JP4502984B2 - 位置合わせ、および位置合わせマーク - Google Patents

Description

この発明は、位置合わせ、位置合わせマーク、およびその使用に関するものである（例えば、リソグラフィにおけるもの）。

リソグラフィ装置は、基板上（通常は、基板の目標部分）に、所望パターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ぶ、パターン付与装置を使ってＩＣの個々の層上に作るべき回路パターンを創成してもよい。このパターンを、基板（例えば、シリコンウエハ）上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。このパターンの転写は、典型的には基板上に設けた放射線感応材料（レジスト）の層上への結像による。一般に、単一基板は、順次パターン付与される互いに隣接する複数の目標部分から成るネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露光することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを放射線ビームによって与えられた方向（走査方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この方向と平行または反平行方向に同期して基板を走査する、所謂スキャナがある。パターン付与装置から基板へこのパターンを転写することは、パターンを基板上にインプリントすることによっても可能である。

位置合わせの例は、マスク上の特定の点の像を、露光すべき基板上の特定の点に位置合わせするプロセスである。位置合わせがなされる基板位置の範囲（場合により、捕捉範囲と呼ばれる）は制限されることが多い。この制限は、基板上に設けた位置合わせマークの構成と、位置合わせマークを検出するように構成された位置合わせ装置の動作との組合せから生じ得る。

この発明の第１の特徴によれば、位置合わせマークを付与された基板が提供される。この位置合わせマークは、一群のフィーチャー群を含み、各フィーチャーが隣接するフィーチャーから異なる距離だけ離間している。

この発明の第２の特徴によれば、一群のフィーチャーを含み、各フィーチャーが隣接するフィーチャーから異なる距離だけ離間している位置合わせマークを付与されたリソグラフィ基板を位置合わせする方法が提供される。この方法は、基板上の二つのフィーチャー間の距離を測定すること、この距離を記録された距離の組と比較すること、および、この比較から基板の位置を決定することを含む。

次に、本発明例を、添付の模式図を見ながら、単なる具体例として説明する。

図１は、この発明の一実施例によるリソグラフィ装置を模式的に示す。本リソグラフィ装置は、
放射線ビームＢ（例えば、ＵＶ放射線またはＥＵＶ放射線）を調整するように構成された照明系（照明器）ＩＬと、
パターン付与装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつこのパターン付与装置をあるパラメータに従って正確に位置合わせするように構成され第１位置合わせ装置ＰＭに結合された支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、 基板（例えば、レジストを塗被したウエハ）Ｗを保持するように構成され、かつこの基板をあるパラメータに従って正確に位置合わせするように構成され第２位置合わせ装置ＰＷに結合された基板テーブル（例えば、基板テーブル）ＷＴと、
パターン付与装置ＭＡによって放射線ビームＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影系（例えば、屈折性投影レンズシステム）ＰＳとを含む。

この照明系は、放射線を指向させ、整形し、または、制御するための、屈折式、反射式、磁気式、電磁式、静電式またはその他の種類の光学要素、またはその任意の組合せ等の、各種光学要素も包含できる。

この支持構造体は、パターン付与装置を支持、即ち、その重量を坦持する。それは、パターン付与装置を、その向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えば、パターン付与装置が真空環境に保持されているかどうかのような、その他の条件に依る方法で保持する。この支持構造体は、機械、真空、静電またはその他のクランプ手法を使ってパターン付与装置を保持することができる。この支持構造体は、例えば、フレームまたはテーブルでもよく、それらは必要に応じて固定または可動でもよい。この支持構造体は、パターン付与装置が、例えば投影系に関して、所望の位置にあることを保証してもよい。本明細書で使う「レチクル」または「マスク」という用語のどれも、より一般的な用語「パターン付与装置」と同義と考えてよい。

本明細書で使う「パターン付与装置」という用語は、放射線ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターンを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る。この放射線ビームに与えたパターンは、例えば、もしこのパターンが位相シフトフィーチャーまたは所謂補助フィーチャーを含むならば、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しないかも知れないことに注目すべきである。一般的に、放射線ビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。

このパターン付与装置は、透過性でも反射性でもよい。パターン付与装置の例には、マスク、プログラム可能なミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクは、リソグラフィでよく知られ、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を含む。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、このミラーマトリックスによって反射した放射線ビームにパターンを与える。

本明細書で使う「投影系」という用語は、例えば使用する露光放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁式および静電式光学系、またはその任意の組合せを含む、あらゆる型式の投影系を包含するように広く解釈すべきである。本明細書で使う「投影レンズ」という用語のどれも、より一般的な用語である「投影系」と同義と考えてもよい。

この発明の一実施例で、この装置は、（例えば、透過性マスクを使用する）透過型である。その代りに、この装置は、（例えば、上に言及したような種類のプログラム可能ミラーアレイを使用する、または反射性マスクを使用する）反射型でもよい。

このリソグラフィ装置は、二つ（二段）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」機械では、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光用に使ってもよい。

このリソグラフィ装置は、投影系の最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板の少なくとも一部を比較的屈折率の高い液体、例えば水によって覆う型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、マスクと投影系の間にも加えてよい。浸漬法は、投影系の開口数を増すためにこの技術でよく知られている。本明細書で使う「浸漬」という用語は、基板のような、構造体を液体の中に沈めなければならないことを意味するのではなく、それどころか露光中に投影系と基板の間に液体があることを意味する。

図１を参照して、照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、一般的に線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出系ＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出系ＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。

照明器ＩＬは、放射線ビームの角強度分布を調整するための調整器ＡＤを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、外側σおよび内側σと呼ぶ）を調整できる。その上、照明器ＩＬは、一般的に、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含んでもよい。この照明器は、放射線ビームがその断面に所望の均一性および強度分布を有するように調節するために使ってもよい。

放射線ビームＢは、支持構造体（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターン付与装置（例えば、マスクＭＡ）に入射し、このパターン付与装置によってパターン化される。マスクＭＡと交差してから、放射線ビームＢは、投影系ＰＳ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。一実施例では、レジスト層が基板上に設けてある。一実施例では、この基板Ｗがウエハ、例えば半導体ウエハである。一実施例で、このウエハ材料は、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、およびＩｎＡｓから成るグループから選択してある。一実施例で、このウエハは、III／Ｖ族化合物半導体ウエハである。一実施例で、このウエハは、シリコンウエハである。一実施例で、この基板は、セラミック基板である。一実施例で、この基板は、ガラス基板である。ガラス基板は、例えば、フラットパネルディスプレイおよび液晶ディスプレイパネルの製造で有用かも知れない。一実施例で、この基板は、プラスチック基板である。一実施例で、この基板は、柔軟である。一実施例で、この基板は、透明である（人間の肉眼に対して）。一実施例で、この基板は、着色している。一実施例で、この基板は、無色である。

第２位置合わせ装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置、線形エンコーダまたは容量式センサ）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Ｂ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位置合わせ装置ＰＭおよびもう一つの位置センサ（図１にはっきりとは図示せず）を使ってマスクＭＡをビームＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置合わせ装置ＰＭの一部を形成する、長ストロークモジュール（粗位置合わせ）および短ストロークモジュール（微小位置合わせ）を使って実現してもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置合わせ装置ＰＷの一部を形成する、長ストロークモジュール（粗位置合わせ）および短ストロークモジュール（微小位置合わせ）を使って実現してもよい。ステッパの場合は（スキャナと違って）、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、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２および基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を使って位置合わせしてもよい。図示する基板位置合わせマークは、専用の目標部分を占めるが、それらは目標部分の間のスペースにあってもよい（それらは、スクライブレーン位置合わせマークとして知られる）。同様に、マスクＭＡ上に二つ以上のダイが設けてある場合は、マスク位置合わせマークがダイ間にあってもよい。

図示する装置は、例えば、以下のモードの一つ以上で使うことができる：
１．ステップモードでは、放射線ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。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を露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、放射線ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光）しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。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、投影系ＰＳの（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の（走査方向の）高さを決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能なパターン付与装置を保持するマスクテーブルＭＴを本質的に固定し、放射線ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能なパターン付与装置を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能なミラーアレイのような、プログラム可能なパターン付与装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。
上に説明した使用モードの組合せおよび／または変形または全く異なった使用モードも使ってよい。

図２は、基板テーブルＷＴ上の基板Ｗを示す。基板マークＷＭ３およびＷＭ４が基板Ｗの第１側（表側）に設けてあり、ＷＭ３およびＷＭ４の上に矢印で示すように、光をこれらのマークから反射して、位置合わせ装置（図示せず）に関連してマスク上のマークと位置合わせするために使うことができる。そのような表側位置合わせの例は、２００３年１２月１７日に提出した米国特許出願ＵＳ２００５０１３３７４３に更に詳しく記載してあり、その全体内容を引用によって本明細書の記載として援用する。

基板マークＷＭ１およびＷＭ２が基板Ｗの第２側（裏側）に設けてある。リソグラフィ装置で、この基板Ｗの裏側とは、本明細書では放射線に露出する側と反対に向いた基板の側を指す意図である。基板Ｗのこの裏側の基板マークＷＭ１、ＷＭ２に光学的にアクセスできるために、光学系が基板テーブルＷＴに組込んである。この光学系は、１対のアーム１０ａ、１０ｂを含む。各アームは、二つのミラー１２、１４および二つのレンズ１６、１８から成る。各アームのミラー１２、１４は、それらが水平に対して成す角度の和が９０°であるように傾斜している。この様にして、ミラーの一つに垂直に入射する光ビームは、他のミラーから反射されるとき垂直のままである。勿論、方向を１８０°変える他の方法を案出することは出来る。例えば、この光学系全体が１８０°の方向転換をもたらす限り、レンズと取付け台をそれらがこの方向転換の大部分を考慮してもよいような方法で設計してもよい。

使用する際、光を基板テーブルＷＴの上からミラー１２上へ向け、レンズ１６および１８を通してミラー１４上へ、および次にそれぞれの基板マークＷＭ１、ＷＭ２へ向ける。光は、基板マークの部分から反射され、ミラー１４、レンズ１８および１６並びにミラー１２を介して、この光学系のアームに沿って戻る。ミラー１２、１４およびレンズ１６、１８は、基板マークＷＭ１、ＷＭ２の像２０ａ、２０ｂが基板Ｗの表（上）面の平面に、この基板Ｗの表側に設けてある何れかの基板マークＷＭ３、ＷＭ４の垂直位置に対応してできるように構成してある。レンズ１６、１８およびミラー１２、１４の順序は、この光学系に適宜異なってもよい。例えば、レンズ１８がミラー１４と基板Ｗの間にあってもよい（後の実施例参照）。

基板マークＷＭ１、ＷＭ２の像２０ａ、２０ｂは、仮想基板マークとして作用し、基板Ｗの表（上）側に設けてある実基板マークと全く同じ方法で先在する位置合わせ装置（図示せず）による位置合わせに使うことができる。

図２に示すように、光学系のアーム１０ａ、１０ｂは、それらを基板Ｗの上の位置合わせ装置が見えるように、基板Ｗの脇に変位した像２０ａ、２０ｂを作る。光学系のアーム１０ａ、１０ｂの二つの好適向きを、ＸＹ平面にある基板Ｗの平面図である、図３および図４に示す。基板テーブルＷＴは、明確にするために図３および図４から省略してある。図３では、光学系のアーム１０ａ、１０ｂがＸ軸に沿って整合している。図４では、光学系のアーム１０ａ、１０ｂがＹ軸と平行である。両方の場合とも、基板マークＷＭ１、ＷＭ２がＸ軸上にある。基板マークＷＭ１、ＷＭ２は、基板Ｗの下側にあり、それで基板Ｗの上側の観点からは逆転している。しかし、この光学系のアームのミラーの配置は、基板マークＷＭ１、ＷＭ２の像２０ａ、２０ｂを適正な向きに復元するように構成してもよい。それでこれらの像は、基板Ｗの上側にあるかのように厳密に同じに見える。この光学系は、基板マークＷＭ１、ＷＭ２のその像２０ａ、２０ｂに対するサイズ比が１：１であるように、即ち拡大も縮小もないようにも構成してよい。従って、像２０ａ、２０ｂは、厳密にそれらが基板Ｗの表側上の実基板マークであるかのように使うことができる。マスク上に設けた共通位置合わせパターンまたはキーを実および仮想基板マークの両方と位置合わせするために使うことができる。

現例では、図２に示すように、基板マークが基板Ｗの表側と裏側の両方に対応する位置に設けてある。図３および図４では、明確にするために、基板Ｗの裏側の基板マークだけを示す。この構成によれば、基板ＷをＸ軸かＹ軸周りに回転することによって裏返すとき、基板Ｗの上側にあった基板マークが今度は下側にあるが、光学系のアーム１０ａ、１０ｂによって結像できるような位置にある。

このミラー構成のために、光学系のアーム１０ａ、１０ｂに平行な一方向の基板の変位が基板の下側にある基板マークＷＭ１、ＷＭ２の対応する像２０ａ、２０ｂを反対方向に変位することに気付くだろう。例えば、図３で、基板Ｗが右に変位すれば、像２０ａ、２０ｂは、左へ変位するだろう。基板マークＷＭ１、ＷＭ２の位置を決めるとき、および基板Ｗとマスクの相対位置を調整して位置合わせを実施するとき、位置合わせ装置を制御するソフトウェアがこれを考慮に入れてもよい。光学系の二つのアーム１０ａ、１０ｂが対称であれば、基板が変位しても、像２０ａおよび２０ｂの間隔は、実際一定のままだろう。

この発明の代替実施例では、基板テーブルＷＴが、基板マークＷＭ１、ＷＭ２の移動に関する像２０ａ、２０ｂの移動の方向を変えないミラー構成を備えてもよい。

少なくとも二つの基板マークを基板Ｗの片側に設けてもよい。たった一つのマークがマスク上の特定の点の像の、基板上の特定の点に対する相対位置合わせについての情報を与えることができる。しかし、正しい方位整合および倍率を保証するために、少なくとも二つのマークを使ってもよい。

図５は、基板テーブルＷＴの一部を断面で示す。この発明の一実施例によれば、基板の裏側にある基板マークを結像するための光学系１０ａ、１０ｂを特別な様式でこの基板テーブルＷＴに組込んでもよい。図５に示すように、光学系のアームのミラー１２、１４が個別部品として設けられてなく、基板テーブルＷＴと一体でもよい。適当な面を基板テーブルＷＴに機械加工し、次にそれにコーティングを施して反射率を向上し、この様にしてミラー１２、１４を作る。この光学系は、熱膨張係数が非常に低く、従って高い位置合わせ精度を維持できることを保証する、Ｚｅｒｏｄｕｒ(商標)等の、基板テーブルと同じ材料で作ってもよい。

基板マークＷＭ１、ＷＭ２、ＷＭ３、ＷＭ４は、投影したパターンビームに関する基板Ｗの位置合わせを可能にするために基板Ｗ上に設けてもよい。位置合わせは、基板Ｗの異なる層を互いに関して適正に位置合わせするために望ましい。基板Ｗは、各々この基板Ｗ上に次々に作りかつ露光を受ける複数の層から形成してもよい。これらの異なる層は、作業デバイスを形成するように構成されているので、異なる露光相互間で、最適な整合がなされるべきである。

本発明の一実施例による位置合わせマークは、この位置合わせ装置の捕捉範囲が十分に大きいことを保証するために使うことができる。この捕捉範囲は、基板の正しい位置合わせを達成できる基板位置の範囲である。位置合わせマークの例を、全体を３０で表示して、図６に示す。位置合わせマーク３０は、４組の３ライン３１〜３４を含む。ラインの各組３１〜３４は、各ラインが太さ８μｍ、隣接するラインから８μｍ離れた、３本のラインを含む。

位置合わせマーク３０のラインの各組３１〜３４は、隣接するラインの組から異なる大きさの間隔だけ離れている。一実施例で、ラインの第１組３１（図６の左側から数えて）は、ラインの第２組３２から１７７μｍだけ離れ、このラインの第２組３２は、ラインの第３組３３から１７８μｍだけ離れ、およびこのラインの第３組３３は、ラインの第４組３４から１７９μｍだけ離れている。

この位置合わせマーク３０を備える基板の位置を決めるために使える位置合わせ装置を図７に示す。この位置合わせ装置は、検出器４０、検出格子板４１およびレンズ４２を含む。位置合わせマーク３０を備える基板４３は、この位置合わせ装置の下に位置する。図示を容易にするために、位置合わせマーク３０は、基板４３の裏側にあるとは示さず、その代りに基板の表側にある。しかし、この位置合わせマークは、この位置合わせマークの像をレンズ４２の下に作るために使う、図２ないし図５に示す装置と共に、基板４３の裏側に設けてもよいことが分るだろう。

図７は、下から見た検出格子板４１も概略的に示す。検出格子板４１は、縁の周りにマスキング、および各々互いから８μｍの隙間４６だけ離れた、マスキング材料の一連の太さ８μｍのライン４５を備える石英板を含む。ライン４５と隙間４６は、一緒に、位置合わせマーク３０を構成するラインの組３１〜３４（図６参照）と同じ周期を有する検出格子４７を形成する。ラインの組３１〜３４間の隙間は、検出格子４７の幅より大きいのが好ましい。この例では、検出格子４７の幅が１６８μｍである。一実施例で、検出格子４７の幅は、ラインのどの組３１〜３４も見えない、検出格子４７の位置があるように十分小さい。ラインの隣接する組３１〜３４間の間隔が少なくとも１７７μｍであるので、これは、この実施例で、検出格子の最大幅が１７６μｍであるべきことを意味する。これよりかなり小さい幅、例えば、１６８μｍが好ましい。何故なら、これが強いゼロ信号（ゼロ信号は、ラインのどの組３１〜３４も検出格子４７に見えなければ発生する信号である）をもたらすからである。

使用する際、基板４３を、図７に矢印４８によって概略的に示すように、レンズ４２の下を４９６μｍに亘って走査してもよい。このレンズは、ラインの各組３１〜３４を検出格子４１上に結像する。検出器４０は、検出格子４７が透過した光の量を示す単一出力を有する、大面積フォトダイオードでもよい。検出器４０による出力信号は、検出格子４７のライン４５との整合状態と隙間４６との整合状態との間で交互に現われる、ライン組３１〜３４によって生じる正弦波を含む。

レンズ４２の下の基板４３の走査は、ラインの二組３１〜３４を検出器４０によって検出することを保証するに十分長い。４９６μｍの走査長さは、これが事実であること、および更に、ラインの二組３１〜３４が検出格子４７の下を完全に通過したことを保証する。この走査は、４９６μｍより少なくてもよく、および例えば、２７２μｍ程小さくてもよい。２７２μｍは、ラインの２組３１〜３４が検出格子４７の下を完全に通過しないかも知れないが、これらのラインの組をこの検出器によって検出することを保証するに十分である。

ラインの各組３１〜３４間の分離が困難であるので、ラインの二つの隣接する組間の検出器４０によって測定した間隔をラインのどの組を測定したかを決めるために使い、および従って検出器４０に関する基板４３の位置を決めるために使うことができる。これは、ラインの組の間の実測間隔をメモリ４９に記憶したラインの組に関するデータと比較することによって行ってもよい。一旦実測したラインの組が何であるかを決めてしまうと、検出器４０に関する基板４３の位置は、ラインの組の一つの位置を測定することによって見付けることができる。この測定は、上に言及した走査中に行ってもよく、または別の専用走査中に行ってもよい。

ラインの組３１〜３４の間の隙間が検出格子４７の幅より大きいとき、走査中に信号のない（即ち、信号の変調のない）期間があり、ラインの各組間の区別を可能にするだろう。

この発明のこの実施例の利点は、それを、例えば、１ｍｍ以上の非常に長い捕捉範囲を提供するために使えることである。

特別な位置合わせ装置を図７に示したが、任意の他の適当な位置合わせ装置を使ってもよいこと、および多くのそのような位置合わせ装置がこの技術で知られていることが分るだろう。更に、検出格子４７のライン４５の間隔と位置合わせマーク３０のラインとの間に１対１の関係があることが必要ないことが分るだろう。例えば、リソグラフィ投影系が基板４３と検出器４０の間にあるならば、このレンズから縮小率４が生ずるだろう。この例では、検出格子のラインの間隔が８μｍではなく３２μｍだろう。

ラインの各組３１〜３４が３本のラインを含むように図６に示すが、異なる数のラインを使ってもよいことが分るだろう。ライン数が多ければ、検出器４０から出力する信号のＳＮ比が増すだろう。しかし、多くのラインを使えば、位置合わせマークの全長が増し、必要な走査長さも増すだろう。図７に示す種類の検出装置を使う時、少なくとも３つのラインが好ましい。何故なら、このことが、正確な位置合わせを行なうために使用できる信号を検出器４０に出させるからである。しかし、他の検出器装置を使うとき、ラインの組当りに少ない本数のラインを要するかも知れないことが分るだろう。実際、３本ラインの各組３１〜３４の代りに１本ラインを使ってもよい。一実施例で、このラインの数は、１〜１０の範囲内、例えば、１〜５または１〜３である。

位置合わせマーク３０は、４組のライン３１〜３４を含むが、この位置合わせマークが他の数のラインの組を含んでもよいことが分るだろう。一実施例で、このマークは、少なくとも二組のライン、例えば、少なくとも四組のラインまたは少なくとも八組のラインを含む。

図８は、この発明の代替実施例を示す。図８に示す位置合わせマーク１００は、各々隣接するラインの組から異なる大きさの隙間だけ離れた、九組のライン１０１〜１０９を含む。

ラインの各組１０１〜１０９は、同じ構造を有する。ラインの第３組１０３（左から数えて）の小さい部分を拡大して図８に示す。これから、このラインの第３組１０３は、３本のラインを含み、その各々がセグメントに分割してあることが分る。第１組のセグメント１０３ａは、８μｍの隙間だけ離れた、幅８μｍのラインを３本含む。第２組のセグメント１０３ｂは、８．８μｍの隙間だけ離れた、幅８．８μｍのラインを３本含む。第３組のセグメント１０３ｃは、第１組のセグメント１０３ａと同じ構造を有し、第４組のセグメント１０３ｄは、第２組のセグメント１０３ｂと同じ構造を有する。この構造をこのラインの第３組１０３の全長に亘って繰返し、他のラインの組１０１、１０２、１０４〜１０９にも使われている。

図８は、検出格子板１１０も示す。この検出格子板１１０は、四つのウインドウを含み、その各々が異なる検出格子を備える。第１ウインドウ１１１は、ライン１０１〜１０９と同じ方向に伸びる検出格子を備え、この検出格子は、８μｍの隙間だけ離れた、幅８μｍのマスキング材料のラインを含む。第２ウインドウ１１２も検出格子を備えるが、この検出格子は、８．８μｍの隙間だけ離れた、幅８．８μｍのマスキング材料のラインを含む。この第１ウインドウ１１１に１０本のマスキング材料のラインがあるが、一方第２ウインドウ１１２には９本のマスキング材料のラインしかない。これは、この第１および第２ウインドウ１１１、１１２は、同じ寸法を有するが、上述のように、ラインおよび隙間の寸法が異なるためである。ラインおよび隙間の対応する構成をこの検出格子板１１０の第３および第４ウインドウ１１３、１１４に備える。これらは、位置合わせマーク１００の向きに垂直方向の位置合わせに使う。

図９は、位置合わせマーク１００を備える基板１２０の位置を決めるために使える位置合わせ装置を示す。この位置合わせ装置は、四つの大面積フォトダイオードを含む検出器１２１を含み、そのフォトダイオードの二つ１２１ａ、１２１ｂが図９で見える。検出格子板１１０が検出器１２１の下に位置し、与えられたウインドウ１１１〜１１４を通過する光が大面積フォトダイオードに入射するように配置してある。レンズ１２２が検出格子板１１０の下に位置し、位置合わせマーク１００の像をこの検出格子板上に結像するように、基板１２０から反射した光を集束するために使う。

基板１２０は、位置合わせマーク１００を備え、この位置合わせ装置の下に位置する。図示を簡単にするため、位置合わせマーク１００を基板１２０の裏側にあるようには示さず、基板の表側にあるように示す。しかし、位置合わせマーク１００を基板１２０の裏側に設け、図２〜図５に示す装置を使ってこの位置合わせマークの像をレンズ１２２の下に作ってもよいことが分るだろう。

前述のように、位置合わせマーク１００のラインの各組１０１〜１０９は、隣接するラインの組から異なる距離だけ離れている。この距離は、任意の与えられた時間に一つを超えるラインの組１０１〜１０９が第１または第２ウインドウ１１１、１１２の各々で見えないように選択してある。その上、この間隔は、１対の隣接するラインの組に対して、第１組のラインを第１ウインドウ１１１を通して見られるようにしかつ第２組のラインを第２ウインドウ１１２を通して見られるようにする、検出格子板１１０の位置があるように配置してある。更に、隣接するラインの組１０１〜１０９の間隔は、第１ウインドウ１１１を通してラインが何も見えないとき、第２ウインドウ１１２を通してラインが何も見えないように配置してある。この例で、ラインの各隣接する組１０１〜１０９を表１に示す。間隔は、標準固定量プラス追加の変動量として、より一般的に表してもよいことが分るだろう。これも表１に表す（固定量をＸで示す）。このラインの組間の間隔は、何れか二つの隣接実測整合位置間の距離が１６μｍであるように選択してある。第１ウインドウ１１１内に１６μｍ周期の格子および第２ウインドウ１１２内に１７．６μｍ周期の格子を有する効果のために、隣接するラインの組間の実際の間隔は、１６μｍは変動せず、それより少ない量だけ変動する。

この発明の使い方を図１０に示し、それは、位置合わせマーク１００に関する六つの異なる位置での検出格子１１０を示す。図１０の（１０ａ）を参照すると、検出格子板１１０は、位置合わせマーク１００のラインの第１組１０１が第１のウインドウ１１１に設けた格子の隙間と整合し、かつラインの第２組１０２が第２ウインドウ１１２に設けた隙間と整合するように位置する。これは、この第１および第２ウインドウ１１１、１１２の上に位置するフォトダイオード１２１からピーク信号をもたらす。このピーク信号は、位置合わせソフトウェアによって検出格子板１１０がラインの第１および第２組１０１、１０２と正しく整合していることを示すとして解釈する。この検出格子板１１０の位置を検出格子板１１０の下端の矢印によって示し、それは数字‘３’を指す。この数字３は、この様にラインの第１組とラインの第２組の組合せに対する整合位置を示す。

ラインの第１組１０１が８μｍだけ離れた太さ８μｍのラインのセグメントおよび８．８μｍだけ離れた太さ８．８μｍのラインのセグメントを含むので、８μｍのセグメントだけがこの検出格子板の第１ウインドウ１１１に設けた格子の隙間と整合するだろうことが分るだろう。第１ウインドウ１１１が８．８μｍのラインのセグメントと整合する位置はなく、それで第１ウインドウ１１１を通してこれらのセグメントに関して意味ある信号を検出することはない。同様に、８．８μｍだけ離れた太さ８．８μｍのラインのセグメントは、検出格子板１１０の第２ウインドウ１１２を通して検出する信号を提供する。

太さ８μｍのラインのセグメントが第１ウインドウ１１１に設けた格子の隙間と適正に整合し、および太さ８．８μｍのラインのセグメントが第２ウインドウ１１２に設けた格子の隙間と適正に整合する、検出格子板１１０の位置（数字３を表示した位置）は、一つしかない。これは、整合ソフトウェアが検出格子板１１０に関する基板の位置を正確に決めることを可能にする（以下に説明するように）。

図１０の（１０ｂ）は、ラインのどの組１０１〜１０９も第１または第２ウインドウ１１１、１１２を通して見えないように、右に動かした検出格子板１１０を示す。検出格子板１１０がこの位置にあるとき、整合信号が何も整合ソフトウェアへ出力されない。

図１０の（１０ｃ）は、ラインの第２組１０２が第１ウインドウ１１１の隙間と整合し、かつラインの第３組１０３が第２ウインドウ１１２の隙間と整合する位置へ、更に右へ動かした検出格子板１１０を示す。この整合位置は、図１０の（１０ｃ）で数字２と表示する。

整合位置３と整合位置２の間の間隔は、２２４μｍであると測定してある。ラインの各組１０１〜１０９の間の間隔は、整合位置の間で測定する結果距離であるので、既知である。実測整合位置間の距離のフルセットを表２に示す。２２４μｍの整合位置間の実測間隔は、整合位置３と２に対してだけ起るだろう。従って、検出格子板１１０に対する基板の位置は、メモリ１２３に記憶したデータを参照して決めることができる。表２は、実測整合位置間の距離の一般式も含む。

この発明のこの実施例の作用を更に説明するために、図９（ｄ）〜図９（ｆ）は、整合位置１、０および−４にある検出格子を示す。

この発明の代替実施例では、表１および表２に示す値をそれらの符号を交換することによって（即ち、μｍを加える代りに引いて、および逆もまた同様）変えてもよいことが分るだろう。

基板を正しく機能するように整合するために、この基板を検出格子板１１０の下で、二つの整合位置がこの検出器板の下を通過するに十分遠く走査することが分るだろう。これは、二つの整合位置間の距離が測定でき、それによってこの基板の位置を決められるようにすることを保証する。

上述のように、ラインの各組１０１〜１０９は、３本のラインを含み、各ラインは、１６μｍ周期と１７．６μｍ周期の間を交互するセグメントに分割してある。これらのラインをセグメントに分割することは必要ないことが分るだろう。例えば、これらのラインは、１６μｍ周期の上部と１７．６μｍ周期の下部を含んでもよい。これを行う場合、これらの部分を、この上部が検出格子板１１０の第１ウインドウ１１１を通して見え、および下部がこの検出格子板の第２ウインドウ１１２を通して見えるように配置する。他の適当なライン構成が当業者には明白だろう。セグメント化したラインを使うことは、基板１２０が検出格子板１１０の下の走査方向と適正に整合していない（即ち、回転効果により）場合に起る整合誤差を避けるので有利である。セグメント化の周期は、整合を直交方向で行うとき（普通基板の位置合わせは、二つの直交方向で行う）、このセグメント化が整合測定との干渉を生じるのを避けるために、１６μｍ若しくは１７．６μｍ、またはその倍数でないように選ぶ。ラインがセグメント化してあるかないかに係わらず、これらのラインは、第１ウインドウ１１１および第２ウインドウ１１２の上に位置する二つのフォトダイオード１２１が共にピーク出力をもたらす検出格子板１１０の位置があるように配置すべきである。

上に説明した実施例でのラインの組の周期、およびラインの組間の間隔は、例として挙げたに過ぎないことが分るだろう。何か他の適当な周期を何か他の適当な間隔と組合わせてもよい。例えば、図８および図９に関連して説明した実施例で、ラインの隣接する組１０１〜１０９の間隔は、第１ウインドウ１１１を通して何もラインが見えないとき、第２ウインドウ１１２を通して何もラインが見えないように配置してあると言われている。この配置は、簡単な測定法を使えるようにするが、ラインの組間の他の間隔を使ってもよい。一般的に、ラインの組１０１〜１０９は、最左である第１ウインドウ１１１の隙間と最右である第２ウインドウ１１２の隙間の間の間隔と一致する最大距離だけ離してある。これらの限界は、与えられたラインの組１０１〜１０９の少なくとも一部が検出器１２１に見えるとき、この与えられた組のラインの近くのものが少なくとも部分的に検出器１２１に見えなければならないという要件から生じる。ラインの組１０１〜１０９間の間隔は、第１ウインドウが隣接するラインの組間にあるとき、走査中にウインドウ１１１、１１２を通してゼロ信号（即ち、ラインの組の不在）が見えるに十分であるのが好ましい。これは、ゼロ信号がラインの組１０１〜１０９に関連する信号を識別できるようにするので好ましい。このゼロ信号は、第１および第２ウインドウ１１１、１１２で同時に起る必要はない。ラインの組１０１〜１０９間の間隔がゼロ信号が起るに十分であることは、本質的でない。ゼロ信号がなければ、与えられたラインの組１０１〜１０９によって生じた信号を識別しかつ分離するために複合データ解析が必要である。

更に上述のように、位置合わせマーク３０、１００を基板４３、１２０の裏側に、若しくは基板の表側に設けてもよく、または表側と裏側の両方に位置合わせマークを設けてもよい。位置合わせマーク３０、１００を基板４３、１２０の裏側に設けることは、位置合わせマークが、さもなければ集積回路またはその他のデバイスに使えたであろう基板の表側の土地を占めないという利点を有する。位置合わせマーク３０、１００を基板４３、１２０の表側に設けるならば、それが、集積回路またはその他のデバイスに使うことを意図した土地を占めることを避けるために、集積回路（またはその他のデバイス）間のスクライブレーンにあってもよい。それは、例えば、マイクロシステム技術（ＭＳＴ）およびマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を製作するために、リソグラフィ露光を基板の両側に使う場合かも知れない。これを行う場合、位置合わせマーク３０、１００を基板の裏側のスクライブレーンに設けてもよい。

この発明の上に説明した実施例は、検出格子板４１、１１０を一つ以上の組のラインと整合するとき、検出した信号のピークに言及する。検出した信号は、実際ピークではなく谷を有するかも知れないこと、およびこれは、基板４３、１２０上に設けたラインの組３１〜３４、１０１〜１０９の形に依ることが分るだろう。

位置合わせマーク３０、１００は、集積回路またはその他のデバイスを基板上に結像するために使う一連のリソグラフィ工程の１工程として基板に付けるのではなく、基板の製造中に基板４３、１２０に付けてもよい。

追加の位置合わせマーク（図示せず）を図示する位置合わせマークの方向と直交する方向に基板４３、１２０上に設けてもよい。使用する際、各位置合わせマークを検出格子板４１、１１０の下で走査し、この基板を二つの直交方向に整合出来るようにする。

この発明の実施例を、検出格子板４１、１１０および大面積フォトダイオード４０、１２１を含む位置合わせ装置に関連して説明したが、この位置合わせマークの位置を検出するための他のシステムを使ってもよいことが分るだろう。例えば、イメージング検出器を使ってもよい。このイメージング検出器は、例えば、フォトダイオードによって発生した種類の振幅データを計算できる、出力信号を提供するように構成することができよう。イメージング検出器を使うことは、異なる組のラインから生じる出力信号への貢献をこのイメージング検出器を使って容易に識別できるので、ゼロ信号（上記参照）がない場合により容易なデータ解析を可能にするという利点があるかも知れない。

上記説明での位置合わせマーク３０、１００を使う基板の位置の決定を参照することは、基板上へリソグラフィによって転写した集積回路（またはその他のデバイス若しくは素子）の要素に対するこの位置の決定を指すことが分るだろう。これは、リソグラフィによって基板へ転写した各層が既存の層と適正に位置合わせすることを保証するので、有利である。

この発明の実施例を、基板４３、１２０を位置合わせ装置の検出器４１、１２１の下で走査することで説明したが、この検出器（および事によるとこの位置合わせ装置の他の部品）が基板の上を走査してもよいことが分るだろう。

ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、本明細書で説明するリソグラフィ装置は、集積光学系、磁区メモリ用誘導検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があるかも知れないことを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、本明細書で使う「基板」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「基板」または「目標部分」と同義と考えてもよいことが分るだろう。本明細書で言及する基板は、露光の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付けかつ露光したレジストを現像する器具）、計測器具および／または検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、一度を超えて処理してもよく、それで本明細書で使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。

上でこの発明の実施例を光リソグラフィの関係で使うことを具体的に参照したかも知れないが、この発明を他の用途、例えば、印写リソグラフィで使ってもよく、従って事情が許せば、光リソグラフィに限定されないことが分るだろう。インプリント・リソグラフィでは、パターン付与装置のトポグラフィーが基板上に創るパターンを決める。このパターン付与装置のトポグラフィーを基板に供給するレジストの層に押付け、そこで電磁放射線、熱、圧力またはその組合せを加えることによってこのレジストを硬化してもよい。このレジストが硬化してから、パターン付与装置をレジストから外へ移動させ、それにパターンを残す。

本明細書で使用する「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、４３６、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍまたはその付近の波長を有する）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、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。

「レンズ」という用語は、事情が許せば、屈折式、反射式、磁気式、電磁式および静電式光学要素を含む、種々の型式の光学要素の何れかまたは組合せを指してもよい。

上記全体に亘って、基板の特定の側に位置する位置合わせマークを参照することは、基板のそれぞれの側にエッチングした位置合わせマークを含み、および後にこの位置合わせマークの上に材料を堆積してそれを埋めて、もう表面に必ずしも露出しないようにしたことを含む。

この発明の他の実施例、使用法および利点は、この明細書およびここに開示したこの発明の実際を検討すれば当業者に明白だろう。この明細書は、例示に過ぎないと考えるべきであり、従って、この発明の範囲は、以下の請求項によってのみ限定する意図である。

本発明の実施例によるリソグラフィ装置。 両面位置合わせ用光学系の二つの分岐を組込んだ基板テーブルを示す模式的断面図。 この両面位置合わせ光学系の位置および方向を示す基板の平面図。 この両面位置合わせ光学系の代替位置および方向を示す平面図。 一体の光学部品を有する基板テーブルの一部の断面図。 本発明の実施例による位置合わせマークの概略図。 図６に示す位置合わせマークの位置を測定するために使える位置合わせ装置の概略図。 この発明の代替実施例による位置合わせマークの模式図。 図８に示す位置合わせマークの位置を測定するために使える位置合わせ装置の模式図。 図９の位置合わせ装置の作用を模式的に示す。

Claims (15)

1. 位置合わせマークを有する基板において、
   前記位置合わせマークが一群のフィーチャーを含み、前記群における各フィーチャーが、前記群における隣接するフィーチャーから異なる距離だけ離間しており、
   前記群における各フィーチャーが、複数のラインからなるラインの組を含み、
   前記ラインの組における前記ラインが周期的に離間しており、また、第１周期だけ離間した第１部分および第２周期だけ離間した第２部分を含む、
   基板。
2. 前記ラインの各組が、少なくとも３つのラインを含む、
   請求項１に記載された基板。
3. 前記ラインがセグメント化されており、前記ラインの第１部分と、前記ラインの第２部分と、が交互に存在する、
   請求項１に記載された基板。
4. 前記セグメント化の周期が、前記第１周期または第２周期と同じでなく、または、その倍数でない、
   請求項３に記載された基板。
5. ラインの各組間の距離の差が、前記第１周期と第２周期の間の差の倍数を含む、
   請求項１に記載された基板。
6. 前記位置合わせマークが、前記基板のスクライブレーンに付与されている、
   請求項１に記載された基板。
7. 前記位置合わせマークが、前記基板上で互いから直交するように伸びる１対の位置合わせマークの一つである、
   請求項１に記載された基板。
8. 前記位置合わせマークが、実質的に前記一群のフィーチャーから成る、
   請求項１に記載された基板。
9. 請求項１に記載された前記基板をパターン付与された放射線に露出することを含む、
   方法。
10. 前記位置合わせマークが、前記基板の前記パターン付与された放射線に露出される側と反対の方向を向いた側に付与されている、
    請求項９に記載された方法。
11. 相互に離間した一群のフィーチャーを含む位置合わせマークを付与された基板を位置合わせする方法であり、前記フィーチャーの各々が隣接するフィーチャーから異なる距離だけ離間している前記方法において、
    各フィーチャーが、複数のラインからなるラインの組を含み、
    前記ラインの組における前記ラインが周期的に離間しており、また、第１周期だけ離間した第１部分および第２周期だけ離間した第２部分を含み、
    前記基板上の二つのフィーチャー間の距離を測定すること、
    この距離を、記録された距離の組と比較すること、および
    この比較から、前記基板の位置を決めること、を含み、更に、
    前記基板および検出器を互いに対して、少なくとも二つの前記ラインの組を前記検出器によって検出するように、或る運動範囲に亘って動かすこと、および
    第１の前記ラインの組のラインの前記第１部分が、前記検出器の第１の格子の隙間と整合し、かつ、第２の前記ラインの組のラインの前記第２部分が、前記検出器の第２の格子の隙間と整合する位置を決めること、を含む、
    基板を位置合わせする方法。
12. 前記フィーチャーの少なくとも一つの位置を決めることを更に含む、
    請求項１１に記載された基板を位置合わせする方法。
13. 前記基板および前記検出器を、少なくとも一つの更に別のラインの組のラインを少なくとも一つの前記検出器によって検出するように、或る運動範囲に亘って相対的に動かすことを更に含む、
    請求項１１に記載された基板を位置合わせする方法。
14. 請求項１１に記載された方法との関係で用いるための位置合わせ装置を設けたリソグラフィ装置であって、
    前記位置合わせ装置は、
    第１及び第２のウインドウが設けられた検出格子板と、前記ラインの組のラインの前記第１部分が前記検出格子板の前記第１のウインドウに設けられた第１の格子の隙間と整合したときにピーク信号をもたらす第１のフォトダイオードと、前記ラインの組のラインの前記第２部分が前記検出格子板の前記第２のウインドウに設けられた第２の格子の隙間と整合したときにピーク信号をもたらす第２のフォトダイオードと、を有し、前記ピーク信号により位置を検出し前記基板に対して相対移動可能な検出器を備え、
    一の前記ラインの組のラインの前記第１部分が前記第１の格子の隙間と整合するとともに他の前記ラインの組のラインの前記第２部分が前記第２の格子の隙間と整合する位置を前記検出器で検出し、この整合位置に基づいて、前記検出格子板に対する前記基板の位置を決めるものである、
    リソグラフィ装置。
15. 前記位置合わせ装置は、
    整合位置間の距離が記録されたメモリを備え、
    前記検出器で検出した一の整合位置と他の整合位置との間の距離を、前記メモリに記録された距離と比較することにより前記基板の位置を決めるものである、
    請求項１４に記載のリソグラフィ装置。

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