又は格子３１を、例えば、非透過性層５８の背面６０を部分的にエッチングで除去することで、非透過性層５８の部分を除去することで非透過性層５８内に配置することができる。

図１６に示す実施形態では、透過性層５４は、反射イメージセンサマーク（アライメントマーク）５３と透過イメージセンサマーク３１の両方を備える。別の実施形態では、透過性層５４は、少なくとも１つの反射イメージセンサマーク５３又は少なくとも１つの透過イメージセンサマーク３１のいずれかを備えることができる。

図１７に示す別の実施形態では、透過性層５４の上部層６３は、保護層で少なくとも部分的に覆われている。保護層の上部層は、基本的に平らな面を有することができ、従って、センサは容易に洗浄することができ、汚染の危険が低減される。本発明のある実施形態では、保護層は疎水性被膜６１を含み、従って、水滴がセンサ表面に存在してレンズの働きをする危険を低減できる。

図１８は、反射イメージセンサ及び透過イメージセンサによって実行される測定の原理をさらに示す図である。疎水性被膜６１、上部層６３及び下部層６４は、基本的に入射するレーザ光（一部の実施形態では、波長が異なるレーザ光）を透過する。他方、層５８は、レーザ光を基本的に通さず、マーク５３は入射レーザ光７０を反射し、反射したレーザ光７１を基板テーブル上に配置された反射イメージセンサ５１、５２へ伝送する。さらに、マーク３１によって入射光７２の一部はそれぞれの層を通過できる。伝送されたレーザ光７３は、基板テーブル内に配置されたセンサ３０によって検出される。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、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の製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジスト層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

以上、光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は、他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、文脈によっては、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスは、レジストから取り除かれ、レジストが硬化すると内部にパターンが残される。

本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電光学部品を含む様々なタイプの光学部品のいずれか１つ又はその組み合わせを指す。

上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を改修できることが当業者には明白である。

Claims (15)

1. パターニングデバイスから基板上へパターン付放射ビームを投影するように配置された液浸タイプのリソグラフィ装置の基板ステージであって、
   前記基板ステージが前記基板を保持するように構成されるとともにパターン付き放射ビームを感知する少なくとも１つのセンサを備え、
   前記センサは、入射放射ビームの方を向いた前面と当該前面と反対の背面とを有する少なくとも部分的に透過性である透過性層を備え、
   前記透過性層を透過した前記放射ビームに曝される少なくとも１つのセンサマークが前記背面に設けられた、基板ステージ。
2. 前記透過性層が、少なくとも第一層と、第二層とを含む、請求項１に記載の基板ステージ。
3. 前記センサマークが、少なくとも部分的に前記透過性層の背面に配置される、請求項１又は２に記載の基板ステージ。
4. 前記透過性層の背面が、実質的に非透過性である非透過性層を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の基板ステージ。
5. 前記センサマークが、前記非透過性層内に少なくとも部分的に配置される、請求項４に記載の基板ステージ。
6. 前記透過性層が、前記投影されたパターンの空間像全体を基本的に含むように構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の基板ステージ。
7. 前記透過性層の前面が、液浸液をはじくように構成された被膜を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の基板ステージ。
8. 前記被膜が、疎水性被膜である、請求項７に記載の基板ステージ。
9. 前記被膜が、約１．３〜１．８、好ましくは、１．４〜１．６の範囲の屈折率（ｎ）を有し、０．１〜１．５μｍの範囲、好ましくは、約０．５μｍの厚さを有する、請求項７又は８に記載の基板ステージ。
10. 前記透過性層の屈折率が、液浸流体の屈折率と実質的に同じである、請求項１から９のいずれか１項に記載の基板ステージ。
11. 前記透過性層が、透過プレートであり、前記マークが、格子を含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の基板ステージ。
12. 前記透過性層が、親水性材料を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の基板ステージ。
13. 前記透過性層が、０．０１〜５μｍ、好ましくは、１〜３μｍの厚さを有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の基板ステージ。
14. 前記透過性層の屈折率が、１．３〜１．８、好ましくは、１．４〜１．６の範囲内にある、請求項１から１３のいずれか１項に記載の基板ステージ。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の基板ステージを備えるリソグラフィ装置であって、
    パターニングデバイスから基板上にパターン付放射ビームを投影するように構成された投影システムと、
    パターニングデバイスと基板との間に液浸液を提供する液浸液システムと、
    をさらに備える、リソグラフィ装置。

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