JP6595517B2 - リソグラフィ装置、デバイス製造方法、並びに関連付けられたデータ処理装置及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０１４年７月１６日出願の欧州出願第１４１７７２３２．７号及び２０１４年１２月２２日出願の欧州出願第１４１９９５３９．９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明はリソグラフィ装置に関する。さらに本発明は、そのような方法によって較正されたリソグラフィ装置を使用してデバイスを製造する方法、及び、そのような方法の一部を実装するためのデータ処理装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又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の個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与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は、パターン全体をターゲット部分に１回で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、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、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。

[0004] リソグラフィプロセスの主要な要件は、基板上の以前の層に形成されたフィーチャに関して正しい位置にパターンを位置決めできることである。この目的でアライメントセンサが提供される。デバイス構造がこれまで以上に小さくなっているため、アライメント仕様もこれまで以上に厳しくなっている。同様に、少なくとも光投影システムを使用してパターンが適用される光リソグラフィの場合、主要な要件は基板の局所高さを正確に測定することであるため、パターンをレジスト層上に光学的に集束させることができる。

[0005] アライメント感知構成の既知の形は、ＵＳ２００８／０４３２１２Ａ１（Ｓｈｉｂａｚａｋｉ）及びＵＳ２０１１／０１３１６５Ａ１（Ｋａｎｅｋｏ）などの公開特許出願で開示されており、その両方が参照により本明細書に組み込まれる。基板全体にわたって多くの位置を測定するためにかかる時間を削減するために、これらの既知の例は、並行して動作可能な複数のアライメントセンサを提供する。非常に正確な位置測定を取得するために、各アライメントセンサは、基板表面上（又は基板表面の下のターゲットマーク上）に合焦されるべきである。しかしながら、基板は通常完全に平坦ではないため、すべてのアライメントセンサがいくつかのマークの合焦像を同時にキャプチャすることは不可能である。公開出願において、アライメントセンサは同じマークの複数の像をキャプチャするように動作され、各時点で異なる高さ（焦点）設定である。各マークの最良の測定は、対応するセンサが最良の焦点であった像から選択される。既知のシステムは正確な位置測定を提供できるが、複数の測定にかかる時間が、製造プロセス中の基板のスループットを低下させる可能性がある。

[0006] 本発明の目的は、単一パス内の複数のマーク上で位置測定を行うことが可能なアライメント感知構成の提供を可能にすることである。

[0007] 本発明の態様によれば、基板上にパターンを適用するためのリソグラフィ装置が提供され、装置は、
−パターンの適用に先立って基板上のフィーチャの位置を測定するための少なくとも１つのセンサであって、結像光学システムと、結像光学システムによって形成される像をキャプチャするための像検出器とを備える、センサと、
−像検出器によって供給されるピクセルデータから位置測定を抽出するためのデータプロセッサと、
−センサによって測定された位置を使用して、パターンを基板に適用するためにリソグラフィ装置を制御するように構成されたコントローラと、
を含み、
結像光学システムは１つ以上の明視野変調素子を含み、データプロセッサは位置測定を抽出するためにピクセルデータを明視野像として処理するように構成される。

[0008] いくつかの実施形態において、位置測定はアライメントのために使用される。データプロセッサは、例えば基板上のフィーチャの合焦像を明視野像から導出するように、及び、合焦像に基づいて、結像光学システムの光軸に対して横方向にフィーチャの位置を示すように、構成可能である。データプロセッサは、検出される像におけるフィーチャの見掛けの位置の深度依存度を低下させるための補正を、位置測定に含めるように構成可能である。データプロセッサは、視点を補正して基板上のフィーチャの像を明視野像から導出するように構成可能である。

[0009] いくつかの実施形態において、位置測定は焦点制御のために使用される。例えばデータプロセッサは、基板上のフィーチャの高さの測定を明視野像から導出するように構成可能であり、高さの寸法は結像光学システムの光軸に対してほぼ平行であり、コントローラはリソグラフィ装置によって適用されるパターンの合焦を制御するために高さの測定を使用する。

[0010] 本発明の態様によれば、連続する層内のパターンを基板上に適用すること、及び機能的なデバイスフィーチャを生成するために基板を処理することを含む、デバイス製造方法が提供され、少なくとも１つの層内でパターンを適用するステップは、
（ａ）少なくとも１つの明視野結像センサを使用して、リソグラフィ装置内の基板上のフィーチャの位置を測定するステップと、
（ｂ）センサを使用して取得した明視野像データから、位置測定を抽出するステップと、
（ｃ）アライメントセンサによって測定された位置を使用して、パターンを基板に適用するためにリソグラフィ装置を制御するステップと、
を含む。

[0011] 本発明は、前述のように、本発明に従ったリソグラフィ装置のデータプロセッサを実装するためにプログラミングされた、１つ以上のプロセッサを備えるデータ処理システムをさらに提供する。

[0012] 本発明は、前述のように、本発明に従った方法のステップ（ｂ）を１つ以上のプロセッサに実行させるための機械可読命令を含む、コンピュータプログラム製品をさらに提供する。

[0013] 次に、本発明の実施形態を単なる例示として且つ添付図面を参照して説明する。

本発明の実施形態に従ったリソグラフィ装置を示す図である。 図１の装置を組み込んだリソグラフィセル又はクラスタを示す図である。 既知の実践に従い、且つ本発明の実施形態に従って修正された、図１の装置における測定プロセス及び露光プロセスを概略的に示す図である。 図１の装置における感知構成を示す概略平面図である。 本発明の別の実施形態において、図４（ａ）の感知構成で使用可能な代替のリソグラフィ装置における測定段階及び露光段階を示す概略平面図である。 デフォーカス及びテレセントリシティの問題を示した、既知の感知構成を示す概略側面図である。 図５の既知の感知構成における１つのセンサの概略詳細図である。 明視野結像の適用を示した、図１から図４の装置における感知構成を示す概略側面図である。 明視野結像の一実装を示した、図６の感知構成における１つのセンサを示す概略詳細図である。 図１の装置を使用するデバイス製造方法の一部を示すフローチャートである。 通常モード及び明視野モードで動作可能な修正センサを示す概略詳細図である。 通常モード及び明視野モードで動作可能な別の修正センサを示す概略詳細図である。 明視野結像センサを使用する高さ感知方法を示すフローチャートである。

[0014] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ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決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイス支持体又は支持構造（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決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結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つ以上のダイを含む）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、を備える。

[0015] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその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含むことができる。

[0016] パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。このパターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイス支持体は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0017] 本明細書において使用する「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にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0018] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。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、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリクス構成を使用し、ミラーの各々は、入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾けることができる。

[0019] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、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、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0020] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

[0021] 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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。

[0022] 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る。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。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すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0023] 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ように設定されたアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータＩＬの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータＩＬを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0024] 放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体（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、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を横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めできる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（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のみに接続するか、又は固定してもよい。

[0025] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。

[0026] 図示された装置は、様々なモードで使用できる。スキャンモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付与さ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）。パターニングデバイス支持体（例えば、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、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。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によって、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。当技術分野で周知のように、別のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードが考えられる。例えば、ステップモードが既知である。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスを静止状態に保ちながらもパターンを変化させ、基板テーブルＷＴを動かすか又はスキャンする。各ターゲット部分は一般に「フィールド」と呼ばれ、最終製品に１つ以上の製品ダイを含む。

[0027] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0028] この例におけるリソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂ、並びに、その間で基板テーブルが交換可能な２つのステーション、すなわち露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡを有する、いわゆるデュアルステージタイプである。一方の基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションで露光される間、測定ステーションで別の基板を他方の基板テーブル上にロードし、様々な予備工程を実施することができる。予備工程は、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面制御をマッピングすること、及び、アライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含むことができる。

[0029] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、基板上で露光前及び露光後プロセスを実行するための装置も含む、リソセル又はクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。従来、これらは、レジスト層を堆積させるためのスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するためのディベロッパＤＥ、チルプレートＣＨ、及びベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラすなわちロボットＲＯは、入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板をピックアップし、異なる処理装置の間でそれらを移動させた後、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送達する。これらのデバイスはしばしば集合的にトラックと呼ばれ、それ自体が監視制御システムＳＣＳによって制御されるトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置が、スループット及び処理効率を最大にするように動作可能である。トラックによって処理された基板は、その後、デバイス製造プロセス内でエッチング及び他の化学的又は物理的処理のために他の処理ツールに移送される。

[0030] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、記載される様々なアクチュエータ及びセンサのすべての動き及び測定を制御する。ＬＡＣＵは、装置の動作に関連する望ましい計算を実施するための信号処理及びデータ処理能力も含む。序論及び特許請求の範囲の用語において、これらの処理及び制御機能の組み合わせは、単に「コントローラと」呼ばれる。実際に、制御ユニットＬＡＣＵは、各々がリアルタイムのデータ獲得を操作し、装置内のサブシステム又はコンポーネントを処理及び制御する、多くのサブユニットのシステムとして理解されることになる。例えば１つの処理サブシステムを、基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用とすることができる。別々のユニットが、粗動及び微動アクチュエータ、又は異なる軸を操作することさえも可能である。別のユニットを位置センサＩＦの読み取り専用とすることもできる。これらのサブシステム処理ユニットと、オペレータと、且つリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信する、中央処理ユニットによって、装置の全体制御を実行することができる。

[0031] 図１のリソグラフィ装置は、アライメントセンサＡＳを実装するための新規の感知構成を含む。これについては、いくつかの更なる背景の後に以下で説明する。

[0032] 図３は、図１のデュアルステージ装置内の基板Ｗ上でターゲット部分（例えばダイ）を露光するためのステップを示す。最初に、従来の実践に従ったプロセスを説明する。

[0033] 左側の点線の四角で囲まれたステップは測定ステーションＭＥＡで実行され、右側のステップは露光ステーションＥＸＰで実行される。時には、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂのうちの一方が露光ステーションにあり、他方が測定ステーションにある。これを説明するために、基板Ｗが既に露光ステーションにロードされているものと想定する。ステップ２００で、新しい基板Ｗ’が図示されていないメカニズムによって装置にロードされる。これらの２つの基板は、リソグラフィ装置のスループットを向上させるために並行して処理される。

[0034] 最初に、新しくロードされた基板Ｗ’を参照すると、これは、装置内での最初の露光のために新しいフォトレジストで準備された、以前に処理されていない基板であり得る。しかしながら、一般に、説明するリソグラフィプロセスは、一連の露光及び処理ステップのうちの単なる１つのステップであるため、基板Ｗ’はこの装置及び／又は他のリソグラフィ装置を既に数回通過しており、後続のプロセスも同様に施すことができる。リソグラフィプロセスの重要な性能パラメータはオーバーレイであり、これは、１つのパターニングステップによって画定されたフィーチャが、以前のパターニングステップによって基板上に形成されたフィーチャに関して、いかに正確に位置決めされるかの尺度である。特に、オーバーレイ性能の向上の問題の場合、課題は、パターニング及び処理の１つ以上のサイクルが既に施された基板上の確実に正しい位置に、新しいパターンが適用されることを保証することである。これらの処理ステップは、基板内のゆがみを漸進的に導入し、満足のいくオーバーレイ性能を達成するためにはこれを測定及び補正しなければならない。

[0035] 以前の且つ／又は後続のパターニングステップは、直前で述べたように他のリソグラフィ装置内で実行可能であり、たとえ異なるタイプのリソグラフィ装置であっても実行可能である。例えば、分解能及びオーバーレイなどのパラメータにおいて非常に必要とされるデバイス製造プロセスにおけるいくつかの層は、それほど必要とされない他の層よりも高度なリソグラフィツール内で実行することができる。したがって、いくつかの層は液浸タイプのリソグラフィツール内で露光可能であり、その他は「乾式」ツール内で露光される。いくつかの層はＤＵＶ波長で作動するツール内で露光可能であり、その他はＥＵＶ波長放射を使用して露光される。

[0036] ２０２で、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂに対して基板のアライメントを測定及び記録するために、基板マークＰ１など及び像センサ（図示せず）を使用するアライメント測定が使用される。加えて、基板Ｗ’全体にわたるいくつかのアライメントマークは、アライメントセンサＡＳを使用して測定されることになる。これらの測定は、名目上矩形のグリッドに対して任意の歪みを含む、基板全体にわたるマークの分布を非常に正確にマッピングする「ウェーハグリッド」を確立するために、一実施形態において使用される。新規のアライメント感知構成ＡＳを使用するステップ２０２を、以下でより詳細に説明する。

[0037] ステップ２０４で、レベルセンサＬＳも使用して、Ｘ−Ｙ位置に対するウェーハ高さ（Ｚ）のマップが測定される。露光されるパターンの正確な合焦を達成するために、主として高さマップが使用される。

[0038] 基板Ｗ’がロードされた場合、実行されることになる露光を定義し、ウェーハと、その上に以前に作られた、又作られることになるパターンとのプロパティも定義する、レシピデータ２０６が受信される。これらのレシピデータに、２０２、２０４で行われた、ウェーハ位置、ウェーハグリッド、及び高さマップの測定が追加されるため、結果として、レシピ及び測定データの完全なセット２０８を露光ステーションＥＸＰに渡すことができる。アライメントデータの測定は、例えば、リソグラフィプロセスのプロダクトであるプロダクトパターンに対する固定されたか又は名目上固定された関係で形成される、アライメントマークのＸ及びＹ位置を含む。アライメントモデルのパラメータを提供するために、露光の直前に取られたこれらのアライメントデータが組み合わされ、補間される。これらのパラメータ及びアライメントモデルは、現行のリソグラフィステップで適用されるパターンの位置を補正するために、露光動作中に使用されることになる。従来のアライメントモデルは、異なる寸法での「理想的な」グリッドの並進、回転、及びスケーリングを共に定義する、４つ、５つ、又は６つのパラメータを含むことができる。ＵＳ２０１３２３０７９７Ａ１に詳細に記載されているような、より多くのパラメータを使用する高度なモデルが知られている。

[0039] ２１０で、ウェーハＷ’とＷがスワップされるため、測定された基板Ｗ’は露光ステーションＥＸＰに入る基板Ｗになる。図１の例示の装置において、このスワッピングは装置内での基板テーブルＷＴａとＷＴｂとの交換によって実行されるため、基板テーブル及び基板自体の間で相対的なアライメントを保持するために、基板Ｗ、Ｗ’はそれらの支持体上で正確にクランプ及び位置決めされたままとなる。したがって、テーブルがスワップされると、投影システムＰＳと基板テーブルＷＴｂ（以前はＷＴａ）との間の相対的な位置を決定することは、すべて、露光ステップを制御している基板Ｗ（以前はＷ’）に関する測定情報２０２、２０４を使用するために必要である。ステップ２１２で、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を使用してレチクルアライメントが実行される。ステップ２１４、２１６、２１８において、スキャン動作及び放射パルスは、いくつかのパターンの露光を完了させるために、基板Ｗ全体にわたり連続ターゲットロケーションで適用される。

[0040] 露光ステップを実行する際に測定ステーションで取得されたアライメントデータ及び高さマップを使用することによって、これらのパターンは所望のロケーションに関して、特に以前に同じ基板上に置かれたフィーチャに関して、正確に位置合わせされる。ここでＷ”とラベル付けされた露光された基板は、ステップ２２０で、露光されたパターンに従ってエッチング又は他のプロセスを施すために装置から取り外される。実装に応じて、測定ステップ２０２、２０４はその特定の順序で実行される必要はなく、並行して実行することもできる。

[0041] アライメント感知構成
図４は、図１のリソグラフィ装置で使用されるアライメント感知構成ＡＳの一例を示す。この構成は、複数のアライメントヘッドＡＬ１、並びにＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、及びＡＬ２４を組み込んでいる。各アライメントヘッドは、以下でより詳細に説明するタイプの像ベースのアライメントセンサを含む。異なる数及び構成のアライメントヘッドが可能である。アライメントヘッドは図４では一般的に、例えば以前の図、又は例えば他のウェーハステージに示されるように、基板テーブルＷＴａ又はＷＴｂとすることが可能な基板テーブル３００全体にわたって位置決めされるように示されている。

[0042] 基板テーブル３００は、基板３０２（図３の例では基板Ｗ’）を保持しているように示されている。この例では、５つのアライメントヘッドが提供される。中央のアライメントヘッドＡＬ１は１次アライメントセンサの一部を形成するため、「１次アライメントヘッド」と呼ばれ、外側のアライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、及びＡＬ２４は２次アライメントセンサの一部を形成するため、「２次アライメントヘッド」と呼ばれる。図４には、放射源３０８及び放射検出器３１０と共にレベルセンサ３０６（図１ではＬＳ）も示されており、以下でより詳細に説明する。

[0043] アライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は参照フレームＲＦ（明快にするために図４では示されていない）に取り付けられる。それらが使用される方法は、ほぼ、先行公開出願ＵＳ２００８０４３２１２Ａ１（Ｓｈｉｂａｚａｋｉ）及びＵＳ２０１１０１３１６５Ａ１（Ｋａｎｅｋｏ）で説明されている通りである。それらの以前の出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。先行特許出願で説明される例と同様に、本例における参照フレームもエンコーダセンサを担持しているが、図４には示されていない。エンコーダセンサはすべて投影システムＰＳに固定して取り付けられ、基板テーブルの位置をＸ、Ｙ、及びＺ方向で追跡するために使用される。各エンコーダセンサは、基板テーブル上に提供される回析格子を用いて基板テーブル位置を検出するように位置決めされる。エンコーダは、図１のＩＦで概略的に示されたような、干渉計センサの代わりに、又は干渉計センサと共に使用可能である。代替の実施形態において、エンコーダセンサは移動基板テーブル３００上に取り付け可能であり、エンコーダプレート（回析格子など）は投影システムＰＳ又は参照フレームＲＦ上に取り付けられる。

[0044] 図４（ｂ）に示されるように、リソグラフィ装置の代替実施形態も開示される。このタイプの装置は２つの同一基板テーブル３００を有さず、むしろ基板テーブル３００ａ及び基板テーブルとドッキング可能な別の測定テーブル３００ｂを有する。測定テーブル及び基板テーブルの各々には、
Ｘ及びＹ方向の粗動及び微動運動を行うためのリニアモータに基づき、それ自体の位置決めシステムが提供される。このタイプの構成は、Ｓｈｉｂａｚａｋｉ及びＫａｎｅｋｏによる先行出願にも記載されており、ここでは詳細に説明する必要がない。無論、異なる構成も可能である。

[0045] 以下の説明のために、位置感知構成は、図１、図３、及び図４（ａ）に示されるような装置、又は図４（ｂ）に示されるような装置の一部とみなすことができる。

[0046] 既知のリソグラフィ装置のように、各アライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、基板（図１のＰ１、Ｐ２）上、又は基板テーブル上、あるいは適用可能であれば別の測定ステージ上に提供可能な、アライメントマークを検出するように設計された像ベースのアライメントセンサを備える。既に述べたように、アライメントマークは、基板上のダイ領域（ターゲット部分Ｃ）間を走るスクライブレーン内にプリント可能である。基板上に形成されるプロダクトパターンのフィーチャをアライメントマーカとして使用すること、又は、ダイ領域自体の内部にプリントされた特定のアライメントマークを使用することも可能である。

[0047] アライメントヘッドは、製品基板上のみならず、基板テーブル３００／３００ａ及び／又は測定テーブル３００ｂ上に形成されるマークの位置及び／又は他の特徴を測定するために使用可能であり、恐らくは使用されるであろうということにもさらに留意されたい。マークは、較正プレートなどに提供可能である。したがって、このコンテキストにおける「基板」という用語は、シリコンウェーハなどの製品基板に限定されるものとは意図されない。

[0048] ２次アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４は、Ｘ方向に移動可能である。これらのアライメントヘッド間での相対的な動きが、５つまでのアライメントマークを異なる間隔で並行して測定できるようにする。一実施形態において、２次アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４の各々が、回転中心を中心にして所定の角度範囲内で時計回り及び反時計回りに回転可能なアーム３２０を含む（中心３２２を中心とする回転はアライメントヘッドＡＬ２１にマーク付けされている）。２次アライメントヘッドＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４のＸ軸位置は、２次アライメントヘッドをＸ方向に前後に駆動させる駆動メカニズムによっても調整可能である。２次アライメントヘッドをＹ方向に駆動させることも可能である。２次アライメント感知構成のアームが所与のロケーションへと移動されると、固定メカニズムはアームを定位置に保持するように選択的に動作可能である。特定の基板（又は基板のバッチ）にとって望ましいアライメントヘッドの位置は、アライメントプロセスの他のパラメータと共に、図３を参照しながら上記で説明したレシピデータに指定される。ここで示されるアライメントセンサは、５つのアライメントヘッドを備えるが、もちろん、奇数及び偶数の両方の数を含む他の数のアライメントヘッドも使用可能である。

[0049] アライメントヘッド及びエンコーダを使用するアライメント動作の実施形態は、先行出願で詳細に説明される。広義に言えば、基板テーブルは異なる位置に位置決めされ、基板上のアライメントマークを検出するためにアライメントヘッドの異なるサブセットが使用される。いくつかの測定位置をＹ軸に沿って定義することが可能であり、複数のアライメントヘッドが各位置で複数のアライメントマークを測定する。多くの位置が選択されるほどシステムはより正確になるが、より多くの時間がアライメントプロセスに費やされることになる。例えば、基板上のＸ軸に沿って連続した列に、それぞれ３つ、５つ、５つ、及び３つのマークを含む１６のアライメントマークを画定することが可能であり、マークはその後、それぞれ３つ、５つ、５つ、及び３つのアライメントヘッドを使用する４つの異なるアライメント位置によって検出可能である。アライメントマークの列数は５つより少ないか又は多くてよく、最高数百でも可能である。

[0050] アライメントセンサＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４からのデータは、その後、先行出願でより詳細に考察されている、１次アライメント感知構成及び２次アライメント感知構成の基本較正と共に、アライメントマークの検出結果及び対応するエンコーダの測定値を使用する既知の様式で、統計的計算を実行することにより、ｘ及びｙエンコーダの測定軸並びに高さ測定によって設定される座標系において、基板上のすべてのアライメントマークのアレイを計算するために、コンピュータによって使用することが可能である。この計算の結果は、その後、図３を参照しながら既に述べたように、露光ステーションでのパターニングステップを制御するために、アライメントモデル内で使用される。

[0051] 従来の像ベースアライメントセンサ
次に図５の側面図を参照すると、参照フレームＲＦ上に取り付けられた、既知のアライメント感知構成３２０の５つのアライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４が見られる。これらは名目上すべて完全にＸ及びＹ方向に位置決めされており、Ｚ軸に平行なそれらの光軸Ｏと位置合わせされているが、実際には、わずかな位置合わせ誤差が存在する。例えばセンサＡＬ２２は、その光軸がＺ軸に対して角度θだけ傾斜しているように示されている（この図ではＹ軸の傾斜のみが見られるが、θはもちろん、Ｘ及び／又はＹ軸に関する傾斜も表し得る）。特に、アライメントヘッドが移動可能な例では、これらのわずかな配置誤差及び傾斜はバッチごとに異なる場合がある。複数のアライメントヘッドによって実施される測定は、可能であれば同時に実施される。しかしながら、基板の表面に沿った高さの違いにより、典型的には平滑化プロセスが実施される。これは、図１の位置決めシステムＰＷを使用して、基板テーブルをＺ方向に移動させることによって実行可能である。これに対する代替形態は、以下で考察される。基板が平滑化センサの所定の焦点面と一致する時点を特定するための焦点検出技法を使用する、レベルセンサＬＳ（素子３０６、３０８、３１０）が提供される。

[0052] 基板３０２の表面は平坦面ではなく、例えば製品特徴及びそれらを形成するために使用されるプロセスによってもたらされる製造許容差、クランプ歪み、並びに平坦でないことによって、ある程度の起伏がある。これは、既知の装置において、通常少なくとも１つのアライメントヘッドが、焦点を外れたアライメントマークの検出を実行することを意味する。図５は、この誇張された例を示し、中央のアライメントヘッドＡＬ１は基板表面で正確に合焦しているが、他のヘッドは平坦でない基板３０２表面に関して焦点を外れている。たとえ基板が完全に平坦且つ水平であっても、個々のセンサの焦点高さにもばらつきがあり得る。

[0053] 図６は、既知のアライメントセンサにおける１つのアライメントセンサの機能素子の概略的な形を示す。感知構成は、基板上のレジスト層を露光しない広帯域検出ビームを使用して対象となるアライメントマークを照らし、結像光学システム４００及び像検出器４０２を使用してアライメントマークの像をピックアップする。光学システム４００は、図面では単一のレンズ素子で表されているが、当業者であれば、光学システムは実際の実装ではより精巧であり、屈折素子及び／又は反射素子を含み得ることを理解されよう。光学システムは、便宜上、Ｚ軸が水平に示されている。図面はＺ−Ｘ面で作成されているが、Ｚ−Ｙ面で描いても同様に見える。実践的な実装では、実際に折り畳みミラーが存在し得るため、センサの光軸Ｏは、例えば構成全体の高さを減らすために垂直から水平経路へと逸脱する。こうした詳細は光学システム設計者の通常の能力の範囲内にあるため、ここではこれ以上考察しない。

[0054] 像検出器４０２は、便宜的にピクセルと呼ばれることのある感光性素子４０４の２次元アレイを備える。第１のオブジェクトポイントｏ１は、アライメントセンサの焦点面と期せずして一致する高さｚ１の平面内にある。光学システム４００はポイントｏ１からの光線ｒ１を集め、それらを、完全にピクセル４０４の平面内にある像ポイントｉ１に合焦させる。位置が測定されているアライメントマークが平面ｚ１内にある場合、完全に合焦されたマークの像がピクセル４０４のアレイ上に形成される。処理ユニット４０６は検出器４０２のすべてのピクセルから像データを受信し、これを処理してマークを認識し、Ｘ−Ｙ面内でのその位置を計算する。この計算結果は、データＡｘ及びＡｙとして概略的に送達されるように示されている。処理ユニット４０６は各センサについて別々であるか、又はアライメント感知構成の中央プロセッサであるか、又は前述のリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵによって実装される機能であってよい。

[0055] 図５を参照しながら既に説明したように、アライメントマークは必ずしもセンサの焦点面内にあるとは限らない。図６では、第２のオブジェクトポイントｏ２が、（例えば）ｚ１よりもセンサからさらに遠い平面ｚ２内にあるように示されている。このポイントからの光線ｒ２は、ピクセル４０４の平面内では合焦せず、そのある程度手前で合焦する。したがって、アライメントマークが焦点面ｚ１から外れている場合、検出器４０２によって検出される像はぼやけ、処理ユニット４０６はマークをそれほど正確に認識できないか、又はその位置を正確に決定できない。

[0056] 既知の装置でのこの問題に対処するために、アライメントマークは、図５で３０２’及び３０２”として示されるいくつかの異なるＺ位置で基板によって読み取られる。基板テーブルのＺ軸における相対位置を変更することで、各アライメントヘッドに合焦状態で測定させることが可能であり、先行特許出願は、実行されるいくつかの測定の中から各マークについて最良の位置測定を取得するために行われる手順及び計算を説明している。加えて、理想的な焦点面からの転移は、見掛けのＸ−Ｙ位置をシフトさせる。これは、光学システム４００における非テレセントリシティ、及び／又は、各アライメントヘッドの光軸のＺ軸に関する傾斜によるものとすることができる。例として、図５に示されるマーク３４０を参照すると、非ゼロの傾斜角度θは、基板が位置３０２から３０２’及び３０２”へと移動するにつれて、並びに焦点を外れていくにつれて、マークの見掛けのＸ−Ｙ位置が変化することを意味する。較正測定は傾斜効果について実行可能であるため、アライメントマークの位置の検出結果は、測定結果に基づいて補正することができる。

[0057] 既知の手順及び補正は正確なアライメント結果を提供するが、実行されるＺ軸での各移動は結果として追加のステップを発生させ、アライメントのための合計時間を増加させる。さらに、同じ過程の異なる測定が異なる時点で行われるため、機械及び／又は温度の影響によるドリフトによって精度が低下する可能性がある。

[0058] 明視野結像を用いるアライメント感知構成
図７は、図１から図４の装置においてアライメントセンサＡＳを形成する、修正されたアライメント感知構成５３０を示す。構成は、既知の例のように、５つのアライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４を備える。しかしながら、各アライメントヘッド内のアライメントセンサは、その光学システム及びデータ処理において、既知のセンサとは異なる。簡単に言えば、新規の構成における各アライメントセンサは、従来の２Ｄ結像システムではなく明視野結像システム（プレノプティック結像システムとも呼ばれる）を備える。図５に概略的に示されるように、各明視野像センサは、単一焦点面ではなく拡張ゾーン５３２内にマークを結像することができる。本発明の開示で説明する方法は、アライメントステップ中に取る必要のある各マークの像の数を削減するという目的を有する。潜在的に、単一の露光はすべてのマークの合焦像を取得するのに十分である。いわゆる４Ｄ明視野情報は、検出器６０２によってキャプチャされ、合焦及び他の調整は処理ユニット６０６内でデジタル的に実行することができる。これは、アライメントの持続時間及びドリフトが削減可能であることを意味する。代替又は追加として、明視野像を処理して、傾斜及びテレセントリシティを補正することができる。さらにこれらを使用して、高さ測定（レベルセンサ）を実行又は支援することができる。

[0059] 図８は、第１の例で図４及び図７の構成における１つのセンサの修正された光学システム６００及び処理ユニット６０６を示す。理解し易くするために、既知のセンサにおける「通常の」光学システム４００と同一であると見なすことが可能な、１次光学システム６１０が提供される。修正された光学システム６００では、ピクセル６０４を伴う像検出器６０２は１次光学システムの焦点面内に配置されない。マイクロレンズ６１２のアレイが、（従来のセンサでは像検出器が存在した）光学システム６１０の名目焦点面ｚｆ内に配置される。各マイクロレンズ６１２は面積がピクセル６０４のサブアレイに対応する。マイクロレンズは２次元に配列され、図面に示されたレンズよりも大幅に小さく、数が多くてよい。同様に、像検出器のピクセルは、図に示されたよりも大幅に数が多い。マイクロレンズのアレイは、明視野変調素子の例である。以下で説明するように、他の適用分野では他の形の明視野変調素子が知られている。

[0060] この例では光線６１４によって示されるように、各マイクロレンズ６１２の倍率は、光学システム６１０の瞳面ｚＬ内のポイントを、ピクセル６０４の平面ｚｐ内のポイントに合焦させるものなどである。したがって、検出器６０２によって検出される像は、大規模に従来の２Ｄ像と同様であり得るが、個々のピクセルを見た場合の強度は、ポイントｏ１及びｏ２などのオブジェクトポイントの相対的な輝度のみならず、マイクロレンズアレイ上の各ポイントに入る光線ｒ１及びｒ２の角度にも依存する。マイクロレンズに関してそれらの位置について選択されたピクセルからの像データを組み合わせることによって、像ｉ１のみならず像ｉ２もデジタル的に合焦させることが可能であり、オブジェクトｏ１及びｏ２はどちらもデジタルイメージに解像可能である。したがって、図７のアライメントヘッドＡＬ１、ＡＬ２１、ＡＬ２２、ＡＬ２３、ＡＬ２４の各々が図示されたタイプのセンサを有する場合、単一の露光の情報を使用して５つのアライメントマークをデジタル的に合焦させることができる。たとえこの「デジタル合焦」の範囲が特定の基板全体にわたる大幅な高さの変化にとって十分でない場合であっても、異なるＺ位置で必要な像の数は削減される。

[0061] この（プレノプティック結像に基づく）明視野結像技法は、生物試料の「３Ｄ研究」を可能にするために顕微鏡検査で適用されてきた。フォトリソグラフィのためのアライメントセンサにおける明視野結像の使用は報告されていない。センサ面では２Ｄイメージのみがキャプチャされる。明視野顕微鏡検査の詳細は、Ｇｒａｐｈｉｃｓ ２５（３），Ｐｒｏｃ． ＳＩＧＧＲＡＰＨ ２００６及びＳｔａｎｆｏｒｄ大学のウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｇｒａｐｈｉｃｓ．ｓｔａｎｆｏｒｄ．ｅｄｕ／ｐａｐｅｒｓ／ｌｆｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ／での、Ｌｅｖｏｙ等の論文「Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、ＺＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓで見ることができる。公開特許出願ＷＯ２００７／０４４７２５は、ほぼ同じ研究を記載している。Ｌｅｖｏｙ等によって説明されるように、各マイクロレンズは、そのロケーションに堆積される光の総量のみならず、各光線（角度方向）に沿ってどれだけの量の光が到達するかを測定する。測定された光線を従来のカメラシステムで終端すると思われる場所へと再整列させることによって、異なる焦点深度を用いて鮮明な像を算出することができる。したがって、アライメントマークの最終的な視野像は、重み付けされたピクセルサブセットの計算的な合成になる。最適な高さのアライメントマークに合焦させるために、異なる空間ピクセル構成を（単一又は複数のピクセルサブセットから）選択することによって、異なる焦点深度を選択することができる。したがって、特定のピクセルサブセットは或る焦点高さに対応する。サブセット構成は、較正後、ルックアップテーブルに記憶することができる。この特性によって、アパーチャを減少させることなく像センサの被写界深度を拡張すること、及び、基板テーブル自体の高さを調節することなく単一露光フィールドの像アライメントを可能にすることができる。

[0062] 加えて、Ｌｅｖｏｙ等は、さらに異なるピクセルのサブセットを選択することで、Ｘ−Ｙ面内の視点のシフト、及び焦点のシフトがどのように可能となるかを説明している。これを使用して傾斜及びテレセントリシティの影響を補正することができるため、アライメントマークの位置又は算出される像内の他のターゲット特徴は深度に依存しなくなる。

[0063] 図９は、例示的一実施形態において上述したような新規のアライメント感知構成を活用するデバイス製造方法の一部を要約した簡略フローチャートである。この図は、図３に関連して読み取ることができる。アライメントセンサ構成ＡＳ及びレベルセンサＬＳを使用して測定されるリソグラフィ装置に基板がロードされる。図１のデュアルステージ例では、ステップＰＡＴは測定ステーションＭＥＡで実行される。各アライメントヘッド内のセンサによって集められた４Ｄ明視野像データを使用して、デジタル合焦ステップＤＦＯＣで多数のマークについてアライメント位置Ａｘ及びＡｙが計算される。

[0064] 明視野結像の利点は、たとえ各アライメントヘッドがセンサから物理的に異なる距離にあっても、各アライメントヘッドによってアライメントマークを合焦させられることである。別の利点は、処理ユニット６０６が、個々のアライメントヘッドのテレセントリシティ及び／又は傾斜角度の知識に基づいて、マークの見掛けのＸ−Ｙ位置における転移を補正できるようにする、深度情報Ａｚが取得できることである。傾斜及びテレセントリシティは、基板３０２が図５に示されるように異なる高さで測定される、較正シーケンスで測定可能である。

[0065] パターニングステップＰＡＴにおいて適用されるパターンの位置決めを制御するために、アライメントデータに基づくアライメントモデルＡＬＭが使用される。図１のデュアルステージ例では、ステップＰＡＴは露光ステーションＥＸＰで実行される。レベルセンサＬＳからの高さマップデータは、パターニングステップで焦点を制御するために、焦点制御モデルＦＯＣで使用される。パターニングステップＰＡＴで各ターゲット部分にパターンが適用された後、パターンに従ってデバイスフィーチャを作成するために基板が処理される。基板は、すべての製品層が完了するまで、更なるパターニングのために戻る。加えて、高度なプロセス制御モジュールＡＰＣは、プロセスの制御を更新するために、散乱計などの検査装置ＭＥＴからの計測データを使用することができる。

[0066] 前述の方法は、単一の露光を用いて視野像アライメントを実行することができる。アライメントプロセス中に必要な像の数を削減することは、スループット及びオーバーレイにとって有利である。単に１マークについて必要な測定時間が少ないことによって、スループットが向上する。各層のアライメントが、既知の構成内でのアライメント測定に必要な複数の像間のドリフトによる影響をそれほど受けないことによって、オーバーレイ性能が向上する。

[0067] 焦点及びテレセントリシティを補正することに加えて、デジタル処理によって光学システム６１０の他の収差を補正することができる。例えば球面収差は、再合焦と同様の方法でデジタル的に補正可能である。

[0068] さらに、同じアライメントセンサ内で複数の焦点面を同時に選択することができる。したがって、基礎となる構造を同時に合焦するように設定することができる。これは、例えば基板上の２つの層に形成されたマーク間のオーバーレイを測定するために使用可能である。

[0069] 図８に示される例示の明視野結像センサは、明視野結像概念の最も簡易な実装としてマイクロレンズに基づく。しかしながら、例えばコード化マスクに基づく、明視野結像の他の実装が知られている。コード化マスクは、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）の例と見なすことができる。既知の例は、事前に定義されたパターンに従った不透明又は透明なスクエア素子のアレイを含む。図８の例でマイクロレンズアレイの知識が使用できるのと同様に、パターンの知識を使用して記録された明視野から異なる像を再構築することができる。既知のように、プログラマブルＳＬＭは、透過型（例えば液晶ＳＬＭ）及び／又は反射型（例えば可変マイクロミラーデバイス）素子によって実装可能である。一般的な用語では、マイクロレンズアレイ、コード化マスク、ＳＬＭは、明視野変調素子の例と見なすことができる。異なる実装は、空間分解能、雑音感度、光利用などの結像性能パラメータの異なる組み合わせをもたらす。特に、単純なマイクロレンズ実装は、一般にアライメントセンサ適用例では望ましくない可能性のある空間分解能の損失につながるが、マスクベースの結像は、最大分解能を提供する。コード化マスクは、光路内の様々なロケーションに、例えば図示されたマイクロレンズアレイの代わりに、マイクロレンズアレイに重ね合わせて、及び／又は１次光学システム６１０の瞳面内に、配置可能である。コード化マスク及び／又はマイクロレンズアレイは、照明光路並びに結像光路内に配置可能である。

[0070] 下記の公表文献は、主にフォトグラフィの分野における明視野結像に関する理論的且つ実験的教示を提供している。
−Ｋ. Ｍａｒｗａｈ、Ｇ. Ｗｅｔｚｓｔｅｉｎ、Ｙ. Ｂａｎｄｏ、Ｒ．Ｒａｓｋａｒによる、「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ Ｏｖｅｒｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｉｅｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃ. ｏｆ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ２０１３（ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ３２, ４）、２０１３年
−Ａ.Ａｓｈｏｋ、Ｍａｒｋ Ａ. Ｎｅｉｆｅｌｄによる、「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｌｉｇｈｔ−ｆｉｅｌｄ ｉｍａｇｉｎｇ」、ＳＰＩＥ Ｎｅｗｓｒｏｏｍ、ＤＯＩ： １０．１１１１７/２．１２０１００８．００３１１３、２０１０年８月１９日
−Ｏ.Ｃｏｓｓａｉｒｔ、Ｍ.Ｇｕｐｔａ、Ｓｈｒｅｅ Ｋ Ｎａｙａｒによる、「Ｗｈｅｎ Ｄｏｅｓ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ？」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（Ｖｏｌｕｍｅ ２２, Ｉｓｓｕｅ ２）、２０１３年２月、４４７〜４５８ページ、ＤＯＩ： １０．１１０９/ＴＩＰ.２０１２．２２１６５３８
−Ｉ.Ｉｈｒｋｅ、Ｇ.Ｗｅｔｚｓｔｅｉｎ、Ｗ.Ｈｅｉｄｒｉｃｈによる、「Ａ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｌｅｎｏｐｔｉｃ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」、２０１０ ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ、４８３〜４９０ページ、２０１０年６月１３〜１８日、Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ, ＣＡ、 ｈｔｔｐ：//ｄｏｉ.ｉｅｅｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｏｃｉｅｔｙ.ｏｒｇ/１０．１１０９/ＣＶＰＲ.２０１０．５５４０１７４
−Ｔ.Ｅ.Ｂｉｓｈｏｐ、Ｓ.Ｚａｎｅｔｔｉ、Ｐ.Ｆａｖａｒｏによる、「Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ」、ｉｎ １ｓｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ （ＩＣＣＰ）、２００９年４月、１〜９ページ、ＤＯＩ： １０．１１０９/ＩＣＣＰＨＯＴ.２００９．５５５９０１０
−Ｚ.Ｘｕ、Ｊ.Ｋｅ、Ｅ.Ｙ Ｌａｍによる「Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔｆｉｅｌｄ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｍａｓｋｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ.２０１２年５月 ７； ２０（１０）：１０９７１−８３. ＤＯＩ： １０．１３６４/ＯＥ.２０．０１０９７１
−Ｍ.Ｗ.Ｔａｏ、Ｓ.Ｈａｄａｐ、Ｊ.Ｍａｌｉｋ、及びＲ.Ｒａｍａｍｏｏｒｔｈｉによる、「Ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｄｅｆｏｃｕｓ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ−Ｆｉｅｌｄ Ｃａｍｅｒａｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ （ＩＣＣＶ）, ２０１３年

[0071] 当業者であれば、これらの教示を、リソグラフィ装置におけるアライメント及び／又は合焦のための感知及び制御構成、あるいは他の装置における同様の測定及び制御機能に適合できよう。特に当業者であれば、これらの教示により、光レベル、空間分解能、などの間で所望の兼ね合いを取る、光学システム及び処理技法の組み合わせを選択できよう。

[0072] 図１０は、デジタル合焦用の明視野結像又は従来の結像のいずれかをアライメント感知構成によって実行できるように適合された、図８の明視野像センサ光学システム６００の修正バージョンを示す。マイクロレンズ６１２のアレイが光路外に移動可能である点を除き、図８の素子と同じである。１次光学システム６１０を（不在の）マイクロレンズアレイの代わりにピクセル６０４上で合焦させるように、経路長さ補正素子６２０が光路内にスワップされる。代替として、同じ効果を達成するために、像検出器６０２を前方又は後方に移動させることができる。既に述べたように、明視野結像は、異なる性能パラメータ間での妥協を含む可能性がある。例えば、単一露光からデジタル的に再合焦するための能力は、光のキャプチャ又は空間分解能における性能低下と引き換えに得られる場合がある。

[0073] 明視野結像又は従来の２Ｄ結像を選択できることで、オペレータは、新規の明視野像センサの利点を活用するか、又は従来の結像システムの利点を活用するかの、いずれかを選択することができる。別のオプションは、例えば従来の結像機能に対して明視野結像機能を較正するために、同じ基板上で両方のタイプの結像を使用することである。使用モード及び較正の選択は、自動化することができる。明視野と非明視野の結像モード間での選択に加えて、例えば上記の参照で説明した技法の中から異なる技法を使用して、異なるモードの明視野結像間でセンサを切り替えることも可能である。

[0074] 図１１は、明視野結像及び従来の２Ｄ結像のための光学システム内に別々の分岐が提供される、明視野像センサ光学システム６００の別の修正を示す。ビーム方向転換素子６３０は、明視野結像経路から第２の光学システム６３２及び第２の像検出器６３４へと、光線を方向転換する。検出器６３４からの像データを処理する第２の処理ユニット６０６’が示されているが、もちろんユニット６０６及び６０６’は、単一の物理処理ユニットの２つの機能とすることができる。ビーム方向転換素子は、例えば可動ミラー又はプリズムであってよく、これによってオペレータは、明視野結像又は従来の結像のいずれかを使用するように選択することができる。他方でビーム方向転換素子は、アライメントマークからの光が明視野結像分岐及び従来の結像分岐の両方によって同時に処理されるような、ビームスプリッタであってよい。処理ユニット６０６の結果によって、例えば、従来の結像分岐によって結像されたマークのいずれが合焦しているかがわかる。

[0075] 明視野結像による高さ感知
図８内に破線で示されるように、ステップＤＦＯＣでのデジタル処理によって、レベルセンサＬＳによって提供される補足又は潜在的置換のための高さデータＡｚも生成可能である。すなわち、各アライメントマークの各像にとって、又は基板上の他のフィーチャにとって、最良の焦点深度を認識することにより、Ｘ−Ｙ位置に加えてそのマークに関する高さ値を導出することができる。原理上、パターニングステップにおいて焦点を制御するために、明視野像センサをもっぱら高さ感知のために使用することができるが、この例における明視野像センサの主要な機能は、パターニングステップにおいてＸ−Ｙ位置を制御するためのアライメントである。

[0076] 図１２は、図７及び図８に示されたタイプの１つの明視野結像センサにおいて、１つのマークに関する深度情報の抽出を示すより詳細なフローチャートである。この方法は、上記で参照したＴａｏ等の論文に基づくものである。明視野像は、ステップＣＡＰにおいて、光学システム６１０及び像検出器６０２を使用してキャプチャされる。その後、明視野像データに関する２つのタイプの深度分析が実行され、それらの結果が組み合わされる。デフォーカスアルゴリズムＤＥＦＡＬＧがデフォーカスキューＤＥＦＣＵＥを計算し、対応アルゴリズムＣＯＲＡＬＧが対応キューＣＯＲＣＵＥを計算する。その後、深度値、例えば以前の説明で参照された値Ａｚを取得するために、これらの異なるタイプのキューが組み合わされる。Ｔａｕが述べているように、両タイプの分析を活用するアルゴリズムは、いずれかの分析のみよりも堅固である。この方法は、像内のあらゆる位置について深度値を計算するために反復される。破線の経路によって示されるように、フローは、すべての位置が測定されるまで新しい像をキャプチャするために戻される。フローは、キャプチャされたデータの品質が不十分であると見なされる場合、同じ位置で新しい像をキャプチャするために戻される。明視野像データ内の焦点深度が、単一の明視野像内のすべての可能な焦点深度を十分にカバーするものでない場合、フローは、同じ位置で新しい像をキャプチャするために戻すことができる。

[0077] 明視野結像の提案される用法は２Ｄアライメントに限定されず、より一般的に３Ｄ計測学適用範囲でも活用可能である。すなわち、デフォーカス深度キュー及び対応深度キューのどちらも１回のキャプチャで同時に使用可能であるため、深度又は高さの情報は明視野像から抽出することができる。リソグラフィにおける高さマップは、典型的には、アライメント測定とは別に又は並行して記録される、フリンジ投影及び干渉法に基づくものである。前述のように、再合焦された像は、レンズアレイ又は他の明視野変調素子を使用してキャプチャされた像の獲得後に、並びに、例えばテレセントリシティを補償するために主対物レンズのアパーチャ内で視野をデジタル的にシフトすることによって複数の視野を取得することで、構築可能である。単一露光のデフォーカスキュー及び対応キューの両方を組み合わせることで、所望のフィーチャの高さマップを計算することができる。

[0078] 当業者であれば、図１から図４のリソグラフィ装置における高さマッピング機能を実行するために、Ｔａｕ等の深度カメラ技法を容易に適応することが可能である。子のために使用される明視野像センサは、専用の深度センサとするか、又はＸ−Ｙ位置測定に使用されるアライメントセンサと同じものとすることができる。深度センサは、既に述べたように、リソグラフィにおいて従来使用されている光レベルセンサＬＳの代わりに、又はその補足として使用することができる。

[0079] 結論
結論として、リソグラフィにおいてパターニングプロセスを制御するために測定を取得するための新規の方法は、測定時間を削減することが可能であり、したがって製品の高スループットを維持するのを助けることができる。

[0080] 本発明の実施形態は、前述のように明視野結像によって取得されるアライメント及び／又は高さマップデータを使用してリソグラフィ装置を制御する方法を記述する、機械可読命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを使用して、実装可能である。このコンピュータプログラムは、例えば図２の制御ユニットＬＡＣＵ又は何らかの他のコントローラ内で実行可能である。こうしたコンピュータプログラムが内部に記憶される、データ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）も提供可能である。例えば図１に示されるタイプの既存のリソグラフィ装置が既に生産及び／又は使用されている場合、本発明は、図９に示された方法の修正された像処理ステップＤＦＯＣ及び／又は図１２のステップをプロセッサに実行させるために、更新されたコンピュータプログラム製品を提供することによって実装可能である。

[0081] 上記では、光学リソグラフィとの関連における本発明の実施形態の使用について特有の参照を行ってきたが、本発明は他の適用範囲、例えばインプリントリソグラフィでも使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことを理解されよう。インプリントリソグラフィにおいて、パターニングデバイスにおけるトポグラフィは基板上に作成されるパターンを定義する。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されるレジストの層内にプレスすることが可能であり、基板上では、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを印加することによってレジストが硬化される。パターニングデバイスはレジスト外へ移動し、レジストが硬化された後にその内部にパターンが残される。

[0082] 上記では、視野像アライメントのためのデジタル再合焦を、リソグラフィ装置、すなわちパターニングされた放射のビームに対して基板を露光するための装置を参照しながら説明しており、基板は感光性レジストで覆われている。完全を期すために、こうしたデジタル再合焦は、例えば回析ベースオーバーレイ（ＤＢＯ）及び回析ベース焦点（ＤＢＦ）分析のための計測装置でも適用可能である。計測装置は、露光された基板に、例えばオーバーレイ及び／又は焦点に関して露光結果の品質を分析するための動作を施す。２つ又はそれ以上のカメラを備えるシステムに、フィーチャに関する最適な性能を検出するために、（完全に別々か又は共通の検出分岐として主光路を備える）各個別の検出分岐を適用することができる。結果として、偏光、瞳面、及びフィールドに関する情報を抽出することができる。本発明を計測ツールに適用することの利点は、本発明をリソグラフィ装置内で適用することの利点と同様であり、像焦点補正がソフトウェアによって行われる。その後、像は、対象を移動させること又は他の部分を移動させることなく、再合焦可能であり、最終的にスループットを向上させる結果となる。ハードウェアによって導入される焦点誤差も削減することができる。

[0083] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0084] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組合せを指すことができる。

[0085] 特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に修正する、及び／又はこれらを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び修正は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[0086] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (19)

1. 基板上にパターンを適用するためのリソグラフィ装置であって、
   −前記パターンの適用に先立って前記基板上のフィーチャの位置を測定するための少なくとも１つのアライメントセンサであって、結像光学システムと、前記結像光学システムによって形成される像をキャプチャするための像検出器とを備える、アライメントセンサと、
   −前記像検出器によって供給されるピクセルデータから位置測定を抽出するためのデータプロセッサと、
   −前記アライメントセンサによって測定された前記位置を使用して、前記パターンを前記基板に適用するために前記リソグラフィ装置を制御するように構成されたコントローラと、
   を含み、
   前記結像光学システムは１つ以上の明視野変調素子を含み、前記データプロセッサは前記位置測定を抽出するために前記ピクセルデータを明視野像として処理するように構成される、リソグラフィ装置。
2. 前記データプロセッサは、前記基板上のフィーチャの合焦像を前記明視野像から導出するように、及び、前記合焦像に基づいて、前記結像光学システムの光軸に対して横方向に前記フィーチャの位置を示すように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記データプロセッサは、前記検出される像における前記フィーチャの見掛けの位置の深度依存度を低下させるための補正を、前記位置測定に含めるように構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記データプロセッサは、視点を補正して前記基板上のフィーチャの像を前記明視野像から導出するように構成される、請求項１、２、又は３に記載の装置。
5. 前記データプロセッサは、前記基板上のフィーチャの高さの測定を前記明視野像から導出するように構成され、前記高さの寸法は前記結像光学システムの光軸に対してほぼ平行であり、前記コントローラは前記リソグラフィ装置によって適用されるパターンの合焦を制御するために前記高さの測定を使用する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記データプロセッサは、２つ又はそれ以上の深度で合焦された像を、前記明視野像から導出するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記アライメントセンサは共通参照フレーム上に取り付けられた複数の同様のセンサのうちの１つであり、前記複数のセンサは動作時に、前記基板全体にわたるそれぞれのロケーションでほぼ同時に複数のフィーチャの位置を測定し、各センサの前記プロセッサは、前記基板の局所部分上で合焦された像をそのそれぞれの明視野像から導出する、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記アライメントセンサは共通参照フレーム上に取り付けられた複数の同様のセンサのうちの１つであり、前記複数のセンサは動作時に、前記基板全体にわたるそれぞれのロケーションでほぼ同時に複数のフィーチャの位置を測定し、各センサの前記プロセッサは、位置と深度との間のセンサ特有の依存度について調整された像をそのそれぞれの明視野像から導出する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 連続する層内のパターンを基板上に適用すること、及び機能的なデバイスフィーチャを生成するために前記基板を処理することを含む、デバイス製造方法であって、少なくとも１つの前記層内でパターンを適用するステップは、
   （ａ）明視野結像を用いる少なくとも１つのアライメントセンサを使用して、リソグラフィ装置内の前記基板上のフィーチャの位置を測定するステップと、
   （ｂ）前記アライメントセンサを使用して取得した明視野像データから、位置測定を抽出するステップと、
   （ｃ）前記アライメントセンサによって測定された前記位置を使用して、前記パターンを前記基板に適用するために前記リソグラフィ装置を制御するステップと、
   を含み、前記アライメントセンサは、結像光学システムと、前記結像光学システムによって形成される像をキャプチャするための像検出器とを備える、デバイス製造方法。
10. ステップ（ｂ）は、前記基板上のフィーチャの合焦像を前記明視野像データから導出することを含み、前記合焦像に基づいて、前記結像光学システムの光軸に対して横方向に前記フィーチャの位置を示す、請求項９に記載の方法。
11. 前記位置測定は、前記検出される像における前記フィーチャの見掛けの位置の深度依存度を低下させるための補正を含む、請求項１０に記載の方法。
12. ステップ（ｂ）は、視点を補正して前記基板上のフィーチャの像を前記明視野像から導出することを含む、請求項９、１０、又は１１に記載の方法。
13. ステップ（ｂ）は、前記基板上のフィーチャの高さの測定を前記明視野像から導出することを含み、前記高さの寸法は前記結像光学システムの光軸に対してほぼ平行であり、ステップ（ｃ）は、前記リソグラフィ装置によって適用されるパターンの合焦を制御するために前記高さの測定を使用することを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. ステップ（ｂ）は、２つ又はそれ以上の深度で合焦された像を、前記明視野像から導出することを含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記アライメントセンサは共通参照フレーム上に取り付けられた複数の同様のセンサのうちの１つであり、前記複数のセンサは、前記基板全体にわたるそれぞれのロケーションでほぼ同時に複数のフィーチャの位置を測定し、ステップ（ｂ）は、前記基板の局所部分上で合焦された像をそのそれぞれの明視野像から導出することを含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記アライメントセンサは共通参照フレーム上に取り付けられた複数の同様のセンサのうちの１つであり、前記複数のセンサは、前記基板全体にわたるそれぞれのロケーションでほぼ同時に複数のフィーチャの位置を測定し、ステップ（ｂ）は、各センサについて、位置と深度との間のセンサ特有の依存度について調整された像をそのそれぞれの明視野像から導出することを含む、請求項９から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. １つ以上のプロセッサに、請求項１から８のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置のデータプロセッサ及びコントローラの機能を実施させるための機械可読命令を備える、コンピュータプログラム製品。
18. 請求項１から８のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置のコントローラの機能を実施させるためのプログラムを記憶する１つ以上のプロセッサを備える、データ処理システム。
19. １つ以上のプロセッサに、請求項９から１６のいずれか一項に記載の方法のステップ（ｂ）を実行させるための機械可読命令を備える、コンピュータプログラム製品。