JP4584139B2 - リソグラフィ装置及びリソグラフィ装置中の位置合わせ測定方法 - Google Patents

リソグラフィ装置及びリソグラフィ装置中の位置合わせ測定方法 Download PDF

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Description

本発明は、2次元位置合わせ構成及び2次元位置合わせ測定方法を有したリソグラフィ装置に関する。
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常基板の対象部分上に貼り付ける機械である。リソグラフィ装置は、たとえば集積回路(IC)の製造中に使用することができる。その場合、パターン形成デバイスは、或いはマスク又はレチクルと呼ばれるが、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使用することができる。このパターンは、基板(たとえば、シリコン・ウェハ)上の対象部分(たとえば、ダイの一部分、或いは1つのダイ又はいくつかのダイを含む)上に転送することができる。パターン転送は、通常、基板上に施された感光性材料(レジスト)の層上に写像することによって実施される。一般に、単一基板は、連続的にパターン形成される隣接した対象部分のネットワークを含むはずである。知られたリソグラフィ装置は、いわゆるステッパと、いわゆるスキャナとを含み、ステッパでは、各対象部分が、一度に対象部分上にパターン全体を照射して露光され、スキャナでは、各対象部分が、所与の方向(「走査」方向)で放射ビームによってパターンを走査することによって照射され、その間この方向に対して平行又は反平行で同期して基板が走査される。パターンを基板にインプリントすることによって、パターン形成デバイスから基板へパターンを転送することも可能である。
K.Ota,他「ウェハ・ステッパ用新位置センサ(New Alignment Sensors for Wafer Stepper)」SPIE,Vol.1463、Optical/Laser Microlithography IV(1991)、ページ304〜314、及びN.R.Farrar,他「スルーレンズ/オフアキシスのレーザ位置合わせシステム及び位置合わせアルゴリズムの、ニコン・ウェハ・ステッパにおける性能(Performance of through−the lens/off−axis laser alignment systems and alignment algorithms on Nikon wafer steppers)」SPIE Vol.1673、Integrated Circuit Metrology,Inspection,and Process Control VI(1992)、ページ369〜380に、レーザ・ステップ位置合わせ(LSA:laser step alignment)構成が開示されている。この従来技術の位置合わせ測定構成は、図2〜5を参照して詳細に議論する。そのようなレーザ・ステップ位置合わせ構成では、マークが使用され、そのマークは、行及び列の形で配列された複数の正方形に形作られた構造を含む。レーザが、細長い位置合わせ測定スポットを列中の正方形に形作られた構造上に生成する。入射位置合わせビームが、マークによって回折され、いくつかの回折次数が、発生し検出器に送り返される。ゼロ次の回折次数は、検出器に当たる前に遮断される。検出器は、スポットで照射されたマーク列の位置を決定するプロセッサへの検出器信号を発生する。スポットを列すべてに連続的に向け、このように列すべての位置を測定することによって、列の測定位置は、平均することができ、マークの位置を決定する。
この従来技術のセットアップでは、1つのそのようなマークが使用されて、第1の方向のマークの位置が測定される。他の第2の方向、たとえば第1の方向に直角の方向の位置を測定するために、第2の方向で走査される他のマークが設けられる。一般に、マークは、基板上のスクライブレーン(scribelane)中に設けられることになり、x方向に延在し、マークはスクライブレーン中のy方向に延在する。したがって、x方向及びy方向で位置合わせ測定を実施するために、xスクライブレーン及びyスクライブレーン中のマークが、使用する位置合わせ測定構成によって連続的に測定することができるように、移動されるべきである。そのような移動は、時間を費やす。さらに、これらのマークは、すべての種類の電気的試験回路のためにも使用されるスクライブレーン中の高価なスペースを占める。
改良された位置合わせ測定を行うように構成されたリソグラフィ装置を提供することが望ましい。
その目的のために、第1の実施例では、本発明は、独立請求項1で定義されたリソグラフィ装置を提供する。
実施例では、本発明は、請求項17で請求する光源に関する。
他の実施例では、本発明は、請求項18で請求する、マーク・パターンを有したレチクルに関する。
他の実施例では、本発明は、請求項20で請求する、位置合わせマークを有した対象物に関する。
他の実施例では、本発明は、請求項24で請求する、遮断デバイスに関する。
さらに、本発明は、独立請求項25で請求する、位置合わせ測定方法を提供する。
他の実施例では、本発明は、請求項27で請求する、コンピュータ・プログラム製品に関する。
他の実施例では、本発明は、請求項28で請求する、データ記憶媒体に関する。
ここで、本発明の実施例について例としてだけで添付した概略図面を参照して説明する。図面では、対応する参照記号は、対応する構成要素を示す。
図1に、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、
放射ビームB(たとえば、紫外(UV)線)を調整するように構成された照明システム(照明器)ILと、
パターン形成デバイス(たとえば、マスク)MAを支持するように構築され、いくつかのパラメータに従ってパターン形成デバイスを正確に位置決めするように構成された第1の位置決め器PMに接続された支持構造(たとえば、マスク・テーブル)MTと、
基板(たとえば、レジスト被覆ウェハ)Wを保持するように構築され、いくつかのパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第2の位置決め器PWに接続された基板テーブル(たとえば、ウェハ・テーブル)WTと、
パターン形成デバイスMAによって放射ビームBに付与されたパターンを基板Wの対象部分C(たとえば、1つ又は複数のダイを含む)上に投射するように構成された投射システム(たとえば、屈折投射レンズ・システム)PSと
を含む。
照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気や他のタイプの光学的構成要素、或いはその任意の組み合わせなど、様々なタイプの光学的構成要素を含むことができる。
支持構造はパターン形成デバイスの重量を支持、すなわち担う。それは、パターン形成デバイスの方向、リソグラフィ装置の設計、及びたとえばパターン形成デバイスが真空環境中に保持されるのかそうでないのかなど他の条件に依存して、パターン形成デバイスを保持する。支持構造は、機械的、真空、静電気や他の固定技術を使用してパターン形成デバイスを保持することができる。支持構造は、たとえばフレーム又はテーブルとしてもよく、それは必要に応じて固定する又は可動としてもよい。支持構造によって、パターン形成デバイスが、たとえば投射システムに対して所望の位置にあることが保証される。本明細書で用語「レチクル」又は「マスク」のどのような使用も、より一般的な用語「パターン形成デバイス」と同義であると考えられる。
本明細書で使用する用語「パターン形成デバイス」は、放射ビームにその断面においてパターンを付与し、基板の対象部分中にパターンを生成するために使用することができるどのような装置も呼ぶものとして広く解釈すべきである。放射ビームに付与されたパターンは、たとえばパターンが位相シフトのフィーチャ又はいわゆる支援のフィーチャを含む場合、基板の対象部分中に所望するパターンとは正確に対応しないことがあることに、留意すべきである。一般に、放射ビームに付与されたパターンは、集積回路など、対象部分中に生成されるデバイス中の特定の機能層に対応することになるはずである。
パターン形成デバイスは、透過型又は反射型でもよい。パターン形成デバイスの例には、マスク、プログラム可能なミラー・アレイやプログラム可能なLCDパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィではよく知られており、マスクには、バイナリー、交互位相シフトや減衰型位相シフトなどのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッドのマスク・タイプが含まれる。プログラム可能なミラー・アレイの例は、小さなミラーの行列構成を用い、各ミラーは、個々に傾けて入射放射ビームを様々な方向に反射することができる。傾けられたミラーによって、ミラー行列が反射する放射ビーム中に、パターンが付与される。
本明細書で使用する用語「投射システム」は、使用される露光用放射に適した、或いは浸漬液又は真空状態の使用などの他の要因に適した、屈折、反射、反射屈折、磁気、電磁気、及び静電気の光学的システム、或いはそれらのすべての組み合わせを含め、どのようなタイプの投射システムも包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書での用語「投射レンズ」の使用はすべて、より一般的な用語「投射システム」と同義であると考えることができる。
本明細書で示すように、装置は、透過タイプ(たとえば、透過型マスクを使用)のものである。或いは、装置は、反射タイプ(たとえば、上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイ、又は反射型マスクを使用)のものであってもよい。
リソグラフィ装置は、2つ(デュアル・ステージ)又はそれより多い基板テーブル(及び/又は2つ又はそれより多いマスク・テーブル)を有したタイプのものでもよい。そのような「複数ステージ」の機械では、追加のテーブルは、並列に使用してもよく、或いは準備ステップを1つ又は複数のテーブル上で実施してもよく、その間に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てもよい。
リソグラフィ装置は、投射システムと基板の間のスペースを充填するために、少なくとも基板の一部分が、比較的高屈折率の液体、たとえば水で覆われることがあるタイプのものでもよい。浸漬液は、リソグラフィ装置中の他のスペース、たとえばマスクと投射システムの間に施してもよい。浸漬技術は、投射システムの開口数を増加するものとして、この技術でよく知られている。本明細書で使用する用語「浸漬」は、基板などの構造を液体中に沈めなければならないことを意味するものではなく、むしろ、露光中、投射システムと基板の間に液体が置かれることを単に意味する。
図1を参照すると、照明器ILが、放射源SOから放射ビームを受け取る。放射源及びリソグラフィ装置は、たとえば放射源がエキシマ・レーザのとき、別の実体としてもよい。そのような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部分を形成するとは見なされず、放射ビームは、たとえば適切な誘導ミラー及び/又はビーム・エクスパンダを含んだビーム転送システムBDの助けによって、放射源SOから照明器ILへ送られる。他のケースでは、たとえば放射源が水銀ランプのとき、放射源は、リソグラフィ装置と一体にすることができる。放射源SO及び照明器ILは、必要ならビーム転送システムBDとともに、放射システムと呼ばれることがある。
照明器ILは、放射ビームの角強度分布を調節するための調節器ADを含むことができる。一般に、照明器の瞳面中の強度分布の、少なくとも外側及び/又は内側の半径方向の程度(一般に、それぞれ外側σ及び内側σとして呼ばれる)は、調節することができる。さらに、照明器ILは、インテグレータINやコンデンサCOなど、様々な他の構成要素を含むことができる。照明器を使用して、放射ビームを、その断面において所望の一様性及び強度分布を有するように、調整することができる。
放射ビームBは、支持構造(たとえば、マスク・テーブルMT)上に保持されたパターン形成デバイス(たとえば、マスクMA)上に入射し、パターン形成デバイスによってパターン形成される。マスクMAを横切った後、放射ビームBは、投射システムPSを通過し、投射システムPSは、基板Wの対象部分C上にそのビームを合焦する。第2の位置決め器PW及び位置センサIF(たとえば、干渉計装置、リニア・エンコーダや容量性センサ)の助けによって、たとえば放射ビームBの経路中に様々な対象部分Cを配置するために、基板テーブルWTを正確に移動することができる。同様に、たとえばマスク・ライブラリから機械的に取り出した後又は走査中、第1の位置決め器PM及び他の位置センサ(図1に明示せず)を使用して、放射ビームBの経路に対してマスクMAを正確に位置決めすることができる。一般に、マスク・テーブルMTの移動は、長行程モジュール(粗い位置決め用)及び短行程モジュール(精密な位置決め用)の助けによって実現することができ、それらは、第1の位置決め器PMの一部を形成する。同様に、基板テーブルWTの移動は、長行程モジュール及び短行程モジュールを使用して実現することができ、それらは、第2の位置決め器PWの一部を形成する。ステッパのケースでは(スキャナとは異なり)、マスク・テーブルMTは、短行程アクチュエータだけに接続してもよく、又は固定してもよい。マスクMA及び基板Wは、マスク位置合わせマークM1、M2及び基板位置合わせマークP1、P2を使用して、位置合わせすることができる。基板位置合わせマークは、対象部分を専用に占めるように示されているが、それらは、対象部分間のスペース中に配置することができる(これらは、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、2つ以上のダイがマスクMA上に設けられた場合、マスク位置合わせマークは、ダイ間に配置してもよい。
述べてきた装置は、以下のモードの少なくとも1つで使用することができるはずである。
1.ステップ・モード:
マスク・テーブルMT、及び基板テーブルWTが、基本的に静止状態に保たれ、その間に放射ビームに付与されたパターン全体が、対象部分C上に1回で投射される(すなわち、1回の静的露光)。次に、基板テーブルWTが、異なる対象部分Cを露光することができるように、X及び/又はY方向にシフトされる。ステップ・モードでは、露光フィールドの最大サイズによって、1回の静的露光で写像される対象部分Cのサイズが限定される。
2、走査モード:
マスク・テーブルMT、及び基板テーブルWTが、同期して走査され、その間に放射ビームに付与されたパターンが、対象部分C上に投射される(すなわち、1回の動的露光)。マスク・テーブルMTに対する基板テーブルWTの速度及び方向は、倍率(縮小率)、及び投射システムPSのイメージ反転特性によって決定することができる。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズによって、1回の動的露光中の対象部分の幅(非走査方向)が限定され、一方走査運動の距離によって、対象部分の高さ(走査方向)が決定される。
3、他のモード:
マスク・テーブルMTが、基本的に静止状態に保たれてプログラム可能なパターン形成デバイスを保持し、放射ビームに付与されたパターンが対象部分C上に投射されている間、基板テーブルWTが、移動又は走査される。このモードでは、一般に、パルス化された放射源が使用され、プログラム可能なパターン形成デバイスが、基板テーブルWTの移動の後毎に、又は走査中の連続した放射パルスの間の中で、必要に応じて更新される。この動作のモードは、上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイなどのプログラム可能なパターン形成デバイスを利用した、マスクを使用しないリソグラフィに容易に適用することができる。
上記に述べた使用モードについての組み合わせ及び/又は変更、或いはまったく異なる使用モードも、用いることができる。
図2に、レーザ・ステップ位置合わせ構成の実施例を示す。図2に示す構成は、レーザ源2、ミラー10、半透過型ミラー12、ミラー14、検出器4、及びプロセッサ6を含む。図2に、投射システムPS、基板W、及び基板テーブルWT、並びにアクチュエータ8も示す。
使用の際、レーザ源2は、ミラー10に向けられるレーザ・ビーム16を発生する。ミラー10は、レーザ・ビーム16を第2のミラー12へ反射する。ミラー12が反射するのでレーザ・ビーム16は、ミラー14に向けられる。ミラー14が反射したレーザ・ビーム16は、位置合わせビーム18として基板W上のマークM3(図3参照)上に向けられる。位置合わせビーム18は、マークM3が受け取ったとき、マークM3によって回折され、回折放射16’としてミラー14に戻る。ミラー14は、回折放射16’をミラー12へ反射する。ミラー12は半透過型であり、回折放射16’の一部分を検出器4へ送る。検出器4は、回折放射16’の一部分を受け取り、プロセッサ6のために出力信号を発生する。
図2に示すアクチュエータは、マークM3を位置合わせビーム18と位置合わせすることができるような位置に、基板テーブルWTを移動することができることを示そうと意図されている。さらに、アクチュエータ8は、当業者に知られているように、基板テーブルWTを移動して、投射システムPSを介した露光用光による基板Wの露光が可能になるように構成される。アクチュエータ8は、プロセッサ6によって制御される。もちろん実際には、複数の方向に基板テーブルWTの移動を可能にする2つ以上のアクチュエータが存在することになる。プロセッサ6が、検出器4及びアクチュエータ8両方に接続された1つの単一プロセッサ・ユニットとして示されていることに留意されたい。しかし、所望の場合、プロセッサ6の複数の様々な機能は、異なるプロセッサ中に実装することができる。これらのプロセッサは、必ずしもリソグラフィ装置内に存在する必要がなく、リソグラフィ装置の外部に位置してもよい。
図3に、位置合わせの目的のために、基板W上に配置することができるマークM3の実施例を示す。しかし、マークM3は、基板テーブルWT上、又は位置合わせするどのような他の対象物上にも配置することができる。
図3は、マークM3の平面図である。マークは、行及び列の形で配列された複数の正方形に形作られた構造19を含む。正方形形状の構造19は、その環境から区別可能な材料又は構造からなる。正方形形状の構造19は、たとえばマークM3の残された表面より高い又は低いいずれかの部分としてもよい。正方形形状構造19の代わりに、他の形状を使用してもよい。正方形形状構造19は、長さがL1、幅がW1である。列内の隣接した正方形形状構造は、ピッチがP1であり、一方列内の隣接した正方形形状構造間のその間の距離は、S1を有していると言われる。行内の隣接した正方形形状構造19は、ピッチがP2である。
位置合わせビーム18は、幅がWsで、長さがLsである実質的に四角形に形作られたスポット17を有して示される。ここに示す実施例では、位置合わせビーム・スポット17の位置が固定される。マークM3は、図3に示す走査方向の、マークM3の列に直角な方向に移動することができる。走査方向にマークM3を移動することによって、位置合わせビーム・スポット17は、一列内の正方形形状構造19の上に配置することができる。移動は、アクチュエータ8によって実施される。
使用することができる測定の実施例は、以下に示す。
W1=L1=4μm
P1=8μm
S1=4μm
P2=20μm
Ws=2μm
Ls=70μm
しかし、所望に応じて他の数値を使用してもよい。
位置合わせビーム・スポット17が、図3に示すように、正方形形状構造19の列の1つに向けられたとき、回折パターンが、当業者に知られているように、複数の次数を有して生じる。
図4に、そのような回折パターンの断面を示す。図4に、マークM3によって回折された次の次数の位置合わせ放射の回折パターン、すなわち16’(i)(i=−3、−2、−1、0、1、2、3、ここでi=回折次数)を示す。回折次数16’(0)だけ、点線で示す。その理由は、図4に、2つのホール20、22を有したプレート21も示しているからである。プレート21は、次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3だけがホール20、22を通ることができるように構成される。回折次数16’(0)は、プレート21によって遮断される。回折次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3は、検出器4に向けられる。
図5に、回折次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3を受け取ったときの検出器4の出力信号を示す。受け取った回折次数の光強度は、検出器4によって積分される。ホール20、22が回折次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3をできるだけ多く通しているとき、検出器4の出力信号は、最大値Imaxを有することになる。基板テーブルWTが走査方向に移動したとき、位置合わせビーム・スポット17が主に正方形形状構造19間の領域を照明し、回折強度が限定される際の最小値Iminまで、検出器4の出力信号の強度が減少される。基板テーブルWTが走査方向にさらに移動したとき、検出器4の出力信号の強度は、正方形形状構造19の次の列の回折次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3が検出器4によって受け取られるまで、再び増加することになる。正方形形状構造19の列がすべて検出器4によって検出されるまで、このパターンが繰り返されることになる。ゼロ次16’(0)がプレート21によって遮断されたとき、図5に示す信号の周期的な性質が雑音比に対する最適信号をもたらすと見られる。
プロセッサ6が受け取る図5の信号は、プロセッサ6が使用して、マークM3が配置された対象物の位置を合わせることができる。その目的のために、当業者に知られたように、様々なアルゴリズムを使用することができる。たとえば、図3に示す正方形形状構造19の列の、図5に示す信号から導出された位置は、平均してマークM3の位置のより良好な推定値に到達することができる。
本発明は、レーザ・ステップ位置合わせシステムを参照して説明し、その実施例は、図2〜5を参照して示してきた。しかし、本発明は、他のタイプの位置合わせセットアップ、たとえばいわゆる「アテナ(Athena)」センサを有したセットアップ中でも適用可能である。この位置合わせセンサは、位置合わせマークの位置を測定する。位置合わせ中、位置合わせマークは放射の位置合わせビームによって照明される。放射の位置合わせビームは、位置合わせマークによって、+1、−1、+2、−2などのいくつかの回折次数として回折される。光学的要素を使用し、対応する回折次数(たとえば、+1及び−1)の各セットを使用して、位置合わせマークの像を基準プレート上に形成する。基準プレートは、測定する対応した回折次数の各セット用の基準格子を含む。各基準格子の背後には、別々の検出器が配列されて、基準格子を通り抜けた像中の放射強度を測定する。基準プレートに対して位置合わせマークを移動することによって、1つ又は複数の像について最大強度を有した位置が見つかり、それが位置合わせされた位置を与える。
性能を高めるために、いくつかの像の強度を測定することができ、放射の位置合わせビームは、複数のカラーから構成することができる。
他のタイプのセンサ、容量性又は音響の測定原理に基づくようなセンサを使用することは、排除されない。
図6に、本発明の実施例によるマークM3及び位置合わせビーム・スポット24の概略図を示す。位置合わせビーム・スポット24は、2つの部分、すなわちy方向に延在するが、x方向に後続したマークM3の列を測定するために使用される第1のスポット部分24xと、x方向に延在するが、y方向に後続したマークM3の行を測定するために使用される第2のスポット部分24yとを有する。
使用の際、第1の実施例では、位置合わせビーム・スポット24が、図6の矢印Aで示すように、マークM3に対して対角線上に移動するように、マークM3が、プロセッサ6によって制御されるアクチュエータ8によって移動される。図6に、位置合わせビーム・スポット24が、マークM3に対して左側最低部の正方形形状構造1911から右側最高部の正方形形状構造19ruへ移動する状況を示す。さらに、スポット部分24x及び24yが、細長い棒状の断面を含んで示されており、スポット部分24xは、長さがy方向のマークM3の長さLyの約2倍であり、スポット部分24yは、長さがx方向のマークM3の長さLxの約2倍である。さらに、ここに示す実施例では、スポット部分24x及び24yは、互いに実質的にそのそれぞれの中心で交差する。長さLx及びLyは、それぞれ行及び列の長さにそれぞれ対応する。
矢印Aで示すように、スポット24及びマークM3を互いに対して移動したとき、マークM3の正方形形状構造19は、すべて後続の測定動作中にスポット24によって照射されることになる。すなわち、各列中の正方形形状構造19は、すべて位置に合わせビーム・スポット部分24xによって一度照射されることになり、各行中の正方形形状構造19は、すべて位置合わせビーム・スポット部分24yによって一度照射されることになる。
好ましいことであるが、位置合わせビーム・スポット部分24x、24yの長さは、必ずしもそれぞれマーク長さLy、Lxのそれぞれ2倍(又はそれより長い)でない。長さがより短くても、間に合うことができる。唯一の条件は、十分な放射強度が、ゼロ次回折次数より高い回折次数中に存在しており、検出器4が十分な光強度を受け取り、それによってプロセッサ6への有効な信号を発生することである。
ホール20、22を通り抜ける回折次数が、正方形形状構造のサイズ及びピッチに依存することは、当業者に明らかなはずである。本発明は、回折次数16’(i)、i=−3、−2、−1、1、2、3が検出器4に向けられる状況に限定されない。検出器4に向けられる回折次数16’(i)がより少ない又はより多いことも、本発明の範囲内である。
位置合わせビーム・スポット部分24x、24yによって生じるゼロ次回折次数を遮断し、検出器4へ1つだけ又は複数のより高い回折次数を送るために、いくつかの任意選択肢がある。
図7に、本発明の一実施例で使用されるプレート29を示す。プレート29は、4つのホール31、33、35、及び37を含む。スポット部分24x、24yが、それぞれ正方形形状構造19の列及び行にそれぞれ向けられたとき、これらのスポット部分24x、24yは、それぞれ回折次数16x’(i)及び16y’(i)をそれぞれ発生する。これらの回折パターンの次数の強度が、同時に列及び行の方向で等しい強さである必要はないことに、留意されたい。スポット部分24xが正方形形状構造19の列に当たり、一方同時に、スポット部分24yが正方形形状構造19の行に隣接した領域に当たる、又はその逆の場合であっても十分であり得る。
検出器4は、回折次数16x’(i)及び16y’(i)を別々に受け取り、回折次数16x’(i)に関する第1の検出信号をプロセッサ6に送り、回折次数16y’(i)に関する第2の検出信号をプロセッサ6に送るように、構成すべきである。第1及び第2の検出信号は、ともに図5に示すような形になるはずである。
或いは、図10に示すように、プロセッサ6によって制御されたアクチュエータ26によって、左右に約90°、プレート21を回転することが可能である。アクチュエータ26は、適切な接続用デバイス(図示せず)によってプレート21に接続される。回転は、位置合わせビーム・スポット部分24xが、列上に衝突し、それと同時に位置合わせビーム・スポット部分24yが、行上に衝突したとき、実施することができる。しかし、或いは、位置合わせビーム・スポット部分24xが、列上に衝突したときはいつでも、位置合わせビーム・スポット部分24yが、1つの行に隣接した又は2つの行間にあるマーク部分上に衝突するように、及びその逆の場合になるように、スポット24及びマークM3の互いに対する移動を可能にすることができる。したがって、回折次数は、移動中、位置合わせビーム・スポット部分24x及び位置合わせビーム・スポット部分24yどちらかが起源となることができる。
アクチュエータ26によってプレート21を連続的に約90°回転することによって、検出器4は、図5に示す信号のような検出器信号をプロセッサ6へ送るが、連続的な最大値Imaxは、マークM3の行及び列に連続的に合致することになる。プロセッサ6が最大値Imaxを検出したときはいつでも、プレート21は、プロセッサ6によって制御され約90°回転することができる。次いで、制御信号が、プロセッサ6によって発生されて、プレート21を回転するように構成されたアクチュエータ26に送られる。
図11に示す代替構成では、プレート21が回転されず、測定構成が2つのプレート21及び21’を含み、両方がプレート21と同様に形作られるが、一方のプレート21は、図4に示すようにy方向に互いに隣接したホール20、22を有し、他方のプレート21’は、x方向に互いに隣接したホール20’、22’を有する。次に、これらのプレート21、21’は、位置合わせビーム・スポット部分24x、24yがそれぞれ生じる回折次数のゼロ次回折次数を連続的に妨げるように、アクチュエータ26’によって駆動される。アクチュエータ26’は、適切な接続用デバイス(図示せず)によってプレート21、21’に接続され、プロセッサ6によって制御される。
代替実施例では、位置合わせビーム・スポット部分24x、24yが同時に発生されず、時間的に交互に発生される。これは、2つの交互に駆動されるレーザ源によって実施することができ、それらの一方が位置合わせビーム・スポット部分24xを発生し、他方のレーザ源が位置合わせビーム・スポット部分24yを発生する。しかし、他の代替実施例では、これは、単一レーザ源を使用し、異なって形作られたシャッタを用いて実施することができ、その一方のシャッタがある方向にスリットを有し、他方が別の直角の方向にスリットを有し、レーザ源のレーザ・ビーム中で交互に駆動される。他の実施例では、2つのビーム整形用対物部及び周波数変調器と組み合わせて、ビーム・スプリッタを使用する。本発明は、その技術的に等価な実施例に限定されない。
スポット24とマークM3の間の相対的な移動が、矢印Aで示したように、直線に従う必要はないことが、当業者に明らかなはずである。相対的移動は、ともにx方向及びy方向にそれぞれステップ状でもよく、1つ又は複数のそれぞれ列及び行のステップ・サイズである。その最も簡単な形では、そのようなステップ状の移動は、図3に示しその図を参照して説明したように、まずx方向に相対的に移動して位置合わせビーム・スポット部分24xによって列すべてを測定し、次いで、y方向に相対的に移動して位置合わせビーム・スポット部分24yによって行すべてを測定することになり、又はその逆もまた同様になる。後者のケースでは、位置合わせビーム・スポット部分24xは、長さがLyに等しく、位置合わせビーム・スポット部分24yは、長さがLxに等しくすることができる。さらに、このステップ状の移動をさせたとき、マークM3によって放射された回折次数のセットは、位置合わせビーム・スポット部分24x及び24yが交互に起源しないことがある。他の次数の起源があり得る、たとえばまず位置合わせビーム・スポット部分24xが起源の2つのセットの回折次数があり得、次いで位置合わせビーム・スポット部分24yからの2セットがあり得る。
示した実施例では、マークM3は、y方向と同じように多いx方向の正方形形状構造を含む。しかし、これらの数は、変わってもよく、x及びy方向で違ってもよい。さらに、正方形形状構造19のサイズ、並びにピッチは、x及びy方向では異なってもよい。構造は、所望なら他の形状を有することができる。
図8aに、従来技術の粗いマークM4を示し、一方図8bに、本発明による粗いマークM5を示す。マークM4及びM5は、ともに列及び行の形で配列された複数の正方形形状構造を含む。マークM4は、y方向のピッチがPyであり、行すべてに等しいが、2つの隣接した列間の1つのピッチが、他の隣接した列間の他のピッチPx1とは異なるPx2である。当業者に知られているように、マークM4は、粗い位置合わせを実施するのに使用することができる。というのは、それは位置合わせ放射を生成し、その結果、検出器4の信号は、図5に示す信号と類似の信号になるが、信号中の他の相互間隔から別の相互間隔で、2つの隣接した最大値を有することになるからである。これによって、より大きいピッチPx2を有したスペースに隣接した2つの列を粗く識別するための、プロセッサ6への任意選択肢が得られる。
図8bに、x方向に1つの(又は複数の)異なるピッチ(等)Px2を有するだけでなく、y方向にもy方向の他のピッチPy1とは異なる1つの(又は複数の)ピッチ等Py2を有するマークM5を示す。したがって、マークM5によって、x方向及びy方向ともに粗い位置合わせを実施するための、図2の位置合わせ構成への任意選択肢が得られる。
マークM3に関して見られたように、マークM5は、x方向及びy方向のサイズ、及びピッチが異なる四角形形状構造を有してもよい。さらに、列の数は、行の数と必ずしも同じである必要はない。必要なら、正方形又は四角形形状構造でない他の構造を使用してもよい。
当業者に明らかになるように、マークM3及びM5は、対象物、たとえば基板又は基板テーブル上に、リソグラフィ装置中の露光プロセスによって作ることができる。その目的で、適切なマーク・パターンを有したレチクルが、そのようなリソグラフィ装置中で使用される。図9に、概略的に示すように、1つ又は複数のマーク・パターンMPを有したそのようなレチクルMA1を示す。1つ又は複数のマーク・パターンMPは、基板W上のx方向及びy方向のスクライブレーンと対応したレチクル・スクライブレーン30中に配置され、当業者に知られた方法で図1に示す装置によって基板W上に投射される。図8に、レチクルMA1が、当業者に知られたように、基板W上のダイ領域上に写像される構造と対応したレチクル領域32も有することを示す。
図2を参照して示す構造によって、アクチュエータ8が基板テーブルWTを移動し、それによって基板Wを横切る位置合わせビーム18が移動することが示されているが、位置合わせビーム18は、適切な装置、たとえば位置合わせビーム18、したがってスポット部分24x、24yを、基板Wを横切って掃引するように駆動されるミラーによって移動することができ、一方それゆえ基板テーブルWT、したがって基板Wが固定位置に留まることになることを理解すべきである。
本文においてIC製造中のリソグラフィ装置の使用について具体的に言及してきたかもしれないが、本明細書に述べたリソグラフィ装置は、光集積システム、磁気領域メモリ(magnetic domain memory)の誘導及び検出パターン、フラット・パネル表示装置、液晶表示装置(LCD)、薄膜磁気ヘッド他の製造など、他の用途を有することができることを理解すべきである。そのような代替用途の文脈では、用語「ウェハ」又は「ダイ」の本明細書でのどのような使用も、それぞれより一般的な用語「基板」又は「対象部分」と同義であると見なすことができることを、当業者は理解されるはずである。本明細書で言及される基板は、露光前又はその後、たとえばトラック(通常、レジスト層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール)、測定ツール、及び/又は検査ツール中で処理することができる。適用できる場合、本明細書での開示は、そのような及び他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、たとえば複数層のICを生成するために、一度より多く処理することができ、したがって本明細書で使用する用語「基板」は、複数の処理された層をすでに含んだ基板を言うこともある。
光学的リソグラフィの文脈で本発明の実施例の使用について、上記で具体的に言及したことがあるかもしれないが、本発明は、他の用途、たとえばインプリント・リソグラフィ又は浸漬リソグラフィで使用することができ、文脈が許す場合、光学的リソグラフィに限定されないことが、理解されるはずである。インプリント・リソグラフィでは、パターン形成デバイス中のトポグラフィが、基板上に生成されるパターンを画定する。パターン形成デバイスのトポグラフィが、基板に施されたレジスト層中に押圧され、その基板上でレジストが、電磁気放射、熱、圧力又はその組み合わせを加えることによって、硬化することができる。パターン形成デバイスは、レジストから取り外され、レジストが硬化後、その中にパターンが残される。
上部側の位置合わせの文脈で本発明の実施例の使用について、上記に具体的に言及してきたかもしれないが、本発明は、位置合わせマークがウェハの底部側に配置された用途において、使用することができることを理解されるはずである。
具体的な位置合わせマークの寸法を有した実施例の使用について、上記に具体的に言及してきたかもしれないが、CMP(化学的機械研磨)、PVD(物理的気相成長法)、又はエッチングのようないくつかのプロセスについて、位置合わせマークの感度を減少するようなマーク寸法の調節が、本発明の範囲を逸脱せず実施できることを理解されるはずである。
本明細書で使用する用語「放射」及び「ビーム」は、紫外(UV)線(たとえば、波長が、365、355、248、193、157又は126nm、或いはほぼそれらの値の波長)、及び極紫外(EUV)線(たとえば、波長が、5〜20nmの範囲内)、並びにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを含め、すべてのタイプの電磁気放射を包含する。
文脈が許す場合、用語「レンズ」は、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電気の光学的要素を含め、様々なタイプの光学的要素のいずれか1つ又はその組み合わせを言うことができる。
本発明の具体的な実施例について、上記に述べてきたが、本発明は、述べたようにではなく実施できることを、理解されるはずである。たとえば、本発明は、上記に開示した方法を記述した、1つ又は複数のシーケンスの機械可読の命令を含んだコンピュータ・プログラム、或いはそのようなコンピュータ・プログラムをその中に格納したデータ格納媒体(たとえば、半導体メモリ、磁気ディスクや光ディスク)の形を取ることができる。
上記の記述は、説明するもので、限定するようには企図されていない。したがって、変更が、特許請求の範囲に述べられた範囲を逸脱せず、説明した本発明に実施できることは、当業者に明らかなはずである。たとえば、図面に、1つの装置から他の装置に信号を送る物理的接続部が示されていることがある。しかし、通信接続部は、すべて無線式であってもよい。
本発明の実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 レーザ・ステップ位置合わせ構成の概略図である。 図2のレーザ・ステップ位置合わせ構成中に使用することができるマークを示す図である。 図2の位置合わせ構成中のマーク及びその放射の一部分を送るためのプレートによって伝達される位置合わせ放射の例を示す図である。 図4に示す位置合わせ放射を受け取る検出器の出力信号を示す図である。 単一位置合わせマークに基づき2次元位置合わせ測定を行うために使用することができる位置合わせビーム測定スポットの概略例を示す図である。 遮断デバイスを示す図である。 1次元の粗いマーク及び2次元の粗いマークの例をそれぞれ示す図である。 1次元の粗いマーク及び2次元の粗いマークの例をそれぞれ示す図である。 マーク・パターンを有したレチクルを示す図である。 回折パターンの回折次数を遮断するための、代替の遮断デバイスを示す図である。 回折パターンの回折次数を遮断するための、代替の遮断デバイスを示す図である。
符号の説明
SO 放射源
BD ビーム転送システム
IL 照明器、照明システム
IN インテグレータ
CO コンデンサ
WT 基板テーブル、ウェハ・テーブル
B 放射ビーム
AD 調節器
MT 支持構造、マスク・テーブル
PS 投射システム、屈折投射レンズ・システム
W 基板、レジスト被覆ウェハ
PW 第2の位置決め器
IF 位置センサ
MA パターン形成デバイス、マスク
PM 第1の位置決め器
M1、M2 マスク位置合わせマーク
P1、P2 基板位置合わせマーク
2 レーザ源
4 検出器
6 プロセッサ
8 アクチュエータ
10 ミラー
12 半透過型ミラー、第2のミラー
14 ミラー
16 レーザ・ビーム
16’ 回折放射
16’(i) 位置合わせ放射の回折パターン、回折次数
16x’(i) 回折次数
16y’(i) 回折次数
17 位置合わせビーム・スポット、スポット
18 位置合わせビーム
19 正方形形状構造、構造
1911 左側最低部の正方形形状構造
19ru 右側最高部の正方形形状構造
20 ホール
21 プレート
22 ホール
20’ ホール
21’ プレート
22’ ホール
24 位置合わせビーム・スポット、スポット
24x 位置合わせビーム・スポット部分、第1のスポット部分、スポット部分
24y 位置合わせビーム・スポット部分、第2のスポット部分、スポット部分
26 アクチュエータ
26’ アクチュエータ
29 プレート
31、33、35、37 ホール
30 レチクル・スクライブレーン
32 レチクル領域
M3 マーク
M4 粗いマーク、マーク
M5 粗いマーク、マーク
W1 幅
L1 長さ
S1 間の距離
Ws 幅
Ls 長さ
P1 ピッチ
P2 ピッチ
Lx x方向のマークM3の長さ、長さ
Ly y方向のマークM3の長さ、長さ
A 矢印
Px1 他の隣接した列間の他のピッチ
Px2 異なるピッチ、ピッチ
Py y方向のピッチ
Py1 y方向の他のピッチ
Py2 ピッチ
MP 1つ又は複数のマーク・パターン
MA1 レチクル

Claims (13)

  1. リソグラフィ装置において、
    光源、光学的要素、及び検出器を含んだ位置合わせ構成であって、
    前記光源が、光ビームを生成するように構成され、
    前記光学的要素が、
    前記光ビームを受け取り、
    第1の方向に延在した第1の位置合わせビーム・スポット部分及び前記第1の方向に実質的に直角の第2の方向に延在した第2の位置合わせビーム・スポット部分を有した位置合わせビーム・スポットを有した位置合わせビームを生成し、
    前記位置合わせビームを、対象物上のm行及びn列(m、nは2以上の自然数)の形で配列された複数の構造を有する少なくとも1つのマークに向けるように構成され、
    前記少なくとも1つのマークから戻った位置合わせ放射を受け取り、
    前記位置合わせ放射を前記検出器へ送り、
    前記検出器が、
    前記位置合わせ放射に基づき位置合わせ信号を生成するように構成される、
    位置合わせ構成と、
    前記位置合わせビームと前記対象物の間での相対的な移動を実施するアクチュエータと、
    前記アクチュエータ及び前記検出器に接続されたプロセッサであって、
    使用の際、前記位置合わせビーム・スポットを、前記少なくとも1つのマークを横切って実質的に対角線上で移動させることにより、前記少なくとも1つのマークの前記構造の列を横切って前記第1の位置合わせビーム・スポット部分を走査するとともに、前記少なくとも1つのマークの前記構造の行を横切って前記第2の位置合わせビーム・スポット部分を走査するように、前記アクチュエータを制御し、
    前記検出器から前記位置合わせ信号を受け取り、
    前記位置合わせ信号に基づき前記少なくとも1つのマークの2次元位置を算出するように構成されたプロセッサと
    を含み、
    前記第1及び第2の位置合わせビーム・スポット部分が互いに中央で交差するとともに、前記第1の位置合わせビーム・スポット部分が、前記複数の構造の列の長さの略2倍の第1の長さを有し、前記第2の位置合わせビーム・スポット部分が、前記複数の構造の行の長さの略2倍の第2の長さを有するように、前記位置合わせビーム・スポットを前記光源及び前記光学的要素が生成するように構成され、
    前記プロセッサは、前記第1、第2の位置合わせビーム・スポット部分の交点を、前記複数の構造の対角線に沿って移動させることを特徴とするリソグラフィ装置。
  2. 前記位置合わせ放射が、前記第1の位置合わせビーム・スポット部分によって生じた第1の回折パターンの第1のゼロ次回折次数と、前記第2の位置合わせビーム・スポット部分によって生じた第2の回折パターンの第2のゼロ次回折次数とを含み、
    前記リソグラフィ装置が、前記第1及び第2のゼロ次回折次数をともに遮断するように構成された遮断デバイスを含む、請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  3. 前記遮断デバイスが、前記第1の回折パターンの、1つ又は複数の第1のより高い回折次数と、前記第2の回折パターンの、1つ又は複数の第2のより高い回折次数とを送るように構成された複数のホールを有したプレートを含む、請求項に記載のリソグラフィ装置。
  4. 前記第1及び第2のゼロ次回折次数が、プレート部分によって連続的に遮断されるように、前記遮断デバイスが、前記プレート部分と、前記遮断デバイスを回転するように構成されたアクチュエータとを有したプレートを含む、請求項に記載のリソグラフィ装置。
  5. 前記第1及び第2のゼロ次回折次数が、連続的に遮断されるように、前記遮断デバイスが、第1のプレート部分と、第2のプレート部分を有した第2のプレートと、前記第1及び第2のプレートを移動するように構成されたアクチュエータとを含む、請求項に記載のリソグラフィ装置。
  6. 前記マークが、2次元の粗いマークであり、
    前記プロセッサが、前記位置合わせ信号に基づき粗い2次元の位置を算出するように、構成される、請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  7. 前記リソグラフィ装置が、
    放射ビームを調整するように構成された照明システムと、
    前記放射ビームにその断面においてパターンを付与してパターン形成された放射ビームを形成することが可能なパターン形成デバイスを支持するように構築された支持部と、
    前記パターン形成された放射ビームを基板の対象部分上に投射するように構成された投射システムとを含む、請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  8. 前記リソグラフィ装置が、浸漬リソグラフィを実施するように構成される、請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  9. 前記対象物が、前記リソグラフィ装置によって露光される上部側と、底部側とを有した基板であり、
    前記少なくとも1つのマークが、前記底部側上に配置される、請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  10. リソグラフィ装置中の位置合わせ測定方法において、
    第1の方向に延在した第1の位置合わせビーム・スポット部分、及び前記第1の方向に実質的に直角の第2の方向に延在した第2の位置合わせビーム・スポット部分を有し、かつ前記第1及び第2の位置合わせビーム・スポット部分が互いに中央で交差する位置合わせビームを生成し、前記位置合わせビームを対象物上の少なくとも1つのマークに向けるステップであって、前記少なくとも1つのマークは、m行及びn列(m、nは2以上の自然数)の形で配列された複数の構造を有する、ステップと、
    前記位置合わせビーム・スポットを、前記第1、第2の位置合わせビーム・スポット部分の交点が前記複数の構造の対角線に実質的に沿うように移動させることにより、前記少なくとも1つのマークの前記構造の列を横切って前記第1の位置合わせビーム・スポット部分を走査するとともに、前記少なくとも1つのマークの前記構造の行を横切って前記第2の位置合わせビーム・スポット部分を走査するステップと、
    前記少なくとも1つのマークから戻った位置合わせ放射を受け取るステップと、
    前記位置合わせ放射に基づき位置合わせ信号を生成するステップと、
    前記位置合わせ信号に基づき前記少なくとも1つのマークの2次元位置を算出するステップと
    を含み、
    前記第1の位置合わせビーム・スポット部分が、前記複数の構造の列の長さの略2倍の第1の長さを有し、前記第2の位置合わせビーム・スポット部分が、前記複数の構造の行の長さの略2倍の第2の長さを有することを特徴とする方法。
  11. 前記対象物が、基板であり、
    前記位置合わせ信号に基づき前記少なくとも1つのマークの2次元位置を算出するステップの処置の後、前記方法が、
    前記対象物の対象部分上にパターン形成された放射ビームをもたらすステップと、
    前記対象物からデバイスを製造するステップとを含む、請求項10に記載の方法。
  12. リソグラフィ装置のプロセッサにロードされ、前記リソグラフィ装置による、位置合わせ測定方法の実施を可能にするように構成されたデータ及び命令を含む、コンピュータ・プログラムであって、
    光学的要素が、第1の方向に延在した第1の位置合わせビーム・スポット部分、及び前記第1の方向に実質的に直角の第2の方向に延在した第2の位置合わせビーム・スポット部分を有し、かつ前記第1及び第2の位置合わせビーム・スポット部分が互いに中央で交差する位置合わせビームを生成し、前記位置合わせビームを対象物上の少なくとも1つのマークに向けるステップであって、前記少なくとも1つのマークは、m行及びn列(m、nは2以上の自然数)の形で配列された複数の構造を有する、ステップと、
    前記プロセッサが、前記位置合わせビームと前記対象物の間での相対的な移動を実施するアクチュエータに指示して、前記位置合わせビーム・スポットを、前記第1、第2の位置合わせビーム・スポット部分の交点が前記複数の構造の対角線に実質的に沿うように移動させることにより、前記少なくとも1つのマークの前記構造の列を横切って前記第1の位置合わせビーム・スポット部分を走査させ、かつ前記少なくとも1つのマークの前記構造の行を横切って前記第2の位置合わせビーム・スポット部分を走査させるステップと、
    検出器が、前記少なくとも1つのマークから戻った位置合わせ放射を受け取り、前記位置合わせ放射に基づき位置合わせ信号を生成するステップと、
    プロセッサが、前記位置合わせ信号に基づき前記少なくとも1つのマークの2次元位置を算出するステップと、
    を実行させ
    前記第1の位置合わせビーム・スポット部分は、前記複数の構造の列の長さの略2倍の第1の長さを有し、前記第2の位置合わせビーム・スポット部分は、前記複数の構造の行の長さの略2倍の第2の長さを有することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
  13. 請求項12に記載のコンピュータ・プログラムを記憶した、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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