JP4141984B2 - リソグラフィック装置較正方法、整列方法、コンピュータ・プログラム、リソグラフィック装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、
投影放射ビームを供給するための放射システムと、
投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するべく機能するパターン化手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムと、
整列放射ビーム及び前面−背面整列光学系を使用して、基準マークと基板マークの間の整列を検出するための整列システムと
を備えたリソグラフィック投影装置に関する。

本明細書に使用されている「パターン化手段」という用語は、入射する放射ビームの断面を、基板の目標部分に生成すべきパターンに対応してパターン化するべく使用することができる手段を意味するものとして広義に解釈されたい。また、このコンテキストにおいては、「光バルブ」という用語が使用されている。一般的には、前記パターンは、目標部分に生成されるデバイス、たとえば集積回路又は他のデバイス（以下を参照されたい）中の特定の機能層に対応している。このようなパターン化手段の実施例には、
マスク：マスクの概念についてはリソグラフィにおいて良く知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのマスク・タイプ、及び様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。このようなマスクを放射ビーム中に配置することにより、マスクに衝突する放射をマスク上のパターンに従って選択的に透過させ（透過型マスクの場合）、或いは選択的に反射させている（反射型マスクの場合）。マスクの場合、支持構造は、通常、入射する放射ビーム中の所望の位置に確実にマスクを保持することができ、かつ、必要に応じてマスクをビームに対して確実に移動させることができるマスク・テーブルである。
プログラム可能ミラー・アレイ：粘弾性制御層及び反射型表面を有するマトリックス処理可能表面は、このようなデバイスの実施例の１つである。このような装置の基礎をなしている基本原理は、（たとえば）反射型表面の処理領域が入射光を回折光として反射し、一方、未処理領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを使用することにより、前記非回折光を反射ビームからフィルタ除去し、回折光のみを残すことができるため、この方法により、マトリックス処理可能表面の処理パターンに従ってビームがパターン化される。プログラム可能ミラー・アレイの代替実施例には、マトリックス配列された微小ミラーが使用されている。微小ミラーの各々は、適切な局部電界を印加することによって、或いは圧電駆動手段を使用することによって、１つの軸の周りに個々に傾斜させることができる。この場合も、微小ミラーは、入射する放射ビームを反射する方向が、処理済みミラーと未処理ミラーとでそれぞれ異なるようにマトリックス処理することが可能であり、この方法により、マトリックス処理可能ミラーの処理パターンに従って反射ビームがパターン化される。必要なマトリックス処理は、適切な電子手段を使用して実行される。上で説明したいずれの状況においても、パターン化手段は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを備えている。上で参照したミラー・アレイに関する詳細な情報については、たとえば、いずれも参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，２９６，８９１号及び第５，５２３，１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号及びＷＯ９８／３３０９６号を参照されたい。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記支持構造は、たとえば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化されている。
プログラム可能ＬＣＤアレイ：参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，２２９，８７２号に、このような構造の実施例の１つが記載されている。この場合の支持構造も、プログラム可能ミラー・アレイの場合と同様、たとえば、必要に応じて固定又は移動させることができるフレーム又はテーブルとして具体化されている。

分かり易くするために、本明細書の以下の特定の部分、とりわけ実施例の部分にはマスク及びマスク・テーブルが包含されているが、このような実施例の中で考察されている一般原理は、上で説明したパターン化手段のより広義のコンテキストの中で理解されたい。

リソグラフィック投影装置は、たとえば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。このような場合、パターン化手段が、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成し、このパターンが、放射線感応材料（レジスト）の層で被覆された基板（シリコン・ウェハ）上の目標部分（たとえば１つ又は複数のダイからなる）に画像化される。通常、１枚のウェハには、投影システムを介して順次照射される目標部分に隣接する回路網全体が含まれている。現在、マスク・テーブル上のマスクによるパターン化を使用した装置には２種類の装置がある。第１の種類のリソグラフィック投影装置では、マスク・パターン全体を１回の照射で目標部分に露光することによって目標部分の各々が照射される。このような装置は、一般にウェハ・ステッパと呼ばれている。一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている代替装置では、マスク・パターンを投影ビームの下で所与の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査し、かつ、基板テーブルを基準方向に平行に、或いは非平行に同期走査することによって目標部分の各々が照射される。通常、投影システムは、倍率係数Ｍ（通常＜１）を有しているため、基板テーブルを走査する速度Ｖは、マスク・テーブルを走査する速度を係数Ｍ倍した速度になる。上で説明したリソグラフィック・デバイスに関する詳細な情報については、たとえば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第６，０４６，７９２号を参照されたい。

リソグラフィック投影装置を使用した製造プロセスでは、パターン（たとえばマスクのパターン）が、少なくとも一部が放射線感応材料（レジスト）の層で被覆された基板上に画像化される。この画像化ステップに先立って、プライミング、レジスト・コーティング及びソフト・ベークなどの様々な処理手順が基板に加えられる。放射線への露光後、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク及び画像化されたフィーチャの測定／検査などの他の処理手順が基板に加えられる。この一連の処理手順は、たとえばＩＣなどのデバイスの個々の層をパターン化するための基本として使用されている。次に、パターン化されたこのような層に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨等、様々な処理が施される。これらの処理はすべて個々の層の仕上げを意図したものである。複数の層を必要とする場合、すべての処理手順又はそれらの変形手順を新しい層の各々に対して繰り返さなければならないが、最終的にはデバイスのアレイが基板（ウェハ）上に出現する。これらのデバイスは、次に、ダイシング又はソーイングなどの技法を使用して互いに分割され、分割された個々のデバイスは、キャリアに実装し、或いはピンに接続することができる。このようなプロセスに関する詳細な情報については、たとえば、参照により本明細書に組み込まれている著書「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ著、第３版、ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４）を参照されたい。

分かり易くするために、以下、投影システムを「レンズ」と呼ぶが、この用語には、たとえば、屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック系を始めとする様々な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。また、放射システムには、投影放射ビームを導き、整形し、或いは制御するための任意の設計タイプに従って動作するコンポーネントが含まれており、以下、このようなコンポーネントについても、集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。また、リソグラフィック装置は、複数の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」デバイスの場合、追加テーブルが並列に使用されているか、或いは１つ又は複数の他のテーブルが露光のために使用されている間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップが実行されている。たとえば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９６９，４４１号及びＷＯ９８／４０７９１号に、二重ステージ・リソグラフィック装置が記載されている。

機能フィーチャの正確な投影を保証するためには、露光に先立って基板を正しく整列させなければならない。基板上にマークが提供され、整列システムを使用して検出されている。整列システムの従来の実施例にはレンズ整列システムが使用されており、また、同時係属出願ＥＰ０２２５１４４０号及びＥＰ０２２５０２３５号に、整列方法及び装置が記載されている。マークは一般的には基板の前面に記されているが、基板の背面に記すことも可能である。基板の背面のマークは、とりわけ超微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）或いは超微小光電子機械システム（ＭＯＥＭＳ）を製造する場合に使用されている。基板の背面のマークを使用する場合、前面−背面整列（ＦＴＢＡ）光学系を使用して、基板の背面のマークが前面に投影される。別法としては、たとえば化学機械研磨、エピタキシャル層の付着若しくは分厚い粒子金属層の付着によって基板前面のマークを使用することができない場合、前面−背面整列（ＢＴＢＡ）光学系を使用することができる。ＦＴＢＡ光学系及びＢＴＢＡ光学系の場合、空間がほとんど存在しないため、単純な光学系、たとえば基板テーブル中に埋め込まれたミラーなどが使用されている。これらの光学系の利点は安価なことであるが、重大な欠点は、光学系の精度が悪いため、当然の結果としてマークの画像がひずみ、かつ、変位することである。また、このひずみ及び変位は、基板上のマークの位置によって左右されている。このひずみは、たとえば基準基板を使用して、基板の実際の位置と各々のポイントに対する基板マークの予測位置との間の変位ベクトル（ＩＴＯ）を計算することによって補償することができる。このような変位ベクトルを計算するためには、基準基板は、必ずしも一致している必要はないが、基板の前面及び背面の両方にマークを有していなければならない。しかしながら、極めて多数のＩＴＯベクトルが必要であるため、この方法を実施することは困難であり、また、個々のＩＴＯを正確に決定することは困難である。

また、前面−背面整列光学系を較正するためのこの方法には、前面−背面整列光学系の特性が常にほぼ一定であることが仮定されている。たとえば、基板テーブル内の前面−背面整列光学系の位置或いは前面−背面整列光学系の変位が常に変化する場合、この較正方法ではこの変化を考慮することができず、したがって整列及び露光の精度が悪くなる。また、較正基板が使用されているため、基板のスループットが妨害されている。

本発明の目的は、基板画像のひずみを計算する改良型方法を提供することである。

上記及び他の目的は、前面−背面整列光学系を備えたリソグラフィック装置を、基準基板の前面及び背面のマークを使用して較正する本発明による方法によって達成される。この方法には、
前面−背面整列光学系を通して観察される前記基準基板の背面のマークの位置と前記マークの実際の位置との間の変位ベクトルを計算するステップと、
第１の修正ベクトルを生成するべく、前記基準基板を前記前面−背面整列光学系に対して微小距離だけ移動させ、かつ、前記基準基板の背面の１つのポイントの画像と前記基準基板の前面の１つのポイントのどちらがどれだけ遠くへ移動したかを比較するステップと、
第２の修正ベクトルを生成するべく、前記基準基板を移動させる前記ステップを前記基準基板上の異なるポイントに対して繰り返すステップ
が含まれており、較正情報は、変位ベクトル及び光学修正ベクトルである。

したがってこの方法に必要なことは、単一ＩＴＯベクトルの計算のみである。計算する必要があるのは変位ベクトル１つのみであるため、より正確に計算することができる。前記基準基板を移動させる前記ステップを繰り返すステップは、複数の第２の修正ベクトルと、このように生成された光学修正アレイを生成するべく、複数回に渡って繰り返されることが好ましい。少なくとも４つの光学修正ベクトルが計算されることが好ましい。

計算をより単純にするために、第２の修正ベクトルの各々から第１の修正ベクトルが控除され、光学修正アレイが正規化される。追加若しくは別法として、前記基準基板を移動させ、かつ、修正ベクトルを生成する前記ステップの中で、前記基準基板の背面の１つのポイントの画像と基準基板の前面の前記ポイントとの間の変位ベクトルが前記修正ベクトルから控除される。好ましい方法においては、前記基準基板を移動させ、かつ、修正ベクトルを計算する前記ステップの中で、基準基板の背面のポイントに対応する基準基板の前面の１つのポイントの位置が使用されている。

前記基準基板の背面の前記マークの実際の位置は、前記基準基板の前面のマークの測定位置を使用して計算される。

本発明の他の態様によれば、前面−背面整列光学系を備えたリソグラフィック装置を、前記前面−背面整列光学系の単一分岐を通して観察するべく配列された複数のマークを使用して較正する方法が提供される。この方法には、
前記前面−背面整列光学系の画像ウィンドウ内で観察される画像と前記マークの間の変位ベクトルを前記複数のマークの各々に対して計算するステップと、
前記前面−背面整列光学系の画像ウィンドウ内で観察される画像と前記マークの間の変位ベクトルを前記複数のマークの各々に対して後で再計算するステップ
が含まれている。

したがって、変位ベクトルを再計算することにより、前面−背面整列光学系のあらゆる変化、たとえば前面−背面整列光学系の位置、寸法若しくは倍率の変化を検出することができる。前記前面−背面整列光学系の各分岐を通して複数のマークが投影され、それにより前面−背面整列光学系に関するより多くの詳細情報が得られる。前面−背面整列光学系の各分岐を通して投影されるマークが多いほど、より詳細な情報が得られる。また、前面−背面整列光学系に刻み込まれたマークが存在していることが好ましい。基板上に配列されたマークの画像（前面−背面整列光学系を通して投影された画像）と刻み込まれたマークの画像の相対位置が変化し、基板に対する前面−背面整列光学系の位置の変化が示される。或いは、基板マークの画像と刻み込まれたマークの画像の相対位置が変化しない場合であっても、前面−背面整列光学系の寸法若しくは倍率が変化していることが考えられる。背面に複数の（基板）マークを有する基準基板を使用して較正することができる。

本発明の他の態様によれば、
背面に基板マークを備えた基板を提供するステップと、
整列放射ビームを提供するステップと、
前記整列放射ビームを基板マークに投射し、かつ、前記基板マークを検出するための整列システムを提供するステップと
を含み、１つの変位ベクトル及び複数の修正ベクトルを使用して基板マークの位置が計算されることを特徴とする整列方法が提供される。

この方法に使用される変位ベクトルは、複数の変位ベクトルではなく、単一の変位ベクトルが存在していることが好ましい。この方法には、さらに、前記基板の背面の前記基板マークの画像を前記基板の前面に投影するための前面−背面整列光学系を提供するステップが含まれており、前記整列システムが前記画像を使用している。

本発明の他の態様によれば、
背面に基板マークを備えた基板を提供するステップと、
前記基板マークの画像を前記基板の前面に投影するための光学系を提供するステップと、
前記光学系にマークを提供するステップと、
整列放射ビームを提供するステップと、
前記整列放射ビームを前記マークに投射し、かつ、前記マークを検出するための整列システムを提供するステップと
を含み、検出された前記基板マーク及び前記マークの位置の変化が前記光学系の変化を表す整列方法が提供される。

複数の基板マークが存在していることが好ましく、存在している基板マークが多いほど、光学系の解析をより詳細に、かつ、正確に実行することができる。また、この方法には、基準基板マークを有する基準基板を提供するステップ、及び整列システムを使用して光学系を通して前記マーク及び前記基準基板マークの位置を検出するステップが含まれている。したがって基準基板は、初期較正用として使用されている。光学系は、光学系の対物ウィンドウ内に刻み込まれた、相対変化を測定するための基準として使用される基準マークを備えていることが好ましい。光学系は前面−背面整列光学系であることが好ましく、前面−背面整列光学系の各分岐を通して複数のマーク（複数の基板マーク若しくは刻み込み基準マークと少なくとも１つの基板マークのいずれか）が投影される。

本発明の他の態様によれば、
基板の少なくとも一部を放射線感応材料の層で被覆するステップと、
放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
投影ビームの断面をパターン化するためのパターン化手段を使用するステップと、
パターン化された放射ビームを放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップと、
上で説明した整列方法と
を含むデバイス製造方法が提供される。

また、本発明により、リソグラフィック装置に接続されたコンピュータ・システム上で実行されると、上で説明した各ステップを実行するべくコンピュータ・システムに命令するプログラム・コード手段からなるコンピュータ・プログラムが提供される。

本発明の他の態様によれば、
１つの変位ベクトル及び複数の修正ベクトルを保管するための記憶手段と、
基板の整列誤差を修正するための修正手段と
をさらに備えたことを特徴とする、冒頭の段落で明記したリソグラフィック投影装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、基板マークの画像を基板の前面に投影するための、基板マークを含む複数のマークを同時に投影するだけの十分な大きさの前面−背面整列光学系をさらに備えた、冒頭の段落で明記したリソグラフィック投影装置が提供される。

前面−背面整列光学系は、基板マークと共に前面−背面整列光学系を通して投影される対物ウィンドウ内に刻み込まれたマークを有していることが好ましい。したがって、前面−背面整列光学系の像平面内の画像は、刻み込まれたマークの画像と基板マークの画像からなっている。これらの画像が整列に使用されている。

前面−背面整列光学系は、約５ｍｍ^２の面積を投影することが好ましい。対物ウィンドウは、たとえば直径１．２ｍｍの円形のウィンドウにすることも、或いは辺の長さが１．４ｍｍ及び３ｍｍの長方形のウィンドウにすることもできる。

本明細書においては、本発明による装置の、とりわけＩＣの製造における使用が参照されているが、本発明による装置は、他の多くの可能アプリケーションを有していることを明確に理解されたい。たとえば、本発明による装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用することができる。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「レチクル」、「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「マスク」、「基板」及び「目標部分」という用語に置換されているものと見なすべきであることは、当分野の技術者には理解されよう。

本明細書においては、「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線放射（たとえば、波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ）、ＥＵＶ（波長の範囲がたとえば５〜２０ｎｍの極紫外線放射）、及びイオン・ビーム或いは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含するべく使用されている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例に過ぎないが、添付の略図を参照して説明する。

図において、対応する参照記号は、対応する部品を表している。

「実施例１」
図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィック投影装置を略図で示したものである。この装置は、
投影放射ビームＰＢ（たとえばＵＶ放射）を供給するための放射システムＥｘ、ＩＬ（この特定の実施例の場合、放射システムにはさらに放射源ＬＡが含まれている）と、
マスクＭＡ（たとえばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備えた、アイテムＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に接続された第１の対物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（たとえばレジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備えた、アイテムＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２の対物テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
マスクＭＡの照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（たとえば１つ又は複数のダイからなっている）に結像させるための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（たとえば屈折レンズ系）とを備えている。

図に示すように、この装置は透過型（たとえば透過型マスクを有する）装置であるが、一般的にはたとえば反射型（たとえば反射型マスクを備えた）装置であっても良い。別法としては、この装置は、たとえば上で参照したプログラム可能ミラー・アレイ・タイプなど、他の種類のパターン化手段を使用することもできる。

放射源ＬＡ（たとえばレーザ生成源若しくは放電プラズマ源）は放射ビームを生成している。この放射ビームは、照明システム（イルミネータ）ＩＬに直接供給され、或いは、たとえばビーム拡大器Ｅｘなどの調整手段を介して供給される。イルミネータＩＬは、ビーム内の強度分布の外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）を設定するための調整手段ＡＭを備えている。また、イルミネータＩＬは、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなど、他の様々なコンポーネントを備えている。この方法により、マスクＭＡに衝突するビームＰＢの断面に、所望する一様な強度分布を持たせることができる。

図１に関して、放射源ＬＡをリソグラフィック投影装置のハウジング内に配置し（放射源ＬＡがたとえば水銀灯の場合にしばしば見られるように）、かつ、リソグラフィック投影装置から離して配置することにより、放射源ＬＡが生成する放射ビームをリソグラフィック投影装置に供給する（たとえば適切な誘導ミラーを使用することによって）ことができることに留意されたい。この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマ・レーザの場合にしばしば見られるシナリオである。本発明及び特許請求の範囲の各請求項には、これらのシナリオの両方が包含されている。

次に、ビームＰＢが、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡによって遮断される。マスクＭＡを通過したビームＰＢは、ビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。第２の位置決め手段（及び干渉測定手段ＩＦ）を使用することにより、たとえば異なる目標部分ＣをビームＰＢの光路中に配置するべく、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め手段を使用して、たとえばマスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後、或いは走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に配置することができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、図１には明確に示されていないが、長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されている。しかし、ウェハ・ステッパ（ステップ・アンド・スキャン装置ではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータに接続するだけで良く、或いは固定することも可能である。

図に示す装置は、２つの異なるモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴは、基本的に静止状態に維持され、マスク画像全体が目標部分Ｃに１回の照射（すなわち単一「フラッシュ」で）投影される。次に、基板テーブルＷＴがｘ及び／又はｙ方向にシフトされ、異なる目標部分ＣがビームＰＢによって照射される。
２．走査モードでは、所与の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」に露光されない点を除き、ステップ・モードと基本的に同じシナリオが適用される。代わりにマスク・テーブルＭＴを所与の方向（いわゆる「走査方向」、たとえばｙ方向）に速度νで移動させることができるため、投影ビームＰＢでマスク画像を走査し、かつ、基板テーブルＷＴを同時に同じ方向若しくは逆方向に、速度Ｖ＝Ｍνで移動させることができる。ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４若しくはＭ＝１／５）。この方法によれば、解像度を犠牲にすることなく、比較的大きい目標部分Ｃを露光することができる。

基板の露光に先立って、マスクＭＡ及び基板Ｗの位置合せが実施される。相補をなす位置合せマークＭ_１、Ｍ_２及び基板マークＰ_１、Ｐ_２は、それぞれマスクＭＡ上及び基板上に存在している。本発明には新しい整列システムは不要であり、図２では、整列ビームＡＢは、投影システムＰＬを通して投射されている。図から分かるように、基板マークＰ_１及びＰ_２は基板の裏面に存在しているため、前面−背面整列光学系２２によって基板Ｗの側面に基板マークＰ_２が再結像され、画像Ｐ_ｉが形成される。前面−背面整列光学系２２を通して投影された格子のひずみが図４ｂに示されている。

図３は、ひずみを記述し、かつ、補償するために使用される変位ベクトル及び光学修正アレイ（複数の光学修正ベクトルからなる）の計算に必要な装置を示したものである。この場合、特別に設計された、基板の両面に基板マークを有する基板ＷＲが使用されている。基準基板ＷＲの背面の特定の基板マークＰ_２の位置Ｐ_２は、基準基板ＷＲの前面の基板マークＱ_２の位置Ｑ_２に対して既知の位置に存在している。上の段落で説明した整列光学系を使用して、位置Ｐ_２ｉに基板マークＰ_２の画像Ｐ_ｉが投影され、位置合せマークＭ_２を使用してＰ_２の位置が予測される。画像−オブジェクト・ベクトルＩＴＯは、画像Ｐ_２ｉとマークＰ_２の間の距離であり、光学修正ベクトル（ＯＣＯ）は、異なる基板部分における相対ひずみ（すなわち変位）を表している。したがって、ウェハの背面の基板マークの位置Ｐ_２は、
Ｐ_２＝Ｐ_２ｉ＋ＯＣＯ＋ＩＴＯ （１）
で与えられる。

前面−背面整列光学系が画像を反射する場合、単純に変換行列ＩＭを使用してこれを組み込むことができる。

基準基板の場合、基準基板ＷＲの前面のマークの位置Ｑ_２と背面のマークの位置Ｐ_２の間の距離が既知であることを利用して、所与のポイントに対する画像−オブジェクト・ベクトルＩＴＯを計算することができる。
ＩＴＯ＝（Ｐ_２ｉ−Ｑ_２）^＊ＩＭ−（Ｑ_２−Ｐ_２） （２）
ここで、（Ｐ_２ｉ−Ｑ_２）は測定が可能である。

次に、基板テーブルを持上げ装置まで移動させ、そこで基準基板ＷＲを持ち上げて基板テーブルＷＴを微小距離だけ移動させた後、基準基板ＷＲが再び基板テーブルＷＴ上に置かれる。図３、４ａ及び４ｂに示すように、基板テーブルＷＴが露光ステーションに復帰すると、基準基板ＷＲの変位Ｑ_２が（基準マークＱ_２の変位を測定することによって）確認される。同じくＰ_２、Ｐ_２ｉの画像の変位（延いてはＰ_２の位置の予測値）が測定され、次式、
Ｐ_２＝Ｑ_２＋ＩＴＯ＋（Ｐ_２ｉ＋ＯＣＯ−Ｑ_２）^＊ＩＭ （３）
を使用して、
ＯＣＯ＝（Ｐ_２−ＩＴＯ−Ｑ_２＋（Ｑ_２−Ｐ_２ｉ）^＊ＩＭ）^＊ＩＭ^−１ （４）
に再配列され、その位置に対する光学修正ベクトルが計算される。これは、基準基板ＷＲ上の異なる位置に対して繰り返される。これらのベクトルは、基板画像の異なる領域の相対ひずみを示している。したがって、見出される光学修正ベクトルが多いほど、基板画像全体のひずみの予測が正確になる。少なくとも４つの光学修正ベクトルが計算されることが好ましい。光学修正ベクトルＯＣＯを結合することにより、光学修正アレイ（ＯＣＡ）が形成される。変位ベクトルＩＴＯ及び光学修正アレイＯＣＡは、いずれもそのリソグラフィック投影装置に固有であり、その装置の将来的なあらゆる使用のために、機械定数として保管される。

基板Ｗの前面の基板マークに対するアクセスが不可能になり、或いは使用することができなくなった場合、前面−背面整列光学系が使用される。前面−背面光学系によるひずみを補償するべく、変位ベクトルＩＴＯ及び光学修正アレイＯＣＡを使用して基板マークＰ_２の画像の位置が処理され、基板マークＰ_２の実際の位置が見出される。したがって基板マークＰ_２の正確な位置を確認することができる。

単純にするために、第２及び後続する光学修正ベクトルＯＣＯから第１の光学修正ベクトルＯＣＯが控除され、光学修正アレイＯＣＡが正規化される。ベクトルの値がより小さいため、この正規化により、後続する基板位置の計算が高速化されることが分かっている。

特定のポイントを使用して基板を整列させるべく光学修正アレイを使用する場合、その特定のポイントに最も近接した修正ベクトルが使用される。別法としては、最も近接した少なくとも２つ、好ましくは３つ若しくは４つの光学修正ベクトルＯＣＯ間に補間を使用することもできる。

また、本発明は、任意の数の前面−背面整列光学系分岐を備えたシステムと共に使用することができる。

最適結果を得るためには、定期的にこの較正が実施されることが好ましい。

また、本発明を使用することにより、位置合せマークの整列誤差などの他の面の整列ひずみを補償することができる。

本発明について、スルー・ザ・レンズ整列システムを参照して説明したが、同様にオフアクシス整列システムを使用することも可能である。

また、本発明について、デカルト座標系を使用して説明したが、極座標系などの他の座標系を使用することも可能である。

「実施例２」
この実施例は、以下に示す詳細を除き、上で説明した実施例と同じである。

この実施例は、上で説明した光学修正ベクトルと組み合わせて使用することができ、或いは従来の整列測定方法を使用して複数の画像−オブジェクト・ベクトルと組み合わせて使用することができる。

図５に示すように、前面−背面整列光学系２０の各分岐は、少なくとも２つのマークを投影するだけの十分な大きさを有している。前面−背面整列光学系の各分岐の対物ウィンドウ２１内には、基準マーク２５が刻み込まれている。基準マーク２５は、前面−背面整列光学系２０の対物ウィンドウ内にエッチングし、印を施し、或いはにかわ付けすることができる。単一の基板マーク２６を前面−背面整列光学系２０の対物ウィンドウ２１内に出現させる代わりに、３つの基板マーク２６、２７、２８が前面−背面整列光学系２０の対物ウィンドウ内に存在している。図から分かるように、前面−背面整列光学系２０の画像ウィンドウ２２内に、マーク２５、２６、２７及び２８の画像３５、３６、３７及び３８が投影されている。画像とマークの間の距離を表している画像−オブジェクト・ベクトル４５、４６、４７及び４８は、マーク２５、２６、２７及び２８の各々に対して計算されている。これらのベクトルが基準ベクトルとして使用され、これらの基準ベクトルに対する前面−背面整列光学系の特性の変化が測定されている。

後に、同じく、基板上の同じ位置に印刷された基板マーク２６、２７及び２８を有する他の基板が基板テーブルＷＴ上に置かれる。図６に示すように、基板マーク３６、３７及び３８の画像と基準マーク３５の画像の相対位置が変化しており、したがって基板Ｗに対する光学分岐の位置も変化している。したがって、この変化を修正するためのステップが実行される。

図７は、他のシナリオを示したもので、すべての画像−オブジェクト・ベクトルが変化している。これは、前面−背面整列光学系の分岐の寸法が変化したことを示している。

図８は、第３のシナリオを示したものである。この場合も、すべての画像−オブジェクト・ベクトルが変化しているが、その変化量が異なっており、前面−背面整列光学系２０の分岐の倍率が変化したことを示している。

これらの変化が検出されると、それを補償するためのステップが実行される。

この整列方法は、通常の基板を使用して実行することができ、特定の較正ステップを必要としないため、とりわけ有利である。ここでは３つの基板マークを使用して説明したが、単一の基板マークでも十分である。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。以上の説明は、本発明を制限することを意図したものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィック投影装置を示す図である。 前面−背面整列光学系を使用したリソグラフィック投影装置における基板の整列を示す線図である。 変位ベクトル及び光学修正アレイの計算に必要な装置を示す線図である。 修正ベクトルを計算する際の、実例格子に対する基準基板の前面のマークの移動を示す図である。 修正ベクトルを計算する際の、実例格子（同じく前面−背面整列光学系を通して投影される）に対する基準基板の背面のマークの移動を示す図である。 基準マーク及び基板マークを備えた単一分岐前面−背面整列光学系を示す図である。 前面−背面整列光学系の光分岐の変動の検出に使用されている前面−背面整列光学系の分岐を示す図である。 前面−背面整列光学系の分岐の寸法変化の検出に使用されている前面−背面整列光学系の分岐を示す図である。 前面−背面整列光学系の分岐の光学倍率変化の検出に使用されている前面−背面整列光学系の分岐を示す図である。

符号の説明

２０、２２ 前面−背面整列光学系
２１、２２ 対物ウィンドウ
２５、２６、２７、２８、Ｐ_１、Ｐ_２ 基板マーク（基準マーク）
３５、３６、３７、３８ 基板マーク（基準マーク）の画像
４５、４６、４７、４８ 画像−オブジェクト・ベクトル
ＡＢ 整列ビーム
ＡＭ 調整手段
Ｃ 目標部分
ＣＯ コンデンサ
Ｅｘ ビーム拡大器
ＩＦ 干渉測定手段
ＩＬ イルミネータ
ＩＮ インテグレータ
ＬＡ 放射源
Ｍ_１、Ｍ_２ 位置合せマーク
ＭＡ マスク
ＭＴ 第１の対物テーブル（マスク・テーブル）
Ｐ_２ 特定の基板マークＰ_２の位置
ＰＢ 投影放射ビーム
Ｐ_ｉ 基板マークＰ_２の画像
ＰＬ 投影システム（レンズ）
Ｑ_２ 基板マークＱ_２の位置
Ｗ 基板
ＷＲ 基準基板
ＷＴ 第２の対物テーブル（基板テーブル）

Claims (22)

1. 前面−背面整列光学系を備えたリソグラフィック装置を、基準基板の前面及び背面のマークを使用して較正する方法であって、前記方法が、
   前面−背面整列光学系を通して観察される前記基準基板の背面のマークの位置と前記マークの実際の位置との間の変位ベクトルを計算するステップと、
   第１の修正ベクトルを生成するべく、前記基準基板を前記前面−背面整列光学系に対して微小距離だけ移動させ、かつ、前記基準基板の背面の１つのポイントの画像と前記基準基板の前面の１つのポイントのどちらがどれだけ遠くへ移動したかを比較するステップと、
   第２の修正ベクトルを生成するべく、前記基準基板を移動させる前記ステップを前記基準基板上の異なるポイントに対して繰り返すステップとを含み、
   変位ベクトルと前記第１の修正ベクトル及び前記第２の修正ベクトルを含む光学修正ベクトルとが較正情報である方法。
2. 前記基準基板を移動させる前記ステップを繰り返すステップが、複数の第２の修正ベクトルを生成し、かつ、修正ベクトルから光学修正アレイを生成するべく複数回に渡って繰り返される、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学修正アレイを正規化するべく、第２の修正ベクトルの各々から前記第１の修正ベクトルが控除される、請求項２に記載の方法。
4. 前記基準基板を移動させ、かつ、修正ベクトルを生成する前記ステップの中で、前記基準基板の背面の１つのポイントの前記画像と前記基準基板の前面の前記ポイントとの間の前記変位ベクトルが前記修正ベクトルから控除される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記基準基板を移動させ、かつ、修正ベクトルを計算する前記ステップの中で、前記基準基板の背面の前記ポイントに対応する前記基準基板の前面の１つのポイントの位置が使用される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記基準基板の前面のマークの測定位置を使用して、前記基準基板の背面の前記マークの実際の位置が計算される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 少なくとも４つの光学修正ベクトルが生成される、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記前面−背面整列光学系の画像ウィンドウ内で観察される画像と前記マークの各々の間の変位ベクトルを前記複数のマークの各々に対して決定するステップと、
   前記前面−背面整列光学系の所定の変化を検出するべく、後に前記決定ステップを繰り返し、かつ、第１の変位ベクトルと後で決定される変位ベクトルを比較するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記複数のマークのうちの１つが前記前面−背面整列光学系内に固定された、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数のマークのうちの少なくとも１つが基準基板の背面上に存在する、請求項８又は９のいずれかに記載の方法。
11. 前記計算を使用して光学分岐の変動が決定される、請求項８から１０までのいずれか一項に記載の方法。
12. 前記計算を使用して前記前面−背面整列光学系の寸法の変化が決定される、請求項８から１１までのいずれか一項に記載の方法。
13. 前記計算を使用して前記前面−背面整列光学系の光学倍率の変化が決定される、請求項８から１２までのいずれか一項に記載の方法。
14. 基板の背面に基板マークを備えた基板を提供するステップと、
    整列放射ビームを提供するステップと、
    前記整列放射ビームを前記基板マークに投射し、かつ、前記基板マークを検出するための整列システムを提供するステップとを含み、
    前記整列システムにより観察される前記基板マークの位置と前記基板マークの実際の位置との間の１つの変位ベクトル、及び、前記基板を前記整列システムに対して複数回繰り返し移動させることにより得られる複数の修正ベクトルを使用して前記基板マークの位置が計算されることを特徴とする整列方法。
15. 前記基板の背面の前記基板マークの画像を前記基板の前面に投影するための前面−背面整列光学系を提供するステップをさらに含み、前記整列システムが前記画像を使用する、請求項１４に記載の整列方法。
16. 基板の少なくとも一部を放射線感応材料の層で被覆するステップと、
    放射システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
    前記投影ビームの断面をパターン化するためのパターン化手段を使用するステップと、
    前記パターン化された放射ビームを前記放射線感応材料の層の目標部分に投射するステップと、
    請求項１４又は１５のいずれかに記載の整列方法とを含むデバイス製造方法。
17. 請求項１６に記載のデバイス製造方法によって製造されたデバイス。
18. コンピュータ・システム上で実行されると、リソグラフィック装置に接続されたコンピュータ・システムに請求項１から１７までのいずれか一項に記載のステップを実行するべく命令するプログラム・コード手段からなるコンピュータ・プログラム。
19. 投影放射ビームを提供するための放射システムと、
    前記投影ビームを所望のパターンに従ってパターン化するべく機能するパターン化手段を支持するための支持構造と、
    基板を保持するための基板テーブルと、
    前記パターン化されたビームを前記基板の目標部分に投射するための投影システムと、
    整列放射ビーム及び前面−背面整列光学系を使用して、基準マークと基板マークとの間の整列を検出するための整列システムとを備え、
    前記整列システムにより観察される前記基板マークの位置と前記基板マークの実際の位置との間の１つの変位ベクトル、及び、前記基板を前記整列システムに対して複数回繰り返し移動させることにより得られる複数の修正ベクトルを記憶するための記憶手段と、
    前記基板の整列誤差を修正するための修正手段とをさらに備えたことを特徴とするリソグラフィック投影装置。
20. 前記前面−背面整列光学系が、前記基板マークを含む複数のマークを同時に投影するだけの十分な大きさである、請求項１９に記載のリソグラフィック投影装置。
21. 前記前面−背面整列光学系が、前記基板マークと共に前記前面−背面整列光学系を通して投影される刻み込みマークを有する、請求項２０に記載のリソグラフィック装置。
22. 前面−背面整列光学系の対物ウィンドウの直径が少なくとも１ｍｍであるリソグラフィック投影装置。

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