JP4543026B2 - パターンアライメント方法およびリソグラフィ装置 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、リソグラフィ装置における基板アライメント方法およびリソグラフィ装置に関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において用いられ得る。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスが用いられ得る。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写され得る。パターンの転写は通常、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上での結像を介してなされる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射するいわゆるステッパ、およびある特定の方向（「スキャン」方向）の照射ビームによってパターンをスキャンすると同時にこの方向に平行または逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射するいわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

[0003] 集積回路またはその他の半導体構造の製造に関するものなどのリソグラフィにおいて、一般的に、複数の層が基板上に付与される。このことは、基板が複数回処理されなければならないということを示唆している。パターンが作られる度に、基板には感光性レジストの層が設けられ、その後、リソグラフィ装置によって基板上にパターンが照射されて、基板の表面に塗布されたレジストの所望部分を選択的に照射する。エッチング、イオン注入、拡散、またはその他の当業者に本来知られているその他の操作などの適切な処理工程を含む、基板のさらなる処理が行われた後、以下の照射が行われる。リソグラフィ装置を用いて製造される半導体構造またはその他のデバイスの複雑性がますます高まっているため、パターンの複雑さに関する要件（例えば、パターンの解像度を高める、パターンの要素のサイズを小型化するなど）や、基板のアライメントに関する要件が増えている。この関連においてアライメントという用語は、基板上に次のパターンを付けるためのリソグラフィ装置のパターン付きビームに対して、前のパターンが付けられている基板をアライメントすることとして理解されるべきである。このことは、基板上に付けられるパターンの構造が小さければ小さいほど、基板上に既に付けられているパターンに対する次のパターンの位置とのマッチングがより重要になるということを認識することによって、より容易に理解される。

[0004] 現在のリソグラフィ装置では、適切なアライメントを行うために、複数の手段が用いられる。これらの大部分は、基板を保持する基板テーブルの位置を測定する位置測定デバイスと、照射されるパターンを提供するパターニングデバイスを支持する支持体を測定する位置測定デバイスである。さらに、支持体および／またはパターニングデバイスと基板テーブルとの間の関係を光学的に測定するために、測定システムを設けてもよい。さらに、基板テーブル上に測定デバイスを設けてもよい（例えば、光源とディテクタを含む）。従って、基板テーブルと支持体またはパターニングデバイスとの関係は、支持体またはパターニングデバイスから基板テーブル上に（かつ／またはその逆の場合も同様）投影システムを介して投影される測定ビームを用いて決めてもよい。その一例は、基板テーブル上に設けられてもよく、かつパターニングデバイス上に設けられた特定のパターン（マーカ）を照射することによって形成される投影ビームに対するセンサ自体の位置を測定する、いわゆるＴＩＳ（Transmission Image Sensor）である。これらの公知の測定システムのいずれかは、複数の効果によって引き起こされ得る誤差を生じる傾向がある。まず、測定の多くは、基板自体ではなくて、基板テーブルに対するパターニングデバイスの位置を決める。同様に、普通、パターニングデバイス自体の位置の代わりに、パターニングデバイスを保持する支持体の位置が決められる。さらに、基板テーブルおよび／または支持体は、広い移動範囲を含み得る。このことは、そのような広い移動範囲にわたって作動可能な検知システムが適用されるということを示唆している。従って、光学ビームまたはその他の手段は、長い測定路を移動しなければならないかもしれず、これによって、大気ガス乱流、温度変化などによる誤差が生じ得る。さらに、これらの測定システムは、パターニングデバイスと基板との互いに対する相対位置を測定しないが、例えば、ある基準に対する基板テーブル、および／または別のまたは同じ基準に対する支持体またはパターニングデバイスを測定する。従って、例えば基板から基板テーブルを介し測定ビームを介し、例えば測定デバイス（干渉計、エンコーダなど）まで、基準構造（メトロロジーフレームなど）を介し、他の測定デバイス（干渉形、エンコーダなど）を介し、そして再び測定ビームを介して支持体へ、そして最終的に支持体からパターニングデバイスへという範囲にわたる、長い測定路が存在するようになる。よって、このような測定路は、様々な要素の間の複数の位置決め関係を含む。これらの要素／または要素間の関係のそれぞれにおいて、温度変化（１つまたは複数の要素の熱膨張を引き起こす）により、ある要素の他の要素に対する位置の不正確さ（例えば基板テーブルに対する基板の位置の不正確さ）などにより、誤差が生じ得る。さらに、別の誤差源は、基板上への層の初期位置決めである。例えば第１パターンが基板に付けられる第一処理サイクルで層が処理される時、基板上の基準に対する当該パターンの位置が決められなければならない。このような基準は、例えば基板の境界線でも、または基板自体の上にある基準マーカを含んでもよい。これらの基準マーカが、基板上に最初に付けられるパターンに含まれることが可能であり、これによって、別のパターンを付けるための基板の次の位置決めを補助する。

[0005] 多くの異なる測定システムや技術が用いられているにもかかわらず、高精度な基板のアライメントはいまだ困難であり、よって、例えば続いて付与される層と層との一致という点、そしてその結果、このような層で達成可能な構造の最小寸法という点で、リソグラフィ装置のパフォーマンスを制限している。

[0006] リソグラフィ装置における基板のアライメントを改良することが望ましい。

[0007] 本発明の一実施形態に従い、リソグラフィ装置における基板アライメント方法であって、基板の第１ターゲット部分に第１パターン付きビームを照射して、基板上に第１パターンを形成すること、第１ターゲット部分に少なくとも部分的に重なっている基板の第２ターゲット部分に、第２パターン付きビームを照射して、基板上に第２パターンを形成すること、第２パターンを照射している間、第１パターン上での第２パターン付きビームの回折による回折ビームを検出すること、該回折ビームと所望の回折ビームとを比較すること、そして検出された回折ビームと所望の回折ビームとの差を用いて基板のアライメントを行うことを備える方法が提供される。

[0008] 本発明の他の実施形態に従い、基板上にパターンを投影するためのリソグラフィ装置であって、基板の第１ターゲット部分に第１パターン付きビームを投影して、基板上に第１パターンを形成し、かつ第１ターゲット部分に少なくとも部分的に重なっている基板の第２ターゲット部分に第２パターン付きビームを投影して、基板上に第２パターンを形成するリソグラフィ装置が提供され、このリソグラフィ装置は、第２パターンの照射中に、第１パターン上での第２パターン付きビームの回折による回折ビームを検出するディテクタ、該回折ビームと所望の回折ビームとを比較するコンパレータ、および検出された回折ビームと所望の回折ビームとの差を用いて基板のアライメントを行う位置決めシステムを含む。

[0009] 本発明の実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。これらの図面において、同じ参照符号は、対応する部分を示す。

[0016] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。リソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば、紫外線またはその他の適切な放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置付けることができるように構成された第１位置決めデバイスＰＭに連結されている、マスク支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴとを備える。また、リソグラフィ装置は、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置付けることができるように構成された第２位置決めデバイスＰＷに連結されている、基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴすなわち「基板支持体」も含む。さらにリソグラフィ装置は、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成されている、投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳを含む。

[0017] 照明システムとしては、放射を誘導し、成形し、あるいは制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他の型の光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまな型の光学コンポーネントを含むことができる。

[0018] マスク支持構造は、パターニングデバイスを支えるもの、すなわちその重量を支持するものである。マスク支持構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているかいないかなどといった他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。マスク支持構造は、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。マスク支持構造は、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。マスク支持構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使われる「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。

[0019] 本明細書において使われる「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように放射ビームの断面にパターンを付けるために使うことができるあらゆるデバイスを指していると広く解釈されるべきである。なお、放射ビームに付けたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフト特徴またはいわゆるアシスト特徴を含む場合、基板のターゲット部分内の任意のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などの、ターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定機能層に対応することになる。

[0020] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィィでは公知であり、バイナリ、alternating位相シフト、および減衰型位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに種々のハイブリッドマスクタイプを含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームがさまざまな方向に反射するように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。

[0021] 本明細書において使われる「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学システム、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使われる「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。

[0022] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過タイプのもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射タイプのもの（例えば、前述のタイプのプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。

[0023] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブルすなわち「基板支持体」（および／または２つ以上のマスクテーブルすなわち「マスク支持体」）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」マシンにおいては、追加のテーブルまたは支持体を並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブルまたは支持体上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルまたは支持体を露光用に使うこともできる。

[0024] また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすような比較的高屈折率を有する液体、例えば、水によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。さらに、リソグラフィ装置内の、例えば、マスクと投影システムとの間の別の空間に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために用いることができる。本明細書において使われている「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、どちらかといえば、露光中、投影システムと基板との間に液体があるという意味でしかない。

[0025] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射を受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また、放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀灯である場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体型部品とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。

[0026] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するように構成されたアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといったさまざまな他の構成要素を含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。

[0027] 放射ビームＢは、マスク支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、または容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置付けるように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１位置決めデバイスＰＭおよび別の位置センサ（図１では明確に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリからマスクを機械的に取り出した後またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置付けることもできる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決めデバイスＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴすなわち「基板支持体」の移動も、第２位置決めデバイスＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、けがき線(scribe-lane)アライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。

[0028] 例示の装置は、以下のモードの少なくとも１つで使うことができると考えられる。

[0029] １． ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」および基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」を基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度に（すなわち、単一静止露光）ターゲット部分Ｃ上に投影する。基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」は、つぎにＸおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃが露光されることが可能になる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静止露光時に投影されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。

[0030] ２． スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」および基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」を同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持体」に対する基板テーブルＷＴまたは「基板支持体」の速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および画像反転特性によって決めるとよい。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズよって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。

[0031] ３． 別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持しつつ、マスクテーブルＭＴすなわち「マスク支持体」を基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴすなわち「基板支持体」を動かし、すなわちスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴすなわち「基板支持体」の移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用す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。

[0032] 上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。

[0033] 本明細書では、ターゲット部分という用語は、複数の態様に理解され得る。一般に、基板のターゲット部分は、ある時間リソグラフィ装置によって照射される基板の表面上の領域を含む。上述のとおり、スキャニング、ステッピング、およびマスクレスリソグラフィなどを含む、複数の照射概念が用いられる。ステップモードでは、ターゲット部分という用語は、一度照射される基板の表面の一部として理解され得る。例えば、基板のターゲット部分では、１つのダイまたは複数のダイを一度に投影してもよい。スキャンモードでは、ターゲット部分は、一度に照射される基板上の領域に相当し得る。従ってスキャンモードでは、１回の基板のスキャン中に連続する複数のターゲット部分が重なり得る。マスクレスリソグラフィでは、ターゲット部分はスキャンの間の放射パルスのスポットに相当し得る。

[0034] 図２は、ビームＢと、パターニングデバイスＭＡと、投影システムＰＳの一部を形成しかつこの例では投影システムＰＳを表す投影レンズＰＬと、基板Ｗとの部分断面略図である。 図１に示されるような照明システムＩＬによって提供されるビームＢが、マスクＭＡに入射する。マスクＭＡは、Ｐ’２として示されるパターンを含む。ビームＢの一部はマスクによって透過されて、ビームＢの回折を生じ、ビームＢは投影レンズＰＬまで進む。投影レンズＰＬによって、回折のいくつかまたはすべてを含むビームＢは、基板Ｗの表面とほぼ一致する像面にて再び収束される。

[0035] 基板Ｗの表面では、Ｐ’１として示されている前のパターンが既に付けられている。説明上、パターンＰ’１は複数の同形の突起として図示されているが、あらゆる形態を含み得る。突起の代わりに凹みを設けてもよく、または回折係数、吸収係数の差、もしくはマスクＭＡによって既にパターン付けされているビームＢとの相互作用となるその他のあらゆる差を設けてもよく、ビームＢは基板Ｗ上のパターンＰ’１に到達する。

[0036] 基板Ｗにて、パターンＰ’１上でビームの回折が再び生じる。この例では、０次（反射）回折（ここでは０として示されている）、１次および−１次回折（ここでは１および−１として示されている）、そして２次および−２次回折（ここでは２および−２として示されている）。これらの回折は、パターンＰ’１の構造および位置によって左右される。しかし、これらの回折は、マスクＭＡの構造、パターンおよび位置にも左右される。なぜならば、そのパターンＰ’２が入射ビームに影響を与えるからである。この影響とは、スキャン方向（ここでは矢印ＳＤで示されている）でのマスクＭＡに対する基板Ｗの変位が、結果として回折パターンの変更、すなわち０次、１次、−１次、２次および−２次回折のうちの１つ以上の強度の差をもたらすことを示唆している。

[0037] パターンＰ’２は、パターンＰ’１との所定の位置関係にある基板Ｗ上に投影される必要がある。すなわち、基板ＷにパターンＰ’２が付けられる時、パターンＰ’２は、事前に基板Ｗに付けられているパターンＰ’１に位置合わせされる必要がある。この所望の位置関係において特定の回折が生じ、その結果として、本明細書で示されている０次、１次、−１次、２次および−２次回折などの複数の回折のそれぞれの特定の強度となる。さらに図２は、この例では複数の回折のうちの１つ、すなわちこの例では２次回折 ２を検出するディテクタＤＥＴを示している。マスクＭＡのパターンＰ’２と基板ＷのパターンＰ’１との間に最適なアライメントを与えて、回折の特定の強度（この例では２次回折）が検出される。アライメントが最適ではない場合、よってパターンＰ’２の位置がパターンＰ’１の位置に一致しない場合、複数の回折に差が生じ、これがディテクタＤＥＴによって受信される異なる強度となる。

[0038] ここで、ディテクタＤＥＴで検出された回折と、パターンＰ’２とパターンＰ’１との間の完璧なアライメントの場合に期待される回折との間の差から、ミスアライメントの量を導き出すことができる。これは以下により詳細を説明するとおり様々な方法で行うことができる。いずれの場合でも、回折と期待される回折との差が決められている）。基板Ｗに対してマスクＭＡを正確に位置決めするために、修正動作を行うことができる。 これは、リニアモータまたはその他のタイプのアクチュエータなどの、基板テーブルＷＴおよび／またはマスクテーブルＭＴの既存の位置決めデバイスを用いて、基板テーブルＷＴおよび／または支持体ＭＴの位置を修正することによって行うことができる。基板を照射する時、そのターゲット部分は一度に照射されてもよい。上述のとおり、基板は一度にターゲット部分ごとに照射され、ターゲット部分は基板の効果的に使用された表面に相当し得るが、上述のとおり（例えばスキャニング、ステッピング、マスクレスなど）、基板の表面のより小さい複数の部分について一度に照射を行うことは一般的ではない。このような複数のターゲット部分のそれぞれについて、基板の第２ターゲット部分に照射された第２パターンが、その前に基板に既に付けられている第１パターンに位置合わせされることが望ましい。従って、第２パターンは層のパターンとして理解されるべきものであり、この層は、第１パターンを含む層が基板に付与された後で、基板上に付与される。事前に基板上に設けられた第１パターンに第２パターンを設けるビームの回折を提供するために、第２ターゲット部分は、少なくとも部分的に第１ターゲット部分と重なるべきである。

[0039] 本明細書の関連において、パターンという用語は、パターニングデバイス（レチクルともいう）またはその他のパターン付きビームにおけるパターンとして理解することができ、よって、パターンは基板を照射するための照射に含まれる。また、本明細書においてパターンという用語は、基板上のパターンとして理解することができ、よって、メタライゼーションパターン、イオン注入パターン、拡散パターン、エッチドアウェイ構造（etched away structure）、または基板上に照射された時に第２パターンの照射と相互作用して回折を生み出す、基板上のまたは基板の中のその他の構造などの、基板上の物理的構造である。照射のタイプによって、マスク全体が照射されたり、または一度にマスクの一部のみが照射されたり（スキャンモードの場合）する、マスクによって上記パターンが与えられる。従って本明細書で説明するパターンという用語は、フルパターン（マスクパターンまたは基板上のダイなどのパターンなど）に言及してもよいが、本明細書で用いられるパターンという用語は、その適切な部分も含み得る。

[0040] 本明細書で示される例では、ビームＢをパターン付けするためにパターンＰ’２が適用されて、パターン付きビームが形成される。この方法に加えて、またはその代わりに、例えばマスクレスリソグラフィなどのその他あらゆるパターン付け方法を適用してもよい。

[0041] 一般的に、例えば基板およびパターニングデバイスのスキャン動作の間、一度に基板の一部のみが照射される。従って、この場合の第１ターゲット部分および第２ターゲット部分は、基板の表面の一部のみに相当する。このように照射された基板の各部分（その上に異なるパターンＰ’１と異なるパターン付きビームＰ’２を有する）は、パターンＰ’２とパターンＰ’１とが最適にアライメントされた場合にディテクタによって検出されるであろう異なる所望の回折ビームを有し得る。よって、所望の回折パターンは、基板の照射された部分の位置、よってターゲット部分の位置に左右される。従って、複数のターゲット部分のそれぞれの位置について、ディテクタによって検出された異なる所望の回折ビームが、例えばリソグラフィ装置のメモリに格納されてもよい。これらのターゲット部分のそれぞれについて、回折されたビームがディテクタによって検出され、所望の回折ビームと測定された回折ビームとの間の差が決められ、アライメントが行われてもよい。また、回折されたビームを検出し、比較およびアライメントを行うという上述の動作は、基板上の複数のターゲット部分のサブセットのみについて実行されるという可能性がある。一例として、上記の動作が実行されるターゲット部分は、アライメントマーカが設けられているターゲット部分でもよく、従って、ターゲット部分においてアライメントマーカが第１パターンおよび第２パターンに含まれることが好ましい。その結果、大量のターゲット部分について所望の回折ビームを決めるというタスクのみならず、回折ビームと所望の回折ビームとの繰り返しの比較および繰り返しのアライメントによってもたらされるオーバーヘッド（overhead）を、かなり減らすことができる。基板全体に広がっていることが好ましい、可能なターゲット部分（アライメントマーカなどの特定のアライメントパターンを含むターゲット部分など）のサブセットについて実行されるアライメントは、基板の各ターゲット部分について上述の動作を実行することによって得られるであろうアライメント精度と同様のアライメント精度を提供することができる。一例として、基板の外周縁近くの基板の表面上に広がる（例えば等距離で）基板の２つ、３つまたは４つのターゲット部分について、上述の動作を実行することが可能かもしれない。

[0042] 所望の回折ビームを決めるために、他の手段によって、例えば、基板およびマスクの位置を検知するための位置検知デバイスによって、光学アライメントによって、および／または基板上に投影された第２パターンの位置を既に基板上に存在する第１パターンの位置と比較することによって、高精度のアライメント行った後に、ディテクタＤＥＴで回折ビームを測定していてもよい。その後、第２パターンＰ’２で基板上にビームを照射することによって所望の回折ビームを測定してもよく、これによってビームは、基板上に既に存在する第１パターンＰ’１に基板上で干渉する。その後、例えばマスクおよび／または基板を移動させることによって、わずかなミスアライメントがもたらされ得る。再び、回折ビームを測定してもよい。異なる程度のミスアライメントでこれを繰り返してもよく、これによって基板Ｗに対してマスクＭＡの様々な相対位置の回折ビーム、従って様々なステージのミスアライメントの回折ビームを得ることができる。これらの測定を、1つの次元、例えば矢印ＳＤで示される次元、のミスアライメントで実行することが可能であるが、また、これらの測定を、２つの次元において、すなわち矢印ＳＤで示される次元と、図２の図面の面に対して垂直な次元とにおいて実行することも可能である。従って、マスクＭＡと基板Ｗの面上では、２次元のアライメントが可能とされる。

[0043] ターゲット部分の照射された部分の一機能として所望の回折パターンを定義する別の方法は、既存のパターンＰ’１と投影されたパターンＰ’２についての知識（knowledge）に基づく計算による方法である。Ｐ’１およびＰ’２が知られている場合、投影レンズＰＬの光学特性と、回折プロセスを規定する数学を考慮に入れることによって、所望の回折パターンを計算することができる。

[0044] 本明細書で説明されているパターンは、集積回路トポロジーパターンまたは基板上に存在するその他のパターンを含み得る。一般に、これらのパターンの異なる複数の層は同様の位相を有するため、特に本明細書に記載されているようなプロセスに適するようになっている。さらに、ビームＢの波長の大きさのあるオーダーであり得る当該パターンの微細構造は、ディテクタＤＥＴによって検出される回折の発生を促す。さらに、第１パターンおよび第２パターンは、いわゆる「けがき線マーカ」またはその他のパターンにおけるマーカを含んでもよい。一般に、基板に付けられるパターンにはマーカが設けられ、このマーカは、例えば検査目的で、または最新技術において知られているその他の既存のアライメント機構のために使われる。また、本明細書において説明されているプロセスのために特に設計されたパターンを設けてもよい。これらのマーカを利用することによって、マーカはそれぞれ同じパターンを有してもよいため、基板上の位置依存回折の変動を減らすことが可能である。さらに、照射の回折を防ぐために、一般的に感光性レジストにコーティングが施される。マーカでは、このようなコーティングは省略してもよい。また、マーカ構造は一般のパターンのピッチよりも大きいピッチを有するように選ぶことができ、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing 化学的機械的研磨）などのウェーハ処理に対する回折効果の感受性が低くなるようにする。これによって、通常の集積回路パターンでの回折効果を低下させる傾向にあるウェーハ処理が行われる場合でさえも、適正なアライメントが可能になる。

[0045] さらに、回折されたビームの回折角度が、ビームをディテクタによって検出できるようにするための適切な値となるように、マーカのパターンを選択してもよい。フラクションの角度が小さすぎる場合、ビームはレンズまで戻るため、図２に示すようにディテクタでそのビームを検出できなくなり、この場合、以下に説明する別の構成のみが可能であろう。しかし、回折角度が大きすぎる場合、回折および回折角度は例えば９０°を超えるため、回折ビームはほとんどあるいは一切検出され得ないだろう。マーカパターンの使用により、ターゲット部分の位置の機能としての回折されたビームの角度の変化（これはこの位置の機能としてのパターンＰ’１およびパターンＰ’２のピッチの変化の結果生じる）を避ける。

[0046] 検出された回折ビームと所望の回折ビームとの差を利用した基板のアライメントは、第２パターンの照射の間に実行されるため、「オンザフライで（on the fly）」アライメントを提供し、よって第２パターンの照射の間にアライメントする。また、アライメントは、基板に第２パターンを照射するプロセスの間に実行してもよい。一例として、１つ以上の第２ターゲット部分を照射してもよく、これについて回折ビームが検出され（これらの第２ターゲット部分には、例えば基板上の第１パターンとしてのマーカが設けられている）、基板の残り部分を照射する前または間に、検出された回折ビームと所望の回折ビームとの間の差を利用してアライメントを実行してもよい。従って、基板上に投影される第２パターンと、基板上に既に存在する第１パターンとの間の良好なアライメントが得ることができ、その一方で、回折測定とその処理（これらの工程は複数のターゲット部分のうちのいくつかについてしか実行されないため）によるオーバーヘッドを最小限に抑える。他の実施形態としては、例えばリソグラフィ装置のマイクロプロセッサまたはその他の処理装置への処理負荷をさらに減らすために、例えば基板に次のパターンを次に照射する際に、例えば、当該ターゲット部分の後続の照射の前または間など、後でアライメントを行ってもよい。

[0047] 基板とパターニングデバイスを互いに対して適切に変位させることによって、アライメントを実行してもよい。これは、基板を変位させること（基板を保持する基板テーブルの変位によってなど）、パターニングデバイスを変位させること、またはこれら両方を変位させることによって実行してもよい。アライメントの別の可能性は、基板に到達したパターン付きビームを基板に対して変位させることでもよい。このような変位は、適切な光学部品、例えばミラー、レンズなど、の変位といった、投影光学機器における何らかの適切なアクションによって実施してもよい。

[0048] 図２に示されるとおり、１つの回折ビームが検出される。しかし、少なくとも２つの回折ビームを検出することも可能である。その結果、アライメントについてより多くの情報が得られる。例えば、検出された回折ビームの信号対雑音比は、２つ以上の回折ビームを検出することによって改良することができる。また、例えば異なる次数の回折ビームを検出することによって、許容誤差に対する耐性を高めることができる。また、互いにほぼ垂直である回折ビームを検出することによって、２次元アライメント情報を導き出すことができる。また、回折ビームは、例えば１次と−１次の回折ビーム、２次と−２次の回折ビームなどのように、反対の次数の回折ビームを含んでもよい。また、ノイズおよびその他の許容誤差または妨害要素に対する耐性を改善することもできる。２つ以上の回折ビームを検出する場合、それぞれの回折ビームを検出するために適切な場所に位置付けられた複数のディテクタを使用してもよい。

[0049] 第２パターン付きビームが少なくとも部分的に第１ターゲット部分（第１パターンが基板上に設けられている場所）を照らすことができるように、第１ターゲット部分と第２ターゲット部分は、少なくとも部分的に重なるべきである。第１ターゲット部分は第１パターン付きビームによって照らされて、基板上に第１パターンを照射する。第２ターゲット部分は、基板を処理するためのその後の処理工程で照らされて、第２パターンを基板上に照射する。本明細書で説明される方法および装置によって、第２パターン付きビームと、基板上に既に設けられている第１パターンとのアライメントを行うことができる。

[0050] 図２では、回折されたビームが基板レベルで検出されている。すなわち、基板に向けられた視野、またはより正確に言うと、基板の１つ以上のターゲット部分（すなわち第１ターゲット部分または第２ターゲット部分）に向けられた視野を有するディテクタによって、回折されたビームは検出される。その結果、比較的大きい強度を有する回折されたビームがこれによって検出され得るため、良好な信号対雑音比を達成できる。ノイズピックアップまたは例えば基板の他の部分での回折、またはその他の擬似信号もしくはビームを減らすために、ディテクタの視野は基板の第２ターゲット部分にほぼ一致または対応してもよい。

[0051] 別の実施形態が図３および図４に示されている。図３および図４はそれぞれ、 ビームＢと、パターンＰ’２を含むマスクＭＡと、投影レンズＰＬと、パターンＰ１を含む基板Ｗとを示している。これらの要素は、図２を参照して説明した機能と同じかまたは同様の機能を有しているので、その説明はここでは省略する。図３と図４では、パターンＰ’１上で回折した回折されたビーム−１、０、１が投影レンズＰ’１ を通り、そこからマスクＭＡへと進み、ここで再び−２^*、−１^* ０^*、１^*、２^*として示されるようにパターンＰ’２上で回折する。このようにして２回回折されたビームは、ディテクタＤＥＴによって検出される。従って、ディテクタＤＥＴは、マスクＭＡの範囲全域にわたる、または特に現時点で照射されているマスクＭＡの部分に対応する視野を有する。ディテクタは、−２^*、−１^*、１^*または２^*などの次数のうちのいずれか１つを検出することができ、図３と図４では、２次ビーム ２が例として選ばれている。回折されたビームは、パターニングデバイスのどちらの側でもディテクタによって検出することができる。図３に示される実施形態では、ディテクタはマスクＭＡの下方に位置付けられるため、下流側の回折ビームの反射を見ることになり、よってディテクタの視野は、パターニングデバイスつまりマスクＭＡの下流面を含む。またディテクタは、図４に示されるように、マスクの上方に位置付けられてもよく、マスクＭＡを通して透過したビームを見ることになり、よってディテクタの視野は、パターニングデバイスつまりマスクＭＡの上流面を含む。回折されたビームが見える基板の近くの場所にスペースがない場合でも、マスクの近くにディテクタを置くことは可能である。注意すべき点として、図２〜図４において、回折されたビームは、明確にするために図中やや右寄りにオフセットさせてある。従って、図３および図４では、回折されたビーム−１、０、１は、パターニングデバイスから投影システムつまり投影レンズを介して基板へと進む（回折された）パターン付きビームに一致するものとして理解されるべきである。同様に、図２における回折されたビーム−２、-１、０、１、２は、パターン付きビームが基板に到達した場所と同じ基板上の場所から発するものとして理解されるべきである。また、図３および図４における回折されたビーム−２^*、−１^*、０^*、１^*、２^*は、回折されたビーム−１、０、１が投影レンズを介してパターニングデバイスに達する場所と同じパターニングデバイスにおける場所から発するものとして理解されるべきである。

[0052] 図５Ａは、第１ターゲット部分１ＴＰと第２ターゲット部分２ＴＰの一例が示されている基板の上面図である。この例では、これらのターゲット部分は部分的に互いに重なっている。ターゲット部分は、基板のサイズに対していかなるサイズでもよい。例えば、これらのターゲット部分は基板全体にわたってもよく、または別の例では、これらターゲット部分は、例えばいわゆるe-beamリソグラフィアプリケーションにおいて、１スポットの照射のみからなる。他のターゲット部分の例は上述されている。これらのターゲット部分は、同じサイズ、形状等であってもよいが、同じサイズ、形状等である必要はない。第２ターゲット部分が少なくとも部分的に基板上の第１パターンの一部に重なっている限り、上述のとおり回折検出とアライメントの適用を可能にする回折が生じ得る。図２ないし図４で示されるようなパターンを提供するマスクＭＡにビームを向けることによって、第１パターン付きビームおよび第２パターン付きビームが形成されていてもよい。

[0053] しかし、他に上記に代わる多くの可能性があり、例えば、ビームと基板を互いに対して適切に移動することによって基板上にパターンを「書き込む」１つのビームを当ててもよい。従って、本明細書の関連において、パターン付きビームという用語は、マスクなどの反射型、透過型などのあらゆる種類のパターンによってパターン付けされたビームを含むが、また同様に、ビームと基板を互いに対して適切に移動することによって、ビームをして基板上にパターンを「書き込ませる」などによる、その他あらゆる方法でビームをパターン付けしてもよい。本明細書の関連において所望の回折ビームという用語は、１つの回折ビームとして理解されてもよいが、（例えば複数のディテクタを用いて）複数の回折ビームが検出され、従って複数の対応する所望の回折ビームと比較されてもよい。検出された回折ビームと所望の回折ビームとの比較を利用することによって、アライメントを実行してもよい。これは、回折ビームとミスアライメントの量、これは例えば上述のとおりの適切な測定によって得られる、との関係を利用して行ってもよい。他の可能性としては、既存の（Ｐ’１）パターンと新たに露光された（Ｐ’２）パターンに基づく上述のとおりの計算と、投影システムの特性とを組み合わせることである。

[0054] 図５Ｂは、けがき線マーカ(scribe lane markers)ＳＬＭが設けられた基板の表面の一部の略図である。けがき線マーカは、非常に概略的に示されている集積回路トポロジー（integrated circuit topologies）ＩＣＰ内に位置している。全体的な形状として、けがき線マーカは多数の平行線から構成されてもよい。これらの線のピッチまたは線と線との間の距離は、照明源の波長と共に、マーカが照らされた時の回折角度を決定する。図５Ｂのマーカは、ターゲット部分の長さにおおよそ一致する長さを有することが好ましい。図５Ｂにおいて、垂直方向がスキャン方向Ｙである場合、マーカ自体と同様のパターンでマーカを照らすことにより、結果として水平（Ｘ）方向に回折効果をもたらす。回折次数をモニターすることによって、Ｘ方向におけるパターニングデバイスに対する基板の位置の差を検出できる。同様に、マーカは水平線を含んでもよく、これによってスキャン（Ｙ）方向の位置の差を検出できる。図５Ｂに示されるように、けがき線は、互いに隣り同士にある２つのターゲット部分の間に位置することが好ましい。

[0055] 図６は、本発明の一実施形態にかかる方法のフローチャートを示している。ブロック６００では、基板の第１ターゲット部分が第１パターンビームで照射されて、基板上に第１パターンを形成する。ブロック６０１では、基板の第２ターゲット部分が第２パターンビームで照射されて、基板上に第２パターンを形成する。第２ターゲット部分は少なくとも部分的に第１ターゲット部分に重なる。ブロック６０２では、第２パターンの照射の間、回折ビームが検出される。この回折ビームは、第１パターン上での第２パターンビームの回折によるものである。ブロック６０３では、回折ビームは所望の回折ビームと比較される。ブロック６０４では、検出された回折ビームと所望の回折ビームとの間の差を利用して、基板のアライメントを行う。言い換えると、ブロック６０４では、検出された回折ビームと所望の回折ビームとの比較を利用して、基板のアライメントを行う。アライメントは、マスク、基板、または投影システムの一部の適切な変位によって実行することができる。

[0056] 留意点として、本明細書において回折されたビーム（diffracted beam）および回折ビーム（diffraction beam）という用語は同じ意味を有することが意図されており、かつ同じビームに言及している。

[0057] 本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドの製造といった他の用途を有することは、明らかである。そのような別の用途においては、本明細書で使われている「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義とみなされ得ると、当業者は理解するであろう。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板処理ツールおよびその他の基板処理ツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、積層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使われる基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。

[0058] 光学リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、言うまでもなく、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光学リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されたパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せによってレジストを硬化させることができる。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。

[0059] 本明細書で使われている「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ultraviolet ＵＶ）線（例えば、約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）、および極端紫外（extreme ultra-violetＥＵＶ）線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。

[0060] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型光学コンポーネントを含むさまざまな種類の光学コンポーネントのどれか１つまたは組合せを指すことができる。

[0061] 以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、説明された方法以外の別の方法で実行することが可能であることが明らかである。例えば、本発明は、前述の開示された方法を記載した機械読取可能命令の１つ以上のシーケンスを包含するコンピュータプログラムの形式、またはこのようなコンピュータプログラムを格納したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光学ディスク）を採用することもできる。

[0062] 上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。したがって、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えることもできる。

[0010] 本発明の一実施形態にかかるリソグラフィ装置を示す。 [0011] 本発明の一実施形態にかかるアライメントのためのセットアップを示す。 [0012] 本発明の一実施形態にかかるアライメントのための他のセットアップを示す。 [0013] 本発明の一実施形態にかかるアライメントのためのさらに他のセットアップを示す。 [0014] 本特許出願で言及されているある実施形態を説明するための、基板の一部の極めて概略的な上面図である。 [0014] 本特許出願で言及されているある実施形態を説明するための、基板の一部の極めて概略的な上面図である。 [0015] 本発明の一実施形態にかかるアライメント方法のフローチャートを示す。

Claims (13)

1. リソグラフィ装置における基板アライメント方法であって、
   ａ）基板の第１ターゲット部分に第１パターン付きビームを照射して、基板上に第１パターンを形成すること、
   ｂ）第１ターゲット部分に少なくとも部分的に重なっている基板の第２ターゲット部分に、第２パターン付きビームを照射して、基板上に第２パターンを形成すること、
   ｃ）第２ターゲット部分を照射している間、第１パターン上での第２パターン付きビームの回折による回折ビームを検出すること、
   ｄ）該回折ビームと所望の回折ビームとを比較すること、および
   ｅ）検出された回折ビームと所望の回折ビームとの差に基づいて、基板のアライメントを行うことを備え、
   回折されたビームが第１パターン付きビームおよび第２パターン付きビームを投影する投影システムを通過した後、そして回折されたビームが第１パターン付きビームおよび第２パターン付きビームを形成するパターニングデバイスによって回折された後に、ｃ）で回折されたビームは検出され、回折されたビームを検出するディテクタの視野はパターニングデバイスの下流面に向けられている、方法。
2. 第１パターンと第２パターンは、集積回路トポロジーパターン及びけがき線マーカの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
3. ｅ）は、ｃ）の経過中又は基板の次の照射前に実行される、請求項１又は２に記載の方法。
4. ｃ）は、少なくとも２つの回折ビームを検出することを含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. ２つの回折ビームは、異なる次数の回折ビーム、互いにほぼ垂直な回折ビーム、又はｎ次と−ｎ次の回折次数ビーム（ただし、ｎは自然数を含む。）を含む、請求項４に記載の方法。
6. 所望の回折ビームは、第１パターンを第２パターンで繰り返し照明し、第１パターンと第２パターンとで異なるオフセットを用いることによって決まる、請求項１に記載の方法。
7. 基板の第１ターゲット部分に第１パターン付きビームを投影して、基板上に第１パターンを形成し、かつ第１ターゲット部分に少なくとも部分的に重なっている基板の第２ターゲット部分に第２パターン付きビームを投影して、基板上に第２パターンを形成するように構成された投影システム、
   第２ターゲット部分の投影中に、第１パターン上での第２パターン付きビームの回折による回折ビームを検出するように構成されたディテクタ、
   該回折ビームと所望の回折ビームとを比較するように構成されたコンパレータ、および
   検出された回折ビームと所望の回折ビームとの差に基づいて、基板のアライメントを行うように構成された位置決めシステム
   を備え、
   投影システムを通過しかつパターニングデバイスによって回折された前記回折されたビームを検出するために、ディテクタの視野は、第１パターン付きビームおよび第２パターン付きビームを形成するパターニングデバイスの下流面に向けられている、リソグラフィ装置。
8. 第１パターンと第２パターンは、集積回路トポロジーパターン及びけがき線マーカの少なくとも一つを含む、請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 位置決めシステムによるアライメントは、第２パターンの投影の間に実行される、請求項７又は８に記載のリソグラフィ装置。
10. 位置決めシステムによるアライメントは、基板の次の照射前に実行される、請求項７又は８に記載のリソグラフィ装置。
11. ディテクタは、少なくとも２つの回折ビームを検出する少なくとも２つの光ディテクタを含む、請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置。
12. ２つの回折ビームは、異なる次数の回折ビーム、互いにほぼ垂直な回折ビーム、又はｎ次と−ｎ次の回折次数ビーム（ただし、ｎは自然数を含む。）を含む、請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
13. 所望の回折ビームは、第１パターンを第２パターンで繰り返し照明し、第１パターンと第２パターンとで異なるオフセットを用いることによって決まる、請求項７に記載のリソグラフィ装置。

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