JP3996892B2 - 整列サブシステムを備えるリソグラフィ装置、整列を使うデバイス製造方法、および整列構造体 - Google Patents

Description

本発明は、第１態様において、
− 所望のパターンに従って放射線の投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段（ＭＡ）を支持するための支持構造体（ＭＴ）；
− 空間的に周期的な光学特性を有する整列構造体（１０）を上に備える基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）；および
− この基板テーブル（ＷＴ）上の基板（Ｗ）をこのパターニング手段（ＭＡ）に対して整列するための整列サブシステム（２１）を含み、この整列サブシステム（２１）が
−空間的に周期的な整列構造体（１０）とパターニング手段（ＭＡ）に対して定める参照位置との相対位置によって強度が変動する測定光を作るために、整列構造体（１０）が反射または透過した光を光学的に処理するための光学装置（２０、２４、２６）；
−測定光の強度および／または位相情報を測定するために光学的干渉装置に結合したセンサ、
−測定光の強度および／または位相情報に基づいて基板テーブル（ＷＴ）とパターニング手段（ＭＡ）の相対位置を制御するためのアクチュエータ（ＰＷ）を含むリソフラフィ装置に関する。

更に、第２態様において、本発明は、
− 少なくとも部分的に放射線感応材料の層で覆われた基板（Ｗ）を用意し、この基板（Ｗ）が空間的に変動する光学特性を有する整列構造体（１０）を含む工程；
− 放射線の投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段（ＭＡ）を使う工程；
− 基板（Ｗ）をパターニング手段（ＭＡ）に対して整列する工程を含み、この整列工程が：
−基板（Ｗ）を、空間的に周期的な整列構造体（１０）とパターニング手段（ＭＡ）に対して定める参照位置との相対位置によって強度が変動する測定光を作るために、整列構造体（１０）が反射または透過した光を光学的に処理するための光学装置（２０、２４、２６）に組入れる工程；
−測定光の強度および／または位相情報を測定する工程；
−強度および／または位相情報に基づいて基板（Ｗ）とパターニング手段（ＭＡ）の相対位置を制御する工程を含み；および
− 放射線のパターン化したビームを放射線感応性材料の層の目標部分上に投影する工程、を含むデバイス製造方法に関する。

第３態様において、本発明は、干渉計測定のような、光学測定を使って、被加工品を参照位置に対して整列するための整列構造体（１０）であって、所定の周期性で複数の隣接するラインおよびスペースを有する少なくとも一つの位相格子マークを含む整列構造体に関する。

ここで使う“パターニング手段”という用語は、入射放射線ビームを、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面に与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり；“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス（以下参照）のような、この目標部分に創るデバイスの特定の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある：
− マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られ、それには、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型がある。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または選択反射（反射性マスクの場合）を生ずる。マスクの場合、この支持構造体は、一般的にマスクテーブルであり、それがこのマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、およびもし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。

− プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、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面である。そのような装置の背後の基本原理は、（例えば）この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ；この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。プログラム可能ミラーアレイの代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーと異なる方向に反射し；この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上に説明した両方の場合に、パターニング手段は、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および同第５，５２３，１９３号明細書、並びに国際公開第９８／３８５９７号および同第９８／３３０９６号から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。プログラム可能ミラーアレイの場合、上記支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。
− プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の例は、米国特許第５，２２９，８７２号明細書で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記同様、この場合の支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。

簡単のために、この本文の残りは、或る場所で、マスクおよびマスクテーブルを伴う例を具体的に指向するかも知れないが；しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示すようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。

リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、パターニング手段がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応性材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）の目標部分（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを使う現在の装置では、機械の二つの異なる種類を区別することができる。一つの種類のリソグラフィ装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射し；そのような装置を普通ウエハステッパまたはステップアンドリピート装置と呼ぶ。代替装置−普通ステップアンドスキャン装置と呼ぶ−では、各目標部分を投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）であり、この基板テーブルを走査する速度Ｖが、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号明細書から収集することができ、それを参考までにここに援用する。

リソグラフィ装置を使う製造プロセスでは、（例えば、マスクの中の）パターンを、少なくとも部分的に放射線感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。

簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが；この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、および反射屈折性光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。この放射線システムも放射線の投影ビームを指向し、成形しまたは制御するためにこれらの設計形式の何れかに従って作用する部品を含んでもよく、そのような部品も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号明細書および国際公開第９８／４０７９１号に記載してあり、その両方を参考までにここに援用する。

パターンを基板上に投影できる前に、このパターンをこの基板上の正確に必要な位置に投影するように、基板をパターニング手段に対して正確に位置決めしなければならない。現代の半導体製造では、この位置決めをナノメータ精度で実現しなければならない。

ヨーロッパ特許公開第１１４８３９０号は、位相格子整列システムを使用する、そのような整列を記載している。そのようなシステムは、光学特性が周期的に変動する整列構造体を含む基板を使用する。この位相格子整列システムは、パターニング手段に対して（直接的または間接的に）定める或る参照位置に対する整列構造体の周期の位相を測定する。この位相から、基板の位置の測定値を得る。

この位相測定は、整列構造体に位相に依存する強度の光を出力する光学的干渉装置を組込むことによって実現する。この干渉装置は、例えば、この整列構造体によって選択した回折次数で回折した光を選択し且つこの選択した光をリソグラフィ装置の参照構造体上に結像する結像要素を含む。この参照構造体は、光学特性がこの整列構造体の像の周期に対応する周期で、空間的に周期的に変動する。その結果、この参照構造体からの光出力が一種のモアレ模様を作る。この模様は、整列構造体の像が参照構造体に対して動くと、整列構造体の周期の最少反射性部分の像が参照構造体の周期の最少透過性部分と一致する程度に依って変動する。その結果、この出力光の空間的に平均した強度が基板の位置の関数として周期的に変動する。

同様な周期的変動を参照構造体なしでも実現できる。ヨーロッパ特許出願第１１４８３９０号は、互いに関して１８０度回転した整列構造体の像に対応する二つの経路に沿って検出器に到達する、整列構造体からの光の間に干渉を使える方法を記載している。この場合、その回転の中心は、このリソグラフィ装置に対して所定位置を定める役割をし、検出した光強度は、この所定位置に対する基板の位置の関数として周期的に変動する。

そのような干渉装置に於いて、平均した強度の周期的変動は、高空間分解能の検出器を必要とすることなく測定することができる。検出した光の強度の測定は、整列構造体の異なる位置へ位相値を割当てることを可能にする。次にこれらの位相値は、整列構造体の光学特性が周期的変動する方向に基板を正確に位置決めするために使う。

位相格子整列サブシステムを使うことは、高整列精度を実現することを可能にする。個々の回折次数の選択は、この整列構造体の空間周波数を有する光だけを検出するので、ノイズをかなり減少する。半導体ウエハの像の電子的パターン認識を使う整列技術に比べて、位相格子フィルタリング技術は、整列に厳しくない検出および制御回路で正確且つ低ノイズの整列を実現する。

この位相格子整列技術は、整列構造体を参照構造体上に結像できるように基板を最初に配置できるように、十分に大きな整列構造体および／または参照構造体を使えるときにしか機能しないという問題がある。言換えれば、この位相格子整列の捕捉範囲は、十分に大きくなければならない。大きな整列構造体および／または参照構造体は、例えば、基板上にそうでなければ回路部品を含むことができる大きなスペースを占めるので、高価である。従って、この整列構造体および／または参照構造体の面積を減少することが望ましい。しかし、整列構造体が与えられたサイズ未満のとき、まだ正確な位置決め目的に適してはいるが、基板を最初に配置したとき整列構造体の像が参照構造体と重ならない（捕捉範囲不足）ので、必ずしも即座には機能しないだろう。

また、干渉装置と組合わせた周期的整列構造体は、或る周期性のある出力信号を出すだろう。例えば、８．０μｍの位相格子を整列構造体および参照格子として使うとき、位置を正確には決められるが、８．０μｍの範囲内でしかない。８．０と８．８μｍの二つの異なる位相格子を有する整列構造体でノギス原理の測定を使うとき、８８μｍの周期性が存在する。従って、既存の（精密）整列法で、誤差がこの周期的信号の一つ以上の周期で作られる可能性がある。ここで周期性とは、周期的信号の単一周期の大きさと定義する。

本発明の目的は、周期的整列システムの捕捉範囲または誤差強さを改善した、基板およびパターニング手段の整列を提供することである。

この目的およびその他の目的は、本発明によれば、冒頭の段落で指定するリソグラフィ装置に於いて、整列サブシステムが、更に、この整列構造体上に設けてある、捕捉位置またはチェック位置として検出可能な非周期的形態を使うように構成してあることを特徴とする装置で達成される。チェック位置を、例えば、更なる整列のための出発点としてまたは信頼性チェックとして使ってもよい。

通常の整列サブシステムを使って検出できる非周期的形態をこの整列構造体に含めることによって、精密ウエハ整列を開始するための正確な捕捉点または位置を本リソグラフィ装置によって賄うことができる。これは、既存の（精密）ウエハ整列法の周期誤差曖昧さを、どんな場合でもこの精密ウエハ整列法の周期性を超えて除去することを可能にする。その代りに、本リソグラフィ装置を後に（即ち、ウエハの整列後または中に）周期的誤差があるか無いかをチェックするために使ってもよい。本整列サブシステム実施例を事前に使って、整列サブシステムの捕捉範囲を拡げてもよく、およびこの整列サブシステムを事後にチェックとして使うことは、この整列サブシステムの誤差強さを増すだろう。

この整列構造体の非周期的形態は、検出した信号に検出可能な位相シフトを誘起するか、または検出した信号の検出可能な強度シフトを誘起してもよい。各々それら自体の特定の利点をもたらす種々の実施例が存在する。

この位相シフト誘起非周期的形態の一実施例では、この非周期的形態が整列構造体のラインまたはスペースの一つ（以上）の幅の変化によるこの整列構造体の二つの部分の間の位相シフトによって作ってある。この場合、整列構造体は、ラインとスペースの同じ周期性を備える二つの部分を有するが、これらのスペースの一つ（以上）を減少しまたは長さを増大して非周期的形態をもたらす。或る例示形は、スペースをこれら２つの部分の交差部で位相格子の周期性の半分に（例えば、８．０μｍ位相格子の場合、４μｍ）縮小し、またはそれをこの周期性の１と半分（即ち、同じ位相格子に対して１２μｍ）に拡大する。効果的に、この移行領域で、整列サブシステムの測定した信号への寄与は、そのとき二つの部分に対して正確に反対位相にあり、それが捕捉位置（即ち、検出した信号の位相勾配が最大である位置）の容易な検出を可能にする。

しかし、反対寄与のために、検出した信号の結果振幅が低いために問題が起るかも知れない。これは、スペースを更に小さくさえする（例えば、８．０μｍ位相格子の場合、２００ｎｍ）ことによって防げるかも知れず、それは、結果として、検出した信号の振幅は高いままで、位相変化がまだ検出可能であるという検出信号になる。

位相シフト誘起システムの更なる実施例では、光学的干渉装置が参照格子を含み、非周期的形態が整列構造体の、それぞれ、第１および第２周期性を備える第１部分から第２部分への移行部を含み、第１周期性が参照格子の周期性よりも長く、第２周期性が参照格子の周期性よりも短く、並びにこの整列サブシステムは、測定光の結果の傾斜した位相情報から捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある。ここで再び、周期性とは、周期的システムの単一周期の大きさ、即ち、ラインとスペースの組合せのである（それで大きい周期性とは、二つの連続するラインの間の距離が大きいことを意味する）。整列構造体のこの第１および第２部分の周期を参照位相格子に関して適切に選択することによって、検出した信号の位相は、相互変位が変動して線形に変化するだろうが、この第１部分および第２部分に対して反対符号である。そこでこの捕捉位置またはチェック位置を二つの傾斜した位相信号の交点から得ることができる。

検出した信号の結果位相は、更なる実施例では正弦波形を有してもよく、それは、例えば検出した位相信号の正弦波曲線適合を使った、捕捉位置の容易な検出を可能にする。このため、この整列構造体は、次の式による位置依存性周期変化を含み、

但し、Δ（ｘ）は位置依存性周期変化、ｘはこの整列構造体に沿う位置およびＬは位相が変動すべきこの整列構造体の長さであり、並びに整列サブシステムは、測定光の結果の正弦波形位相情報から捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある。

都合よく、この正弦波位相分布マークは、検出した信号の位相の結果正弦波曲線がこの精密整列法の周期性より遥かに大きい周期（例えば、８８μｍ以上）を持つように設計してある。

検出した整列信号の強度を使って捕捉位置またはチェック位置を決める第２種類のマークに対して、第１実施例は、この整列構造体の有限寸法を非周期的形態として利用する。この場合、整列サブシステムは、測定光の強度の包絡線から捕捉位置を検出するように構成してある。一般的に、位相格子整列システムの整列構造体は、幅より長さが長く、それで精密ウエハ整列は、この整列構造体の最長方向に沿う走査を使って実行する。粗ウエハ整列用の捕捉位置を見付けるためには、検出した整列信号の包絡線が使用する整列構造体の寸法と一致し、それで捕捉位置を見付けられるようにする。

更なる実施例で、この整列構造体は、第１方向に第１寸法をおよび第２方向に第２寸法を有し、この第２方向がこの第１方向と実質的に直角を成し、非周期的形態が整列構造体のこの第１および／または第２寸法である。この第１および／または第２寸法は、この第１方向と０°および９０°の間の角度αでの整列マークの走査を使って検出してもよい。

この実施例は、あらゆる種類の整列構造体に対して使ってもよく、それで対角線走査とも呼ばれる。この走査を第１方向に対して角度αで行うとき、第２方向の捕捉位置が見付かるかも知れない。一般的に、整列は、相互に垂直な整列構造体を使って、第１および第２方向の両方に行う。それで（第１方向に伸びる）第１整列マークを走査するとき、捕捉位置は、（第２方向に伸びる）第２整列マークに対して導出してもよく、逆もまた同様である。

更なる実施例では、対角線走査を０°より大きい角度αで、より好ましくは１０°より大きい角度αで、例えば４５°の角度αで行う。
この実施例は、整列サブシステム用にウエハ上に二つの整列構造体（例えば、８．０μｍおよび８．８μｍ位相格子）が存在するときにも使ってよい。第１整列構造体用に第１方向に角度αで対角線走査を行ってから、第２整列構造体用にこの走査を繰返すが、今度は第１方向に角度−αで行う。これは、より高い信頼性の捕捉位置（より頑健な解決策）をもたらすだろう。
α＝０°に対して、走査は、第１方向に沿ってだけ行う。この整列構造体が、やはりこの第１方向に、有限寸法であるために、これは、第１方向の捕捉位置をもたらす。

α＝９０°に対して、走査は、この整列構造体の第２方向に沿って行う。この整列構造体の第２方向の寸法は正確に分っているので、これは、第２方向の捕捉位置を決めることを可能にし、第２整列構造体を使う精密整列を行うとき、これを使ってもよい。この場合、非常に小さい結果信号を検出するように、参照格子と整列構造体を正確に整列することが可能である。これは、整列構造体と違う周期性の参照格子を使うことによって、または僅かにずれた開始位置で新しい走査を行うことによって妨げられるかも知れない。

その上更なる実施例では、この非周期的形態が整列構造体の第１部分から整列構造体の第２部分への移行部によって形成してあり、この第１部分はＸμｍの周期性を有しおよびこの第２部分はＸ／ｎの周期性を有し、ｎが整数である。この整列サブシステムは、測定光のｎ次回折の強度の変化から捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある。二部分式整列構造体は、特にパラメータを正しく選択するとき、作るのが比較的容易である。検出した整列信号の強度のシフトが確実に検出するために十分大きいことに注意を払わねばならないが、低い信号がまだ十分高い振幅を有することにも注意を払わねばならない。この発明は、８．０μｍ部分と８．０／７μｍ部分の組合せを使って実施することができる。また、Ｘ＝８．０μｍとｎ＝５（それぞれ、格子周期８．０および１．６μｍ）の組合せを、他の適当な組合せと同様に、実施してもよい。

この二部分式整列構造体の代替実施例では、周期的形態がこの整列構造体の第１部分から整列構造体の第２部分への移行部によって形成してあり、この第１部分がラインとスペースの第１使用率値を有しおよびこの第２部分がラインとスペースの第２使用率値を有し、並びに整列サブシステムが測定光の強度の変化から捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある。使用率とは、整列構造体のラインとスぺースの幅の比である。光学的干渉装置と組合わせた位相格子の使用率が異なると、検出した信号の振幅が異なる結果となるので、これは捕捉位置を検出することを可能にする。

本発明の更なる実施例は、基板とパターニング手段の整列を賄い、そこでは基板上の小さな整列構造体が整列と予備位置決めを賄うに十分である。
この発明によれば、位相情報制御の下の整列は、整列構造体と参照構造体が重複結像関係にあるように基板の位置を選択する、選択ステップを伴う。この選択ステップは、干渉装置からの測定光出力の強度変動の振幅を決めること、および整列構造体と参照構造体が重複結像関係にあるような基板の位置の探索を伴う。このため、強度測定は、それぞれ、整列ステップ用と予備位置決めステップ用に異なる処理を受ける。整列中、この強度の周期的変動の位相を決め、選択中、変動の振幅情報を、好ましくは整列構造体の相対運動による変動と整合しない変動を濾過して取除いてから、決める。これは検出器で行い、それは位相測定にも使われる、同じ種類の強度情報を処理する適当にプログラム可能なコンピュータとして実現してもよいが、専門化した検出ハードウェアを使っても同様によい。続いて、整列をこの振幅の大きさが最大値の位置またはその近くで行う。

好ましい実施例は、基板上の整列構造体から反射した放射線を参照構造体上に結像し、この参照構造体を透過した放射線を検出することであるが、請求項はこの実施例に限定されないことを理解すべきである。参照構造体の透過の代りに、参照構造体からの反射を使ってもよく、且つ整列構造体から参照構造体上への結像放射線の代りに、逆に参照構造体から基板上の整列構造体上への結像を使ってもよい。

或る実施例では、基板の位置の関数としてのこれらの変動の振幅を、整列パターンの周期の空間周波数に相当する振幅の変動を選択するフィルタで濾過し、濾過した振幅を探索に使う。濾過を行う一つの方法は、振幅変動を基本整合パターンの複数の相互に置換した版と相関させることである。相関技術は、位相を決めるためにも屡々使われるが、その場合は単一置換版で十分である。相関技術を使うことによって、位相を決めるために使う種類の回路装置を振幅情報を決めるためにも使ってよい。
位相格子整列技術を整列用に使うのが好ましく、そこでは整列構造体からの選択した次数の回折だけを振幅を決めるために使う。

或る実施例では、測定光出力の強度変動の位相を一方向、即ち典型的には整列構造体の周期が互いに続く方向の整列のために使う。この場合、このリソグラフィ装置の基板および／または参照構造体上の更なる整列構造体を、上記方向と直角なもう一つの方向の整列を制御するために使ってもよい。それにも拘らず、単一整列構造体および／または参照構造体を、位相に依存する制御の前に予備位置決めのための基板位置２次元探索に使ってもよい。これは、出力放射線の強度変動の振幅は、位相が１次元の位置しか示さないときでも、２次元での重複を示すので可能である。

或る実施例では、周期的な整列構造体の周期的変動の方向と直角な方向の単一方向成分だけを整列構造体のための振幅測定から決める。これは、整列構造体の像が周期的変動の方向に、その方向と直角な方向よりも更に伸びる場合に行う。これは、整列構造体が隣接するチップ間のウエハ上のスクライブ・レーンに設けてあるという事実の結果かも知れない。整列構造体の多数の反復をスクライブ・レーンの長さ方向に沿って実現する。その方向と直角には、この整列構造体の長さが遥かに狭い。これは、スクライブ・レーンの長さ方向に沿うより上記横方向に沿う位置の関数としてのこの整列構造体の局在化がよりはっきりすることに繋がる。類似の効果は、整列構造体を参照構造体上に結像する方法によって、例えば、選択した次数の回折光を濾過するために使う瞳口径の形状によって生じるかも知れない。従って、或る実施例では、整列構造体の周期的変動の方向に直角な方向に沿う整列位置の成分の探索にだけ最大値を使うのが好ましい。

周期的変動の方向が異なる別の整列構造体が、ウエハ上の相互に直交するスクライブ・レーン領域に存在してもよい。或る実施例では、異なるスクライブ・レーンの第１および第２の相互に交わる方向に周期的に変動する整列構造体から得た振幅を、それぞれ、この第１および第２方向と直角な整列位置の異なる成分を探索するために使う。例えば、水平スクライブ・レーンの整列構造体を、この整列位置の垂直成分を探索するために使い、垂直スクライブ・レーンの整列構造体を、この整列位置の水平成分を探索するために使う。整列構造体はスクライブ・レーンの長さに沿う大きな範囲に亘って伸びるので、この長さに沿う初期位置は、この装置がこの長さ方向に直角に走査するとき、この整列構造体と出合うことを保証する探索中通常重要ではない。

本発明の第２態様によれば、上記冒頭の段落で定義したようなデバイス製造方法を提供し、そこでは整列構造体が整列サブシステムを使って捕捉位置として検出可能な非周期的形態を含む。
本デバイス製造方法の更に有利な実施例は、方法の従属請求項に挙げてある。これらの実施例は、関連する装置請求項に関して上に述べた利点に対応する利点をもたらす。

本発明の第３態様によれば、上記冒頭の段落で定義したような整列構造体を提供し、そこでは整列構造体が非周期的形態を含む。更に有利な実施例は、関連する従属請求項に記載してある。

この本文では、ＩＣの製造に於ける本発明による装置の使用を具体的に参照してもよいが、そのような装置は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。

本文書では、“放射線”および“ビーム”という用語を（例えば、波長３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの）紫外（ＵＶ）放射線および（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）超紫外（ＥＵＶ）放射線、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。

次に本発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。これらの図で、対応する参照記号は、対応する部品を示す。

図１は、本発明の特別の実施例によるリソグラフィ装置を概略的に描く。この装置は：
− 放射線（例えば、ＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための、放射線システムＥｘ、ＩＬで、この特別の場合、放射線源ＬＡも含むシステム；
− マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスクホルダを備え、且つこのマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段ＰＭに結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
− 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段ＰＷに結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ；および
− マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬを含む。
ここに描くように、この装置は、透過型である（即ち、透過性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（反射型マスクを備える）反射型でもよい。その代りに、この装置は、上に言及した種類のプログラム可能ミラーアレイのような、他の種類のパターニング手段を使ってもよい。

この線源ＬＡ（例えば、レーザ源）は、放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段を通してから、照明システム（照明器）ＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、この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（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを含む。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。

図１に関して、線源ＬＡは、（この線源ＬＡが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが）このリソグラフィ装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ装置から遠く離れていて、それが作った放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラーを使って）導いてもよいことに注目すべきで；この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザである場合によくあることである。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。

ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを横断してから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め手段ＰＷ（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め手段ＰＭを使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（精密位置決め）を使って実現する。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャン装置と違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整列マークＭ₁、Ｍ₂および基板整列マークＰ₁、Ｐ₂を使って整列してもよい。

図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる：
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向に移動して異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射できるようにする；および
２．走査モードでは、与えられた目標部分Ｃを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｙ方向）に速度ｖで動き得て、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ；同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露出することができる。

整列サブシステム２１（図１には示さず）が、投影中に基板Ｗを適正に整列することを保証するために、この基板Ｗの位置を正確に測定するためにこの装置に含めてある。図２は、放射線源２０を備える光学サブシステム、結像構造体２４、参照構造体２６、２６ａ（光学的干渉装置を形成する）、検出器２８、２８ａおよび処理装置２９を含む整列サブシステム２１を概略的に示す。処理装置２９を一つの要素として示すが、処理装置２９は、多数の相互接続したプロセッサで構成してもよいことが分るだろう。放射線源２０、例えばレーザは、基板Ｗ上の領域２２に光のスポットを発生するように構成してある。結像構造体２４は、領域２２を参照構造体２６上に結像するためのレンズ装置２４０、２４２を含む。参照構造体２６は、空間的に周期的な透過特性を有する。検出器２８は、参照構造体２６が透過した放射線の空間的に平均した強度を検出するように構成してある。検出器２８は、処理装置２９の入力に結合した出力を有し、次にその処理装置は、基板Ｗに結合した第２位置決め手段ＰＷに結合した制御出力を有する。

干渉計測定手段ＩＦは、処理装置２９に結合した出力を有する。この整列サブシステム２１にその機能に影響なく種々の変更を行えることが分るだろう。例えば、この整列サブシステムをより便利な場所に動かせるようにミラーを加えてもよく、一実施例ではこの整列サブシステム２１が投影レンズの直ぐ隣にあるが、この整列サブシステム２１は投影レンズから更に動かしてもよいことが分るだろう。基板が実際整列中に投影ビームの経路内にあることは必要なく、別の基板テーブル上のもう一つの基板が整列中に投影ビームの経路内にあってさえよい。

作動状態では、放射線源２０からの放射線が領域２２から反射され、結像構造体２４がこの反射した放射線を使って領域２２を参照構造体２６上に結像する。この結像した放射線は、参照構造体２６が部分的に検出器２８へ透過し、その検出器は、透過した放射線の空間的に平均した強度を示す電子信号を発生する。

処理装置２９は、この電子信号を使って位置決め手段ＰＷ用の制御信号を発生する。これは、多数の段階を伴う（それらは処理装置２９の異なる要素（図示せず）で実行してもよい）。予備位置決め段階で、処理装置２９は、整列構造体を参照構造体２６上に結像するように、基板Ｗおよび整列サブシステム２１を互いに対して動かす。精密位置決め段階で、処理装置２９は、基板Ｗおよび整列サブシステム２１の互いに対する位置を正確に測定し、即ち、それは、基板Ｗおよび整列サブシステム２１が互いに対して特定の整列状態にある干渉計測定手段ＩＦの出力値を決める。次に、処理装置２９は、この測定値を使って一つ以上の位置を基板Ｗおよび整列サブシステム２１が整列状態にある位置に対して所定のずれで制御し、そこへ基板を動かして投影ビームＰＢで照明する。

正確な整列のために、基板Ｗは、領域２２に空間的に周期的反射特性を有する整列構造体１０（以下に議論する、図３、５、７、９および１０参照）を含む。正確な整列中、この整列構造体１０を参照構造体２６上に結像する。参照構造体２６が透過した光の空間的に平均した量は、周期的に整列構造体１０の像と参照構造体２６の相対位相に依る。

結像構造体２４は、選択した回折次数の対だけを参照構造体２６上へ通すのが好ましい。図示のように、結像構造体２４は、領域２２から選択した回折次数を濾過して取除くように設計してある。この目的のために、結像要素は、間に回折次数フィルタ２４４を備えたレンズ２４０、２４２を含む。第１レンズ２４０は、それぞれの方向に回折した光を回折次数フィルタ２４４上のそれぞれの位置へ配置し、そのフィルタは選択した位置からの光だけを透過する。第２レンズは、この透過した光から領域２２の像を形成する。この様に選択した回折次数の対だけを参照構造体２６上への結像のために使う。そのような選択透過なしでも、位置測定は、原理的に可能であるが、ＳＮ比が悪い。

図示のように、領域２２からの多数の回折次数の対を別々に処理することも好ましい。この目的のために、異なる次数の対を、各々それ自体の検出器２８、２８ａを備える異なる参照構造体２６、２６ａ上に結像することを保証するために、楔２４５が設けてある。それぞれ回折次数の対±１および±２用に二つの参照構造体２６、２６ａおよび対応する検出器２８、２８ａだけを示したが、実際には多数の回折次数、例えば七つの回折次数の対±ｎ（ｎ＝１，２，３，４，５，６，７…）を、各々それ自体の参照構造体および検出器で別々に処理してもよいことを理解すべきである。

上に説明した整列サブシステム２１の実際の実施例で、結像構造体２４は、０次を濾過して除去するように構成してあり、効果的に整列構造体１０の周期を半分に（または周波数を倍加）する。それでウエハＷ上の整列構造体１０の１６μｍ周期が効果的に参照格子２６上で８μｍ周期になる。

簡単のために単一要素２４０、２４２を示したが、実際には結像構造体２４がレンズまたは結像ミラーの組合せを含んでもよいことを理解すべきである。
更に、放射線が最初に基板Ｗから反射され、次に検出の前に参照格子２６を通過する構成を示すが、他の構成を使ってもよいことを理解すべきである。例えば、参照構造体２６から反射した放射線を検出してもよく、および／または基板Ｗが許すなら、基板Ｗを透過した放射線を使ってもよい。同様に、放射線を基板Ｗに送る前に最初に検出に先立って（反射または透過のために）参照構造体２６へ送ってもよい。また、勿論、この発明は、図２に示す垂直入射に限定されない。

ウエハ位置の正確な測定（精密ウエハ整列、ＦＩＷＡとも呼ばれる）を可能にするために、従来技術による、ウエハＷ上の領域２２の整列構造体またはマーク１０は、ＸおよびＹの両方向に二つの異なる格子を含んでもよい（図３参照）。マーク１０の各々用におよび対応する参照構造体２６用に二つの異なる格子周期（例えば、８．０および８．８μｍ）を使うことにより、（所謂ノギス原理を使って）遥かに正確な位置決めおよび大きな捕捉範囲を達成できる。この捕捉範囲は、整列を曖昧さなしに実行できる範囲である。しかし、格子の周期性のために、この精密位置決めにまだ固有の曖昧さがある。８．０および８．８μｍ格子の組合せの場合、＋／−４４μｍの周期的曖昧さが存在し、それは、このマークの初期位置が＋／−４４μｍの範囲外にあるとき、一つ以上の８８μｍ誤差に繋がることがある。これは、整列マーク１０の実際の位置が検出した位置からｎ×８８μｍの距離にあるかも知れないことを意味する。

ＦＩＷＡを伴う粗ウエハ整列（ＣＯＷＡ）を或る実施例で行うことができる。また、このＣＯＷＡおよびＦＩＷＡは、同時に実行してもよい。ＦＩＷＡは、既知の８．０μｍ位相格子、または例えば、ノギス原理を使う上に説明した技術を使う８．０μｍと８．８μｍ位相格子の既知の組合せのような、別々のマーク１０を使って行ってもよい。その代りに、このＦＩＷＡを、本発明の実施例によるマーク１０を使って（これらが少なくとも通常周期の位相格子を備える部分を含むとき）行う。また、本方法およびマーク１０として位相格子を使うことは、単一の、例えば８．０μｍの、格子マークを使うＦＩＷＡを行うために、正しい初期位置を見付けたかどうかをチェックするため（信頼性チェック）に適用してもよい。

この粗ウエハ整列は、マーク１０に多数の異なる型式の位相格子を使って行ってもよい。これらの型式の全ての基礎原理は、精密ウエハ整列法だけを使うときに存在する曖昧さを避けるために、位相格子の非周期的形態を使うことである。それによって、周期的整列システム（例えば、８．０μｍ格子または８．０μｍと８．８μｍ格子の組合せを使う）の捕捉範囲および／または誤差強さがその周期的整列システム（それぞれ、８．０μｍおよび８．８μｍ）の周期性を超えて増大する。

この非周期的形態は、多くの方法でウエハ上の位相格子マーク１０に含めることができる。本発明によるマークの多数の実施例を、その実施例に必要な、可能な特定の処理と共に以下で議論する。一般的に、本発明を具体化した二種類のマーク１０、即ち、検出した信号の位相を使ってマーク位置（またはより良くは：非周期的形態位置）を決める第１の種類、および検出した信号の振幅を使ってマーク位置を決める第２の種類が存在する。

第１の型式のマーク１０として、所謂位相ジャンプマークを図３に示す。破線で、（例えば、８．０μｍの周期性の）参照格子２６を示し、それを非破線で示す位相ジャンプマーク１０に対して動かす。そのような位相格子マーク１０は、従来の整列マークのように（例えば、８．０μｍ離間した）ラインおよびスペースを含むが、この格子の周期性は、このマークの一つ以上の位置１５で破断し、この位置でマークの位相がジャンプする結果となる。この位相ジャンプマーク１０が同じ周期性のラインおよびスペースを有する位相格子を備える二つの部分１１、１２、並びにこれら２つの部分１１、１２の間の、スペースがこれら２つの部分１１、１２と同じ周期性のラインおよびスペースを有する位相格子で埋められていない形態領域１５を含むと定義することもできる。８．０μｍ位相格子で、例えば、スペース１５の一つを４μｍ、４／７μｍ、２００ｎｍに減少しまたは１２μｍ（図３に示すような１２μｍ実施例）に拡大してもよい。４μｍおよび１２μｍのスペース並びに２つの部分１１、１２に重なる参照格子で、この参照格子と部分１１の間の位相差は、この参照格子と部分１２の間の位相差とπ違うだろう。

周期的格子の中の非周期的形態のために、参照格子２６を上に議論した整列サブシステム２１を使ってウエハＷ上の位相格子１０に関して動かすとき、位相変化が起るだろう。この位相変化は、反射した光ビームの検出した次数ｎの各々に存在する。検出器２８、２８ａの一つ以上で受けた信号は、受けた信号の位相を得るために、例えば、所定の位置ウインドウで測定したおよび処理した信号位相に最良適合を適用することによって処理してもよい。整列信号位相が最大速度で変化する走査方向（例えば、ｘ方向）の点に、捕捉した整列マーク位置１５が存在する。

多数の異なる位相変化（４μｍ、４／７μｍ、１２μｍおよび２００ｎｍ）を使ってテストを行い、且つ捕捉した整列マーク１５を回折格子の異なる回折次数を使って検出した。４μｍ位相ジャンプマークが最低次測定で最善の結果（結果の最高の再現性）をもたらすことが分った。

しかし、やや大きい間隔（４μｍ）の位相ジャンプマーク１０を使って実際の整列位置で検出した信号は、実際に大きな位置ウィンドウを通じて最弱信号であることも分った。これは、勿論、信頼できない結果になるかも知れない。弱い信号は、４μｍ間隔の位相ジャンプマーク１０の左右部分が位相外れである結果であることが分った。この間隔を遥かに小さく（１００ｎｍのオーダ、例えば２００ｎｍに）すると、この信号弱化効果は、遥かに目立たずまたは不在でさえあるが、間隔１５はまだこの位相検出法を使って検出するに十分大きい。図４に、この効果を例示し：図４ａは、４μｍ間隔を有する位相ジャンプマークに対する整列サブシステム２１からの変位ｘの関数としての整列信号Ｓを示し、図４ｂは、２００ｎｍ間隔を有する位相ジャンプマークに対する整列サブシステム２１からの変位ｘの関数としての整列信号Ｓを示す。２００ｎｍ間隔位相ジャンプマーク１０に対する整列信号Ｓは、整列位置で４μｍ間隔位相ジャンプマーク１０に対する整列信号Ｓより遥かに大きな信号強度を有することが分る。

マーク１０の非周期的形態は、線形位相分布マーク（ＬＰＰＭ）としても具体化できる。この実施例を図５に示す。この実施例で、位相格子１０の二つの部分１１、１２は、共に参照格子２６と（僅かに）違う周期を有する。参照格子２６をこのＬＰＰＭ１０に関して動かすとき、二つの線形に変動する位相分布信号を検出することができる。

ＬＰＰＭ部分１１、１２の一つに対して（８．０μｍの参照格子周期を採り）、整列信号は次のように見える。

整列した位置が予想する位置のマイクロメートルシフト当り（Δ／８）マイクロメートル変動することが分る。非周期的形態に特有の位置を検出させるために、ＬＰＰＭ１０の格子１１、１２は、検出した整列位相信号Δｘ_apが反対の傾斜符号の付いた二つの傾斜を示すように構成してある（図５の下部参照）。そこでこの特有の整列位置を二つの傾斜の交点から導き出すことができる。

この実施例で、ＬＰＰＭ１０の異なる周期が異なる回折角に繋がり、それはまだ回折次数フィルタ２４４（図２参照）によって伝達されねばならないことを心に留めておくべきである。これらの回折次位置は、次の式によるマーク周期に関係する。

但し、ｆは焦点距離、ｄ₀はマーク周期である。８ｎｍの周期の変化は、正確に測定できる１ｎｍ／μｍの位相傾斜の変化に繋がるだろう。１‰の相対的周期変化は、〜３μｍの回折次のシフトに繋がるだろう。

これら２つの傾斜は、単一参照格子２６および単一照明スポットを使って、または、図５に示すように、二つの傾斜した信号を同時決定できるように共に矢印が示す方向に動く二つの参照格子２６および二つの照明スポットを使って測定してもよい。

第１種類の位相格子１０の更なる実施例で、格子周期の変動は、正弦波分布を有する（正弦波位相分布マーク、ＳＰＰＭ）。そこで結果の実測信号の二つの傾斜を正弦波形で置換え、その頂点は容易に検出できる。この正弦波位相分布の周期が参照格子の周期（例えば、＞８μｍ、好ましくは更に＞８８μｍ）より遥かに大きいとき、検出した位相信号分布の正弦波曲線適合が整列マーク１０の捕捉位置１５をもたらすだろう。そのような正弦波位相分布は、次の位置依存性周期変化から得ることができる：

ここで再びΔ（ｘ）＜＜８という境界条件がある。この式で、Δ（ｘ）は位置依存性周期変化、ｘは（縦）ｘ方向に沿う距離、およびＬは整列マーク１０の長さである。ＳＰＰＭ１０に対する正弦波位相分布の例（実線）、および関連して必要な位置依存性周期変化Δ（ｘ）の例（破線）を図６に示す。

第２種類のマーク１０は、検出した整列信号の強度を使ってこのマーク１０の非周期的形態１５の捕捉位置を得る。
この第２種類のマーク１０の第１実施例では、汎用スクライブ線１次マーク（ＶＳＰＭ）、通常の８．０μｍ位相格子マークまたは８．０μｍと８．８μｍ位相マークの組合せのような、通常使用するマークの有限特性を使用する。或る実施例では、マークの存在をこのマーク１０の縦方向に対して角度αで走査する。この角度αは、０°と９０°の間で変動してもよく、このα＝０°およびα＝９０°は特別な場合である。図７に、照明スポットによる走査の例示装置と二つの別々の位相格子３１、３２を含む既存の位相格子マーク１０を示す。この場合、両位相格子３１、３２（例えば、８．０μｍおよび８．８μｍ位相格子）の存在を同じ（しかし、反対符号の）走査角αで照明スポット３０によって走査する。図７に、座標軸も示し、位相格子３１および３２がｘ方向に長く、ｙ方向に短いことを示す。

単一走査（例えば、８．０μｍ格子３１を検出する、図７の左の部分）に対して整列サブシステム２１が検出した強度信号を、ｙ位置の関数として図８のグラフに示す。図８に、検出した信号の包絡線も破線によって示し、それが捕捉位置の決定を可能にする。しかし、この場合の検出した捕捉位置は、位相格子３１の縦方向（ｘ方向）に垂直な方向（ｙ方向）の捕捉位置である。図７に示すように両位相格子３１、３２を使うとき、捕捉位置のより誤差強さのある結果が得られるだろう。
図７に示す実施例を参照して、先に議論したような対角線走査法も単一格子３１だけを使って実行してもよい。

ｘ方向に伸びる位相格子３１、３２から得た強度信号の包絡線は、ｙ方向の位相マーク１０の捕捉位置をもたらす。同様に、ｙ方向に伸びる位相格子１０の捕捉位置は、ｘ方向の捕捉位置をもたらすだろう。位相マーク１０がウエハ上に既知の構成（即ち、既知の相互オフセット３５、３６で、ｘ方向に伸びる二つの位相格子３１、３２およびｙ方向に伸びる二つの位相格子３３、３４を伴う図９に示す例参照）でｘおよびｙ両方向に存在するとき、ｘおよびｙ方向に見つけた捕捉位置を（上に説明したように８．０μｍおよび８．８μｍ位相格子の組合せを使う）通常の粗整列手順で予想位置として使うことができる。時には、対角線走査手順（包絡線信号）の精度が使用する位相格子マーク１０の幅に依って例えば３０μｍであり、（上に議論した８．０／８．８μｍ位相格子の組合せによって得たような）８８μｍ周期信号で正しい頂点を決めるために十分ではあるが、８．８μｍ周期信号で正しい頂点を決めるためには十分正確ではないので、粗整列を行うことがまだ必要である。

この対角線走査法は、位相格子３１…３４の走査中、検出した信号に一つのはっきりした包絡線形が存在するだけなので、周期的誤差を生ずるのを防ぐ。整列サブシステム２１を使って信号を全く受けない（または所定の閾値以下の信号を受ける）とき、これは、位相格子マーク１０を見失ったことを示す。そこで、整列サブシステム２１の探索ウィンドウを拡げるかまたは（例えば、位置シフトを位相格子３１…３４の（既知の）長さに等しくして）シフトすべきである。この対角線走査法は、周期的誤差が有り得る検出法を使って検出したウエハ整列位置が正しいかどうかをチェックするため（信頼性チェック）に特に適する。

α＝０°に対して、マーク１０の非周期的形態１５は、位相格子３１…３４の縦方向にこの位相格子３１…３４の始りおよび終りである。捕捉位置（位相格子３１…３４の第１縁か第２縁、またはそれらの組合せ）は、検出した整列信号の包絡線から導出してもよく、その信号の長さは、一般的に位相格子３１…３４の長さに対応すべきである。

α＝９０°に対して、この位相格子の非周期的形態は、横方向（即ち、縦方向に垂直）にこの位相格子３１…３４の始りおよび終りである。この場合、一方向（例えば、ｙ方向）の捕捉位置は、ｘ方向位相格子３１、３２を使って決めてもよい。この場合、参照格子２６と位相格子マーク１０が厳密に位相外れであるようにたまたま整列しているとき、整列サブシステム２１を使って全く信号を検出しないことが有り得る。これは、この角度が９０°に非常に近く且つラインがスペースより広くないときにも起り得る。しかし、位相格子マーク１０の縦方向に非常に小さく変化した新しい走査がｙ方向の捕捉位置を決めるために十分な信号をもたらすだろう。この特別な場合の対角線走査は、角度０°≦α＜９０°による対角線走査に比べて更なる欠点を有する。α＝９０°の場合に対して、この整列サブシステムは、包絡線信号だけしか検出せず、位相格子３１…３４の周期的形態も存在する（それがこの信号を更なる（精密）ウエハ整列にも使えるようにする）整列信号を検出しないだろう。

この整列サブシステムの対角線走査法は、大部分は０°＜α＜９０°の場合に存在する、多数の更なる利点をもたらす。この走査は、捕捉および整列のための信号収集を同時に行えるので、必ずしも従来の走査より多くの時間を使わない。また、照明ビーム（スポット３０）および関連する駆動手段、並びに検出器２８および関連する処理要素２９が既に存在するので、この整列サブシステム２１に更なるハードウエアを加える必要は全くない。この対角線走査は、精密ウエハ整列用に使ったのと同じウエハＷ上のマーク１０を使うので、ウエハＷ上のスクライブ・レーンに更なるスペースは必要ない。この対角線走査法の誤差強さは、既存の精密ウエハ整列に対するのと同じであり：位相格子マーク１０の通常（ｘ方向）の走査を使ってこの位相格子マーク１０を検出できるとき、この位相格子マーク１０は、この対角線走査法を使っても検出できるだろう。本システムで、照明ビームのサイズの選択は、トレードオフである：何故なら最適性能のためにはウエハ上の他の形態とのクロストークを防ぐためにそれは非常に小さくなければならないからである。しかし、非常に小さい照明ビームは、位相格子マーク１０を全く見失う機会を拡大するだろう。しかし、対角線走査を使えば、実際に位相格子マーク１０（それは幅より長さが遥かに長い）に当る機会が非常に増大し、実際に小さい照明ビームを使えるようにする。

第２種類の本位相格子マークの更なる実施例（強度検出）で、このマークは、一般にＸμｍ（例えば、Ｘ＝８．０μｍ）の周期性の第１部分、およびＸ／ｎの周期性でｎが整数（例えば、ｎ＝７）の隣接する第２部分を含む。この実施例を概略的に図１０に示し、そこでマーク１０は、８μｍの周期性の第１部分１１および８／７μｍの周期性の第２部分１２を含む。このマーク１０のｎ次回折を検出するとき、マスク１０全体に亘って同じ周期性の信号を検出するが、ＸからＸ／ｎへの周期性の切換え１５で強度に顕著な変化があるだろう。これは、マーク１０の捕捉位置１５の検出を可能にする。捕捉位置１５の誤差強さがあって効果的な誤差の無い検出のために、整列サブシステム２１からの信号の変化は、できるだけ明確であるべきだが、それでも信号は、マーク１０の両部分１１、１２から検出されねばならない。実際に、これは、例えば８μｍと８／７μｍ（または８／５μｍ）位相格子の組合せが粗ウエハ整列用に実行可能なマーク１０を提供することを意味する。

代替版では、周期性がマーク１０の中で変るのではなく、スペースとラインの使用率が位相格子１０の中の一つ以上の位置で変る。使用率とは、整列構造体のラインとスぺースの幅の比である。通常の場合、位相格子１０は、等寸法のラインおよびスペースを備える（使用率５０％）。ラインおよびスペースの使用率が変わるとき、これは、整列サブシステム２１からの信号の振幅で顕著であり、且つこれは、この実施例のマーク１０の捕捉位置１５を示すだろう。

図１１は、処理装置２９の動作の一部のフローチャートを示す。このフローチャートには、予備位置決め段階３０１、整列測定段階３０２および投影中の位置決め段階３０３がある。この予備位置決め段階には、多数のステップがある。このフローチャートのステップは、例えば、処理装置２９の中の従来のコンピュータ（図示せず）によって実行するために処理装置２９の命令メモリ（図示せず）に命令の適当なプログラムを設けることによって実施する。

予備位置決め段階３０１には、第１、第２および第３ステップ３０４、３０５、３１６がある。この予備位置決め段階の第１ステップ３０４で、処理装置２９は、基板Ｗの一連の位置で検出器２８からの（並びに任意に検出器２８ａおよび更なる検出器からの）信号を測定させる。この目的のために、第１ステップ３０４は、基板またはウエハＷを測定サブシステムに関する一連の位置へ動かすという第１サブステップ３１１、および検出器２８からの強度信号をこれらの位置で測定する第２サブステップ３１２を含む。これらの位置の範囲は、参照構造体２６（および照明ビーム３０）のサイズよりかなり大きい。第３サブステップ３１３は、この第１および第２サブステップを異なる位置に対して繰返すことを保証する。

図１２は、整列構造体４０を備える基板Ｗの一部の平面図を示す。走査経路４２が示してある。経路４２は、基板Ｗの一部ではないが、基板Ｗの連続位置４４を示し、そこで放射線源２０が基板Ｗ上に光のスポットをもたらし、それをサブステップ３１１中に参照構造体２６上に結像する。或る実施例では、この装置がラインの蛇行経路に沿って走査するように構成してある。これは、最小限の運動の２次元探索領域を提供する。ウィンドウ４６は、単回に参照構造体２６上に結像する、基板Ｗ上の点の領域のサイズを示す。分るように、整列構造体４０の像は、この整列構造体４０を横切る線（経路４２）によって示すように走査経路４２に沿う限られた数の位置に対してだけ参照構造体２６と重なるだろう。

予備位置決め段階３０１の第２ステップ３０５で、処理装置２９は、走査経路４２に沿う多数の位置に対する振幅情報を計算する。このために、第２ステップ３０５は、強度振幅情報を計算する第１サブステップ３１４を含む。第２サブステップ３１５は、この第１サブステップを多数の位置に対して繰返すことを保証する。第１ステップ３０４および第２ステップ３０５を明確さのために別々に示したが、両ステップを統合し、測定値が入ってくると振幅情報を計算してもよいことを理解すべきである。これは、まだ振幅計算に必要な測定値を記憶するために必要なメモリの必要性を減少する。

図１３は、検出器２８の出力信号を基板Ｗに沿う走査経路４２の水平部分に沿う（マイクロメートルでの）位置の関数として連続曲線で示す（実際にこの出力の測定は、或るサンプリング位置でしか行わないかも知れないが）。整列構造体４０の像が参照構造体２６と重なる位置（約５００マイクロメートル）で、この出力信号は、位置の関数として周期的に変動する。他の位置では、半電導性製造プロセスの場合の回路構造体のような、整列構造体ではない構造体が基板Ｗに存在するために、小さい振幅の多少ランダムな変動が起る。回折次数の選択した対だけを使用するとき、この多少ランダムな変動は、これらの選択した回折次数に対応する周期の正弦波の振幅および位相変動を伴う。

第２ステップ３０５の第１サブステップ３１４で、処理装置２９は、走査経路４２に沿う（干渉計測定手段ＩＦによって測定した基板Ｗ上の座標ｘ、ｙでの）多数の位置に対して出力信号の変動の振幅情報を計算する。この振幅情報の計算は、出力信号変動の振幅の尺度を決めることを伴う。整列構造体が無いときに多くの出力信号を生じない基板Ｗに対しては、例えば、（異なる位置での）最小値と最大値の間の差をとることによって、または平均出力信号値からの最大偏差を測定することによって、振幅を検出するだけで十分である。他の基板Ｗに対しては、或る量の空間フィルタリングを行い、それが整列構造体に予想される空間周波数を有しない出力信号変動を抑制する。これは、例えば、振幅測定前の出力信号の帯域フィルタリングによって、または整列構造体４０からの予想される出力信号に対して選択的に感度のある相関技術によって、実現してもよい。

第２ステップ３０５の第１サブステップ３１３での計算の例として、処理装置２９は、次の式に従って振幅情報を計算する。
Ａ２（ｘ，ｙ）＝（Ｓｕｍ ｃｏｓ（ｋ（ｘ−ｘ’））ｓ（ｘ’，ｙ’））²＋（Ｓｕｍ ｓｉｎ（ｋ（ｘ−ｘ’））ｓ（ｘ’，ｙ’））²

このＳｕｍ（和）は、座標ｘ’、ｙ’による位置全体に亘り、少なくとも互いから整列構造体の幅より少なく離間した異なるｘ’座標値による一連の位置を含む。この例で、Ａ２（ｘ，ｙ）は、基板を座標ｘ’、ｙ’による位置に配置して検出器２８の出力ｓ（ｘ’、ｙ）から決めた、座標ｘ、ｙの位置に対する振幅情報Ａ２である。パラメータｋは、２ｐ／ｐに等しく、但しｐは参照構造体２６、２６ａ上の整列構造体４０の像の周期である。座標ｘ’、ｙ’の範囲は、振幅情報を計算する座標ｘ、ｙの位置の周りに伸びるウィンドウ全体に亘って伸びる。このウィンドウのサイズは、自由に選択できる。広い範囲は、大きな周波数選択性を保証し、整列構造体の偽検出をしそうにないが、位置精度を落し、逆もまた同様である。この和に寄与するｘ’、ｙ’値の範囲は、整列構造体４０とほぼ同じサイズになるように採るのが好ましい。

予備位置決め段階３０１の第３ステップ３１６で、処理装置２９は、位置（ｘ０，ｙ０）を選択するために、計算した振幅情報を使い、その位置でこの計算した振幅情報がａおよびｙの関数として最大である。

Ａ２の式は、例として挙げてあるが、この発明から逸脱することなく他の種類の式を使ってもよいことを理解すべきである。例えば、ｘに関するＡ２を誘導するための式を、最大値を見出すために計算してもよく、またはこれらの和に含まれる重み付け関数Ｗ（ｘ−ｘ’，ｘ−ｙ’）との積を計算してもよく、Ｗは、ｘ’および／またはｙ’がｘ、ｙから離れると減少する。

原則的に、回折次数の単一対に対する検出器２８からの測定値がこの最大値を見出すために十分である。任意に、回折次数の異なる対に対する振幅の類似の決定を、組合せ振幅関数を計算するためか、または最大値の位置を使う前に回折次数の全ての対に対してこの最大値が起るかどうかを確認するために使ってもよい。

整列測定段階３０２は、振幅ではなくて位相を決定することを除いて、予備位置決め段階３０１に匹敵する。更に、整列測定段階３０２では、測定をこの整列構造体が参照構造体２６上に結像する位置でだけ行うのが好ましい。

整列測定段階３０２で、処理装置２９は、予備位置決め段階３０１の第１および第２サブステップ３１１、３１２に類似し、多数の位置へ動かすことおよび基板Ｗの異なる位置に対して検出器２８の出力信号を測定することを伴う、第１サブステップ３２１を実行する。第２サブステップ３２２は、この整列サブシステムに関する多数の異なる位置での繰返しを保証し：これらの数の異なる位置は、第３ステップ３１６で作った位置（ｘ０，ｙ０）に依って選択した座標（ｘ”，ｙ０）を有し、座標（ｘ”，ｙ０）のｘ”は、ｘ０を中心とする範囲に亘って変動する。第３サブステップ３２３で、処理装置２９は、これらの測定値から、例えば、次のような式を使って位相値ｆを計算する。
ｔｇ（ｆ）＝ａ／ｂ
但し、
ａ＝Ｓｕｍ ｓｉｎ（ｋ（ｘ”−ｘ０））ｓ（ｘ”，ｙ”）
ｂ＝Ｓｕｍ ｃｏｓ（ｋ（ｘ”−ｘ０））ｓ（ｘ”，ｙ”）

このＳｕｍ（和）は、異なるｘ”の位置の範囲に亘り、それは整列構造体４０のサイズに等しい範囲に亘って伸びるのが好ましく、異なるｘ”値は、参照構造体２６の周期より少なく離間しているのが好ましい。ｙ”値の選択は、それらがこの整列構造体のサイズ内である限り、計算にはっきりと分る程には影響せず、一連のｙ”値を和に使うのが好ましい。この計算した位相値は、基板Ｗ上のｘ０と参照位置ｘｒの間の変位を、整列構造体Ｗを参照構造体２６上に結像する周期ｐで割った値に比例する：
ｆ＝２ｐ（ｘ０−ｘｒ）／ｐ

それでこの位相値は、整列サブシステムに関する整列構造体４０の正確な位置情報をもたらす。このフローチャートの投影中の位置決め段階３０３で、処理装置２９は、この情報を使って基板Ｗをパターニング手段に関する一連の必要な位置へ配置する。
この位相の決定を多数の回折次数の対に対して行い、計算した位相の組合せを使って整列構造体の位置を決めるのが好ましい。

異なる種類のｘｒの決定を使ってもよいことが分るだろう。例えば、重み関数Ｗ（ｘ”−ｘ０，ｙ”−ｙ０）を和に使ってもよく、または或る再帰的プロセスを“ｂ”がゼロになるまでｘ０を調整するために使ってもよく、ここでｘｒは、調整したｘ０と一致する。

位相ｆおよび振幅Ａ２のための式が同じ型式の要素：余弦関数と正弦関数の加算を使うことに注目すべきである。それにも拘らずこれらの式は、二つの異なる型式の情報に繋がる。位相値ｆは、和を採る位置（ｘ”，ｙ”）の範囲がどんなに広くても、位置ｘ０の関数とほぼ同様に線形に変動する。それに反して振幅情報Ａ２は、この範囲が増すと、それが位置依存性の減少を伴っても、強さが増大する。これは、この振幅情報を、整列構造体を含まない領域の探索に適するようにし、且つ位相情報を一旦整列構造体４０が位置するところが知られると正確な位置決めに適するようにする。同様な要素を使用することは、両計算用に処理装置２９を多く使うことを可能にする。

位相値ｆからの参照位置ｘｒの決定は、周期ｐの整数倍だけ違うどんなｘｒの値でも決められるという意味で曖昧である。或る場合には、この予備位置決め精度が単一ｘｒ値を正しい値として認定するために十分かも知れないが、一般的にこれが事実ではない。従って、一つ以上の追加の空間的に周期的な整列構造体を、基板Ｗ上に整列構造体４０に関して所定の相対位置に設けるのが好ましい。この追加の整列構造体の周期は、整列構造体４０の周期と異なる。同様に、整列サブシステムは、整列サブシステムに関する基板の変位による強度変動の位相を決めるために、追加の参照構造体、検出器等を備えるのが好ましい。この様にして決めた位相値は、曖昧なｘｒ値間の距離を、予備位置決め精度が正しいｘｒ値を選択するために十分である点まで増すことを可能にする。その代りに、この追加の整列構造体を、同じ参照構造体を使って測定してもよい。これは、追加の整列構造体および第１整列構造体の形状および相対位置に付いてのモデルおよび事前情報に基づいて、異なる整列構造体から来る整列した位置の差を予測することを可能にする。

原則的に、この位相ｆは、整列構造体４０の光学特性が周期的に変動する方向でのこの整列構造体の位置についての情報を提供するだけである。従って、一つ以上の更なる整列構造体、参照構造体が整列構造体４０の周期に直角な（好ましくは垂直な）方向に周期的な空間的変動を備えるのが好ましい。これらの一つ以上の更なる整列構造体は、整列構造体４０に関する所定位置に設けるのが好ましい。整列段階３０２中、これらの一つ以上の更なる整列構造体を使って、基板Ｗを整列構造体４０の周期に垂直な方向と直角な方向に基板Ｗを正確に位置決めするために追加の位相値を得る。

処理装置２９は、この整列構造体、追加の整列構造体および更なる整列構造体の少なくとも一つを使うことによって得た振幅情報を使って、追加の整列構造体および一つ以上の更なる整列構造体の位相値を決める基板Ｗの位置を制御するために、第３ステップ３１６で選択した位置（ｘ０，ｙ０）を使うのが好ましい。予備位置決めのためにたった一つの整列構造体を使うことは、処理を単純化し、その整列構造体の周期に垂直な方向およびそれに直角な方向の両方に通常十分に正確である。しかし、予備位置決め精度の向上が必要なときは、例えば、異なる整列構造体のために得た振幅情報を、基板Ｗ上のこれらの構造体のオフセットを考慮に入れて、加算することによって、異なる整列構造体のための組合わせた振幅値を使ってもよい。

図１４は、基板Ｗの一部の更なる平面図を描く。例として、基板Ｗの様式は半導体基板でその上に異なる集積回路チップ用領域が確保してある。これらの集積回路チップ用領域の間に、基板Ｗを別々の集積回路チップに機械的に分割するとき、犠牲にするスクライブ・レーン７８が設けてある。周期的整列構造体７０、７２がこのスクライブ・レーン７８に存在する。明確さのために、二つの周期的整列構造体７０、７２だけを示すが、一般的に更に多くが存在することを理解すべきである。整列構造体７０、７２の光学特性は、スクライブ・レーン７８が伸びる方向、即ち、集積回路チップの行の間の水平スクライブ・レーンに対しては水平方向および集積回路チップの列の間の垂直スクライブ・レーンに対しては垂直方向に沿って周期的に変動する。

この実施例で、周期的整列構造体７０、７２の、それが組込んであるスクライブ・レーン方向に直角な広がりは、その方向に沿うそれの長さに比べて比較的狭い。走査経路７４、７６は、周期的整列構造体７０、７２の光学特性が周期的に変動する方向と直角に伸びる。

この発明の方法による実施例で、特定の整列構造体に対する測定した光の強度の周期的変動の振幅は、周期的整列構造体７０、７２の光学特性が周期的に変動する方向（非走査方向）と直角な走査経路７４、７６に沿う位置の関数として決める。この変動の振幅を決めるためには、走査経路７４、７６に沿う各位置に対する測定光の強度を、周期的整列構造体７０、７２の光学特性が周期的に変動する方向（走査方向）に多数の異なる位置で測定するのが好ましい。この走査経路の方向に直角な位置は、この振幅がマークと参照構造体の最良の重なりを示す所で決める。一般的に、これは最大振幅が起る位置であるが、この最大値が台形の場合は、位置の関数として最大振幅が水平である領域のどの点を使ってもよい。これは、二つの相互に交わるスクライブ・レーンの中の周期的整列構造体７０、７２に対して行う。

これらの結果を使って、正確な整列を実現するために位相を測定する位置のそれぞれの成分を制御する。即ち、光学特性が水平方向に周期的に変動する整列構造体７０に直角な走査経路７４に沿う最大値の位置を使って正確な整列のために整列構造体７２の垂直位置成分を決め、およ光学特性が垂直方向に周期的に変動するび整列構造体７２に直角な走査経路７６に沿う最大値の位置を使って正確な整列のために整列構造体７２の水平位置成分を決める。

これらの最大値を整列構造体７０、７２が比較的狭い走査方向で決めたとき、この様に正確な位置を決めることができる。より一般的に、整列構造体の像が狭いとき、正確な位置をこの様に実現する（狭い像は狭い整列構造体の結果かも知れないが、例えば、周期的変動の方向に直角な広帯域幅を通す回折次数のフィルタリングの形の結像の結果でもある）。更に、整列構造体が一般的に走査経路に直角に比較的大きい範囲に亘って伸びるとき、予備位置決めは、通常十分に正確であり、それでこの装置は、一つの整列構造体に対して１本の横走査線しか試す必要がない。
小さな整列構造体に対してだけ幾つかの平行走査経路を使うことが必要かも知れず、最も高い最大値が起る走査経路を特定して位置を決めるために使う。

走査経路７４、７６に沿う位置に対する振幅を決めるために、これらの走査経路７４、７６に沿う各位置に対する複数の測定強度を、周期的整列構造体７０、７２の光学特性が周期的に変動する方向の多数の異なる位置で測定するのが好ましい。例えば、横方向より周期的変動方向に遥かに少ししか伸びない蛇行走査経路、または横方向に多数の位置で周期的変動の方向に沿う一連のショートスキャンを使ってもよい。

しかし、その代りに、この場合周期的変動方向に対して垂直または非ゼロ角度で伸びる走査経路７４、７６に沿う各位置に対して単一強度測定だけを使ってもよい。それで、走査経路７４、７６に沿う各位置で同じ位相に対する強度測定値を得る。その結果、これらの測定値の中の相対最大値は、まだ最大振幅の特色を示している。しかし、このアプローチは、不都合な位相を使うというリスクを有する。従って、四分の一周期（足す任意数の全周期）離れた少なくとも二つの平行走査経路に対して最大値を決めるのが好ましい。しかし、半周期の整数に等しくない任意の他の距離を使ってもよい。説明したように、整列を多数の明確に区別できる段階およびステップで行う。複数の段階およびステップへの分解は、この整列プロセスの説明を容易にするために役立つだけであることが分るだろう。実際に、これらの種々の段階およびステップは、明確に区別できる必要は無い。例えば、この位相を、基板の一連の相対位置および最大振幅を決めるための整列測定システムで得た測定値の前、後または同時に得た（または実際にその一部である）、記憶した強度測定値から決める。この場合、最大振幅の場所の決定は、記憶した強度測定値のどれを使うべきかを選ぶために役立つだけである。その代りに、最大振幅の場所の制御の下で選んだ場所で行った別々の強度測定値を、この位相を決めるために使ってもよい。これは、測定値のための記憶スペースが少なくてよいが、基板Ｗを選択した場所へ動かさねばならないので、整列のために必要な時間を増大する。

更に、最大振幅に繋がる基板と整列測定システムの相対位置の探索は勿論、位相および振幅の決定のために適当にプログラムしたコンピュータまたはコンピュータの組を使うことは好ましい実施例であるが、（完全にまたは一部だけプログラム可能ではない）専用要素をこれらの作業のどれか一つまたは組合せを行うために使ってもよいことが分るだろう。例えば、ディジタル信号処理回路を、予想周波数の強度変動を濾過して除去する濾過作業を行うためおよび位相および振幅を計算するために使ってもよい。もう一つの例として、特殊ハードウェア振幅検出回路装置を使ってもよく、ＡＭラジオ復調用に使うようなものを検出器２８に結合してもよい。

図１５は、代替整列システムを示す。ここでは参照構造体２６が省略してある。その代りに、回転要素６０が加えてあり、それは、反対次数の回折の整列構造体の像を互いに対して１８０°に亘って回転し、例えば一つを９０°に亘りおよび他を−９０°に亘り回転して、互いに反対符号ｎ、−ｎの複数次回折で回折した光を複合する。そのような構造体は、ヨーロッパ特許出願ＥＰ １１４８３９０に記載してある。この複合した光の強度を検出器２８で測定する。この検出器２８の出力を図２について説明した方法で使ってもよい。

この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。

本発明の実施例によるリソグラフィ装置を示す。 このリソグラフィ装置の整列サブシステムを示す。 本発明による整列構造体の第１実施例を示す。 図３の整列構造体の一つの実施例のための整列サブシステム検出信号を示す。 図３の整列構造体の他の実施例のための整列サブシステム検出信号を示す。 本発明による整列構造体の第２実施例を、この整列サブシステムの検出位相信号と組合わせて示す。 本発明の整列構造体の第３実施例の位置依存性周期変化およびその結果の位相分布を示す。 本発明によるリソグラフィ装置の整列サブシステムの第４実施例を概略的に示す。 図７の整列サブシステムの検出信号を示す。 図７の実施例を使うウエハ用整列手順を示す。 本発明による整列構造体の第５実施例を示す。 基板とマスクパターンを整列するためのフローチャートを示す。 基板の一部の平面図を示す。 検出信号を示す。 基板の一部の更なる平面図を示す。 代替整列サブシステムを示す。

符号の説明

１０ 整列構造体
１１ 第１部分
１２ 第２部分
１５ 非周期的形態
２０ 放射線源
２１ 整列サブシステム
２４ 結像構造体
２６ 参照構造体
２８ センサ
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 支持構造体
ＰＷ アクチュエータ
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (43)

1. リソグラフィ装置であって：
   − 所望のパターンに従って放射線の投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段（ＭＡ）を支持するための支持構造体（ＭＴ）；
   − 空間的に周期的な光学特性を有する整列構造体（１０）を上に備える基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）；および
   − 該基板テーブル（ＷＴ）上の基板（Ｗ）を前記パターニング手段（ＭＡ）に対して整列するための整列サブシステム（２１）を含み、該整列サブシステム（２１）が
   −空間的に周期的な整列構造体（１０）と前記パターニング手段（ＭＡ）に対して定める参照位置との相対位置によって強度が変動する測定光を作るために、整列構造体（１０）が反射または透過した光を光学的に処理するための光学装置（２０、２４、２６）；
   −測定光の強度および／または位相情報を測定するために光学的干渉装置に結合したセンサ、
   −測定光の強度および／または位相情報に基づいて基板テーブル（ＷＴ）とパターニング手段（ＭＡ）の相対位置を制御するためのアクチュエータ（ＰＷ）、を含むリソグラフィ装置に於いて、
   前記整列サブシステム（２１）が、更に、整列構造体上に設けてある、捕捉位置またはチェック位置として検出可能な非周期的形態（１５）を使うように構成してあることを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 請求項１に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列サブシステムが、前記測定光の検出した位相情報の位相シフトから前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してあり、位相シフトは前記非周期的形態（１５）が誘起する装置。
3. 請求項２に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）のラインまたはスペースの一方の幅の変化を含み、それが前記整列構造体の二つの部分（１１、１２）の間の位相シフトをもたらし、および前記整列システムが前記測定光の検出した位相情報の位相シフトから前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
4. 請求項２に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記光学的干渉装置が参照格子（２６）を含み、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の、それぞれ、第１および第２周期性を備える第１部分（１１）から第２部分（１２）への移行部を含み、第１周期性が参照格子の周期性よりも長く、第２周期性が参照格子の周期性よりも短く、並びに上記整列サブシステム（２１）が前記測定光の結果の傾斜した位相情報から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
5. 請求項２に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列構造体（１０）が次の式による位置依存性周期変化を含み、
   

   

   
   但し、Δ（ｘ）は位置依存性周期変化、ｘは前記整列構造体に沿う位置およびＬは位相が変動すべき前記整列構造体（１０）の長さであり、並びに前記整列サブシステム（２１）が前記測定光の結果の正弦波形位相情報から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
6. 請求項１に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列サブシステム（２１）が前記測定光の強度情報の空間依存性から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してあり、空間依存性は前記非周期的形態（１５）が誘起する装置。
7. 請求項６に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の有限寸法を含み、そして、前記整列サブシステム（２１）が前記測定光の強度の包絡線から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
8. 請求項７に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列構造体（１０）が第１方向に第１寸法および第２方向に第２寸法を有し、該第２方向が前記第１方向と実質的に直角を成し、前記非周期的形態（１５）が整列構造体（１０）の第１および／または第２寸法であり、および前記整列サブシステム（２１）が前記測定光の強度の包絡線から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
9. 請求項６に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成してあり、第１部分（１１）がＸμｍの周期性を有しおよび第２部分（１２）がＸ／ｎの周期性を有し、ｎが整数であり、そして、前記整列サブシステム（２１）が前記測定光のｎ次回折の強度の変化から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
10. 請求項６に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成してあり、第１部分（１１）がラインとスペースの第１使用率値を有しおよび第２部分（１２）がラインとスペースの第２使用率値を有し、そして、前記整列サブシステム（２１）が前記測定光の強度の変化から前記捕捉位置またはチェック位置を検出するように構成してある装置。
11. 請求項１に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列サブシステム（２１）が更に：
    −前記強度情報から前記位相を決めるために前記センサ（２８）に結合された位相決定手段；
    −前記測定光の強度の周期的変動の振幅についての情報を前記基板テーブル（ＷＴ）と前記パターニング手段（ＭＡ）の相対位置の関数として決め、異なる振幅についての情報を上記整列構造体（１０）のサイズ以上に及ぶ相対位置の範囲に亘って得るための振幅検出器；
    −その範囲の中で前記振幅を最大にする整列位置を探索するための探索手段を含み、
    前記位相決定手段が整列位置に依存して選択した相対位置で測定した強度情報の測定値から位相を決めるように構成してある装置。
12. 請求項１１に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記振幅検出器が、位置の関数として決定した強度情報から濾過した信号を作るように構成してあって前記整列構造体に対応する空間周波数で強度情報の位置依存性変動を選択的に通す周波数選択フィルタを含み、前記検出器が濾過した信号から振幅についての情報を決める装置。
13. 請求項１１または請求項１２の何れか一項に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記アクチュエータ（ＰＷ）が前記相対位置の一方向を制御するために位相を使うように構成してあり、前記方向は前記空間的に周期的な整列構造体の光学特性が周期的に変動する方向と一致し、前記振幅が最大になる前記相対位置の範囲は前記基板（Ｗ）上の二方向に分布する装置。
14. 請求項１１ないし請求項１３の何れか一項に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記アクチュエータ（ＰＷ）が前記相対位置の一方向を制御するために位相を使うように構成してあり、前記一方向は前記空間的に周期的な整列構造体の光学特性が周期的に変動する方向と一致し、前記振幅が最大になる前記相対位置の範囲は前記方向と直角な単一の更なる方向に分布する装置。
15. 請求項１１に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記アクチュエータ（ＰＷ）は前記相対位置の第１方向を制御するために位相を使うように構成してあり、前記アクチュエータ（ＰＷ）は、更なる空間的に周期的な整列構造体を使って位相格子整列測定から決めた更なる位相を使って前記相対位置の第２方向を制御するように構成してあり、更なる空間的に周期的な整列構造体は第２方向に沿って空間的に周期的に変動する光学特性を有し、前記振幅検出器は、前記空間的に周期的な整列構造体および更なる空間的に周期的な整列構造体から前記基板テーブル（ＷＴ）と前記パターニング手段（ＭＡ）の関数として前記測定光の強度の、それぞれ、第１および第２方向と直角な方向の周期的変動の振幅についての情報を決めるように構成してあり、前記探索が、前記空間的に周期的な整列構造体および更なる空間的に周期的な整列構造体用に、それぞれ、第１および第２方向と直角な方向に決めた振幅を最大にする位置の探索を含む装置。
16. 請求項１１ないし請求項１５の何れか一項に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記光学的干渉装置は、前記整列構造体が１対の相対する非ゼロ次回折に対応する方向に回折した測定光の強度情報を選択的に測定するように構成されている装置。
17. 請求項１１ないし請求項１６の何れか一項に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記光学的干渉装置が
    −空間的に周期的に変動する反射および／または透過特性を有する参照構造体；
    −前記基板（Ｗ）と参照構造体との間に結像関係を創るための結像要素を含み、該参照構造体は、参照構造体上に結像したときに前記整列構造体の周期に対応する周期を有し、前記センサは、参照構造体と前記整列構造体の両方が反射および／または透過した測定光の強度情報を測定する装置。
18. − 少なくとも部分的に放射線感応材料の層で覆われた基板（Ｗ）を用意し、該基板（Ｗ）が空間的に変動する光学特性を有する整列構造体（１０）を含む工程；
    − 放射線の投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段（ＭＡ）を使う工程；
    − 基板（Ｗ）をパターニング手段（ＭＡ）に対して整列する工程を含み、該整列工程が：
    −基板（Ｗ）を、空間的に周期的な整列構造体（１０）とパターニング手段（ＭＡ）に対して定める参照位置との相対位置によって強度が変動する測定光を作るために、整列構造体（１０）が反射または透過した光を光学的に処理するための光学的干渉装置（２０、２４、２６）に組入れる工程；
    −測定光の強度および／または位相情報を測定する工程；
    −強度および／または位相情報に基づいて基板（Ｗ）とパターニング手段（ＭＡ）の相対位置を制御する工程を含み；および
    − 放射線のパターン化したビームをこの放射線感応性材料の層の目標部分上に投影する工程、を含むデバイス製造方法に於いて、
    前記基板（Ｗ）が、捕捉位置またはチェック位置として検出可能な非周期的形態（１５）を含む整列構造体（１０）を使って、パターニング手段（ＭＡ）に対して整列されることを特徴とするデバイス製造方法。
19. 請求項１８に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記測定光の検出した位相情報に位相シフトを誘起する方法。
20. 請求項１９に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）のラインまたはスペースの一つの幅の変化による前記整列構造体（１０）の二つの部分（１１、１２）の間の位相シフトによって作られている方法。
21. 請求項１９に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記光学的干渉装置が参照格子（２６）を含み、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の、それぞれ、第１および第２周期性を備える第１部分（１１）から第２部分（１２）への移行部を含み、第１周期性が参照格子の周期性よりも長く、第２周期性が参照格子の周期性よりも短く、そして前記捕捉位置またはチェック位置を前記測定光の結果の傾斜した位相情報から検出する方法。
22. 請求項１９に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記整列構造体（１０）が次の式による位置依存性周期変化を含み、
    

    

    
    但し、Δ（ｘ）は位置依存性周期変化、ｘは前記整列構造体に沿う位置およびＬは位相が変動すべき前記整列構造体（１０）の長さであり、そして、前記捕捉位置またはチェック位置を前記測定光の結果の正弦波形位相情報から検出する方法。
23. 請求項１８に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記測定光の検出した強度情報に強度の空間依存性を誘起する方法。
24. 請求項２３に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の有限寸法を含み、および前記捕捉位置またはチェック位置を前記測定光の強度の包絡線から検出する方法。
25. 請求項２４に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記整列構造体（１０）が第１方向に第１寸法および第２方向に第２寸法を有し、第２方向が第１方向と実質的に直角を成し、そして、前記非周期的形態（１５）が整列構造体（１０）の第１および／または第２寸法である方法。
26. 請求項２３に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成されていて、第１部分（１１）がＸμｍの周期性を有しおよび第２部分（１２）がＸ／ｎの周期性を有し、ｎが整数であり、かつ前記捕捉位置またはチェック位置を前記測定光のｎ次回折の強度の変化から検出する方法。
27. 請求項２３に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成されていて、第１部分（１１）がラインとスペースの第１使用率値を有しおよび第２部分（１２）がラインとスペースの第２使用率値を有し、前記捕捉位置またはチェック位置を前記測定光の強度の変化から検出する方法。
28. 請求項１８に記載されたデバイス製造方法であって：
    −前記基板（Ｗ）上の相互に非重複の利用可能域が前記測定光に寄与する相対位置を含む連続する相対位置について前記測定光の強度を検知する工程；
    −前記測定光の強度の周期的変動の振幅についての情報を決める工程；
    −利用可能域の中で前記振幅を最大にする最適相対位置を探索する工程；
    −最適相対位置を使って測定領域を選択し、そこから前記測定光を使って位相を決める工程、をさらに含む方法。
29. 請求項２８に記載されたデバイス製造方法であって：
    −位置の関数として決定した強度情報を、前記整列構造体（１０）に対応する周波数で強度情報の位置依存性変動を選択的に通す周波数選択フィルタで濾過する工程、および
    −濾過した信号から振幅についての情報を決める工程、を含む方法。
30. 請求項２８に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記位相を使って前記相対位置の一方向を制御し、該一方向は前記空間的に周期的な整列構造体（１０）の光学特性が周期的に変動する方向と一致し、前記振幅が最大になる前記相対位置の範囲は前記方向と直角の単一の更なる方向に分布する方法。
31. 請求項２８に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記位相を使って前記相対位置の第１方向を制御し、前記相対位置の第２方向は更なる空間的に周期的な整列構造体を使って位相格子整列測定から決めた更なる位相を使って制御し、更なる空間的に周期的な整列構造体は第２方向に沿って空間的に周期的に変動する光学特性を有し、前記測定光の強度の周期的変動の振幅についての情報を、前記空間的に周期的な整列構造体および更なる空間的に周期的な整列構造体から前記基板テーブル（ＷＴ）と前記パターニング手段（ＭＡ）の関数として、それぞれ、第１および第２方向と直角な方向に決め、前記探索工程が、前記空間的に周期的な整列構造体および更なる空間的に周期的な整列構造体用に、それぞれ、第１および第２方向と直角な方向に決めた振幅を最大にする位置の探索工程を含む方法。
32. 請求項２８ないし請求項３１の何れか一項に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記整列構造体（１０）は単一の周期的方向に沿って空間的に周期的に可変であり、前記位相を使って前記相対位置の一方向を制御し、該方向は単一の周期的方向と一致し、前記振幅が最大になる前記相対位置の範囲は前記基板（Ｗ）上の二方向に分布する方法。
33. 請求項２８ないし請求項３２の何れか一項に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記整列構造体（１０）が１対の相対する非ゼロ次回折に対応する方向に回折した測定光の強度情報を測定する工程を含む方法。
34. 請求項２８ないし請求項３３の何れか一項に記載されたデバイス製造方法に於いて、前記光学的干渉装置が前記基板（Ｗ）と空間的に周期的に変動する反射および／または透過特性を有する参照構造体との間に結像関係を創るための結像要素を含み、参照構造体は、該参照構造体上に結像したときに前記整列構造体の周期に対応する周期を有し、参照構造体と前記整列構造体の両方が反射および／または透過した測定光から強度情報を測定する工程を含む方法。
35. 被加工品を、干渉計測定を使って参照位置に対して整列するための整列構造体（１０）であって、所定の周期性で複数の隣接するラインおよびスペースを有する少なくとも一つの位相格子マークを含む構造体に於いて、この整列構造体（１０）が非周期的形態（１５）を含み、前記非周期的形態（１５）が整列構造体（１０）の第１および第２周期性を備える第１部分（１１）から第２部分（１２）への移行部であることを特徴とする整列構造体。
36. 請求項３５に記載された整列構造体に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）のラインまたはスペースの一つの幅の変化よる、前記整列構造体（１０）の二つの部分（１１、１２）の間の位相シフトによって作ってある整列構造体。
37. 請求項３５に記載された整列構造体に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の、それぞれ、第１および第２周期性を備える第１部分（１１）から第２部分（１２）への移行部を含み、第１周期性が参照格子の周期性よりも長く、第２周期性が参照格子の周期性よりも短い、整列構造体。
38. 請求項３５に記載された整列構造体に於いて、前記整列構造体（１０）が次の式による位置依存性周期変化を含み、
    

    

    
    但し、Δ（ｘ）は位置依存性周期変化、ｘは前記整列構造体に沿う位置およびＬは位相が変動すべき前記整列構造体（１０）の長さである整列構造体。
39. 請求項３５に記載された整列構造体に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成されていて、この第１部分（１１）がＸμｍの周期性を有しおよびこの第２部分（１２）がＸ／ｎの周期性を有し、ｎが整数である整列構造体。
40. 請求項３５に記載された整列構造体に於いて、前記非周期的形態（１５）が前記整列構造体（１０）の第１部分（１１）から前記整列構造体（１０）の第２部分（１２）への移行部によって形成されていて、第１部分（１１）がラインとスペースの第１使用率値を有しおよび第２部分（１２）がラインとスペースの第２使用率値を有する整列構造体。
41. 被加工品を準備するための基板（Ｗ）であって、請求項３５ないし請求項４０の一項に記載された整列構造体（１０）を備える基板。
42. − 所望のパターンに従って放射線の投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段（ＭＡ）；
    − 空間的に周期的な光学特性を有する整列構造体（１０）を上に備える基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）；および
    − この基板テーブル（ＷＴ）上の基板（Ｗ）をこのパターニング手段（ＭＡ）に対して整列するための整列サブシステム（２１）を含み、この整列サブシステム（２１）が
    −この空間的に周期的な整列構造体（１０）とこのパターニング手段（ＭＡ）に対して定める参照位置との相対位置によって強度が変動する測定光を作るために、この整列構造体（１０）が反射または透過した光を光学的に処理するための光学装置（２０、２４、２６）；
    −この測定光の強度および／または位相情報を測定するために光学的干渉装置に結合したセンサ、
    −この測定光の強度および／または位相情報に基づいてこの基板テーブル（ＷＴ）とパターニング手段（ＭＡ）の相対位置を制御するためのアクチュエータ（ＰＷ）、を含むリソグラフィ装置に於いて、
    前記整列サブシステム（２１）が、前記整列構造体上に設けてある、捕捉位置またはチェック位置として検出可能な非周期的形態（１５）を使うようにさらに構成してあることを特徴とするリソグラフィ装置。
43. 請求項４２に記載されたリソグラフィ装置に於いて、前記整列構造体が請求項３５ないし請求項４０の一項に記載された整列構造体であるリソグラフィ装置。

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