JP4230991B2 - 測定方法、位置合せマークを提供するための方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置及び方法に関する。

本明細書に使用されている「パターン形成構造」という用語は、入射する放射ビームに、基板の目標部分に生成すべきパターンに対応するパターン形成された断面を付与するために使用することができる構造又はフィールドを意味するものとして広義に解釈されたい。また、この文脈では、「光バルブ」という用語を使用することも可能である。パターン形成構造上に「表示される」パターンは、たとえば基板又はその基板の層（たとえば、フィーチャの予備バイアス化、光学近似補正フィーチャ、位相及び／若しくは偏光変分技法、並びに／又は多重露光技法が使用される）に最終的に転写されるパターンとは実質的に異なっていても良いことを理解されたい。一般的には、このようなパターンは、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。パターン形成構造は、反射型及び／又は透過型にすることができる。パターン形成構造の実施例としては、以下の構造を挙げることができる。

マスク：
マスクの概念についてはリソグラフィでは良く知られており、バイナリ、レベンソン型位相シフト、ハーフトーン型位相シフト、及び様々なハイブリッド・マスク・タイプなどのマスク・タイプが含まれる。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、且つ、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番地付け可能表面は、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）反射型表面の番地付けされた領域が入射光を回折光として反射し、一方、番地付けされない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、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、このようにして、マトリックス番地付け可能表面の番地付けパターンに従ってビームがパターン形成される。この方法に対応する方法で回折格子光バルブ（ＧＬＶ）のアレイを使用することも可能であり、ＧＬＶの各々は、入射光を回折光として反射する回折格子を形成するために、互いに対して変形可能な（たとえば電位を印加することによって）複数の反射型リボンを備えることができる。プログラム可能ミラー・アレイの他の代替実施例は、マトリックスに配列された極めて微小な（場合によっては微視的な）ミラーを使用する。これらの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。たとえば、入射する放射ビームを反射する方向が、番地付けされたみミラーと番地付けされないミラーとでそれぞれ異なるように微小ミラーをマトリックス番地付けすることが可能であり、このようにして、マトリックス番地付け可能ミラーの番地付けパターンに従って反射ビームがパターン形成される。必要なマトリックス番地付けは、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、パターン形成構造は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを備えることができる。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、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。これらの文書は、いずれも参照により本明細書に援用されている。プログラム可能ミラー・アレイの場合、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することができる。

プログラム可能ＬＣＤパネル：
参照により本明細書に援用さ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。同様に、この場合の支持構造も、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することができる。

分かり易くするために、本明細書の以下のある部分、とりわけ実施例の部分にはマスク（すなわち「レチクル」）及びマスク・テーブル（すなわち「レチクル・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形成構造のより広義の文脈の中で理解されたい。

リソグラフィ装置を使用して、表面（たとえば基板の目標部分）に所望のパターンを当てることができる。リソグラフィ投影装置は、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、パターン形成構造を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、このパターンが、放射感応材料（レジスト）の層で被覆された基板（たとえばシリコン・ウェハ又は他の半導体材料）上の目標部分（たとえば１つ又は複数のダイ及び／又は１つ又は複数のダイ部分からなる）に結像される。通常、１枚のウェハには、投影システムによって順次照射される隣接した目標部分（たとえば１回の照射で１つの目標部分が照射される）のマトリックス又はネットワーク全体が含まれる。

現在、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を使用しているリソグラフィ投影装置には２種類の装置がある。そのうちの１つは、マスク・パターン全体を目標部分に１回で露光することによって目標部分の各々を照射する装置で、一般にウェハ・ステッパと呼ばれている。もう１つは、マスク・パターンを投影ビームで所与の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査し、且つ、基板テーブルをこの方向に平行に、或いは逆平行に同期走査することによって目標部分の各々を照射する装置で、一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている。通常、投影システムは、倍率Ｍ（通常１未満）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。走査型の装置の場合、投影ビームは、走査方向にスリット幅を有するスリットの形態にすることができる。上で説明したリソグラフィ・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援用さ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感応材料（たとえばレジスト）の層で被覆された基板上に結像される。この結像処理手順に先立って、プライミング、レジスト・コーティング及び／又はソフト・ベークなどの様々な他の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／又は結像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、デバイス（たとえばＩＣ）の個々の層をパターン形成するための基本として使用されている。たとえば、これらの転写処理手順によって基板上のレジスト層をパターン形成することができる。この一連の処理手順に続いて、蒸着、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、化学的機械的研磨等、１つ又は複数のパターン形成プロセスを継続することができる。これらはすべて、個々の層の生成、修正又は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が新しい層の各々に対して繰り返されるが、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離され、分離された個々のデバイスがキャリアに実装され、或いはピンに接続される。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、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。

本明細書において言及されている基板は、たとえばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、且つ、露光済みレジストを現像するツール）或いは測定ツール又は検査ツール中で、露光前又は露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用することができる。また、基板は、複数回に渡って処理することができるため（たとえば多層ＩＣを生成するために）、本明細書に使用されている基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。

「投影システム」という用語には、たとえば屈折光学系、反射光学系、カタディオプトリック系及び荷電粒子光学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。使用される露光放射のタイプ、露光経路内における１つ又は複数の液浸液或いはガス充填領域の有無、露光経路のすべてに渡って、或いは露光経路の一部に真空が使用されているかどうかなどの要因に基づいて特定の投影システムを選択することができる。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。また、放射システムには、投影放射ビームを導き、整形し、縮小し、拡大し、パターン形成し、及び／又は制御するため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、集合的又は個々に「レンズ」と呼ぶ。

また、リソグラフィ装置は、場合によって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、追加テーブルを並列に使用することができ、或いは１つ又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つ又は複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。たとえば米国特許第５，９６９，４４１号及びＰＣＴ出願第ＷＯ９８／４０７９１号に、二重ステージ・リソグラフィ装置が記載されている。これらの文書は、参照により本明細書に援用されている。

また、リソグラフィ装置は、基板が比較的屈折率の大きい液体中（たとえば水中）に浸され、それにより投影システムの最終要素と基板の間の空間が充填されるタイプの装置であっても良い。また、リソグラフィ装置内の他の空間、たとえばマスクと投影システムの最初の要素の間に液浸液を充填することも可能である。液浸技法の使用は、当分野では、投影システムの有効開口数を大きくすることで良く知られている。

本明細書では、「放射」及び「ビーム」という用語を使用し、紫外放射（たとえば波長が３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ又は１２６ｎｍの放射）、ＥＵＶ（たとえば波長の範囲が５〜２０ｎｍの極紫外放射）、Ｘ線及び粒子線（イオン・ビーム或いは電子ビームなど）を含むあらゆるタイプの電磁放射すなわち粒子フラックスを包含する。

本明細書では、リソグラフィ装置の、とりわけＩＣの製造における使用が言及されているが、このような装置は、他の多くの可能応用例を有していることを明確に理解されたい。たとえば、リソグラフィ装置は、集積光学系、磁区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、ＤＮＡ分析装置等の製造に使用することができる。このような代替応用例の文脈では、本明細書における「レチクル」、「ウェハ」或いは「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」（又は「露光領域」）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。

パターンが整列するように基板の両面にパターンが形成されることが望ましく、たとえば、基板のもう一方の機能フィーチャと正しく整列させることができる機能フィーチャが基板の一方の面に形成されることが望ましい。

本発明の一実施例による測定方法には、基板の第１の表面に存在する第１の位置合せマークの少なくとも一部から射出する光を検出するステップが含まれている。前記検出ステップに基づいて、第１の位置合せマークと、基板の第１の表面とは反対側の第２の表面に存在する第２の位置合せマークの相対位置が決定される。また、この方法には、基板から第１の位置合せマークを除去するステップが含まれている。

本発明の他の実施例による測定方法には、基板の第１の表面に存在する第１の位置合せマークの少なくとも一部から射出する光を検出するステップと、基板から第１の位置合せマークを除去するステップが含まれている。光を検出するステップは、基板の第１の表面とは反対側の位置で実施される。

本発明のさらに他の実施例による測定方法には、暫定位置合せマーク及び第１の位置合せマークを基板の第１の表面に提供するステップと、基板を反転させるステップが含まれている。また、この方法には、暫定位置合せマークの少なくとも一部から射出し、基板の第１の表面とは反対側の位置で検出される光に基づいて基板の位置を決定するステップと、基板の第１の表面とは異なる第２の表面に第２の位置合せマークを提供するステップが含まれている。

本発明のさらに他の実施例による基板は、基板の第１の表面に形成された第１の位置合せマークと、同じく基板の第１の表面に形成された第２の位置合せマークとを備えている。第１の位置合せマークは、基板の第１の層に形成され、第２の位置合せマークは、基板の第１の層を覆っている第２の層に形成されている。

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。

本発明の実施例には、たとえば、その位置が何ら制限されず、且つ、基板の前面及び裏面の相対位置合せを決定することができる位置合せマークを提供するために使用することができる方法及び装置が包含されている。

図１は、本発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を略図で示したものである。この装置は、以下に列記するアイテムを備えている。

投影放射ビーム（たとえばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を供給するように構成された（たとえば供給することができる構造を有する）放射システム。この実施例では、放射システムＲＳは、放射源ＳＯ、ビーム引渡しシステムＢＤ及び照明システムをさらに備えている。照明システムには、照明モードを設定するための調整構造ＡＭ、インテグレータＩＮ及び集光光学系ＣＯが含まれている。

投影ビームをパターン形成することができるパターン形成構造を支持するように構成された支持構造。
この実施例では、第１の対物テーブル（マスク・テーブル）ＭＴは、マスクＭＡ（たとえばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備えており、マスクをアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決め構造ＰＭに接続されている。

基板を保持するように構成された第２の対物テーブル（基板テーブル）。
この実施例では、基板テーブルＷＴは、基板Ｗ（たとえばレジスト被覆半導体ウェハ）を保持するための基板ホルダを備えており、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決め構造ＰＷ、及びレンズＰＬに対する基板及び／又は基板テーブルの位置を正確に指示するように構成された（たとえば干渉）測定構造ＩＦに接続されている。

パターン形成されたビームを投射するように構成された投影システム（「レンズ」）。
この実施例では、投影システムＰＬ（たとえば屈折レンズ群、カタディオプトリック系又はカトプトリック系及び／又はミラー系）は、マスクＭＡの照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（たとえば１つ又は複数のダイ及び／又は１つ又は複数のダイ部分からなる）に結像させるように構成されている。別法としては、投影システムに二次ソースの画像を投影させることも可能であり、その場合、プログラム可能パターン形成構造の要素をシャッタとして作用させることができる。また、投影システムは、たとえば二次ソースを形成し、且つ、基板に微小スポットを投影するための微小レンズ・アレイ（ＭＬＡ）を備えることができる。

図に示すように、この装置は透過型の装置である（たとえば透過型マスクを有している）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、たとえば上で言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどの他の種類のパターン形成構造を使用することも可能である。

放射源ＳＯ（たとえば水銀灯、エキシマ・レーザ、電子銃、レーザ生成プラズマ源すなわち放電プラズマ源、或いはストレイジ・リング又はシンクロトロン内の電子ビームの経路の周りに設けられたアンジュレータ）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、或いは調節構造又はフィールドを介して供給される。たとえば、ビーム引渡しシステムＢＤは、適切な誘導ミラー及び／又はビーム拡大器を備えることができる。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構造又はフィールドＡＭを備えており、投影ビームによってたとえば基板に引き渡される放射エネルギーの角分布に影響を及ぼすことができる。また、この装置は、通常、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネントを備えている。このようにして、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ＳＯをリソグラフィ投影装置のハウジング内に配置し（放射源ＳＯがたとえば水銀灯の場合にしばしば見られるように）、且つ、リソグラフィ投影装置から離して配置することにより、放射源ＳＯが生成する放射ビームをリソグラフィ投影装置に供給することができる（たとえば適切な誘導ミラーを使用して）ことに留意されたい。この後者のシナリオは、放射源ＳＯ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（或いはマスクＭＡで選択的に反射した）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の位置決め構造ＰＷ（及び干渉測定構造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の光路中に位置決めするように、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の位置決め構造ＰＭ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、構造ＰＭ及びＰＷの一部を形成することができる長ストローク・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が、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（たとえばマスクの向き及び位置の微調整用として）、或いは固定することも可能である。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合せすることができる。

図に示す装置は、以下に示す複数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
ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴが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回の照射で投影される（すなわち単一「フラッシュ」）。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。ステップ・モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一静止露光で結像される目標部分のサイズが制限される。

２．走査モード
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、基本的にステップ・モードと同じシナリオが適用される。走査モードでは、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ｖ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することができ、同時に基板テーブルＷＴが同じ方向又は逆方向に、速度Ｖ＝Ｍｖで移動する。ＭはレンズＰＬの倍率である（通常、Ｍ＝１／４又はＭ＝１／５）。基板テーブルＷＴのマスク・テーブルＭＴに対する速度及び／又は方向は、倍率、縮小率及び／又は投影システムＰＬの画像反転特性によって決まる。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。走査モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一動的露光で露光される目標部分の幅（非走査方向の）が制限され、また、走査運動の長さによって、露光される目標部分の高さ（走査方向の）が決まる。

３．他のモード
他のモードでは、プログラム可能パターン形成構造を保持してマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動又は走査される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或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ム可能パターン形成構造が更新される。この動作モードは、上で言及したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターン形成構造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。

上で説明した使用モードの組合せ及び／若しくはその変形形態、又は全く異なる使用モードを使用することも可能である。

露光に先立って基板を正しく位置合せし、それによりたとえば機能フィーチャの正確な投影を保証することが望ましい。図１は、マスク上及び基板上にそれぞれ存在する相補位置合せマークＭ_１、Ｍ_２及び基板マークＰ_１、Ｐ_２を示したものである。位置合せシステムを使用して、たとえばこのようなマークを参照して位置合せを検出することができる。位置合せシステムの実施例には、従来のスルー・ザ・レンズ位置合せシステムが含まれており、また、同時係属欧州特許出願第０２２５１４４０号及び第０２２５０２３５号に記載されている位置合せ方法及び装置が含まれている。

位置合せマークは、通常、基板の前面に設けられているが、基板の裏面に設けることも可能である。基板の裏面のマークは、たとえば基板の両面を露光する場合に使用される。このような両面露光は、とりわけ超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）或いは超小型光電子機械システム（ＭＯＥＭＳ）の製造に使用されている。基板マークＰ_１及びＰ_２が基板の裏面に設けられている場合、これらの基板マークは、たとえば基板Ｗ側の前面−裏面位置合せ光学系２２によって再結像され、添付の図２にＰ_２で示す画像Ｐ_ｉが形成される（Ｐ_１は、前面−裏面位置合せ光学系の他の分岐によって再結像される）。前面−裏面位置合せ光学系は、位置合せシステムＡＳと相俟って使用され、基板の裏面のマークに対する前面のマークの相対位置が決定される。このような正確な測定により、基板の前面に露光される機能フィーチャと、基板の裏面に露光される機能フィーチャを正しく整列させることができる。

前面−裏面位置合せ光学系は、基板テーブルに埋め込むことができるため、基板の裏面の位置合せマークは、基板上の特定の位置、たとえば前面−裏面位置合せ光学系の視野の範囲内に配置することが望ましく、或いはそのように配置することが必要である。位置合せマークの位置を基板の裏面に固定することにより、機能フィーチャの設計範囲が制限され（たとえば基板の裏面の位置合せマークの位置と同じ位置に機能フィーチャを配置することはできない）、また、基板上に敷設することができるデバイスの数が少なくなっている。また、このような制約により、このようなプロセスによる大規模集積器回路及びデバイスの製造が妨げられている。

シリコン製の基板Ｗは、二酸化ケイ素の層で覆われている。これは、たとえば化学気相成長又は熱酸化膜の成長によって達成することができる。図３に示すように、二酸化ケイ素の暫定層３１は、薄く（たとえば５０００オングストローム程度）且つ基板の両面に渡って一様でなければならない。レジストは、以下で説明する処理操作に使用される以外に、たとえば基板の両面の不慮の損傷を防止するための保護層を形成することができる。薄い誘電体層を提供する、たとえば上で説明した化学気相成長、プラズマ増速化学気相成長、スパッタリング又はエピタキシャル成長などの方法を使用することができる。この実施例では二酸化ケイ素の層が使用されているが、窒化ケイ素の層又は他の薄膜を使用することも可能であり、とりわけ誘電体膜が使用されている。次に、放射感応フォトレジスト（レジスト）の層３２が基板の上部表面に塗布され、暫定層３１を覆っている。別法としては、基板Ｗの両面にレジスト３２を塗布することもできる。さらに別法として、粒子線又は機械エッチ・プロセスを代替として使用することもできる。

次に、図４に示すように、二酸化ケイ素層３１に暫定位置合せマーク３５がエッチングされる。これらの暫定位置合せマーク３５は、これらの暫定位置合せマーク３５が前面−裏面位置合せ光学系の視野内で目視することができるよう、前面−裏面位置合せ光学系の配置によって固定された位置に設けることができる。暫定位置合せマークの形がレジスト層３２に露光され、次に、露光済みのフォトレジストが現像され、その下側の二酸化ケイ素がエッチングされる。とりわけ清浄なエッチングを生成するためには、このエッチングはドライ・エッチングであることが好ましいが、たとえばフッ化水素酸を使用することも可能である。あるいは、粒子線又は機械エッチ・プロセスを代替として使用することもできる。

永久位置合せマーク４０の位置は、基板全体の設計の中で制御することができる。このような配列により、大きな集積回路を製造することができる。永久位置合せマーク４０の位置は、基板全体の設計の中で制御することができるが、永久位置合せマーク４０の位置は、暫定位置合せマーク３５に対して測定することができる。しかしながら、永久位置合せマーク４０の位置は、何らかの他の基準ポイント、たとえば基板Ｗのエッジ又は基板テーブルＷＴ上の基準マークなどに対して測定することも可能である。

第１の永久位置合せマーク４０の形がフォトレジストに露光され、その下側の二酸化ケイ素が除去される。次に、たとえば水酸化カリウム、プラズマ・エッチング又は適切な他のエッチング方法を使用して、シリコン中に位置合せマークがエッチングされる。図５Ｂは、暫定位置合せマーク３５及び第１の永久位置合せマーク４０の配列を示したものである。この配列には、直線上にはない４つの第１の永久位置合せマーク３５が含まれている。単なる一次元アレイではなく、マークを二次元に配列することにより、基板Ｗの二次元平面全体に渡って、より良好に基板を位置合せすることができる。

次に、基板の未だエッチングが施されていない面が上になるように基板が反転され、上になった基板の表面にレジスト層が塗布される。この場合、暫定位置合せマーク３５が前面−裏面位置合せ光学系の視野内にあるため、暫定位置合せマーク３５の位置を正確に確認することができる。基板全体の設計の中で制御されているが、暫定位置合せマーク３５の既知の位置に対する第２の永久位置合せマーク４５の位置が測定される。したがって第１及び第２の永久位置合せマーク４０及び４５の位置を互いに正確に知ることができ、また、基板のもう一方の面の機能素子に対する一方の面の機能素子の位置を知ることができるため、１００ｎｍ未満のオーバレイ精度を達成することができる。図６に示す永久位置合せマークは、互いに正反対の位置に示されているが、必ずしもその必要はなく、これらの永久位置合せマークは、基板上の異なる位置に配置されることができる。第２の永久位置合せマークが露光され、たとえば上で説明したプロセスを使用してシリコン中にエッチングされる。

次に、レジスト層３２及び二酸化ケイ素の暫定層３１が除去され、第１及び第２の永久位置合せマークのみを備えた基板が残される。その時点における基板の頂部表面の目視可能な位置合せマークに対する位置を計算することができるため、基板上の機能素子を露光することができる。したがって、それ以降は前面−裏面位置合せ光学系を使用する必要はない。

得られる結果をさらに改善するためには、位置合せマークの露光に使用するマスクの位置合せマークを（たとえば結像レンズ系によるひずみを小さくするために）整然と光学視野の中心に置くことが望ましい。

本明細書では、「基板」という用語を使用し、処理すべき対象（たとえば半導体ウェハ）及び対象上のあらゆる層を包含する。対象の「表面に形成された」フィーチャとは、表面（たとえば、対象の他の表面ではなく）の内側及び／又は近傍のフィーチャであり、このようなフィーチャは、表面中、表面上、表面を貫通して、及び／又は表面の下側に形成されることができる。たとえば、基板の第２の表面層の下側の第１の表面層に形成されたフィーチャ、及びその第１の表面層の下側及び近傍に形成されたフィーチャは、いずれも基板の「表面に形成されたフィーチャ」である。

本発明の実施例には、リソグラフィ装置を使用して製造される基板に位置合せマークを提供する方法が含まれている。位置合せマークを基板に提供する本発明の一実施例による方法には、暫定位置合せマーク及び第１の位置合せマークを基板の表面に提供するステップと、基板を反転させるステップと、暫定位置合せマークを使用して基板を位置合せするために、位置合せ装置に設けられている前面−裏面位置合せ光学系を使用するステップと、基板の第１の位置合せマークとは異なる表面に第２の位置合せマークを提供するステップが含まれている。

第１の位置合せマークと暫定位置合せマークの相対位置が分かり、且つ、暫定位置合せマークと第２の位置合せマークの相対位置が分かると、第１と第２の位置合せマークの相対位置が分かる。基板の位置合せは、その時点で基板の前面に出現している位置合せマークのみを使用して実施される。前面−裏面位置合せ光学系のこの初期使用後は、もはやそれらを使用する必要はなく、暫定位置合せマークを除去することができる。前面−裏面位置合せ光学系の分岐の数と同じ数の暫定位置合せマークが提供され、それにより、たとえば前面−裏面位置合せ光学系の分岐の各々の視野に１つの暫定位置合せマークが含まれることが望ましい。

このような方法は、任意選択で、暫定位置合せマークがエッチングされた暫定層を基板の表面に提供する要素をさらに含むことができる。暫定位置合せマークの使用が終了すると、たとえば単純に暫定層を除去することによって暫定位置合せマークを除去することができる。この暫定層には誘電体層を使用することができ、詳細には窒化物層又は酸化物層を使用することができる。逆に、表面自体に暫定位置合せマーク、第１及び第２の位置合せマークをエッチングすることも可能である。

より良好な結果を得るためには、たとえば位置合せをチェックするための複数の位置を提供するために、複数の第１及び第２の位置合せマークが提供されることが望ましく、たとえば、できる限り直線上にはない３つ以上の第１の位置合せマークが提供されることが望ましい。第１の位置合せマークをこのように配列することにより、基板の全二次元表面に渡ってより良好に位置合せをチェックすることができる。同様に、できる限り直線上にはない３つ以上の第２の位置合せマークが提供されることが望ましい。第１及び第２の位置合せマークは、基板の両面に互いに正反対に配置されても配置されなくても良い。

基板の表面は、基板（又は、存在していれば暫定層）を覆う保護層によって保護することができる。この保護層は、暫定層を除去する直前に除去することができる。

本発明のさらに他の実施例によるデバイス製造方法には、暫定位置合せマークを備えた基板を提供するステップと、暫定位置合せマークと同じ基板表面に第１の位置合せマークを提供するステップと、基板を反転させるステップと、暫定位置合せマークを使用して基板を位置合せするために位置合せシステムを使用するステップと、基板の第１の位置合せマークとは異なる表面に第２の位置合せマークを提供するステップと、基板を位置合せするために、基板に処理層を形成するステップで第１及び第２の位置合せマークを使用するステップが含まれている。

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特許請求する本発明を実践することができることは理解されよう。たとえば上記方法の実施例は、さらに、装置を制御し、それにより本明細書において説明した方法を実行するように構成された１つ又は複数のコンピュータ、プロセッサ及び／又は処理装置（たとえば論理素子アレイ）を備えることができ、或いはこのような方法を記述した命令（たとえば論理素子アレイによる実行が可能な命令）を記憶するように構成されたデータ記憶媒体（たとえば磁気ディスク或いは光ディスク、又はＲＯＭ、ＲＡＭ或いはフラッシュＲＡＭなどの半導体メモリ）を備えることができる。これらの実施例についての説明が、特許請求する本発明の制限を意図したものではないことに明確に留意されたい。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 位置合せマークを備えた従来の基板と共に前面−裏面位置合せ装置を示す図である。 処理前の基板を示す図である。 暫定位置合せマークを備えた基板を示す図である。 暫定位置合せマーク及び第１の永久位置合せマークを有する基板の断面を示す図である。 暫定位置合せマーク及び第１の永久位置合せマークを備えた基板の上面図である。 第１及び第２の永久位置合せマークと暫定位置合せマークを備えた基板を示す図である。 暫定層が除去された図６の基板を示す図である。

Claims (21)

1. 基板の第１の表面に、暫定位置合せマーク及び該暫定位置合わせマークとは異なる位置に配置された第１の永久位置合せマークを提供するステップと、
   前記暫定位置合わせマークと前記第1の永久位置合わせマークの相対位置を決定するステップと、
   前記暫定位置合わせマークが基板の前面−裏面位置合わせ光学系の視野内に配置されるように、前記基板を反転させるステップと、
   前記暫定位置合せマークの少なくとも一部から射出する光を前面−裏面位置合わせ光学系を用いて検出するステップと、
   前記検出ステップに基づいて、前記暫定位置合わせマークと、前記基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面に存在する第２の永久位置合せマークとの相対位置を決定するステップと、
   前記基板から前記暫定位置合せマークを除去するステップとを含む、測定方法。
2. 前記暫定位置合せマークを除去するステップが、前記基板から層の少なくとも一部を除去するステップを含む、請求項１に記載の測定方法。
3. 前記層が基本的に誘電材料からなる、請求項２に記載の測定方法。
4. 前記層が酸化物及び窒化物のうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の測定方法。
5. 前記暫定位置合せマークを覆う層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の測定方法。
6. 前記第１の永久位置合せマークと、前記第２の永久位置合せマークとの相対位置を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の測定方法。
7. 前記暫定位置合わせマークと前記第1の永久位置合わせマークの相対位置を決定するステップは、前記基板が第１の向きにある間に実施され、
   前記第１の永久位置合せマークと、前記第２の永久位置合せマークとの相対位置を決定するステップが、前記基板が第２の向きにある間に実施され、
   前記第２の向きの前記基板が前記第１の向きの基板に対して反転される、請求項６に記載の測定方法。
8. 前記暫定位置合せマークと第２の永久位置合せマークとの相対位置を決定する前記ステップが、前記基板が前記第２の向きにある間、前記基板の前記第１及び第２の表面の両方から射出する光を検出するステップを含む、請求項７に記載の測定方法。
9. 前記暫定位置合せマークが前記基板の表面層内だけに延在し、
   前記第１及び第２の永久位置合せマークが前記表面層の下側の前記基板の一部内に延在する、請求項６に記載の測定方法。
10. 前記第２の永久位置合せマークと、前記基板の前記第１の表面に存在する複数の第１の永久位置合せマークとの相対位置を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の測定方法。
11. 前記複数の第１の永久位置合せマークが、それぞれ他の２つに対して非同一直線上に配列された少なくとも３つの永久位置合せマークを備えた、請求項１０に記載の測定方法。
12. 複数の第２の永久位置合せマークのうちの少なくとも１つ及び前記複数の第１の永久位置合せマークのうちの少なくとも１つが互いに実質的に正反対に位置する、請求項１０に記載の測定方法。
13. 複数の第２の永久位置合せマークのうちの少なくとも１つ及び前記複数の第１の永久位置合せマークのうちの少なくとも１つが互いに正反対に位置しない、請求項１０に記載の測定方法。
14. 暫定位置合せマークの少なくとも一部から射出する光を検出する前記ステップに基づいて、前記暫定位置合せマークと、前記基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面に存在する複数の第２の永久位置合せマークとの相対位置を決定するステップをさらに含む請求項１に記載の測定方法。
15. 前記複数の第２の永久位置合せマークが、それぞれ他の２つに対して非同一直線上に配列された少なくとも３つの位置合せマークを備えた、請求項１４に記載の測定方法。
16. 前記暫定位置合わせマークと前記第1の永久位置合わせマークの相対位置を決定するステップは、前記第１の永久位置合せマークの少なくとも一部から射出する光を検出するステップを含み、
    前記第１の永久位置合せマークの少なくとも一部からの射出を検出する前記ステップが、前記基板の前記第１の表面と同じ側の位置で実施される、請求項１に記載の測定方法。
17. 前記暫定位置合せマークが前記基板の表面層内だけに延在し、
    前記第１の永久位置合せマークが前記表面層の下側の前記基板の一部内に延在する、請求項１６に記載の測定方法。
18. 前記検出ステップに基づいて前記基板の位置を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の測定方法。
19. 前記基板の位置を決定する前記ステップに基づいて、パターン形成された放射ビームで前記基板上の層の放射線感応部分を露光するステップをさらに含む、請求項１８に記載の測定方法。
20. 前記露光ステップに基づいて前記基板上に処理層を形成するステップをさらに含む、請求項１９に記載の測定方法。
21. 前記基板中の前記暫定位置合せマークが除去された位置に機能素子を形成するステップをさらに含む、請求項１９に記載の測定方法。

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