JP2010245535A - 波長同調可能な照明システム - Google Patents

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Abstract

【課題】リソグラフィ装置のためのアライメントシステムを提供する。
【解決手段】リソグラフィ装置は、狭帯域放射を連続する平らな広帯域放射に変換するように構成された放射源を含んだアライメントシステムを有している。音響学的波長可変狭通過帯域フィルタが広帯域放射を狭帯域直線偏光放射にフィルタリングしている。この狭帯域放射は、ウェーハのアライメントを可能にするために、ウェーハのアライメントターゲット上に集束させることができる。一実施形態では、フィルタは、放射源によって生成される放射の強度および波長を変調し、かつ、複数の同時通過帯域を有するように構成されている。放射源は、高い空間的コヒーレンスおよび低い時間的コヒーレンスを有する放射を生成する。
【選択図】図４

Description

[0001] 本発明は、一般には半導体ウェーハを製造するためのリソグラフィ装置に使用されるタイプの照明システムに関する。
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の上に、通常は基板のターゲット部分の上に付ける。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（IC）の製造の際に使用することができる。その場合、マスクまた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の個々の層の上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、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つまたは複数のダイの部分を含む）の上に転写することができる。パターンの転写は通常、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層の上に、ＵＶ放射ビームを使用してパターンを結像させることによって実行される。一般に、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣り合うターゲット部分からなるネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置は、全パターンをターゲット部分の上に一度に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、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームによってスキャンすると同時に、この方向に対し平行または逆平行に基板をスキャンすることによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することもまた可能である。他のリソグラフィシステムは、パターニングデバイスが存在せず、その代わりに光ビームが２つのビームに分割され、かつ、これらの２つのビームが、反射システムを使用することによって基板のターゲット部分で干渉する干渉リソグラフィシステムである。この干渉により、基板のターゲット部分の上に線が形成されることになる。
[0003] リソグラフィ装置は、ウェーハ上のアライメントマークの位置を検出し、かつ、検出したアライメントマークを使用してウェーハを位置合わせし、それによりマスクからの正確な露光を保証するためのアライメントシステムを使用することができる。アライメントシステムは、通常、独自の照明源を有している。照明されたアライメントマークから検出される信号は、照明波長がアライメントマークの物理的または光学的特性にいかに良好に整合しているかによって、あるいはアライメントマークと接触または隣接している材料の物理的または光学的特性にいかに良好に整合しているかによってその影響を受ける可能性がある。上で言及した特性は、使用される処理工程に応じて変化する可能性がある。位相格子アライメントシステムは、通常、アライメントシステムによって検出されるアライメントマーク信号の品質および強度を最大化するために比較的帯域が狭い一組の離散照明波長を提供している。特定の離散波長は、しばしば、商用的に入手可能なタイプの照明源に限定されている。
[0004] 離散波長を選択することにより、所与の一組のアライメントマークに対するアライメント信号、および上で説明した他の局部特性を改善する波長を柔軟に選択することができるが、特定のリソグラフィプロセスおよび／またはアライメントマークには、場合によっては、従来のアライメントシステムによって生成される離散波長以外の波長の照明波長が必要である。特定のアライメントマークまたはリソグラフィプロセスに必要な放射の最適狭帯域が、一組の離散設定点オプション間に存在している場合、あるいは一組の離散設定点オプション外に存在している場合、恐らくアライメントが不可能なレベルまでアライメント性能が悪影響を受けることになる。この制限は、リソグラフィプロセスおよび／またはアライメントマークを修正するための柔軟性を小さくしている。上で言及した欠点を克服するための方法およびシステムが必要である。
[0005] 上で言及した問題が軽減されるリソグラフィ装置が提供されることが望ましい。
[0006] 本発明の一実施形態によれば、リソグラフィ装置のためのアライメントシステムが提供される。アライメントシステムには、狭帯域放射を連続する平らな広帯域放射に変換するように構成された放射源が含まれている。音響学的波長可変狭通過帯域フィルタが放射源に結合されており、広帯域放射を狭帯域直線偏光放射にフィルタリングするように構成されている。この狭帯域放射は、ウェーハのアライメントを可能にするために、ウェーハのアライメントターゲット上に集束させることができる。一実施形態では、ターゲットは回折格子である。他の実施形態では、ターゲットは、パターン認識システムに使用されるターゲットであってもよい。フィルタは、放射源によって生成される放射の強度および波長を変調し、かつ、複数の同時通過帯域を有するように構成されている。放射源は、繰返し率が高い高強度短パルス放射を生成するように構成されたファイバ増幅器を備えることができる。また、放射源は、ファイバ増幅器に結合され、かつ、連続する平らな広スペクトルの放射を高強度短パルス放射から生成するように構成されたフォトニック結晶ファイバを備えることも可能である。放射源は、高い空間的コヒーレンスおよび低い時間的コヒーレンスを有している。
[0007] 本発明の他の実施形態によれば、ウェーハを位置合わせするための方法が提供される。第１の高強度短パルス放射が生成され、非線形デバイスを通って伝搬して第２の連続する広い平らなスペクトル放射が生成される。この第２の放射が音響学的にフィルタリングされ、狭帯域直線偏光放射が生成される。この方法は、さらに、ウェーハのアライメントを可能にするために、アライメントターゲットを狭帯域放射で照明する工程を含むことができる。フィルタリングする工程には、さらに、第２の放射の強度および波長を変調する工程、および複数の同時通過帯域フィルタを生成する工程を含むことができる。一実施形態では、第１の放射は、繰返し率が高い高強度短パルス放射であり、また、第２の放射は、高い空間的コヒーレンスおよび低い時間的コヒーレンスを有している。
[0008] 本発明のさらに他の実施形態によれば、連続する広いスペクトルレンジにわたって所望の狭帯域波長に同調させることができる照明源を含んだアライメントシステムが提供される。照明源には、利用可能なスペクトル同調レンジ内における最大２〜３ナノメートルまたは数ナノメートルの広さの所望の波長設定点のみを選択する波長可変フィルタが含まれており、この波長可変フィルタは、ウェーハ上のアライメントマークの位置を検出し、検出したアライメントマークを使用してウェーハを位置合わせするためのアライメントに悪影響を及ぼさないレベルまで帯域外波長を阻止することによって所望の波長設定点のみを選択している。照明源には、さらに、照明源の連続する広いスペクトルレンジをカバーするように構成された光学システムであって、アライメントマークが、アライメントマーク信号が所定の許容可能閾値より大きくなる比較的狭いスペクトル帯域を有し、所望の波長設定点がその比較的狭いスペクトル帯域に実質的に整合する光学システムが含まれている。
[0009] 本明細書に組み込まれ、かつ、本明細書の一部をなしている添付の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を示したもので、以下の説明と共に、本発明の原理を説明し、かつ、当業者による本発明の製造および使用を可能にする役割をさらに果たしている。
[0010]リソグラフィ装置の例を示す図である。 [0011]本発明の一実施形態によるアライメントシステムの一例を示す図である。 [0012]アライメントマーク例を示す図である。 [0012]アライメントマーク例を示す図である。 [0012]アライメントマーク例を示す図である。 [0012]アライメントマーク例を示す図である。 [0012]アライメントマーク例を示す図である。 [0013]従来の照明システムの一例を示す図である。 [0014]本発明の一実施形態による照明システムの一例を示す図である。 [0015]本発明の一実施形態による一照明システム例を示す他の図である。 [0016]本発明の一実施形態による一例示的フィルタを示す図である。 [0017]本発明の一実施形態に従って実行される工程を示す一フローチャート例である。
[0018] 以下、本発明の１つまたは複数の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図において、同様の参照番号は、全く同じエレメントまたは機能的に類似したエレメントを示し得る。参照番号の一番左側の１つまたは複数の桁は、その参照番号が最初に出現する図面を識別し得る。
[0019] 本明細書には、本発明の特徴を組み込んだ１つまたは複数の実施形態が開示されている。開示されている１つまたは複数の実施形態は、単に本発明を例示したものにすぎない。本発明の範囲は、開示されている１つまたは複数の実施形態に限定されない。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されている。
[0020] 説明されている１つまたは複数の実施形態、および本明細書における「一実施形態」、「一例示的実施形態」、等々の参照は、説明されている１つまたは複数の実施形態が、特定のフィーチャ、構造または特性を備えることができることを示しているが、必ずしもすべての実施形態がこれらの特定のフィーチャ、構造または特性を備えることができるわけではない。また、このような言い回しは、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定のフィーチャ、構造または特性が１つの実施形態に関連して記述されている場合、明確に記述されている、あるいはされていないにかかわらず、このようなフィーチャ、構造または特性を他の実施形態に関連して実施することは、当業者の知識の範疇であることを理解されたい。
[0021] 本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの任意の組合せの中で実施することができる。また、本発明の実施形態は、機械可読媒体上に記憶された命令であって、１つまたは複数のプロセッサが読み取り、かつ、実行することができる命令として実施することも可能である。機械可読媒体は、機械（例えば計算デバイス）による読取りが可能な形態で情報を記憶し、あるいは転送するための任意の機構を備えることができる。例えば、機械可読媒体は、リードオンリメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響または他の形態の伝搬信号（例えば搬送波、赤外線信号、ディジタル信号、等々）などを含むことができる。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令は、本明細書においては、特定のアクションを実行するものとして記述することができる。しかしながら、このような記述は、単に便宜上のものにすぎないこと、また、このようなアクションは、実際、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令、等々を実行する計算デバイス、プロセッサ、コントローラまたは他のデバイスの結果によるものであることを理解されたい。
[0022] 図１は、本発明と共に使用するために適したリソグラフィ装置の一実施形態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放射またはDUV放射）を条件付け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をサポートするように構築されたサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴであって、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１ポジショナＰＭに接続されたサポート構造（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築された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴであって、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２ポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つまたは複数のダイが含まれている）の上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）ＰＳとを備えている。
[0023] 照明システムは、放射を導き、整形し、あるいは制御するための屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント、磁気光学コンポーネント、電磁光学コンポーネント、静電光学コンポーネントまたは他のタイプの光学コンポーネントあるいはそれらの任意の組合せなどの様々なタイプの光学コンポーネントを備えることができる。
[0024] サポート構造はパターニングデバイスを支持している。つまり、サポート構造は、パターニングデバイスの重量を支えている。サポート構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境中で保持されているか否かなどに応じた方法でパターニングデバイスを保持している。サポート構造には、パターニングデバイスを保持するための、機械式クランプ技法、真空クランプ技法、静電クランプ技法または他のクランプ技法を使用することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定または移動させることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスを例えば投影システムに対して所望の位置に確実に配置することができる。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すべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語の同義語と見なすことができる。
[0025] 本明細書において使用されている「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板のターゲット部分にパターンを生成するべく使用することができる任意のデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。例えば、パターンに位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャが含まれている場合、放射ビームに付与されるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。放射ビームに付与されるパターンは、通常、ターゲット部分に生成されるデバイス、例えば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。
[0026] パターニングデバイスは、透過型であってもあるいは反射型であってもよい。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およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフトおよびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプが知られている。プログラマブルミラーアレイの例には、マトリックスに配列された、入射する放射ビームが異なる方向に反射するようにそれぞれ個別に傾斜させることができる微小ミラーが使用されている。これらの傾斜したミラーによって、ミラーマトリックスで反射した放射ビームにパターンが付与される。
[0027] また、干渉リソグラフィシステムにはパターニングデバイスが存在せず、その代わりに光ビームが２つのビームに分割され、かつ、これらの２つのビームが、反射システムを使用することによって基板のターゲット部分で干渉する。この干渉により、基板のターゲット部分の上に線が形成されることになる。
[0028] 本明細書において使用されている「投影システム」という用語は、使用される露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、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、電磁光学システムおよび静電光学システムまたはそれらの任意の組合せを始めとする任意のタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。
[0029] 図に示されているように、この装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用した）タイプの装置である。別法としては、この装置は、反射型（例えば上で参照したタイプのプログラマブルミラーアレイを使用した、あるいは反射型マスクを使用した）タイプの装置であってもよい。
[0030] 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／または複数のマスクテーブル）を有するタイプの装置であってもよい。このような「マルチステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、あるいは１つまたは複数の他のテーブルを露光のために使用している間、１つまたは複数のテーブルに対して予備工程を実行することができる。
[0031] 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取っている。放射源が例えばエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。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しているとは見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えたビームデリバリシステムＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。
[0032] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えることができる。通常、イルミネータの瞳面内における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（一般に、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれている）は調整が可能である。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えることができる。このイルミネータを使用して、所望の均一性および強度分布をその断面に有するように放射ビームを条件付けることができる。
[0033] 放射ビームＢは、サポート構造（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、このパターニングデバイスよってパターニングされる。マスクＭＡを横切ってから、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）の補助により実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータだけに接続することができ、あるいは固定することができる。マスクＭＡと基板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を使用して整合させることができる。基板アライメントマークは、図示のように専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置することもできる（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが用意される場合では、マスクアライメントマークはダイ間に配置することができる。
[0034] 図に示されている装置は、以下のモードのうちの少なくとも１つのモードで使用することができる。
[0035] １．ステップモード：マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止状態に維持され、一方、放射ビームに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃに１回で投影される（すなわち単一静的露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分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によって、単一静的露光で結像するターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0036] ２．スキャンモード：マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期スキャンされ、一方、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される（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、投影システムＰＳの倍率（縮小率）および画像反転特性によって決まり得る。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、単一動的露光におけるターゲット部分の幅（非スキャン方向の幅）が制限され、一方、スキャン運動の長さによってターゲット部分の高さ（スキャン方向の高さ）が決まる。
[0037] ３．その他のモード：プログラマブルパターニングデバイスを保持してマスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされ、一方、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、スキャン中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、あるいは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上で参照した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利用してい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。
[0038] 上で説明した使用モードの組合せおよび／または変形形態、あるいは全く異なる使用モードを使用することも可能である。
[0039] 図１Ｂは、一例示的アライメントシステムを示す略線図である。アライメントシステム１０は、ビームスプリッタ１４に電磁放射１３を提供する、レーザなどのコヒーレント照明源１２を備えている。電磁放射の一部は、コーティング１６で反射してアライメントマークすなわちターゲット１８を照明する。アライメントマークすなわちターゲット１８は、１８０度対称を有することができる。１８０度対称とは、アライメントマーク１８（「ターゲット」ともいう）がアライメントマーク１８の平面に対して対称直角軸の周りに１８０度回転すると、そのアライメントマークが非回転アライメントマークと実質的に全く同じになることを意味している。このことが真である軸は、対称軸と呼ばれている。アライメントマーク１８は、放射感応性膜をコーティングすることができる基板すなわちウェーハ２０の上に配置されている。
[0040] 基板２０はステージ２２の上に置かれている。ステージ２２は、矢印２４で示されている方向にスキャンすることができる。アライメントマーク１８で反射した電磁放射は、ビームスプリッタ１４を通過して画像回転干渉計２６によって集光される。良好な品質の画像を形成する必要はないが、アライメントマークのフィーチャを解像しなければならないことを理解されたい。画像回転干渉計２６は、光学エレメントの任意の適切なセットであってもよいが、この画像回転干渉計２６は、アライメントターゲット１８と位置合わせされた場合に、偏光または振幅のうちのいずれかの点で電磁放射が強め合って、あるいは弱め合って干渉し、それによりアラインメントマーク１８の中心を容易に検出することができるようにするよう、アライメントマークの２つの画像を形成し、これらの画像のうちの一方の画像をもう一方の画像に対して１８０度回転させ、次にこれらの２つの画像を干渉によって再結合するプリズムの組合せであることが好ましい。干渉計２６によって確立される回転の中心を通過する光線によってセンサアライメント軸２７が画定される。
[0041] ディテクタ２８は、画像回転干渉計２６から電磁放射を受け取る。ディテクタ２８は、次に、信号アナライザ３０に信号を提供する。信号アナライザ３０は、アライメントマーク１８の中心が決定されるとステージの位置が分かるようにステージ２２に結合されている。したがってアライメントマーク１８の位置は、ステージ２２を参照することによって極めて正確に分かる。別法として、アライメントセンサ１０を参照することによってアライメントマーク１８の中心が分かるようにアライメントセンサ１０の位置を知ることも可能である。したがって、基準位置に対するアライメントターゲット１８の中心の正確な位置が分かる。
[0042] 図２Ａ〜Ｅは、異なる可能なアライメントマークの例の平面図を示したものである。図２Ａ〜Ｅは、異なるアライメントマークの単なる例にすぎないこと、また、当業者によって容易に決定することができる本発明を実践する際に多くのアライメントマークを利用することができることを理解されたい。
[0043] 図２Ａは、正方形格子チェックボードアライメントターゲット１８Ａ（「ターゲット」としても知られている）を示したものである。ターゲット１８Ａは、光学的に異なる２つのタイプの複数の正方形３４および３６からなっている。これらの２つのタイプの正方形は、パターン、反射率（振幅および／または位相）あるいはこれらの任意の組合せによって区別することができる。アライメントマーク１８Ａは、主として、互いに直角に配向された２つの線形回折格子のように機能しており、これらの２つの線形回折格子のうちの一方は、縁または線３２の配向に対して＋４５度の角度をなしており、また、もう一方は、縁または線３２に対して＋４５度の角度をなしている。
[0044] 図２Ｂは、菱形アライメントマーク１８Ｂを示したものである。このアライメントマーク１８Ｂは、縦方向に等間隔に間隔を隔てた複数の線４０からなっており、これらの線と線の間に空間３８を有している。
[0045] 図２Ｃは、他のアライメントマーク１８Ｃを示したものである。このアライメントマーク１８Ｃは、空間４２によって分離された複数の線４４を有している。これらの空間４２は、異なる間隔すなわち寸法が異なる空間である。したがってこれらの線４４は、異なるピッチすなわち周期を有している。これらの線４４の異なる周期は、中心線４６の周りに対称である。
[0046] 図２Ｄは、他のアライメントターゲット１８Ｄを示したものである。アライメントターゲット１８Ｄは交互の線を有しており、これらの線は空間３９およびランド４１であってもよい。これらの空間３９およびランド４１は、アライメントターゲット１８Ｄの長手方向の軸に対して４５度の角度をなしている。
[0047] 図２Ｅは、他のアライメントターゲット１８Ｅを示したものである。アライメントターゲット１８Ｅは交互の線を有しており、これらの線は空間４５およびランド４３であってもよい。これらの空間４５およびランド４３は、アライメントターゲット１８Ｅの長手方向の軸に対して４５度の角度をなしている。
[0048] 照明されたアライメントマーク１８から検出される信号は、照明波長がアライメントマークの物理的または光学的特性にいかに良好に整合しているかによって、あるいはアライメントマークと接触または隣接している材料の物理的または光学的特性にいかに良好に整合しているかによってその影響を受ける可能性がある。マークの位置に関する正確な情報を運ぶ改良型アライメントマーク信号により、リソグラフィツールのオーバーレイ性能を改善することができる。
[0049] 図３は、従来のアライメント照明源１２’の一例を示したものである。照明源１２’は、４色レーザモジュールアセンブリ（LMA）３０および偏光マルチプレクサ（PMUX）３２を備えている。ＬＭＡ３０は、４つの全く異なるレーザを生成するように構成されている。例えば、ＬＭＡ３０は、５３２ｎｍグリーン波長、６３３ｎｍレッド波長、７８０ｎｍ近赤外波長および８５０ｎｍ遠赤外波長の放射のビームを生成することができる。偏光マルチプレクサ３２は、ＬＭＡ３０によって生成される４つのレーザをアライメントシステム１０のための照明源として作用する単一の偏光ビーム１３に多重化するように構成されている。しかしながら、ＣＬＭＡ３０は、より高い雑音レベルを有するグリーンレーザを生成している。その上、ＬＭＡ３０のカラーオプションは４色に限定されており、帯域幅同調性オプションは備えていない。特定の離散波長は、しばしば、５３２ｎｍレーザ、６３２ｎｍＨｅＮｅレーザ、６３５ｎｍＳＬＤ（スーパルミネセントダイオード）または赤外（IR）レーザダイオードなどの商用的に入手可能なタイプの照明源に限定されている。
[0050] 離散波長を選択することにより、所与の一組のアライメントマークに対するアライメント信号、および上で説明した他の局部特性を改善する波長を柔軟に選択することができるが、場合によっては、許容可能なアライメントマーク信号が可能なスペクトル帯域がごく狭い固有のリソグラフィマークまたはプロセス特性が存在している。この最適狭帯域が、従来通りに利用可能な一組の離散設定点波長オプション間に存在している場合、あるいは一組の離散設定点波長オプション外に存在している場合、恐らくアライメントが不可能なレベルまでアライメント性能が悪影響を受けることになる。これは、リソグラフィプロセスまたはアライメントマークを修正して製品を改善する柔軟性を小さくしている。
[0051] 他の従来の手法は、概してアライメント信号を改善するために、広帯域照明を使用することである。広帯域照明の場合、使用中の広いスペクトルレンジ全体にわたって光学を修正しなければならない。そのためには、一般的にはより高価で、かつ、位置合わせがより困難であり、また、放射測定法的有効性が劣る複雑な光学設計およびコーティング設計が必要である。また、離散波長設定点を使用しているアライメントシステムは、広いスペクトルレンジ全体にわたって動作するように設計する必要があるが、それらは、必ずしも同時にそのようにする必要はない。したがって、本明細書において示されている実施形態によれば、以下で説明するように、アライメントシステムのための完全な同調可能放射源が提供される。
[0052] 図４は、本発明の一実施形態による一例示的照明源１２”を示したものである。照明源１２”は、継電器および機械式インタフェース５３に結合された広帯域同調可能放射源（BTRS）５１を備えている。一実施形態では、ＢＴＲＳ５１には、スーパコンティニューム源および音響光学波長可変フィルタ（AOTF）が含まれている。継電器および機械式インタフェース５３は、ＢＴＲＳ５１から放出される放射ビームのプロファイルを調整するように構成されている。一実施形態によれば、照明源１２”は、連続する平らな広いスペクトルレンジにわたって特定の狭帯域波長に同調させることができる。同調は、リソグラフィシステムレベルで達成することができる。この同調性により、波長を信号強度に対して同調させるために、従来の離散波長設定点と設定点の間、あるいは従来の離散波長設定点外に存在するスペクトルギャップ中の波長を選択することができる。また、この同調性により、利用可能な最強の回折信号とは異なる場所に存在している可能性のある最も安定したアライメントオフセットにアライメント波長を同調させることも可能である。
[0053] ユーザの中には、一組の固定プロセスを有しており、連続する同調可能レンジを必要としないユーザもいる可能性がある。しかしながら、そのようなユーザのプロセスも、狭帯域照明源のタイプの選択が制限されているために現在は利用することができない一組の離散アライメントシステム波長設定点を要求する可能性がある。このような状況の場合、ルーゲートフィルタ、誘電体フィルタおよび／またはホログラフィフィルタなどのフィルタと共に広帯域源をフィルタリングすることにより、広範囲の離散設定点に対して所望の同調性を達成することができる。所与の設定点の帯域幅を調整し、アプリケーション要求事項に適合させることができる。使用中のフィルタがＡＯＴＦである場合、隣接する複数の狭帯域設定点波長を同時に選択することができる。追加フィルタをＡＯＴＦと共に使用することができ、あるいは光学を操作して帯域幅調整を達成する機構を追加することも可能である。
[0054] 本明細書において示されている実施形態には、アーク燈などの広帯域源またはスーパコンティニューム源が利用されている。波長可変フィルタリングの手段は、典型的には最大２〜３ナノメートルまたは数ナノメートルの広さの望ましい波長設定点のみを選択する。広帯域源のためのフィルタリング機構は、アライメントシステムの機能に悪影響を及ぼさないレベルまで帯域外波長を阻止するように構成されている。このような実施態様の１つは、スーパコンティニューム源と共に音響光学波長可変フィルタ（AOTF）を使用することであろう。一実施形態では、利用可能なスペクトル同調レンジは、４５０ｎｍから２５００ｎｍまでカバーすることができ、アライメントシステムの光源、同調機構および光学設計の可用性によってのみ制限される。以下、ＡＯＴＦと共にスーパコンティニューム源を使用している一実施形態例について説明する。
[0055] 図５は、本発明の一実施形態による照明システム１２”をさらに示したものである。照明システム１２”には、ファイバ増幅器５０と、フォトニック結晶ファイバ５２と、ＡＯＴＦ５４と、継電器および機械式インタフェース５３が含まれている。ファイバ増幅器５０およびフォトニック結晶ファイバ５２は、スーパコンティニューム源５６の一部であってもよい。
[0056] スーパコンティニューム源５６には、ファイバ増幅器５０などの光源放射からの狭帯域放射５８を、光源放射５８の低い時間的コヒーレンスを有し、一方、光源放射５８の高い空間的コヒーレンスを維持する連続する広い平らなスペクトル帯域幅を有する放射に変換するスーパコンティニューム生成が使用されている。例えば、２〜３ナノメートルの帯域幅を有する９８０ｎｍの狭帯域放射を、高い空間的コヒーレンスを有し、かつ、４５０ｎｍから２５００ｎｍまでのレンジに及ぶ帯域幅を有する放射の連続する平らな広いスペクトルに変換することができる。放射５７などの平らなスペクトル放射の場合、スペクトル中の波長毎の強度のスペクトル密度は一定である。連続するスペクトル放射の場合、一定のレンジ内のすべての波長、または例えば４５０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長が存在する。放射５７は、高度の空間的コヒーレンスを有しており、点光源として使用することができる。つまり、回折限界点に放射を集束させることができる。通常、位相格子アライメントセンサには点光源放射が必要であるため、これは本発明の利点の１つである。スペクトルの拡大は、フォトニック結晶ファイバ５６などの強度に非線形性のデバイスを通して放射５８の光パルスを伝搬させることによって達成することができる。フォトニック結晶ファイバ５２は、ファイバの相当な長さにわたって強い非線形相互作用を許容する色分散特性を有している。たとえ極めて穏やかな入力パワーであっても、色の虹の生成をもたらす極めて広いスペクトルが得られる。いくつかのケースでは、フォトニック結晶ファイバ５２の代わりにテーパファイバを使用することも可能である。
[0057] ファイバ増幅器５０は、励起された高強度短パルス放射５８を高い繰返し率でフォトニック結晶ファイバ５２に提供するように構成されている。放射５８は、熱白色光源より高いラジアンスを有することができる。例えば、ファイバ増幅器５０は、約５ピコ秒（ps）のパルスで、繰返し率が８０Ｍｈｚの励起されたエルビウム放射を平均９８０ｎｍの波長の狭帯域中に生成するように構成することができる。エルビウムは、ファイバ増幅器５０中のファイバをドープしてファイバの光学特性を修正し、ファイバに光増幅器として作用させるために使用されている。
[0058] フォトニック結晶ファイバ５２中におけるスーパコンティニューム生成の基礎をなしている物理的プロセスは、ファイバ増幅器５０（または他の非線形媒体）中のファイバの色分散および長さ、ファイバ増幅器５０によって生成される放射５８のパルス継続期間、放射５８の初期ピークパワーおよびポンプ波長に基づいている。フェムト秒パルスが光源放射５８として使用されると、主としてフォトニック結晶ファイバ５２による自己位相変調によってスペクトルを拡大することができる。放射５８のピコ秒またはナノ秒のパルスでポンピングする場合、フォトニック結晶ファイバ５２を使用してラマン散乱および４光波混合が実施される。クロススペクトル密度に対して、出力放射５７の空間的コヒーレンスは、とりわけフォトニック結晶ファイバ５２が単一モードファイバである場合、一般的に極めて高い。帯域幅が広いスペクトルは、通常、低い時間的コヒーレンスをもたらす。この種のコヒーレンスは、フォトニック結晶ファイバ５６中に周波数コームを生成するためには重要であり、シードパルスの継続期間およびエネルギー、ファイバの長さおよびファイバの分散などのパラメータに応じて、達成することができる場合も、あるいは達成することができない場合もある。一実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、９８０ｎｍの狭帯域放射５８を、４５０ｎｍから２５００ｎｍまでのレンジに及ぶ連続する広い平らな帯域の放射に変換している。
[0059] 出力放射５７は、音響光学波長可変フィルタ（AOTF）５４を使用して同調されることが望ましい。ＡＯＴＦは、放射５４の強度および波長を変調するように構成された電子的波長可変狭通過帯域音響フィルタである。ＡＯＴＦ５４は、複数の同時通過帯域フィルタを提供するように構成されている。一実施形態では、ＡＯＴＦ５４は、最大８つの同時通過帯域を生成するように構成されている。ＡＯＴＦ５４は、体積媒体中におけるブラッグ回折に基づいていてもよい。ＡＯＴＦ５４の動作については、図６に関連して以下でさらに詳細に説明する。ＡＯＴＦ５４は、継電器および機械式インタフェース５３に供給される同調狭帯域直線偏光放射５９を生成している。継電器および機械式インタフェース５３は、放射５９のプロファイルを調整し、かつ、アライメントターゲット１８上に集束する放射ビーム１３を生成するように構成されている。
[0060] 本発明の一実施形態と一致して、ＡＯＴＦ５４などの波長可変フィルタの望ましい波長設定点を動的に設定することができ、それにより、この望ましい波長設定点をアライメントマークの比較的狭いスペクトル帯域に整合させることができ、その帯域に対して所定の許容可能閾値より大きいアライメントマーク信号が提供される。この方法によれば、アライメントシステムによる速やかで、かつ、細かい同調を、例えばフライチューニング(fly tuning)上で提供することができる。
[0061] 図６は、本発明の一実施形態による一例示的ＡＯＴＦ５４を示したものである。ＡＯＴＦ５４には、異方性バイフリンジメント(bifringement)結晶６４、圧電変換器６２および音響アブソーバ６５が含まれている。結晶６４は、光軸６７、音響ウォークオフ角６９および異常波ウォークオフ角６３を有している。圧電変換器６２および音響アブソーバ６５は、光軸６７の両端で結晶６４に結合されている。
[0062] 一実施形態では、圧電変換器６２は、異方性結晶６４に印加される無線周波数信号６０を受け取るように構成されている。結果として得られる周期音波は、結晶６４の体積を介して光軸６７に沿って伝搬する。この音波によって、高／低屈折率が交互に出現する周期パターンが結晶６４中に生成される。結果として得られる周期屈折率変調は、入力放射５７の限界スペクトル帯域が回折するよう、ブラッグ回折格子を近似している。入射する非偏光放射５７は、直角偏光回折常光波６８、第１の次数の異常光波６１、および狭帯域直線偏光放射５９を含んだゼロ番目の次数の非回折光波に分割される。回折したスペクトル通過帯域は、印加される音響周波数の関数として変化する。通過帯域波長の強度は、無線周波数制御信号６０の振幅の関数として変化する。
[0063] 所望の波長設定点は、それらに限定されないが、手動、自動またはユーザ補助のうちの１つまたは複数を含む様々な方法によって選択することができる。手動モードでは、所望の設定点波長をユーザが直接入力することができる。選択された波長に基づいて、対応する信号６０が無線周波数入力６０に印加される。較正中の場合などのような自動モードでは、照明波長の関数としてのアライメント信号を連続的にモニタし、かつ、信号の品質を最大化するか、あるいは所定の仕様に合致する設定点波長を無線周波数入力６０を調整することによって選択することにより、アライメント波長を最適化することができる。ユーザ補助モードでは、自動化プロセスに使用される無線周波数入力６０などの１つまたは複数のパラメータをユーザが制御することができる。また、ウェーハロットの開始時に、プロセス製法ファイルを介して設定点波長をダウンロードすることも可能である。ウェーハロットの開始時に設定点波長をダウンロードすることにより、異なる波長を使用して異なるウェーハロットを処理することができる。
[0064] 図７は、本発明の一実施形態による、アライメントシステムのための同調可能波長源を生成するために実行される工程を示す一フローチャート例７０である。フローチャート７０について、図１〜６に示されている動作環境例を引き続いて参照して説明する。しかしながら、フローチャート７０は、これらの実施形態に限定されない。フローチャート７０に示されているいくつかの工程は、必ずしもフローチャートに示されている順序で実行する必要はないことに留意されたい。
[0065] 工程７２で、短いパルスおよび繰返し率が高い高強度励起放射が生成される。例えば、ピコ秒またはナノ秒のパルス化されたエルビウム放射５８がファイバ増幅器５０によって生成される。
[0066] 工程７４で、高強度短パルス放射が非線形光学媒体を通って伝搬し、それにより広い平らなスペクトルを有する放射が生成される。例えば放射５８がフォトニック結晶ファイバ５２を通って伝搬し、それにより広い平らなスペクトルを有する放射５７が生成される。一例では、スペクトルは、４５０ｎｍから２５００ｎｍまでのレンジに及んでいる。
[0067] 工程７６で、多重通過帯域フィルタを使用して広い平らなスペクトル放射がフィルタリングされ、狭帯域直線偏光放射が生成される。例えば、ＡＯＴＦ５４を使用して広い平らなスペクトル放射５７がフィルタリングされ、狭帯域直線偏光放射５９が生成される。
[0068] 工程７８で、アライメントターゲットの物理特性に基づいて狭帯域直線偏光されたプロファイルが調整され、それによりアライメントターゲットからのより高い次数の回折が提供される。結果として得られる放射を使用してウェーハのアライメントターゲットが照明される。例えば、継電器および機械式インタフェース５３を使用して狭帯域直線偏光放射５９のプロファイルが調整され、それにより図１のウェーハＷ上のアライメントターゲットＰ１／Ｐ２を照明するために使用される放射１３が生成される。
[0069] 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について具体的に言及することができるが、本明細書に記載のリソグラフィ装置には、集積光学システムの製造、磁気ドメインメモリ用のガイダンス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、他の応用分野がありうることを理解されたい。当業者であれば、このような他の応用分野において、本明細書では「ウェーハ」または「ダイ」という用語はどれも、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義と見なせることを理解されよう。本明細書でいう基板は、露光の前または後に、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に付け、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで加工することができる。妥当な場合には、本明細書の開示は、このような、また他の基板加工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を作製するために２回以上加工されることがあり、そのため本明細書で使用される基板という用語はまた、加工された複数の層をすでに含む基板を指すこともある。
[0070] 本明細書において使用されている「放射」および「ビーム」という用語には、紫外線（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する放射またはその近辺の波長を有する放射）または極端紫外線（EUV）放射を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。
[0071] コンテキストが許容する場合、「レンズ」という用語は、屈折光学コンポーネントおよび反射光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントのうちの任意の１つまたは組合せを意味し得る。
[0072] 以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、説明されている方法以外の方法で実践することも可能であることは理解されよう。例えば、本発明の実施形態は、上で開示した方法を記述した１つまたは複数の機械読取可能命令を含んだコンピュータプログラムの形態を取ることができ、あるいはこのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体記憶装置、磁気ディスクまたは光ディスク）の形態を取ることができる。さらに、機械読取可能命令は、複数のコンピュータプログラムの中で具体化することができる。これらの複数のコンピュータプログラムは、１つまたは複数の異なるメモリおよび／またはデータ記憶媒体上に記憶することができる。
結論
[0073] 以上、本発明の様々な実施形態について説明したが、それらは一例として示したものにすぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部に様々な変更を加えることができることは当業者には理解されよう。したがって、本発明の広さおよび範囲を上で説明した何らかの例示的実施形態によって限定してはならず、本発明の広さおよび範囲は、唯一、特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ定義されるものとする。
[0100] 特許請求の範囲を解釈するために使用されるべく意図されているのは発明を実施するための形態の節であり、発明の概要および要約書の節ではないことを理解されたい。発明の概要および要約書の節は、本発明者の一人または複数が企図している本発明のすべての例示的実施形態を示したものではなく、そのうちの１つまたは複数を示したものにすぎず、したがって発明の概要および要約書の節には、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することは一切意図されていない。

Claims (15)

  1. 放射を回折させる複数のアライメントターゲットを有するウェーハを位置合わせするためのウェーハアライメントシステムであって、
    狭帯域放射を連続する平らな広帯域放射に変換する放射源と、
    前記広帯域放射を、前記ウェーハのアライメントターゲット上に集束して前記ウェーハのアライメントを可能にする狭帯域直線偏光放射にフィルタリングする音響学的波長可変狭通過帯域フィルタと
    を備えたウェーハアライメントシステム。
  2. 前記フィルタが前記放射源によって生成される放射の強度および波長を変調する、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記フィルタが複数の同時通過帯域を有する、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記放射源が、繰返し率が高い高強度短パルス放射を生成するファイバ増幅器を備えた、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記フィルタが音響光学波長可変フィルタ（AOTF）である、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記フィルタが、ブラッグ回折させる体積媒体を備えた、請求項１に記載のシステム。
  7. リソグラフィ装置内でウェーハを位置合わせする方法であって、
    第１の高強度短パルス放射を生成する工程と、
    第２の連続する広い平らなスペクトル放射を生成するために前記第１の放射を非線形デバイスを通して伝搬させる工程と、
    狭帯域直線偏光放射を生成するために前記第２の放射を音響学的にフィルタリングする工程と、
    ウェーハのアライメントを可能にするためにアライメントターゲットを前記狭帯域放射で照明する工程と
    を含む方法。
  8. 前記フィルタリングする工程が、第２の放射の強度および波長を変調する工程を含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記フィルタリングする工程が、複数の同時通過帯域フィルタを生成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
  10. 狭帯域放射を連続する平らな広帯域放射に変換する放射源と、
    前記広帯域放射を、ウェーハのアライメントターゲット上に集束して前記ウェーハのアライメントを可能にする狭帯域直線偏光放射にフィルタリングする音響学的波長可変狭通過帯域フィルタと
    を備えた照明システム。
  11. 前記フィルタが前記放射源によって生成される放射の強度および波長を変調する、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記フィルタが複数の同時通過帯域を有する、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記放射源が、繰返し率が高い高強度短パルス放射を生成するファイバ増幅器を備えた、請求項１０に記載のシステム。
  14. 連続する広いスペクトルレンジにわたって所望の狭帯域波長に同調させることができる照明源を備えたアライメントシステムであって、前記照明源が、
    利用可能なスペクトル同調レンジ内における最大２〜３ナノメートルまたは数ナノメートルの広さの所望の波長設定点のみを選択する波長可変フィルタであって、ウェーハ上のアライメントマークの位置を検出し、前記アライメントマークを使用して前記ウェーハを位置合わせするためのアライメントに悪影響を及ぼさないレベルまで帯域外波長を阻止することによって前記所望の波長設定点のみを選択する波長可変フィルタと、
    前記照明源の前記連続する広いスペクトルレンジをカバーする光学システムであって、前記アライメントマークが、アライメントマーク信号が所定の許容可能閾値より大きくなる比較的狭いスペクトル帯域を有し、前記所望の波長設定点が前記比較的狭いスペクトル帯域に実質的に整合する光学システムと
    を含むアライメントシステム。
  15. 前記波長可変フィルタが、約４５０ｎｍ〜２５００ｎｍの利用可能なスペクトル同調レンジの間に存在しているスペクトルギャップ中か、あるいは所与の状態の利用可能離散波長設定点外のいずれかに存在している波長の選択を可能にしている、請求項１４に記載のアライメントシステム。
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