JP4979746B2 - マスク・パターン、マーカ構造、リトグラフ投影装置におけるマーカ構造の提供方法、およびリトグラフ装置におけるマーカ構造の位置関係決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に規定のアラインメント又はオーバレイ用マスク・パターンに関する。さらに、本発明は、当該マスク・パターンから形成されたマーカ構造に関する。さらに、本発明は、マーカ構造を使用するリトグラフ投影装置に関する。

本発明は、放射の投影ビームを供給するための放射システムと、所望のパターンに従って投影ビームをパターン化する役割を果たすパターン化手段を支持するための支持構造体と、基板を保持するための基板テーブルと、パターン化されたビームを基板のターゲット部分へ投影するための投影システムとを包括するリトグラフ投影装置の分野に応用される。

ここに採用されている「パターン化手段」という用語は、基板のターゲット部分に形成されるパターンに対応する、パターン化された断面を入射放射ビームに与えるのに使用できる手段を意味するものとして広く解釈されるべきである。「光弁」という用語もこの脈絡で用いることができる。一般に、前記パターンは、集積回路又は他のデバイスの如き、ターゲット部分に形成されているデバイス（以下参照）における特定の機能層に対応する。当該パターン化手段の例としては、以下のものが挙げられる。
マスク。マスクの概念は、リソグラフィにおいてよく知られ、バイナリ、交互移相及び減衰移相等のマスク型、並びに様々なハイブリッド・マスク型を含む。当該マスクを放射ビーム内に配置すると、マスク上のパターンに応じて、マスクに入射する放射の選択的透過（透過マスクの場合）又は反射（反射マスクの場合）が生じる。マスクの場合、支持構造体は、一般には、マスクを入射放射ビームにおける所望の位置に保持できるようにするとともに、望まれる場合はビームに対して相対的に移動できるようにするマスク・テーブルである。
プログラム可能ミラー・アレイ。当該デバイスの一例は、粘弾性制御層及び反射面を有するマトリクス・アドレス可能面である。当該装置の背後にある基本原理は、（例えば）反射面のアドレス領域が入射光を回折光として反射するのに対して、非アドレス領域は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して、前記非回折光を反射ビームから濾別し、回折光のみを残す。このように、ビームは、マトリクス・アドレス可能面のアドレス・パターンに従ってパターン化される。プログラム可能ミラー・アレイの代替的な実施例は、好適な局所電場を加えることにより、又は圧電駆動手段を採用することによって、各々を軸のまわりに個々に傾斜させることができる小ミラーのマトリックス構成を採用する。ここでも、アドレス・ミラーが非アドレス・ミラーに異なる方向で入射放射ビームを反射するように、ミラーがマトリックス・アドレス可能となっている。このように、反射ビームは、マトリックス・アドレス可能ミラーのアドレス・パターンに従ってパターン化される。好適な電子手段を使用して必要なマトリックス・アドレッシングを行うことができる。上述の状況のいずれにおいても、パターン化手段は、１つ又は複数のプログラム可能ミラー・アレイを含むことができる。ここに示されるようなミラー・アレイに関するさらなる情報は、例えば、参照により本明細書に援用されている米国特許第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号から収集することができる。プログラム可能ミラー・アレイの場合は、前記支持構造体を、例えば、必要に応じて固定又は可動にすることができるフレーム又はテーブルとして具体化できる。
プログラム可能ＬＣＤアレイ。当該構造体の例は、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号に示されている。上述のように、この場合における支持構造体は、例えば、必要に応じて固定又は可動にすることができるフレーム又はテーブルとして具体化できる。

簡略化するために、本文の残りの部分は、特定の箇所において、具体的にそれ自体を、マスク及びマスク・テーブルを含む例に導くことができるが、そのような場合に論述される一般原理は、上述のパターン化手段というより広い脈絡でとらえられるべきである。

リトグラフ投影装置を例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。このような場合は、パターン化手段は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを、放射感応物質（レジスト）の層が塗布された基板（シリコン・ウェハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は複数のダイを含む）に画像化することができる。概ね、単一ウェハは、１つずつ、投影システムを介して連続的に放射される隣接ターゲット部分のネットワーク全体を含むことになる。現行の装置では、マスク・テーブル上のマスクによるパターン化を採用して、２つの異なるタイプの装置を区別することができる。１つのタイプのリトグラフ投影装置では、一気にマスク・パターン全体をターゲット部分に曝すことによって各ターゲット部分を照射する。当該装置は、一般には、ウェハ・ステッパ又はステップ・アンド・リピート装置と呼ばれる。一般には、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる代替的な装置では、投影ビーム下でマスク・パターンを所定の基準方向（「走査」方向）に徐々に走査しながら、同期的に基板テーブルをこの方向に平行又は非平行に走査することによって、各ターゲット部分を照射する。概ね、投影システムは、（一般に１より小さい）倍率Ｍを有するため、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のＭ倍になる。ここに記載するリトグラフ・デバイスに関するさらなる情報は、例えば、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号から収集することができる。

リトグラフ投影装置を使用する製造法では、（例えばマスク内の）パターンを、放射感応物質（レジスト）の層で少なくとも部分的に被覆された基板上に画像化する。この画像化工程の前に、基板に下塗り、レジスト塗布及びソフト・ベーク等の様々な手順を施すことができる。露光後、基板に露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、並びに画像化フィーチュアの測定／検査等の他の手順を施すことができる。この一連の手順は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として用いられる。次いで、当該パターン化層に、いずれも個々の層の仕上げを行うことを目的としたエッチング、イオン注入（ドーピング）、金属被覆、酸化、化学的機械的研磨等の如き様々な処理を施すことができる。いくつかの層が必要な場合は、すべての手順、又はそのゆがみを新たな層毎に繰り返さなければならない。究極的には、一群のデバイスが基板（ウェハ）上に存在することになる。次いで、これらのデバイスをダイシング又はソーイングの如き技術によって互いに切り離し、個々のデバイスをキャリアに取りつけたり、ピンに接続させたりすることができる。さらに、当該処理に関するさらなる情報は、例えば、参照により本明細書に援用されている「マイクロチップの製造：半導体処理の実用手引き」第３版、Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ、マグロ・ヒル出版株式会社、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４から得ることができる。

簡略化するために、以降、投影システムを「レンズ」と呼ぶことができるが、この用語は、例えば屈折光学系、反射光学系及び反射屈折光学系を含む様々なタイプの投影システムを包括するものとして広く解釈されるべきである。放射システムは、放射の投影ビームを誘発、成形又は制御するためのこれらの設計タイプのいずれかに従って動作する構成要素を含むこともでき、以降、当該構成要素を集約的又は個別的に「レンズ」と呼ぶこともある。

さらに、リトグラフ装置は、２つ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプであってもよい。当該「多段」デバイスでは、並行して追加的なテーブルを使用することができ、又は１つ又は複数の他のテーブルを露光用に使用しながら１つ又は複数のテーブルに対して予備的な工程を実施することができる。二段リトグラフ装置については、例えば、いずれも参照により本明細書に援用されている米国特許第５，９６９，４４１号及びＷＯ９８／４０７９１号に記載されている。

本文では、ＩＣの製造における本発明による装置の使用について具体的に言及するが、当該装置は多くの他の可能な用途を有することをはっきりと理解すべきである。例えば、集積光学システム、磁気領域メモリのための誘発及び検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッドの製造に採用することができる。当該代替的な用途の脈絡において、本文における「レチクル」、「ウェハ」又は「ダイ」という用語の任意の使用は、それぞれ、より一般的な用語である「マスク」、「基板」及び「ターゲット部分」に置き換えられるものと見なされることを当業者なら理解するであろう。

本文献において、「放射」及び「投影ビーム」という用語は、（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの）紫外（ＵＶ）線及び（例えば、波長が５から２０ｎｍの）極紫外（ＥＵＶ）線を含むすべてのタイプの電磁放射を包括するように用いられる。

リトグラフ処理については、マスク上のマスク・パターンによって処理されるウェハのアラインメントは、基板上のフィーチュアを正確に定めるために可能な限り厳密なものとし、フィーチュアは、すべて指定の公差内のサイズを有する必要がある。この目的のために、リトグラフ投影装置は、所定（指定）の公差内でマスク又はマスク・パターンによる基板のアラインメントを可能にするウェハ・アラインメント・モジュールを備える。ウェハ・アラインメント・システムは、典型的には、光学手段に基づいてアラインメントを行う。ウェハ又はウェハの部分の位置は、光源によって照明される光学マーカからの光学的応答を測定することによって決定される。例えば、レーザ・ビームによって格子を照明し、レーザ・ビームが格子から回折し、典型的には基準面に配置されるそれぞれのセンサによって１つ又は複数の回折次数を測定する。センサの出力を使用して、ウェハの位置を（基準面に対して相対的に）得ることができる。

従来技術において、アラインメント用光学マーカは、スペクトルの可視領域内の波長を有する入射光の回折に適した周期性を有する格子を含む。例示的な格子は、スペクトルの可視領域内の波長に対する利用可能な回折パターンを得るために典型的な周期性を１６μｍとし、線及び溝から構成される。格子から十分な回折光を得るために、また十分に定義された回折極大及び極小を得るために、格子は、最小数の線及び中間溝を包括しなければならない。このタイプの格子に対しては、周期構造の方向のサイズは、典型的には約７５０μｍである。

格子は、格子の上面で散乱する光線の位相と格子の下面で散乱する光線の位相との位相差を考慮した位相格子又は位相マーカであってもよい。

また、格子は、格子の上方レベル又は下方レベルに関する任意のさらなる位相差を伴わない格子の周期構造のみを考慮した振幅格子であってもよい。典型的には、振幅格子又は振幅マーカは、表面レベルは同様であるが、それぞれの反射率が異なる第１及び第２の要素の周期構造から構成される。

光学マーカは、全製造ラインに沿うマイクロ電子デバイス処理（又はＩＣ処理）時に使用される。ラインのフロント・エンド（ＦＥＯＬ）においては、トランジスタ構造体の製造時のアラインメントにマーカが使用される。ラインのバックエンド（ＢＥＯＬ）における後の段階において、金属被覆構造、例えば接続線、及びバイアスのアラインメントにマーカが必要とされる。いずれの場合も、マーカの統合性は、必要とされるアラインメントの精度を満たすのに十分なものでなければならない。

さらなるパターンが基板上に既に存在する（露光及び現像後の）レジスト層におけるマスク・パターンのオーバレイの制御を可能にするために、基板のある領域にさらなるオーバレイ制御用マーカ構造が存在する。よく知られているオーバレイ制御用構造は、長さが仮想正方形の辺のいずれか１つに沿って配列された構成部としての４つの長方形ブロックから構成される第１の構造と、第１の構造に類似しているが、それより小さい第２の構造とを含む（ボックス・イン・ボックス又はバー・イン・バー構造）のいわゆる計量オーバレイ・ターゲットである。２つの連続層におけるパターンのオーバレイを決定するために、第１及び第２の構造の一方を第１の層におけるパターン内に定め、第１及び第２の構造の他方を、第２の連続層に対するレジスト層におけるパターン内に定める。使用に際して、第１及び第２の構造の両方に対し、第１及び第２の構造内のそれぞれの長方形ブロックのエッジを検出することによって、位置（すなわち重心）を決定する。それぞれの第１及び第２の構造の重心位置の違いから、それら２つの構造のオーバレイを決定する。

従来技術において、適切な処理のために、典型的には、デバイス・フィーチュア（の一部）と同じ物質から構成されるマーカ構造の構成部は、例えば、デバイス構造の大きなマーカ領域付近で生じうる反応イオン・エッチング処理時の微小負荷効果、又は構造の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のサイズ依存性による集積回路の処理時のサイズ誘発ずれを避けるために、マイクロ電子デバイスのフィーチュアの寸法に類似した寸法を有するのが好ましいということが認識されている。

米国特許第５，９１７，２０５号には、回路パターン・フィーチュアに基づく写真リトグラフ・アラインメント・マークが開示されている。アラインメント・マーカ構造は、その包絡線がマーカ構造に対応するように配列された複数の部分要素に類似する。さらに、各部分要素は、マイクロ電子デバイスの臨界フィーチュアサイズに匹敵する寸法を有する。基本的に、マーカ・サイズ誘発処理ずれに対する解決策は、大きいマーカを「細断」して、デバイス（又は「製品」）のフィーチュアに類似した多くの小サイズの部分要素にすることによるものである。

構造の処理ずれが小さくなり、信号強度が向上するが、フィーチュアのオーバレイ及びアラインメントが投影システムの品質に左右されることに留意すべきである。投影システムは、それぞれ収差を有しうるレンズを備える。当該収差は、典型的には小さいが、画像化されるデバイス・フィーチュアは、新たにデバイスが生成される毎に小さくなるため、収差の相対的影響も新たにデバイスが生成される毎に大きくなる。

さらに、ゆがみは、（所定のフィーチュアに関連する）マスク・パターンにおける開口を通過する光信号が、（レジストが塗布された）基板に入射する前に投影システムにおいて横切る実際の光路に左右される。

実際に横切る光路及びマスク・フィーチュア回折スペクトルに対する依存性により、観察される画像化フィーチュアのゆがみは、マスク上のフィーチュアの位置及びフィーチュアタイプに応じて変化し、一般にはパターン誘発ゆがみとして知られている。

また、微小フィーチュアのパターンの密度もパターン誘発ゆがみの量に影響する。マスク・パターンの中心の高密度の部分については、そのゆがみは、マスク・パターンのより低密度のエッジ部分によって生じるゆがみと異なる。その結果、オーバレイ構造、例えばマスク・パターンの外周におけるボックス・イン・ボックス・ターゲットに対して測定されたゆがみは、マスク・パターンの中心部内のゆがみと異なることになる。

典型的には、マスク・パターンの中心は、半導体デバイス製造者に関連するデバイス又は製品を含むことになる。したがって、不利なことは、オーバレイ制御はさほど効果的でない。デバイスは、オーバレイ・ターゲット又はマーカ構造の位置で測定されたゆがみと異なるゆがみを有することになる。

本発明の目的は、レンズ収差、及びリトグラフ処理における光投影の限界の影響を低減するマーカ構造を画像化するためのマスク・パターンを提供することである。

この目的は、構成部の分割要素（ＥＬ；ＭＬ）への分割が、リトグラフ投影の走査方向（Ｓ）に垂直な方向で行われることを特徴とする請求項１の前段に記載のマスク・パターンで達成される。

有利なことに、この分割構成は、走査方向のパターン誘発変位を著しく低減し、この方向におけるオーバレイ及びアラインメントの質を向上させる。

本発明の第２の態様において、この目的は、マーカ構造に対するマスク・パターンは、区分形状の臨界部に配置されてリトグラフ投影において臨界部に生成する光学収差又は光学限界を抑制する少なくとも１つの補助フィーチュア（ＥＬ＿ｓｕｂ）を備え、前記少なくとも１つの補助フィーチュア（ＥＬ＿ｓｕｂ）は、リトグラフ投影の解像度を下回るサイズを実質的に有することを特徴とする請求項２の前段に記載のマスク・パターンで達成される。

有利なことに、補助フィーチュアは、さもなければレンズ収差により、表層に正しく生成されない臨界部に対する補正を生成する。

補助フィーチュアは、リトグラフ投影装置における投影システムの解像度を下回る寸法を有し、リトグラフ処理においてさらなる構造要素として生成されない。

本発明のさらなる態様において、「製品」のデバイス・フィーチュアに対する第２のマスク・パターンと同じパターン誘発ゆがみを実質的に有するマスク・パターンを提供することを目的とする。

この目的は、少なくとも１つの補助フィーチュア（ＥＬ＿ｓｕｂ）が、複数の線形区分（ＥＬ）の臨界外縁外側エッジ付近に位置する線形区分として定められることを特徴とする請求項４の前段に記載のマスク・パターンで達成される。

これは、オーバレイ構造のフィーチュアのピッチが、製品フィーチュアピッチに類似するが、画像が、真の計量オーバレイ・ターゲット構造として画像面に投影されるターゲット・マスク・パターンを使用することによって達成できる。したがって、第２の実施例によるターゲット・マスク・パターンは、解像度以下のサイズを有する（すなわち印刷不可能である）が、投影におけるそれらのピッチにより、計量オーバレイ・ターゲットの画像を有利に形成する分割要素ＥＬで構成される。本発明の第３の態様において、最小のパターン誘発ゆがみを有するマスク・パターンを提供することを目的とする。

この目的は、マーカ構造に対するマスク・パターンは隔離要素を備え、その隔離により、投影されたパターン化ビームが、投影システムの開口（ＡＯ）を実質的に満たすことを特徴とする請求項６の前段に規定のマスク・パターンで達成される。

有利なことに、本発明の本実施例における照明システムは、製造目的に通常使用される照明と異なる、システム検定時に使用される照明を提供する。その結果、光学的に隔離されたパターン構造の照明の包絡線は、投影システムの完全開口を良好な近似度で覆い、システム検定時のパターン誘発ゆがみの影響を低減する。

さらに、本発明の目的は、最小のパターン誘発ゆがみを有する光学的アラインメント又はオーバレイに対するマーカ構造を提供することである。

この目的は、上述のマスク・パターンによって生成されるマーカ構造で達成される。

また、本発明の目的は、上述のマーカ構造の応用を可能にするリトグラフ投影装置を提供することである。

最後に、本発明の目的は、上述のマスク・パターンによって定められるリトグラフ投影装置における光学的アラインメント又はオーバレイに対するマーカ構造を提供する方法を提供することである。

本発明による少なくとも１つのマーカ構造を備えたリトグラフ投影装置を示す図である。 投影システムを概略的に示す図である。 例示的な瞳面充填を示す図である。 小サイズフィーチュアを備えた構造に対するパターン誘発変位を概略的に示す図である。 パターン誘発変位に対する感度が低減された分割マーカ構造を示す図である。 分割線部に対する「非対称線縮小」による線長の変化を概略的に示す図である。 本発明の第一実施例によるマーカ構造に対する非対称線縮小を補正するための第１のマスク・パターンを概略的に示す図である。 本発明の第一実施例によるマーカ構造に対する非対称線縮小を補正するための第２のマスク・パターンを概略的に示す図である。 従来技術によるオーバレイ制御のためのマーカ構造を示す図である。 本発明の第二実施例によるパターン誘発変位を補正するオーバレイ制御のためのマーカ構造を示す図である。 本発明の第三実施例によるオーバレイ又はアラインメントのためのマーカ構造に対する瞳面充填を示す図である。

以下に、例示のみを目的とし、添付の請求項に定められた保護の範囲を制限することを意図するものではない、いくつかの図面を参照しながら本発明を説明する。

図１は、本発明の特定の実施例による少なくとも１つのマーカ構造を備えるリトグラフ投影装置を概略的に示す図である。該装置は以下のものを備える。
放射（例えば紫外線）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＥｘ、ＩＬ。この特定の場合において、放射システムは、放射源ＳＯをも含む。
マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、品目ＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段（図示せず）に接続された第１のオブジェクト・テーブル（マスク・テーブル）ＭＴ。
基板Ｗ（例えばレジスト塗布シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、品目ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２のオブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴ。
マスクＭＡの照射部分を基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを備える）に画像化するための投影システム（「レンズ」）ＰＬ。

ここに示すように、該装置は透過タイプである（すなわち透過マスクを有する）。しかし、概して、それは、例えば（反射マスクを備えた）反射タイプであってもよい。或いは、該装置は、上述のタイプのプログラム可能ミラー・アレイのような他の種類のパターン化手段を採用してもよい。

放射源ＳＯ（例えば水銀ランプ又はエキシマ・レーザ）は、放射のビームを生成する。このビームは、直接、又は例えばビーム拡大器Ｅｘの如き調整手段を通過して照明システム（照明器）ＩＬに供給される。照明器ＩＬは、ビームの輝度分布の外側及び／又は内側の放射範囲（一般には、それぞれσ−アウター−及びσ−インナーと称する）を設定するための調節手段ＡＭを備えることができる。加えて、一般に、積分器ＩＮやコンデンサＣＯの如き様々な他の構成要素を備えることになる。このように、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、断面に所望の均一性及び輝度分布を有する。

図１に関して、（例えば放射源ＳＯが水銀ランプであるときにしばしばそうであるように）放射源ＳＯをリトグラフ投影装置の筐体内に置いてもよいが、リトグラフ投影装置から離し、それが生成する放射ビームを装置に導くようにしてもよい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・レーザである場合に多い。本発明及び請求項は、これらのシナリオの両方を包括する。

続いて、ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されるマスクＭＡに交差する。マスクＭＡを横切った後、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、レンズＰＬはビームＰＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集光する。例えばビームＰＢの光路における異なるターゲット部分Ｃの位置決めのために、第２の位置決め手段ＰＷ及び干渉測定手段を利用して、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、例えばマスク・ライブラリからのマスクＭＡの機械的検索後、又は走査時に、（マスク・テーブルＭＴに作用する）第１の位置決め手段を使用して、ビームＰＢの光路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。概して、オブジェクト・テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、図１に明確に描かれていない長工程モジュール（粗位置決め）及び短行程モジュール（精密位置決め）を利用して実現されることになる。しかし、（ステップ・アンド・スキャン装置と異なり）ウェハ・ステッパの場合は、マスク・テーブルＭＴを単に短行程アクチュエータに接続してもよいし、固定してもよい。マスク・アラインメント・マークＭ１及びＭ２並びに基板アラインメント・マークＰ１及びＰ２を利用してマスクＭＡと基板Ｗを整列させることができる。

描かれている装置は次の２つの異なるモードで使用できる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴを実質的に固定し、マスク画像全体をターゲット部分Ｃに一気に（すなわち単一「フラッシュ」で）投影する。次いで、異なるターゲット部分ＣにビームＰＢを照射できるように、基板テーブルＷＴをＸ及び／又はＹ方向に移動させる。
２．走査モードでは、所定のターゲット部分Ｃは、単一「フラッシュ」で露光させない点を除いては本質的に同じシナリオが適用される。その代わり、投影ビームＰＢにマスク画像を走査させるように、マスク・テーブルＭＴを所定の方向（所謂「走査方向」、例えばＹ方向）に速度νで移動可能とする。それと同時に、基板テーブルＷＴを同一又は反対方向に速度Ｖ＝Ｍν（ただし、ＭはレンズＰＬの倍率（典型的にはＭ＝１／４又は１／５））で同時に移動させる。このように、解像度を低下させることなく、比較的大きいターゲット部分Ｃを露光することができる。

干渉測定手段は、典型的には、レーザ（図示せず）の如き光源と、基板又はステージの如き測定対象オブジェクトに関するある情報（例えば位置、アラインメント等）を決定するための１つ又は複数の干渉計とを備えることができる。例えば、図１では、１つの干渉計ＩＦが概略的に描かれている。光源（レーザ）は、１つ又は複数のビーム・マニプレータによって干渉計ＩＦに誘導される計量ビームＭＢを生成する。２つ以上の干渉計が存在する場合は、計量ビームを干渉計毎に様々な分割ビームに分割する光学素子を使用することによって、それらの間で計量ビームを共用する。

テーブルＷＴ上の基板とマスク・テーブルＴ上のマスクとのアラインメントのための基板アラインメント・システムＭＳが、テーブルＷＴの近くの例示的な位置に概略的に示され、基板上のマーカ構造に向けられた光ビームを生成する少なくとも１つの光源と、そのマーカ構造からの光信号を検出する少なくとも１つのセンサ・デバイスとを備える。基板アラインメント・システムＭＳの位置は、実際のリトグラフ投影装置のタイプに応じて変わりうる設計条件に依存することに留意すべきである。

図２は、図１に示されるリトグラフ投影装置に対する投影システムＰＬを概略的に示す図である。

投影システムを望遠鏡として概略的に描くことができる。当該望遠鏡は、少なくとも２つのレンズ、すなわち第１の焦点ｆ１を有する第１のレンズＬ１と第２の焦点ｆ２を有する第２のレンズＬ２とを備える。この例示的な望遠鏡において、第１及び第２のレンズＬ１及びＬ２は凸レンズである。リトグラフ投影装置に対する投影システムは、複数の凸レンズ及び凹レンズを備えうることを当業者なら理解するであろう。

使用に際して、オブジェクト面ＯＦＰに位置する第１のオブジェクトＯ１を、第１の画像ＩＭ１として基準面ＲＰに画像化する。第１のオブジェクトＯ１は、基準面ＲＰ内の基板上に第１のフィーチュアを形成するための第１の幾何学的パターン部である。第１のフィーチュアは、典型的には、形成されるマイクロ電子デバイス、例えばトランジスタ（の一部）である。典型的には、トランジスタはサブミクロン寸法の横方向サイズを有する。よって、第１のオブジェクトは、マスク・パターン内の横方向寸法が投影システムの倍率Ｍだけ拡大されている。

第１のオブジェクトＯ１は（まだ）小さい限定サイズを有するため、第１のオブジェクトのマスク位置を通過する光ビームは、投影システムＰＬのレンズの開口の第１の限定部分のみを横切る。この効果は、Ｏ１から画像ＩＭ１に向かって伸びる光路によって示される。

同様に、第２のオブジェクトＯ２が、基板平面上に第２の画像ＩＭ２として画像化される。本例において、第２のオブジェクトＯ２は、第１のオブジェクトＯ１のサイズと同等のサイズを有し、投影システムＰＬのレンズの開口の第２の限定部分のみを横切る。しかし、マスク・パターンにおける第２のオブジェクトの位置が異なるため、第２のオブジェクトＯ２を画像化するのに使用される投影システムＰＬの第２の限定部分は、第１のオブジェクトを画像化するための第１の部分と異なる。レンズ収差はレンズ上の位置によって変わるため、第１のオブジェクトＯ１の画像は、第２のオブジェクトの画像とは異なるパターン誘発ゆがみを受ける。

マスク・パターン上の第１のオブジェクトと第２のオブジェクトの隔たりが、第１の画像と第２の画像が受けるパターン誘発ゆがみの差の度合に影響することが理解されるであろう。第１のオブジェクトと第２のオブジェクトが比較的近い距離に位置するときは、投影システムの使用部分はほぼ同一になりうる。距離が大きくなると、第１の画像と第２の画像を作成するのに使用される投影システムの部分が異なるため、（投影システムにおける位置の変動に応じて）ゆがみが異なってくる。

当該ゆがみ変化は、単一のマスク・パターン内の第１及び第２のオブジェクトに対して不都合に生じる可能性がある。それは、異なるマスクによって画像化される第１のオブジェクトと第２のオブジェクト間のゆがみ変化として生じることもある。その場合、ゆがみ変化は、マスクのオーバレイ誤差を加える。

図３は、瞳面における例示的な輝度分布を示す図である。

投影システムＰＬの瞳面に表示される照明モードは、提供される照明に依存し、放射源ＳＯによって照明されているオブジェクトの形状及びサイズにも依存する。

図３において、瞳面における輝度分布は、１００ｎｍのピッチを有する間隔が１００ｎｍの密に充填されたアレイを通過する環状照明に対して示されている。放射源ＳＯの波長は、説明の導入部で述べた放射ビームとして使用可能ないずれか１つの波長であってもよい。

明らかに、該環形は、密に充填されたアレイ上の回折により、２つの環状部分Ａ１及びＡ２をさらに備えた中央環Ａ０として示される。アレイ内の比較的短い繰り返し長（２００ｎｍ）は、０次回折極大（すなわちＡ０）と一次回折極大（すなわちＡ１及びＡ）との間に比較的大きい隔たりを与える。

マーカ構造を分割して製品サイズの構造を再現することは、基板の表面に露光を生成する画像化工程時における当該構造の解像度に影響を与えうる。製品構造から、露光工程は、パターン誘発ゆがみ効果をこうむる可能性があることがわかる。

これらのパターン誘発ゆがみ効果は、製品サイズ構造の中心部分をわずかにシフトさせる。

このシフトを図４に概略的に示す。

図４は、小サイズのフィーチュアを備えた構造に対するパターン誘発変位を概略的に示す図である。

示されている構造は、分割された第１の構造要素ＭＬと第２の構造要素Ｔを間に備えた分割マーカ構造であってもよい。

この分割マーカ構造は、上述のステップ・アンド・スキャン・リトグラフ投影装置で露光される。走査方向は、矢印Ｓで示される。パターン誘発変位は、矢印Ｄによって各分割「マーカ線」に概略的に示されている。パターン誘発変位は、走査方向に平行に導かれる。当業者であれば理解するように、パターン誘発変位は、アラインメント又はオーバレイの如き任意の位置関連測定に不利に影響する。

パターン誘発変位の影響を最小にする第１のアプローチは、走査方向Ｓに垂直な方向で構造内のマーカ線を分割することによる。

図５は、パターン誘発変位に対する感度が低減された分割マーカ構造を示す図である。

ここでも、矢印Ｓで示されるリトグラフ投影の走査方向は、マーカ構造の周期に平行する。（矢印Ｄで示される）パターン誘発変位は、ここで方向Ｓに垂直に導かれる。アラインメント位置は、パターン誘発変位に影響されない。

しかし、走査方向において、走査方向に垂直な比較的小さいサイズのフィーチュアに対して、「非対称線縮小」として知られるさらなる変位効果が生じうる。典型的には、非対称線縮小は、所望形状の幾何学構造の比較的小サイズの臨界部、例えば線の開始及び終了部、又は領域のコーナによって生じる照射線量効果に関連する。

図６は、分割線部に対する「非対称線縮小」による線長の変化を概略的に示す図である。

走査方向は矢印Ｓによって示される。線部はＳに平行に伸びる。箱形の領域Ａ１は、線部に対する所望の形状を示す。丸い実線領域Ｂ１は、露光工程によって定められる形状を示す。線部の始まりが、所望の線形に対して比較的大きくシフトしているのが確認される。線部の終わりは、所望の線形に対するシフトが比較的小さい。丸みは、典型的には、投影レンズ・システムの収差、及び投影レンズ・システムの光学特性の限界によって生じる。

図６には、マーカ線の推定中心位置（すなわち所望の線形Ａ１の中央）に対して表示ＩＰ１が示され、線部の非対称線縮小による実測中心位置（すなわち線部の中央）に対して表示ＩＰ２が示される。不利なことには、非対称線縮小は、所望の位置に対する線形の中心位置のシフトを引き起こす。

本発明によるマーカ構造の本実施例では、マスク上の区分の形状を適応させることによってマーカ構造の区分を補正する。該適応形状によって、照射線量効果を補正することができる。

図７は、マーカにおける非対称線縮小効果を補正するためのマスク上の第１の適応形状を示す図である。

図８は、マーカにおける非対称線縮小効果を補正するためのマスク上の第２の適応形状を示す図である。

図７には、非対称線縮小に対する補正を行う第１の適応形式を含む、マーカ線に対するマスク上に定められたいくつかの区分が示されている。

分割線は、それぞれ、図５に示される所望の形状と同一の区分を定める基本的な長方形を含む。上述の非対称線縮小効果に対する補正を行うために、所望の形状の臨界部（すなわちコーナ部）は、所望の形状のコーナと部分的に重複する箱形の補助部によって定められる。露光時に、箱形の補助部は、投影レンズ・システムの光学特性のレンズ収差及び／又は限界の補正を可能にする。

図８には、非対称線縮小に対する補正を行う第２の適応形式を含む、マーカ線に対するマスク上に定められたいくつかの区分が示されている。

上述のパターン誘発効果の補正を行うために、所望の形状の臨界部（すなわちコーナ部）は、隣接する区分を接続する線形補助部によって定められる。線形補助部は、（形成される）マーカの所望の走査方向に垂直な方向に伸びる。

箱形又は線形の補助部は、露光画像としてのマーカの形状を拡大するためにマスク上に定められることに留意すべきである。それらのサイズがリトグラフ処理の解像度を下回るため、補助部は、マーカ画像に示されない。マーカ画像は、非対称線縮小に対する補正による区分の所望の形状を示す。

マーカ画像を所望の形状に修正するために、補助部の他の形状も可能であることがさらに留意される。また、補助部は、マスク・パターン内のそれらの位置に応じて異なる形状を有していてもよい。

図９は、従来技術によるオーバレイ制御のためのマーカ構造を示す図である。

従来技術では、ボックス・イン・ボックス又はバー・イン・バー・ターゲットとして知られるマーカ構造によってオーバレイ制御が決定される。ボックス・イン・ボックス・ターゲットは、長さが仮想正方形の辺の一方に沿って配列された４つの長方形ブロックＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃ及びＢ１ｄから構成される第１のオーバレイ構造ＯＳ１と、第１の構造と類似しているがそれより小さい４つの長方形ブロックＢ２ａ、Ｂ２ｂ、Ｂ２ｃ及びＢ２ｄから構成される第２のオーバレイ構造ＯＳ２とを備える。第１のオーバレイ構造ＯＳ１は、基板上の第１の層に定められる。次に、第１の層を覆うレジスト層において、第２のオーバレイ構造ＯＳ２は、その特定のレジスト層に対するマスク・パターンの露光工程時に定められる。

第１及び第２のオーバレイ構造のオーバレイを決定するために、第１及び第２の両方の構造に対して、構造内のそれぞれの長方形ブロックの長辺の位置を検出することによって位置（すなわち長方形ブロックの重心）を決定する。それぞれの第１及び第２の構造の重心位置の違いから、２つの構造のオーバレイ（すなわち不整合の量）を決定する。

ここでも、オーバレイ構造と製品フィーチュアのサイズが異なるため、オーバレイ構造ＯＳ１及びＯＳ２のパターン誘発ゆがみは、製品フィーチュアのゆがみと異なる。より大きいオーバレイ構造は、製品フィーチュアより大きい投影システムの部分を「採用する」。したがって、オーバレイ構造による不整合は、２つの層における製品フィーチュアの不整合におそらく対応しない。

本発明の目的は、製品フィーチュアの不整合に実質的に対応する、オーバレイ測定による不整合を得ることである。

図１０は、本発明の第２の実施例によるパターン誘発変位を補正するオーバレイ制御のためのマーカ構造を示す図である。

本発明の第２の実施例によれば、計量オーバレイ・ターゲットのパターン誘発ゆがみは、（はるかに小さいサイズの）製品フィーチュアに対するパターン誘発ゆがみと実質的に類似することが認識される。これは、オーバレイ構造のフィーチュアのピッチが製品フィーチュアピッチに類似しているが、画像が真の計量オーバレイ・ターゲット構造として画像面に投影されるターゲット・マスク・パターンを使用することによって達成されうる。したがって、第２の実施例によるターゲット・マスク・パターンは、解像度以下のサイズを有する（すなわち印刷不可能である）が、投影におけるそれらのピッチにより計量オーバレイ・ターゲットの画像を形成する分割要素ＥＬで構成される。

しかし、画像のエッジは、中心における要素ＥＬの存在度により構造の中心として異なるゆがみ度を有することになる。オーバレイ測定は、オーバレイ構造のエッジ位置の決定に大きく依存するため、画像化された製品フィーチュアのゆがみに対するさらなる誤差が起こりうる。

したがって、ターゲット・マスク・パターンのエッジは、そのように画像化されないが、それらの存在により、上述のさらなる誤差を生じることなくエッジを画像化するようにオーバレイ構造の画像化エッジにおける画像化条件を修正する解像度以下の要素ＥＬ＿ｓｕｂを備える。

ピッチが製品と同様の分割要素ＥＬの使用、及び解像度以下の要素ＥＬ＿ｓｕｂの使用により、オーバレイ構造のエッジにおけるパターン誘発ゆがみは、製品フィーチュアサイズのパターン誘発ゆがみに対応する。図２を参照しながらより詳細に説明されているように、製品フィーチュアに関しては、光学システムの一部分のみが同様にパターン転写に使用されている。

しかし、画像面では、要素ＥＬ及びＥＬ＿ｓｕｂは個別に画像化されず、その代わりに（レジスト層に）分解画像が形成される。ここで、分解画像の外側エッジ部分は、従来技術から知られる標準的なオーバレイ・ターゲット構造の外側エッジ部分に対応するが、（従来技術のオーバレイ構造に比べて）画像化条件が異なるため、分解画像のパターン誘発ゆがみは、画像化製品フィーチュアのゆがみと類似している。したがって、分解画像から得られる情報は、製品フィーチュアの不整合に対応する。

したがって、要素ＥＬが図１０に示されるようにパターンの中心部分に配列され、解像度以下の要素ＥＬ−ｓｕｂがパターンの外側エッジに配列された要素ＥＬ及び解像度以下の要素ＥＬ＿ｓｕｂからなる線パターン、又は解像度以下の要素ＥＬ＿ｓｕｂのみからなる線パターンによって構成された分解画像から第１のオーバレイ構造の長方形ブロックＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ１ｃ及びＢ１ｄ、並びに第２のオーバレイ構造ＯＳ２の４つの長方形ブロックＢ２ａ、Ｂ２ｂ、Ｂ２ｃ及びＢ２ｄを形成することができる。

通常アラインメント及びオーバレイ構造を使用して実施されるシステム検定に関しても、パターン誘発ゆがみが生じうる。従来のシステム検定アラインメント及びオーバレイ構造は、収差効果の影響を受けないように設計されていない。その結果、アラインメント構造のサイズ及びフィーチュア形状が、リトグラフ投影時の構造の画像変位（パターン誘発ゆがみ）に影響する。したがって、システム検定は、パターン誘発ゆがみによる定量不可能の誤差を生じうる。

本発明の第３の実施例は、投影システムＰＬの光学素子の限定された部分を採用するのではなく、投影システムの光学素子の実質的にすべてを採用することによって、アラインメント構造又はオーバレイ構造のための所定のシステム検定マスク・パターンに対するパターン誘発ゆがみの影響を最小にしようとするものである。

この目的を達成するために、光学的に隔離されたフィーチュアを使用してアラインメント構造マスク・パターンを構築する。隔離されたフィーチュアは、フィーチュア要素の幅をリトグラフ投影装置の臨界寸法（すなわち画像化解像度）のオーダとし、ピッチ（すなわち隣接フィーチュア要素間の隔たり）を臨界寸法の５倍以上のオーダとするフィーチュアである。

隔離フィーチュアを投影ビームＰＢによって照明するときは、それらによって生じる回折が十分に広くなるため、投影システムＰＬの光学素子の実質的にすべてが使用される（すなわち、投影システムの開口が満たされる）。これは、投影システムの瞳面の概略図である図１１に概略的に示されている。隔離されたフィーチュアを持つマスク（図示せず）は、従来のディスク形モードによって照明される。隔離されたフィーチュアは、複数の高次回折ビームを生成する。瞳面Ａ１、Ａ２、Ａ３．．．．．．ＡＮ−１、ＡＮにおける高次回折ビームの投影は、互いにわずかにシフトする。これは、良好な近似度で、投影システムの開口Ａ０を満たす。

本発明の本実施例を従来のディスク形モードに関連して説明したが、他の照明モード、例えば環状照明モードも使用できることに留意すべきである。それでも開口が満たされることになる。システム検定に使用される照明モードは、製造目的に使用される照明に対応するのが好ましい。

また、本明細書は、一般に計量オーバレイ・ターゲットについて述べているが、本発明は、アラインメント・マーカについても応用できることに留意すべきである。

Claims (4)

1. リトグラフ投影装置で基板上にマーカ構造を画像化するためのマスク・パターンであって、前記マーカ構造は、使用に際して光学的アラインメント又はオーバレイを決定するように構成され、前記マスク・パターンは、前記マーカ構造を定める複数の構成部を備え、
   前記構成部のそれぞれは、複数の区分要素に分割されており、該複数の区分要素は、リトグラフ投影の走査方向に対して垂直な方向に並んでおり、
   前記区分要素は、それぞれ前記基板上に画像化されるデバイスフィーチュアと実質的に同じサイズを有し、
   前記マスク・パターンは、リトグラフ投影の解像度を下回るサイズを実質的に有する補助フィーチュアを備え、
   前記補助フィーチュアは、前記区分要素の臨界外側エッジ付近に配置された線形区分として定められ、
   前記補助フィーチュアは、隣接する前記区分要素を接続するように、リトグラフ投影の走査方向に対して垂直な方向に伸びている、
   ことを特徴とするマスク・パターン。
2. 請求項１に記載のマスク・パターンにより生成されるマーカ構造。
3. 放射の投影ビームを供給するための放射システムと、
   パターン化手段を支持する支持構造体と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   投影するための投影システムと、
   リトグラフ処理の間に光学的アラインメント又はオーバレイを決定するように構成された基板アラインメント又はオーバレイ・システムとを備えたリトグラフ投影装置における光学的アラインメント又はオーバレイのためのマーカ構造を提供する方法であって、
   放射の投影ビームを前記パターン化手段から前記投影システムを介して前記基板のターゲット部分に導く工程を含み、前記パターン化手段は、請求項１に記載のパターンを担持することを特徴とする方法。
4. リトグラフ装置を用いて基板上の第１の材料層に露光される第１のマーカ構造と、リトグラフ装置を用いて基板上の第１の層と異なる第２の材料層に露光される第２のマーカ構造との間の位置関係を決定する方法であって、
   前記第１のマーカ構造及び前記第２のマーカ構造のそれぞれの重心の位置を決定する工程と、
   前記第１及び第２のマーカ構造の重心位置の違いを算出する工程と、を備え、
   前記第１及び第２のマーカ構造のそれぞれは、そのマーカ構造を定める複数の構成部を備え、
   前記構成部のそれぞれは、複数の区分要素に分割されており、該複数の区分要素は、前記リトグラフ装置の走査方向に実質的に垂直な方向に並んでおり、
   前記区分要素は、それぞれ前記基板に製造されるデバイスのフィーチュアと実質的に同じサイズを有し、
   前記構成部のそれぞれは、前記リトグラフ装置の解像度を下回るサイズを実質的に有する補助フィーチュアを備え、
   前記補助フィーチュアは、前記区分要素の臨界外側エッジ付近に配置された線形区分として定められ、
   前記補助フィーチュアは、隣接する前記区分要素を接続するように、リトグラフ投影の走査方向に対して垂直な方向に伸びている、
   ことを特徴とする方法。

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