JP4943530B2 - アライメントターゲットのコントラストを大きくするための方法およびシステム - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、一般には半導体ウェーハを製造するためのリソグラフィ装置に使用されるタイプの照明システムに関する。

[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の上に、通常は基板のターゲット部分の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）の製造の際に使用することができる。その場合、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を使用して、ＩＣの個々の層の上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。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、１つまたは複数のダイの部分を含む）の上に転写することができる。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）の層の上に、ＵＶ放射ビームを使用してパターンを結像させることによる。一般に、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣り合うターゲット部分からなるネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置は、全パターンをターゲット部分の上に一度に露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームによってスキャンすると同時に、この方向に対し平行または逆平行に基板をスキャンすることによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することもまた可能である。他のリソグラフィシステムは、パターニングデバイスが存在せず、その代わりに光ビームが２つのビームに分割され、かつ、これらの２つのビームが、反射システムを使用することによって基板のターゲット部分で干渉する干渉リソグラフィシステムである。この干渉により、基板のターゲット部分の上に線が形成されることになる。

[0003] リソグラフィ装置は、通常、ウェーハ上のアライメントマークの位置を検出し、かつ、マスクからの正確な露光を保証するために該アライメントマークを使用してウェーハを位置合わせするためのアライメントシステムを備えている。ダブルパターニングプロセスの場合、アライメントマークを有する第１のレジスト層は、その上に第２のレジスト層がコーティングされるが、そのコーティングは、第１および第２のレジスト層のエッチングに先立って実施される。ダブルパターニングシステムの場合、第１のレジスト層中のアライメントマークを使用してマスクが位置合わせされ、かつ、第２のレジスト層が露光される。しかしながら、第１のレジスト層中のアライメントマークは、その上に第２のレジスト層がコーティングされているため、消滅する可能性があり、あるいはアライメント波長で照明されると、貧弱なコントラストおよび弱い回折次数を提供する可能性がある。ダブルパターニングシステムにおける上記アライメント欠陥を克服するための方法およびシステムが必要である。

[0004] 本発明の一実施形態によれば、ダブルパターニングプロセスにおけるウェーハを位置合わせするための方法が提供される。この方法には、第１の光学特性を有する第１のレジスト層を堆積させる工程と、第１の光学特性を有する少なくとも１つのアライメントマークを第１のレジスト層の中に形成する工程が含まれている。この方法には、さらに、第１のレジスト層を現像する工程と、第１のレジスト層の上に第２の光学特性を有する第２のレジスト層を堆積させる工程が含まれている。第１および第２のレジスト層ならびにアライメントマークの組合せは、アライメントマークに入射する所定の波長の放射によって、第１および第２のレジスト層の光学特性の関数としての第１の次数またはより高い次数の回折が生成されるように構成されている。

[0005] 一実施形態では、第１のレジスト層中のアライメントマークおよび第２のレジスト層の一部が相俟って回折格子を形成している。回折格子は、アライメントのために使用される波長で照明されると、第１の次数またはより高い次数の回折を強化し、一方、ゼロ番目の次数の回折および鏡面反射を実質的に小さくする。

[0006] この方法には、さらに、アライメントのために使用される所定の波長の放射で照明されると、吸収し、蛍光を発し、あるいは発光する色素または光活性化合物を第１および第２のレジスト層のうちの一方または両方に注入する工程と、第１のレジスト層を堆積させる前に、第１のレジスト層に光活性化合物／色素を加える工程が含まれている。色素または光活性化合物は、第１のレジスト層を堆積させている間に第１のレジスト層に加えることができる。別法としては、色素または光活性化合物は、第１のレジスト層を現像した後に第１のレジスト層に加えることも可能である。他の実施形態では、この方法には、現像する工程の後に第１のレジスト層を凍結させる工程と、第１のレジスト層を凍結させるために使用される凍結剤に光活性化合物を加える工程が含まれている。さらに他の実施形態では、色素または光活性化合物は、第２のレジスト層のみに加えられる。他の実施形態では、色素または光活性化合物は、第１のレジスト層をパターニングした後に第１のレジスト層に加えられる。さらに他の実施形態では、第１のレジスト層と第２のレジスト層の間の光学コントラストを大きくし、かつ、第１のレジスト層中のアライメントマークに入射する放射の回折を改善するために、第１の色素または光活性化合物が第１のレジスト層に加えられ、また、第２の光活性化合物または色素が第２のレジスト層に加えられる。

[0007] 本発明の他の実施形態によれば、第１の光学特性を有する第１のレジスト層と、第１のレジスト層の上に堆積された、第２の光学特性を有する第２のレジスト層とを備えた光学エレメントが提供される。これらの第１および第２のレジスト層の組合せによって形成されるアライメントマークにより、アライメントのために使用される所定の波長で照明されるとコントラストが改善される。一実施形態では、アライメントのために使用される波長で照明されるとレジスト層の光学特性に影響を及ぼす色素または光活性化合物が第１および第２のレジスト層のうちの一方または両方に注入される。

[0008] 本発明のさらに他の実施形態によれば、放射ビームを条件付けるように構成された照明源と、反射型基板であって、該基板を位置合わせするためのアライメントターゲットを含んだ反射型基板とを備えたリソグラフィ装置が提供される。基板は、第１の光学特性を有する第１のレジスト層、および第１のレジスト層の頂部に堆積された、第２の光学特性を有する第２のレジスト層を備えている。これらの第１および第２のレジスト層の組合せによって形成される回折格子により、アライメントのために使用される所定の波長で照明されるとコントラストが改善される。一実施形態では、アライメントのために使用される波長で照明されるとレジスト層の光学特性に影響を及ぼす色素または光活性化合物が第１および第２のレジスト層のうちの一方または両方に注入される。

[0009] 本明細書に組み込まれ、かつ、本明細書の一部をなしている添付の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を示したもので、以下の説明と共に、本発明の原理を説明し、かつ、当業者による本発明の製造および使用を可能にする役割をさらに果たしている。

[0010]本発明によるリソグラフィ装置を示す図である。 [0011]一例示的アライメントシステムを示す略線図である。 [0012]異なる可能アライメントマークの例を示す平面図である。 異なる可能アライメントマークの例を示す平面図である。 異なる可能アライメントマークの例を示す平面図である。 異なる可能アライメントマークの例を示す平面図である。 異なる可能アライメントマークの例を示す平面図である。 [0013]アライメントマークの配置例を示す図である。 [0014]ダブルパターニングプロセスを使用して形成されたパターンの一例を示す図である。 [0015]ダブルパターニングプロセスリソフリーズリソエッチ（LFLE）プロセスの一例を示す図である。 [0016]第１のレジスト層中のアライメントマークからの弱い回折次数を示す図である。 [0017]第１のレジスト層中のアライメントマークからの強い回折次数を示す図である。 [0018]従来通りに染色されたレジストに対する透過スペクトルの一例を示すグラフである。 [0019]本発明の一実施形態による色素の例に対するモル吸光係数を示すグラフ例である。 本発明の一実施形態による色素の例に対するモル吸光係数を示すグラフ例である。 [0020]本発明の一実施形態による、高コントラストアライメントマークを生成し、かつ、ウェーハを位置合わせするために実行される工程を示す流れ図の一例である。

[0021] 以下、本発明の１つまたは複数の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図において、同様の参照番号は、全く同じエレメントまたは機能的に類似したエレメントを示し得る。参照番号の一番左側の１つまたは複数の桁は、その参照番号が最初に出現する図面を識別し得る。

[0022] 本明細書には、本発明の特徴を組み込んだ１つまたは複数の実施形態が開示されている。開示されている１つまたは複数の実施形態は、単に本発明を例示したものにすぎない。本発明の範囲は、開示されている１つまたは複数の実施形態に限定されない。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されている。

[0023] 説明されている１つまたは複数の実施形態、および本明細書における「一実施形態」、「一例示的実施形態」、等々の参照は、説明されている１つまたは複数の実施形態が、特定のフィーチャ、構造または特性を備えることができることを示しているが、必ずしもすべての実施形態がこれらの特定のフィーチャ、構造または特性を備えることができるわけではない。また、このような言い回しは、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定のフィーチャ、構造または特性が１つの実施形態に関連して記述されている場合、明確に記述されている、あるいはされていないにかかわらず、このようなフィーチャ、構造または特性を他の実施形態に関連して実施することは、当業者の知識の範疇であることを理解されたい。

[0024] 本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの任意の組合せの中で実施することができる。また、本発明の実施形態は、機械可読媒体上に記憶された命令であって、１つまたは複数のプロセッサが読み取り、かつ、実行することができる命令として実施することも可能である。機械可読媒体は、機械（例えば計算デバイス）による読取りが可能な形態で情報を記憶し、あるいは転送するための任意の機構を備えることができる。例えば、機械可読媒体は、リードオンリメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響または他の形態の伝搬信号（例えば搬送波、赤外線信号、ディジタル信号、等々）などを含むことができる。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令は、本明細書においては、特定のアクションを実行するものとして記述することができる。しかしながら、このような記述は、単に便宜上のものにすぎないこと、また、このようなアクションは、実際、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令、等々を実行する計算デバイス、プロセッサ、コントローラまたは他のデバイスの結果によるものであることを理解されたい。

[0025] 図１Ａは、本発明と共に使用するために適したリソグラフィ装置の一実施形態を概略的に示したものである。この装置は、放射ビームＢ（例えばUV放射またはDUV放射）を条件付け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をサポートするように構築されたサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴであって、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決めするように構成された第１ポジショナＰＭに接続されたサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、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築された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴであって、特定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ポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイス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のターゲット部分Ｃ（例えば１つまたは複数のダイが含まれている）の上に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳとを備えている。

[0026] 照明システムは、放射を導き、整形し、あるいは制御するための屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント、磁気光学コンポーネント、電磁光学コンポーネント、静電光学コンポーネントまたは他のタイプの光学コンポーネントあるいはそれらの任意の組合せなどの様々なタイプの光学コンポーネントを備えることができる。

[0027] サポート構造はパターニングデバイスを支持している。つまり、サポート構造は、パターニングデバイスの重量を支えている。サポート構造は、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他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境中で保持されているか否かなどに応じた方法でパターニングデバイスを保持している。サポート構造には、パターニングデバイスを保持するための、機械式クランプ技法、真空クランプ技法、静電クランプ技法または他のクランプ技法を使用することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定または移動させ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。サポート構造は、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配置することができる。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語の同義語と見なすことができる。

[0028] 本明細書において使用されている「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板のターゲット部分にパターンを生成するべく使用することができる任意のデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。例えば、パターンに位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャが含まれている場合、放射ビームに付与されるパターンは、基板のターゲット部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。放射ビームに付与されるパターンは、通常、ターゲット部分に生成されるデバイス、例えば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。

[0029] パターニングデバイスは、透過型であってもあるいは反射型であってもよい。パターニングデバイスの例には、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パネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいてはよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフトおよびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプが知られている。プログラマブルミラーアレイの例には、マトリックスに配列された、入射する放射ビームが異なる方向に反射するようにそれぞれ個別に傾斜させることができる微小ミラーが使用されている。これらの傾斜したミラーによって、ミラーマトリックスで反射した放射ビームにパターンが付与される。

[0030] また、干渉リソグラフィシステムにはパターニングデバイスが存在せず、その代わりに光ビームが２つのビームに分割され、かつ、これらの２つのビームが、反射システムを使用することによって基板のターゲット部分で干渉する。この干渉により、基板のターゲット部分の上に線が形成されることになる。

[0031] 本明細書において使用されている「投影システム」という用語は、使用される露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システムおよび静電光学システムまたはそれらの任意の組合せを始めとする任意の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。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。

[0032] 図に示されているように、この装置は、透過型（例えば透過型マスクを使用した）の装置である。別法としては、この装置は、反射型（例えば上で参照したタイプのプログラマブルミラーアレイを使用した、あるいは反射型マスクを使用した）の装置であってもよい。

[0033] 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（および／または複数のマスクテーブル）を有するタイプの装置であってもよい。このような「マルチステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、あるいは１つまた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つまたは複数のテーブルに対して予備工程を実行することができる。

[0034] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。放射源が例えばエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。このような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとは見なされず、放射ビームは、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備えたビームデリバリシステムＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外の例えば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

[0035] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えることができる。通常、イルミネータの瞳面内における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（一般に、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれている）は調整が可能である。また、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などの他の様々なコンポーネントを備えることができる。このイルミネータを使用して、所望の均一性および強度分布をその断面に有するように放射ビームを条件付けることができる。

[0036] 放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルMT）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクMA）に入射し、このパターニングデバイスよってパターニングされる。マスクＭＡを横切ってから、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後またはスキャン中に、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、第１ポジショナ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）の補助により実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナ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用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータだけに接続することができ、あるいは固定することができる。マスクＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整合させることができる。基板アライメントマークは、図示のように専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間のスペースに配置することもできる（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが用意される場合では、マスクアライメントマークはダイ間に配置することができる。

[0037] 図に示されている装置は、以下のモードのうちの少なくとも１つのモードで使用することができる。

[0038] １．ステップモード：マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止状態に維持され、一方、放射ビームに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃに１回で投影される（すなわち単一静的露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分Ｃが露光される。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、単一静的露光で結像するターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[0039] ２．スキャンモード：マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期スキャンされ、一方、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの倍率（縮小率）および画像反転特性によって決まり得る。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の幅（非スキャン方向の幅）が制限され、一方、スキャン運動の長さによってターゲット部分の高さ（スキャン方向の高さ）が決まる。

[0040] ３．その他のモード：プログラマブルパターニングデバイス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、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされ、一方、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、スキャン中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、ある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マブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上で参照したタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイス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。

[0041] 上で説明した使用モードの組合せおよび／または変形形態、あるいは全く異なる使用モードを使用することも可能である。

[0042] 図１Ｂは、一例示的アライメントシステムを示す略線図である。アライメントシステム１０は、図１Ａのリソグラフィ装置の一部であってもよい。アライメントセンサ１０は、ビームスプリッタ１４に電磁放射１３を提供する、レーザなどのコヒーレント照明源１２を備えている。電磁放射の一部は、コーティング１６で反射してアライメントマークすなわちターゲット１８を照明する。アライメントマークすなわちターゲット１８は、１８０度対称を有することができる。１８０度対称とは、アライメントマークすなわちターゲット１８がアライメントマーク１８の平面に対して対称直角軸の周りに１８０度回転すると、そのアライメントマークが非回転アライメントマークと実質的に全く同じになることを意味している。このことが真である軸は、対称軸と呼ばれている。一実施形態では、アライメントマーク１８は、シェブロンなどの一連の定義済みマークである。

[0043] アライメントマーク１８は、感光性基板すなわちウェーハの上または中に配置されている。感光性基板はステージ２２の上に置かれている。ステージ２２は、矢印２４で示されている方向にスキャンすることができる。アライメントマーク１８で反射した電磁放射は、ビームスプリッタ１４を通過して画像回転干渉計２６によって集光される。良好な品質の画像を形成する必要はないが、アライメントマークのフィーチャを解像しなければならないことを理解されたい。画像回転干渉計２６は、光学エレメントの任意の適切なセットであってもよいが、この画像回転干渉計２６は、アライメントターゲット１８と位置合わせされた場合に、偏光または振幅のうちのいずれかの点で電磁放射が強め合って、あるいは弱め合って干渉し、それによりアラインメントマーク１８の中心を容易に検出することができるようにするよう、アライメントマークの２つの画像を形成し、これらの画像のうちの一方の画像をもう一方の画像に対して１８０度回転させ、次にこれらの２つの画像を干渉によって再結合するプリズムの組合せであることが好ましい。干渉計２６によって確立される回転の中心を通過する光線によってセンサアライメント軸２７が画定される。ディテクタ２８は、画像回転干渉計２６から電磁放射を受け取る。ディテクタ２８は、次に、信号アナライザ３０に信号を提供する。信号アナライザ３０は、アライメントマーク１８の中心が決定されるとステージの位置が分かるようにステージ２２に結合されている。したがってアライメントマーク１８の位置は、ステージ２２を参照することによって極めて正確に分かる。別法として、アライメントセンサ１０を参照することによってアライメントマーク１８の中心が分かるようにアライメントセンサ１０の位置を知ることも可能である。したがって、基準位置に対するアライメントターゲット１８の中心の正確な位置が分かる。したがって、画像回転干渉計を使用したアライメントを使用することにより、アライメントシステムは、アライメントマークの中心を自己参照している。

[0044] 図２Ａ〜Ｅは、異なる可能アライメントマークの例の平面図である。図２Ａ〜Ｅは、異なるアライメントマークの単なる例にすぎないこと、また、本明細書における教示に基づいて、当業者によって容易に決定することができる多くの異なるアライメントマークを利用することができることを理解されたい。図２Ａは、正方形格子チェックボードアライメントターゲット１８Ａを示したものである。ターゲット１８Ａは、光学的に異なる２つのタイプの複数の正方形３４および３６からなっている。これらの２つのタイプの正方形は、パターン、反射率（振幅および／または位相）あるいはこれらの任意の組合せによって区別することができる。アライメントマーク１８Ａは、主として、互いに直角に配向された２つの線形回折格子のように機能しており、これらの２つの線形回折格子のうちの一方は、縁または線３２の配向に対して＋４５度の角度をなしており、また、もう一方は、縁または線３２に対して＋４５度の角度をなしている。

[0045] 図２Ｂは、菱形アライメントマーク１８Ｂを示したものである。このアライメントマーク１８Ｂは、縦方向に等間隔に間隔を隔てた複数の線４０からなっており、これらの線と線の間にスペース３８を有している。

[0046] 図２Ｃは、他のアライメントマーク１８Ｃを示したものである。このアライメントマーク１８Ｃは、スペース４２によって分離された複数の線４４を有している。これらのスペース４２は、異なる間隔すなわち寸法が異なるスペースである。したがってこれらの線４４は、異なるピッチすなわち周期を有している。これらの線４４の異なる周期は、中心線４６の周りに対称である。

[0047] 図２Ｄは、他のアライメントターゲット１８Ｄを示したものである。アライメントターゲット１８Ｄは交互の線を有しており、これらの線はスペース３９およびランド４１であってもよい。これらのスペース３９およびランド４１は、アライメントターゲット１８Ｄの長手方向の軸に対して４５度の角度をなしている。

[0048] 図２Ｅは、他のアライメントターゲット１８Ｅを示したものである。アライメントターゲット１８Ｅは交互の線を有しており、これらの線はスペース４５およびランド４３であってもよい。これらのスペース４５およびランド４３は、アライメントターゲット１８Ｅの長手方向の軸に対して４５度の角度をなしている。

[0049] 照明されたアライメントマーク１８から検出される信号は、照明波長がアライメントマーク１８の物理的、光学的または化学的特性にいかに良好に整合しているかによって、あるいはアライメントマーク１８と接触または隣接している材料の物理的、光学的または化学的特性にいかに良好に整合しているかによってその影響を受ける可能性がある。上で言及した特性は、使用されるリソグラフィプロセスに応じて変化する可能性があるため、最新技術によるアライメントシステムは、アライメントシステムによって検出されるアライメントマーク信号の品質および強度を最大化するために比較的帯域が狭い一組の離散照明波長を提供することができる。マークの位置に関する正確な情報を運ぶ改良型アライメントマーク信号により、リソグラフィツールのオーバーレイ性能を改善することができる。アライメントマークは、異なる構成で、ウェーハのアライメントを補助するウェーハ上の位置に置かれる。図３は、アライメントマーク１８Ａ〜Ｃの配置例を示したものである。フィールド２０Ａおよび２０Ｂは、より大きいウェーハ（例えばウェーハW）の一部であり、それぞれ４個のダイが含まれている。これらのダイは、スクライブライン３１、３３などの内部スクライブラインおよびスクライブライン３５、３７などの外部スクライブラインによって分離されている。アライメントマーク１８Ａおよび１８Ｂは、それぞれ内部スクライブライン３１および３３の中に置かれている。アライメントマーク１８Ｃおよび１８Ｄは、それぞれ外部スクライブライン３５および３７の中に置かれている。アライメントマーク１８を使用して、以下で説明するダブルパターニングプロセスにおけるウェーハが位置合わせされる。

[0050] ダブルパターニングプロセスの場合、レジスト線が２度プリントされ、第２のプリントは第１のプリントの上に間隙をおいて生じる。図４は、ダブルパターニングの一例を示したものである。パターン４０２は、ダブルパターン４０６が形成されるよう、パターン４００のレジスト線４０４の間隙４０８の間に間隙をおいてパターニングされている。ダブルパターニングによれば、より微細な解像度のリソグラフィが可能になり、また、利用可能なウェーハ面積をより有効に利用することができる。多くのダブルパターニングプロセスシーケンスを利用することが可能である。例えば、スペーサ、リソグラフィエッチリソグラフィエッチ（LELE）およびリソグラフィプロセスリソグラフィエッチ（LPLE）プロセスをダブルパターニングのために使用することができる。ＬＰＬＥの場合、ＬＥＬＥにおける第１のエッチングプロセスが不要であるため、ＬＰＬＥはＬＥＬＥより費用有効性に優れている。以下で説明するリソフリーズリソエッチ（LFLE）は、ＬＰＬＥの変形態様である。

[0051] 図５は、リソフリーズリソエッチ（LFLE）プロセスにおける工程例を示したものである。

[0052] 工程１で、下層反射防止膜（BARC）５０４、ポリシリコン５０６および二酸化ケイ素ＳｉＯ_２５０８の層の頂部に堆積された第１のレジスト層５０２中に、第１のパターン（アライメントマーク１８などの1つまたは複数のアライメントマークを含む）が画定される。この第１のパターンは、１：１のライン／スペース（L/S）比を有するマスク５００を使用して画定することができる。

[0053] 工程２で、第１のレジスト層５０２が、イオン注入、深紫外（DUV）露光または化学硬化のうちの１つまたは複数によって「凍結」(frozen)すなわち硬化される。

[0054] 工程３で、第１のレジスト層５０２の上に第２のレジスト層５１０がコーティングされ、かつ、マスク５１２を使用してパターニングされる。マスク５１２は、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８を使用して位置合わせされる。このマスク５１２も１：１のライン／スペース（L/S）比を有することができる。

[0055] 工程４で、第２のレジスト層５１０が現像される。

[0056] 工程５で、ポリシリコン層５０６がエッチングされる。

[0057] 上で説明したようなダブルパターニング技法における問題の１つは、第１のレジスト層５０２の上に第２のレジスト層５１０がコーティングされると、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８を使用して位置合わせされることである。第１のレジスト層５０２中に画定されたアライメントマーク１８は、レジスト層５０２に使用されるレジストの光学特性と同じ光学特性または同様の光学特性を有するレジスト層５１０が第１のレジスト層５０２の上にコーティングされると、アライメント波長で照明された場合に提供されるコントラストに対して消滅する可能性がある。したがって、アライメントシステム１０は、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８の像を形成することはできない。そのため、従来のアライメントシステムは、マスク５１２を第１のレジスト層５０２に位置合わせするために、先行する処理工程によって画定されたアライメントマーク（すなわちアライメントマークスタックにおけるより下側のアライメントマーク）の使用を余儀なくされている。例えば、工程３で、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８が消滅するか、あるいはマスク５１２を第１のレジスト層５０２に位置合わせするために使用されるアライメント波長の放射１３で照明されると、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８が貧弱なコントラストおよび弱い回折次数６００（図６参照）を提供する可能性がある。これは、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８の上に第２のレジスト層５１０がコーティングされることによるものである。

[0058] 本明細書において示されている実施形態によれば、たとえアライメントマーク１８の上に第２のレジスト層５１０がコーティングされても、第１のレジスト層５０２中にパターニングされたアライメントマーク１８の鮮鋭度を強調する手段が提供される。これらの実施形態によれば、アライメントのために使用される所定の波長の放射で照明されると、第１のレジスト層５０２中のアライメントマーク１８のコントラストが大きくなり、したがってより正確にウェーハを位置合わせすることができる。したがって、第１のレジスト層５０２を堆積させる前に光活性化合物または色素が加えられ、第１のレジスト層５０２と共に光活性化合物または色素が混合され、あるいは第１のレジスト層５０２を堆積させた後に光活性化合物または色素が加えられる。色素または光活性化合物は、色素または光活性化合物が第１のレジスト層の化学線特性を妨害しないように、あるいは工程２における第１のレジスト層５０２を凍結させる（freeze）能力を妨害しないように選択される。色素または光活性化合物は、所定のアライメント波長の放射１３で照明されると、第１の次数またはより高い次数の回折７００（図７参照）が生成され、かつ、強い高コントラストアライメント信号が提供されるよう、第１のレジスト層の光学特性を変化させるように構成されている。別法として、色素または光活性化合物は、アライメントのために使用される所定の波長で露光されるとアライメントマークに蛍光を発しさせ、あるいは発光させることも可能である。

[0059] 一実施形態では、第１のレジスト層５０２および第２のレジスト層５１０を結合して、アライメントシステム１０による検出が可能な回折格子を形成することができる。染色されたレジスト画像によって形成される回折格子によって、非染色レジスト層５１０がスペースを占めているレジスト層５０２中に反射回折次数を生成することができる。本発明の一実施形態によれば、第１および第２のレジスト層ならびにアライメントマークの組合せは、アライメントマークに入射する所定の波長の放射１３によって、それぞれ第１のレジスト層５０２および第２のレジスト層５１０の第１および第２の光学特性の関数としての第１の次数またはより高い次数の回折７００（図７参照）が生成されるように構成されている。一実施形態では、それぞれ第１のレジスト層５０２および第２のレジスト層５１０の個々の第１および第２の光学特性に基づいて、第１のレジスト層中のアライメントマークは、所定の波長の放射１３で照明されると、高コントラストおよび／または高次数回折を示す。第１および第２のレジスト層の光学特性は、以下で説明するように、それらに加えられる色素または光活性化合物から引き出される。第１または第２のレジスト層に色素が加えられない場合、それらは、これらの層を生成するために使用される天然レジスト溶液の光学特性を有することになる。

[0060] 一実施形態では、第１のレジスト層５０２を現像する前、または現像した後に、色素または光活性化合物を第１のレジスト層５０２に加えることができる。第１のレジスト層中のアライメントマーク１８などのパターンは、スピンコート凍結材料を利用することによって凍結させることができる。一実施形態では、凍結とは別に、第１のレジスト層５０２に色素または光活性化合物が同時に提供され、それによりアライメントシステムの波長で高コントラスト回折が提供されるよう、凍結材料を改質させることができる。アライメント波長の例には、それらに限定されないが、５３２ｎｍ、６３５ｎｍ、７８０ｎｍおよび８５０ｎｍを含むことができる。さらに他の実施形態では、ＢＡＲＣ５０４に加える前に、あるいはＢＡＲＣ５０４にレジスト溶液を加えている間に、第１のレジスト層５０２を形成するために使用される液体レジスト溶液に色素を加えることができる。他の実施形態では、第１のレジスト層５０２を現像し、かつ、凍結させた後に、色素またはフォトクロミック化合物を第１のレジスト層５０２に加えることができる。また、第１のレジスト層５０２のレジストの凍結および染色を同じプロセスシーケンスで達成することができるよう、凍結剤に色素を加えることも可能である。一実施形態では、第１のレジスト層５０２に加えられる色素または光活性化合物に光子を吸収させることができる。他の実施形態では、色素は、漂白／投光露光後にその光学特性が変化するスピロピランなどのフォトクロミック材料であってもよい。他の実施形態では、第１のレジスト層ではなく、色素または光活性化合物を使用して第２のレジスト層５１０を処理することができ、それにより第２のレジスト層５１０の光学特性が変化し、アライメントのために使用される波長で照明されると、第１の次数またはより高い次数の回折を強化し、一方、ゼロ番目の次数の回折および鏡面反射を実質的に小さくする回折格子を形成することになる第１および第２のレジスト層ならびにアライメントマーク１８の組合せが構成される。第１のレジスト層５０２ではなく、色素を使用して第２のレジスト層５１０を処理する利点は、第１のレジスト層５０２の現像および凍結などの重要なプロセスが不変の状態で維持されることである。

[0061] 図８は、従来通りに染色されたレジストに対する透過スペクトルの一例を示したものである。Ｙ軸は百分率透過率であり、また、Ｘ軸はナノメートル単位の波長である。グラフ８００は、マゼンタ染色レジストに対する透過率百分率を示しており、グラフ８０２は、シアン染色レジストに対する透過率百分率を示しており、また、グラフ８０４は、黄色染色レジストに対する透過率百分率を示している。

[0062] レジスト層に従来通りに色素を加えることにより、下方に位置しているパターンエッジからの散乱効果が抑制される。従来、色素は、レジスト層が化学線波長で露光されると、色素によってレジストの化学的特性が影響を受けない状態を維持し、位置合わせ波長におけるレジスト透明画のみが影響を受けるように選択される。グラフ８００から分かるように、５３２ｎｍなどのアライメント波長例におけるマゼンタ着色レジストの百分率透過率は約１５％である。グラフ８０４は、黄色色素に対する百分率透過率を示している。グラフ８０２では、６３５ｎｍのアライメント波長におけるシアン着色レジストの百分率透過率は約１０％である。したがって、レジスト層を染色するために使用されている最も一般的な従来の色素は、アライメント波長では小さい透過率を提供している。

[0063] 図９Ａおよび９Ｂは、本発明の一実施形態による色素の例に対するモル吸光係数を示すグラフ例を示したものである。図９Ａは、本発明の一実施形態による、メロシアニンに対するモル係数のグラフ９００を示したものであり、また、図９Ｂは、チアトリカルボシアニンに対するモル吸光係数のグラフ９０２を示したものである。

[0064] グラフ９００では、約５３２ｎｍのアライメント波長におけるメロシアニンのモル吸光係数はそのピークにある。７８０ｎｍのアライメント波長におけるチアトリカルボシアニンのモル吸光係数はそのピークにある。したがって、５３２ｎｍのアライメント波長を使用しなければならない場合、メロシアニン色素を使用してレジストを染色することができ、また、７８０ｎｍのアライメント波長を使用しなければならない場合、チアトリカルボシアニンを使用してレジストを染色することができる。一実施形態では、第１のレジスト層５０２および第２のレジスト層５１０のうちの一方または両方に両方の色素を加えることができ、したがって両方のアライメント波長を使用してアライメントマーク１８を照明することができる。グラフ９００およびグラフ９０２から分かるように、これらの色素は、アライメント波長の近傍においてのみ、大きいモル吸光係数を有している。アライメント波長で吸収し、蛍光を発し、あるいは発光する特性を備えた色素は、図９Ａおよび９Ｂの２つの色素例に限定されない。例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍおよび４３５ｎｍにおける化学線露光をサポートし、一方、アライメントシステム波長における吸着剤を維持する色素を見出すことができる。色素のタイプは、使用されるアライメント波長に基づいて選択することができ、本明細書において開示されている色素に限定されないことは当業者には理解されよう。

[0065] 図１０は、本発明の一実施形態による、高コントラストアライメントマークを生成し、かつ、ウェーハを位置合わせするために実行される工程を示す流れ図１０００の一例を示したものである。流れ図１０００について、図１〜９に示されている動作環境例を引き続いて参照して説明する。しかしながら、流れ図１０００は、これらの実施形態に限定されない。流れ図１０００に示されているいくつかの工程は、必ずしも図に示されている順序で実行しなければならないわけではないことに留意されたい。

[0066] 工程１００２で、第１の光学特性を備えた第１のレジスト層がウェーハの上に堆積され、かつ、少なくとも１つのアライメントマークを含むようにパターニングされる。例えば、アライメントのために使用される所定の波長の放射１３で照明されると、吸収し、蛍光を発し、あるいは発光し、一方、化学線波長の放射で照明されると透明である第１の光学特性を備えた第１のレジスト層５０２が堆積され、かつ、少なくとも１つのアライメントマーク１８を含むようにパターニングされる。

[0067] 工程１００４で、第１のレジスト層が現像され、かつ、凍結される。例えば、第１のレジスト層５０２が、イオン注入、ＤＵＶ露光または化学硬化のうちの１つを使用して現像および凍結される。

[0068] 工程１００６で、第２のレジスト層が第１のレジスト層の上に堆積される。第２のレジスト層は、アライメントのために使用される所定の波長の放射で照明されると、第１のレジスト層中のアライメントマークが、吸収し、蛍光を発し、あるいは発光し、一方、第２のレジスト層を介して化学線波長の放射で照明されると透明であるような第２の光学特性を有している。例えば、第２のレジスト層５１０が第１のレジスト層５０２の上に堆積される。一実施形態では、第１のレジスト層５０２と共に第２のレジスト層５１０を染色することができる。他の実施形態では、第２の光学特性を持たせるために第２のレジスト層５１０のみが染色される。さらに他の実施形態では、第２のレジスト層５１０を非染色にすることができ、したがって第２のレジスト層５１０の第２の光学特性は、非染色レジスト層の光学特性と同じである。

[0069] 工程１００８で、第１のレジスト層中のアライメントターゲットが所定の波長の放射で照明される。例えば、第１のレジスト層５０２中のアライメントターゲット１８が、アライメントのために使用される所定の波長の放射で照明される。

[0070] 工程１０１０で、アライメントターゲットで回折した高コントラスト放射を使用してウェーハが位置合わせされる。例えば、第１のレジスト層５０２中のアライメントターゲット１８からの高次数回折放射７００を使用してウェーハが位置合わせされる。

[0071] 本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的に言及することができるが、本明細書に記載のリソグラフィ装置には、集積光学システムの製造、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）、薄膜磁気ヘッドなど、他の応用分野がありうることを理解されたい。当業者であれば、このような他の応用分野において、本明細書では「ウェーハ」または「ダイ」という用語はどれも、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せることを理解されよう。本明細書でいう基板は、露光の前または後に、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に付け、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加工することができる。妥当な場合には、本明細書の開示は、このような、また他の基板加工ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作製するために２回以上加工されることがあり、そのため本明細書で使用される基板という用語はまた、加工された複数の層をすでに含む基板を指すこともある。

[0072] 本明細書において使用されている「放射」および「ビーム」という用語には、紫外線（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する放射またはその近辺の波長を有する放射）または極端紫外線（EUV）放射を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。

[0073] コンテキストが許容する場合、「レンズ」という用語は、屈折光学コンポーネントおよび反射光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントのうちの任意の１つまたは組合せを意味し得る。

[0074] 以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、説明されている方法以外の方法で実践することも可能であることは理解されよう。例えば、本発明の実施形態は、上で開示した方法を記述した１つまたは複数の機械読取可能命令を含んだコンピュータプログラムの形態を取ることができ、あるいはこのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体記憶装置、磁気ディスクまたは光ディスク）の形態を取ることができる。さらに、機械読取可能命令は、複数のコンピュータプログラムの中で具体化することができる。これらの複数のコンピュータプログラムは、１つまたは複数の異なるメモリおよび／またはデータ記憶媒体上に記憶することができる。
結論

[0075] 以上、本発明の様々な実施形態について説明したが、それらは一例として示したものにすぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部に様々な変更を加えることができることは当業者には理解されよう。したがって、本発明の広さおよび範囲を上で説明した何らかの例示的実施形態によって限定してはならず、本発明の広さおよび範囲は、唯一、特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ定義されるものとする。

[0100] 特許請求の範囲を解釈するために使用されるべく意図されているのは発明を実施するための形態の節であり、発明の概要および要約書の節ではないことを理解されたい。発明の概要および要約書の節は、本発明者の一人または複数が企図している本発明のすべての例示的実施形態を示したものではなく、そのうちの１つまたは複数を示したものにすぎず、したがって発明の概要および要約書の節には、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することは一切意図されていない。

Claims (15)

1. ダブルパターニングリソグラフィプロセスにおけるウェーハを位置合わせするための方法であって、
   第１の光学特性を有する第１のレジスト層を堆積させる工程と、
   前記第１の光学特性を有する少なくとも１つのアライメントマークを前記第１のレジスト層の中に形成する工程と、
   前記第１のレジスト層を現像する工程と、
   前記第１のレジスト層の上に第２の光学特性を有する第２のレジスト層を堆積させる工程であって、第１および第２のレジスト層ならびにアライメントマークの組合せが、前記アライメントマークに入射する所定の波長の放射によって、前記第１および第２の光学特性の関数としての第１の次数またはより高い次数の回折が生成される工程と
   を含む方法。
2. 前記第１のレジスト層中の前記アライメントマークおよび前記第２のレジスト層の一部が相俟って回折格子を形成する、請求項１に記載の方法。
3. アライメントのために使用される前記所定の波長の放射で照明されると、吸収し、蛍光を発し、あるいは発光する色素または光活性化合物を前記第１および第２のレジスト層のうちの一方または両方に注入する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. アライメントのために使用される前記所定の波長の放射で照明されると、吸収し、蛍光を発し、あるいは発光し、また、化学線波長の放射で照明されると透明である色素または光活性化合物を前記第１のレジスト層に注入する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１のレジスト層を堆積させる前に、前記第１のレジスト層に色素または光活性化合物を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のレジスト層を堆積させている間に、前記第１のレジスト層に色素または光活性化合物を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のレジスト層を現像した後に、前記第１のレジスト層に色素または光活性化合物を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記現像する工程の後に前記第１のレジスト層を凍結させる工程と、前記第１のレジスト層を凍結させるために使用される凍結剤に色素または光活性化合物を加える工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２のレジスト層に色素または光活性化合物を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１のレジスト層をパターニングした後に前記第１のレジスト層に色素または光活性化合物を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１のレジスト層と第２のレジスト層の間の光学コントラストを大きくし、かつ、前記第１のレジスト層中の前記アライメントマークに入射する放射の回折を改善するために、第１の色素または光活性化合物を前記第１のレジスト層に加え、かつ、第２の色素または光活性化合物を前記第２のレジスト層に加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 第１の光学特性を有する第１のレジスト層と、
    前記第１のレジスト層の上に堆積された、第２の光学特性を有する第２のレジスト層と
    を備えた光学エレメントであって、前記第１および第２のレジスト層の組合せによって形成されるアライメントマークにより、アライメントのために使用される所定の波長で照明されると、前記第１および第２の光学特性の関数としての第１の次数またはより高い次数の回折が生成される光学エレメント。
13. 前記アライメントマークおよび前記第２のレジスト層の一部が相俟って回折格子を形成する、請求項１２に記載の光学エレメント。
14. 第１および第２のレジスト層の組合せならびにアライメントマークが、アライメントのために使用される波長で照明されると、第１の次数またはより高い次数の回折を強化し、一方、ゼロ番目の次数の回折および鏡面反射を実質的に小さくする回折格子を形成する、請求項１３に記載の光学エレメント。
15. ダブルパターニングプロセスにおけるアライメントのための所定の波長の放射を提供し、かつ、第１の光学特性および所与の基板上の少なくとも１つのアライメントターゲットを有する現像済みの第１のレジスト層を照明する照明源と、
    前記第１のレジスト層の上に第２の光学特性を有する第２のレジスト層を堆積させる際に、第１および第２のレジスト層ならびに前記少なくとも１つのアライメントターゲットの組合せによって、前記第１のレジスト層と第２のレジスト層の間の光学コントラストの向上、および前記第１のレジスト層中の前記少なくとも１つのアライメントターゲットに入射する放射の回折の向上のうちの少なくとも１つを可能にするよう、前記少なくとも１つのアライメントターゲットからの改善された回折次数および高コントラストのうちの少なくとも１つを使用してウェーハを位置合わせするためのアライメントシステムと
    を備えたリソグラフィ装置。