JP7144605B2 - アライメントセンサの検出システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] この出願は、２０１８年１０月１２日に出願された欧州出願１８２００１３８．８の優先権を主張し、参照によりその全体が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おいて基板を処理する方法及び装置に関する。本発明は、特にリソグラフィ装置における基板のアライメントに関する。

[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つ又はいく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。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

[0004] リソグラフィプロセスを制御して基板上に正確にデバイスフィーチャを配置するために、例えば基板上に１つ以上のアライメントマークが一般に設けられ、リソグラフィ装置は、マークの位置を正確に測定し得る１つ以上のアライメントセンサを備える。アライメントセンサは、事実上の位置測定装置であることがある。異なる時期に異なる製造者からの異なるタイプのマーク及び異なるタイプのアライメントセンサが知られている。

[0005] 既知のアライメントセンサは、異なる波長を持つ複数の放射ビームを生成する１つ又は複数の放射源を使用する。この様式では、センサが放射（例えば光）の複数の波長（例えば色）及び偏光を用いて、１つ以上の同一のターゲット格子上の位置を測定することがある。単一の色又は偏光は、あらゆる状況での測定に理想的であるとは限らないため、システムは、多数の信号から最も信頼できる位置情報を提供するものを１つ選択する。

[0006] 基板に付与されるパターン数の増大とともに基板がますます複雑になるにつれて、信頼できる位置情報を提供するアライメントセンサの能力を保証するために追加の波長及び／又は偏光を加えることが必要になる。より多くのパターンの追加は、基板上のアライメントマークによる散乱光の量を減少させることがある。さらに、いくつかのパターンは、アライメントセンサにより使用される波長を通さない材料で作られることがある。これを緩和するためには、アライメントシステムにより一層の複雑性を加える必要がある。しかしながら、アライメントセンサはリソグラフィ装置内に収まる必要があるため、アライメントセンサに対する物理的な制約上、実現可能でないか、又は望ましくない場合がある。

[0007] フットプリントが小さいアライメントマークには小さい検出スポットが必要となる。周囲の構造からの光は、位置のミスアライメントを引き起こす可能性があるため検出しないことが重要である。フットプリントが大きいマークについて位置合わせする場合、フットプリントが小さいマークについて位置合わせする場合よりも大きい検出スポットを有することが望ましいというジレンマがある。

[0008] 本発明のある態様によれば、少なくとも１つの検出回路と、少なくとも１つの検出回路に測定信号を輸送するための複数の光ファイバコアと、を備え、複数の光ファイバコアの少なくとも１つのサブセットが、検出状態と非検出状態との間で選択的に切り替え可能であることによって、設定可能な検出スポットが画定される、アライメントセンサの検出システムが提供される。

[0009] 本発明の第２の態様によれば、第１の態様の検出システムを備えたアライメントセンサシステムであって、複数の光ファイバコアの光入力が、アライメントセンサの検出面に位置し、光入力がアライメントセンサシステムに有効な視野絞りとして動作可能であるアライメントセンサシステムが提供される。

[0010] 本発明の第３の態様によれば、放射の投影ビームを提供するための放射システムと、投影ビームを所望のパターンに従ってパターン形成するのに使用されるパターニングデバイスを支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、パターン形成されたビームを基板のターゲット部分に投影するための投影システムと、基板テーブル及び／又は支持構造を位置合わせするための、第２の態様のアライメントシステムと、を備えるリソグラフィ投影装置が提供される。

[0011] 本発明の別の特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び作用は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に記載されている。本明細書に含まれる教示に基づいて当業者はさらなる実施形態を容易に思いつくであろう。

[0012] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

アライメントセンサを含むリソグラフィ装置を示す。 リソグラフィセル又はクラスタを示す。 図１のデュアルステージ装置内の基板Ｗ上のターゲット部分（例えばダイ）を露光するステップを示す。 本発明に係る装置が使用され得る、図１のリソグラフィ装置で使用されるアライメントセンサを示す。 本発明のある実施形態に係る効率的に設定可能な検出スポットを提供する、３つの代替的なマルチコアマルチモードファイバ配置を示す。 本発明のある実施形態に係る検出装置を示す。

[0013] 本発明の実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

[0014] 図１はリソグラフィ装置ＬＡを概略的に説明している。この装置は、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築され、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のポジショナＰＭに接続されたパターニングデバイスサポート又は支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、それぞれが基板（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、それぞれが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のポジショナＰＷに接続された２つの基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ及びＷＴｂと、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）上に放射ビームＢに付与されたパターンを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。基準フレームＲＦは、様々なコンポーネントを接続し、パターニングデバイスと基板及びそれらの機能の位置を設定及び測定するための基準として機能する。

[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み合わ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サポートは、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。パターニングデバイスサポートは、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サポートＭＴ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サポートは、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。

[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。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。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] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過型パターニングデバイスを使用する）。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、又は反射型マスクを使用する）。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。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。「パターニングデバイス」という用語は、プログラマブルパターニングデバイスなどの制御に用いるためのパターン情報をデジタル形式で記憶するデバイスを指すものと解釈されることもある。

[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光学システム、又はその任意の組み合わ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] 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使用することができる。

[0021] 動作中、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。

[0022] イルミネータＩＬは、例えば、放射ビームの角度強度分布を調整するように構成されたアジャスタＡＤ、インテグレータＩＮ、及びコンデンサＣＯを備えていてもよい。イルミネータ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。

[0023] 放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートＭＴ上に保持されたパターニングデバイス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。パターニングデバイス（例えばマスク）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ＷＴａ又はＷＴｂ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の経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。

[0024] 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（スクライブライ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。アラインメントマーカを検出するアラインメントシステムについては、以下でさらに説明する。

[0025] 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サポート（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サポート（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速さ及び方向は、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。

[0026] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0027] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、それらの間で基板テーブルを交換することが可能な２つのステーション、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ている間に、別の基板を測定ステーションの他方の基板テーブル上にロードし、様々な予備ステップを実施することが可能である。これによって、装置のスループットを実質的に増加させることができる。予備ステップは、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面の等高線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ある。位置センサＩＦが、測定ステーション及び露光ステーションにある間に、基板テーブルの位置を測定できない場合、基準フレームＲＦに対する基板テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるようにする第２の位置センサが設けられることがある。他の構成も知られており、示されたデュアルステージ構成の代わりに使用可能である。例えば、基板テーブル及び測定テーブルが設けられた他のリソグラフィ装置も知られている。これらは、予備測定を実行するときにドッキングされ、その後、基板テーブルの露光中に切り離される。

[0028] 図２に示されているように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣの一部を構成する。リソグラフィセルＬＣはリソセル又はクラスタと呼ばれることもあり、基板に露光前プロセス及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来から、これらにはレジスト層を堆積させるためのスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラ、すなわちロボットＲＯが、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらを様々なプロセス装置間で移動させた後、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに引き渡す。これらのデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることも多く、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、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、様々な装置は、スループット及び処理効率を最大化するように動作させることができる。次いで、トラックにより処理された基板は、エッチング及びデバイス製造プロセス内の他の化学的又は物理的処理のための他の処理ツールへ移送される。

[0029] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、記載された様々なアクチュエータ及びセンサの移動及び測定の全てを制御する。また、ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実行するための信号処理及びデータ処理能力も備える。導入部及び特許請求の範囲の用語では、これらの処理機能及び制御機能の組み合わせを単に「コントローラ」と呼ぶ。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは多くのサブユニットから成るシステムとして実現され、各サブユニットは、リアルタイムのデータ取得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を取り扱う。例えば、１つの処理サブシステムが基板ポジショナＰＷのサーボ制御に特化されることがある。粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータ又は異なる軸を別々のユニットが取り扱うこともある。別のユニットが位置センサＩＦの読み出しに特化されることがある。装置の全体的な制御は、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、及びリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信を行う中央処理ユニットによって制御されることがある。

[0030] 図３は、図１のデュアルステージ装置において基板Ｗ上のターゲット部分（例えばダイ）を露光するステップを示す。まず、従来の慣行に従ったプロセスについて説明する。

[0031] 左側の点線のボックス内は測定ステーションＭＥＡで実行されるステップであり、右側は露光ステーションＥＸＰで実行されるステップを示す。時として、上記のように基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの一方が露光ステーションに、他方が測定ステーションに位置することがある。この説明のため、基板Ｗは既に露光ステーションにロードされていると仮定する。ステップ２００において、図示しない機構によって新しい基板Ｗ’が装置にロードされる。これら２枚の基板は、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。

[0032] まず、新たにロードされた基板Ｗ’を参照すると、これは、装置における初めての露光のために新しいフォトレジストを用いて作成される、これまでに処理されていない基板であることがある。しかしながら、一般には、説明され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１つのステップに過ぎないので、基板Ｗ’は、既に数回この装置及び／又は他のリソグラフィ装置を通過しており、またこれ以降も複数のプロセスを受けることがある。特にオーバーレイ性能向上の問題について、ここでの課題は、既に１サイクル以上のパターニング及び処理を経た基板上に、全く正確な位置に新しいパターンを確実に付与することである。これらの処理ステップによって次第に基板には歪みが生じるが、充分なオーバーレイ性能を達成するためにはこれを測定し補正しなければならない。

[0033] このように、事前及び／又は後続のパターニングステップは他のリソグラフィ装置で実行されることがあり、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行されることさえもある。例えば、デバイス製造プロセスにおける解像度やオーバーレイなどのパラメータについて極めて要求の厳しい層には、これより要求の厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行されるものもある。したがって、ある層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光されることがある一方、他の層は「ドライな」ツールで露光されることがある。ある層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光されることがある一方、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光されることがある。

[0034] ２０２では、基板マークＰ１などとイメージセンサ（図示せず）とを使用したアライメント測定結果を用いて、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂに対する基板のアライメントを測定し記録する。また、アライメントセンサＡＳを用いて、基板Ｗ’上のいくつかのアライメントマークが測定される。一実施形態では、これらの測定結果を用いて「ウェーハグリッド」を確立する。ウェーハグリッドは、名目上の矩形グリッドに対する任意の歪みを含めて、基板上のマークの分布を極めて正確にマッピングする。

[0035] ステップ２０４では、レベルセンサＬＳを使用して、Ｘ－Ｙ位置に対するウェーハ高さ（Ｚ）のマップも測定される。従来から、この高さマップは、露光パターンの正確な合焦を達成するためにのみ使用されている。詳細は後述されるように、本装置は、アライメント測定結果を補完するためにも高さマップデータを使用する。

[0036] 基板Ｗ’がロードされたとき、実行すべき露光を定義し、ウェーハ、並びにその上に以前に作られたパターン及び作られることになるパターンの特性も定義するレシピデータ２０６が受信された。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結果が追加されるため、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結果は、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又は名目上固定された関係で形成される、アライメントターゲットのＸ位置及び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、異なる次元での「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ある。ＵＳ ２０１３２３０７９７Ａ１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。

[0037] ２１０において、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の例示的な装置において、このスワッピングは装置内でのサポートＷＴａとＷＴｂの交換によって実行されるため、基板テーブルと基板自体との間の相対的なアライメントを保持するために、基板Ｗ、Ｗ’はそれらのサポート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、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を利用するために必要な全てである。ステップ２１２において、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が、複数のパターンの露光を完了させるために、基板Ｗ全体にわたり連続したターゲット位置で適用される。

[0038] 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位置に対して、特に以前に同じ基板上に置かれたフィーチャに対して正確に位置合わせされる。ここでＷ”と標示された露光基板は、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受けるために装置からアンロードされる。

[0039] 図４は、アライメントセンサである光学系４００を示している。いくつかの分岐を有する光軸Ｏは、光学系４００の全体にわたって延びる破線によって示される。光学系は、放射源４２０、照明ビーム４２２、対物レンズ４２４、情報保持ビーム４２６、自己参照干渉計４２８及び検出器４３０を有する。実際には、複数の検出器が設けられることがある。検出器からの信号は、処理ユニットＰＵによって処理される。

[0040] この概略図に示された追加のコンポーネントは以下の通りである。照明サブシステム４４０において、放射源４２０からの放射は、光ファイバ４４２を通じて照明成形光学系４４６に伝送される。これは、入力ビーム４２２をビームスプリッタ４５４を介して瞳面Ｐを有する対物レンズ４２４に伝送する。対物レンズ４２４は、基板Ｗ上に形成されるアライメントマーク２０２上にスポット４０６を形成する。基板は基板ステージ（図示せず）上に位置決めされ、基板ステージは光学系に対して移動されることがある。当業者であれば、この相対的移動が多数の特定の方法によって実施され得ることを当然理解するであろう。一例では、光学系が静止しており、ステージが移動する。別の例では、光学系が移動し、ステージが静止している。さらに別の例では、ステージは少なくとも１つの次元で移動し、光学系は少なくとも１つの他の次元で移動する。

[0041] 情報保持ビーム４２６は、マークにより回折され、ビームスプリッタ４５４を通って干渉計４２８に移動する。干渉計４２８は、直交偏光を有する２つの部分に放射場を分割し、これらの部分を光軸回りに互いに対して１８０°回転させ、それらを結合して出射ビーム４８２にする。レンズ４８４は、（例えばマルチモードファイバ４３３を介して）放射場全体を検出器４３０に合焦させる。この例における検出器４３０及びアライメントセンサは、事実上単一の光電変換器（例えばフォトダイオード）であり、既に説明したスキャン動作による場合を除いて、いかなる空間的情報も提供しない。ある実施形態では、例えば波長を逆多重化又は分離するスペクトルフィルタの後に、使用される波長ごとの光電変換器が存在することがある。共役瞳面に空間解像度を有する検出器を追加することで、アライメントセンサハードウェアを用いて角度分解スキャトロメトリ法を実行することができる。

[0042] 本例には、非対称性測定装置４６０が含まれる。装置４６０は、干渉計４２８の手前に配置された第２のビームスプリッタ４６２を通じて情報保持ビーム４２６の一部４６４を受け取る。

[0043] 図４に示された例において、干渉計の周辺で実際に用いられるいくつかの光学素子が省略されていることに留意すべきである。これは、このアイデアの説明を単に単純化するためになされる。実際の実施において、これらを含めることが必要な場合がある。

[0044] 現在、多くのアライメントセンサ設計が、基板上の大きな面積、すなわちフットプリントを占め、スクライブラインにしか収容できないアライメントマークに依拠している。フットプリントがより小さいアライメントマークへの需要が高まっている。例えば、より小さいアライメントマークは、マークをプロダクトエリアに収容してフィールド内グリッド補正を行い得ることを意味する。代替的又は付加的に、より小さいマークと位置合わせできるということは、オーバーレイの測定に使用されるマークといった既存のメトロロジマークなどとのアライメントを可能にすることがある。このようなオーバーレイマークの一例は、ミクロ回折ベースオーバーレイ、すなわちμＤＢＯマークとして知られている。μＤＢＯマークは、例えば総面積が約１０～１６μｍ^２で、典型的な格子ピッチが約５００～７００ｎｍの、２×２の正方形に配置された４つの格子構造を含むことがある。これは、（例えば）（少なくとも１次元に）５倍を超える大きさであり得る典型的なアライメントマークと対照的である。現在使用されている１つの特定タイプのアライメントマークは、寸法が８０μｍ×３８μｍで、典型的な（例えば、斜めに配向された）格子ピッチが１．６μｍより大きい２つの格子を備える。

[0045] （例えば、図４に示すようなオフアクシス照明方式を使用する場合のはるかに小さいピッチを有する）はるかに小さいマークに対する位置合わせが可能なアライメントセンサを設けることが望ましい一方、これをアライメントセンサのわずかな変更で達成すること、及び／又は現在一般に使用されている大きいアライメントマークとの後方互換性を保つことも望ましい。これらの望ましい特徴をアライメントセンサが達成できるようにするアライメントセンサの検出システムをこれから説明する。

[0046] 適切に作動するために、アライメントセンサは周囲の構造を測定することなくアライメントマークのピッチを検出する必要がある。周囲の構造からの寄与を含む検出信号からアライメントエラーが生じることがある。これを達成するために、検出スポット（検出エリア）は、その周囲からの寄与を含まない、アライメントマークからの信号だけを検出するほど十分に小さくすべきである。これを達成する１つの方法は、小さい照明スポット（マーク上の照明エリア）を使用すること、より具体的には、マークを充填不足にする（すなわち、マークだけに入射する）、マークより小さい照明スポットを使用することである。代替的に、視野絞り（例えば開口又は虹彩）を、アライメント信号の不要成分（すなわち、周囲の構造から生じる信号成分）を遮断する中間像面に設けることができる。（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，９６１，１１６号に記載された）１つの既知のタイプのアライメントセンサは、検出面に視野絞りを含む。別のタイプのアライメントセンサでは、（検出信号を検出器に輸送する）検出マルチモード光ファイバのコア径は、実質的に検出面における視野絞りの役割を果たす検出スポットを画定する。

[0047] したがって、検出スポットは、小さいアライメントマークに対して位置合わせする場合に小さい方がよい。これは、例えば小さい照明スポット又は適切な視野絞りを実装することによって達成することができる。しかしながら、このような小さい検出スポットは、現在使用されているような大きいアライメントマークには最適ではなく、そのようなマークとの後方互換性を実質的に制限する又は妨げることになるアライメント性能の低下をもたらす。（例えば制御可能なサイズを有する）設定可能な視野絞りが別のオプションである。しかしながら、アライメントセンサ内に可動コンポーネントを備えることは、そのような可動部がアライメント性能を低下させるために非常に望ましくない。

[0048] したがって、可動部のない動的な視野絞りが提案される。より具体的には、動的な視野絞りは、検出スポットを画定するために検出状態との間で選択的に切り替え可能な検出面に位置する複数のマルチモードファイバ又はファイバコア（すなわち、検出面における光入力）を含むことがある。例えば、マルチモード・マルチコアファイバが使用されることがある。

[0049] 再度図４を参照すると、シングルコアマルチモードファイバ４３３が複数のファイバコア（例えばマルチモード・マルチコアファイバ）に置き換えられる。これらのコアを検出状態と非検出状態との間で個別に切り替えることができる。特定の実施形態では、２つの検出モード、すなわち、小さいアライメントマークに対する位置合わせを行うための第１の検出モード、及び大きいアライメントマークに対する位置合わせを行うための第２の検出モードが想定される。いずれの場合にも、ファイバコアの異なるセットが検出状態に切り替えられる、より具体的には、第１の検出モードの場合よりも第２の検出モードの場合に、ファイバコアのより大きいサブセットが検出状態に切り替えられ、これにより実質的に第２の検出モードの場合により大きい検出スポットを画定することが提案される。

[0050] ある実施形態では、第１の検出モードは、検出状態に切り替えられているファイバコアの第１のサブセットのみを含み、残りのファイバコアが非検出状態にあることがある。ある実施形態では、第１のサブセットは単一のファイバコアのみを含むことがある。第２の検出モードは、検出状態に切り替えられている第２のサブセットであって、第１のサブセットを含む（これにより実質的に検出スポットが増加する）第２のサブセットを含むことがある。ある実施形態では、第２の検出モードは、マルチコアファイバの全てのファイバコアが検出状態にある全てのファイバコア（すなわち第１のサブセットのファイバコアを含む）を使用することを含む。ある実施形態では、第１のサブセットの１つ以上のファイバコアが常に検出状態にあり、第１のサブセットではなく第２のサブセットのファイバコアだけが検出状態と非検出状態の間で選択的に切り替え可能であることがある。これは、ある実施形態では、ファイバコアの第２のサブセットが常にファイバコアの第１のサブセットを含むことになるためである。

[0051] （例えば、３つ以上の異なるタイプ／サイズのアライメントマークに対するアライメントのための）３つ以上の検出モードが可能であることを理解することができる。例えば、第１のサブセットより大きく、第２のサブセットより小さいファイバコアの第３のサブセットを使用する（例えば、上記の小さいアライメントマークと大きいアライメントマークの中間のサイズを有するアライメントマークのための）第３の検出モードを定義することができる。

[0052] 図５は、測定信号を検出回路に輸送するための３つの異なるマルチモード・マルチコアファイバ配置の、検出面における断面を示している。これらは単なる例示であり、多数の異なる配置及び配列が存在することが理解されるであろう。図５（ａ）～図５（ｃ）の各例では、第１のサブセットは、小径の検出スポットを画定する単一のファイバコア、より具体的には中心ファイバコア５００のみを含み、第２のサブセットは、大径の検出スポットを画定する全てのファイバコア５００、５１０を含む。繰返しになるが、これは単なる例示であり、サブセットは、１つのコアあるいは全てのコアを含むかで異なることがある。中心ファイバコアは、２つの結果として生じる検出スポットのサイズを示すためだけに影付きで示されており、ファイバコア５００、５１０は基本的に全て同じであることに留意されたい。

[0053] 図５（ａ）は、（例えば、単一のマルチコアファイバの一部を構成する）７個のファイバコアを含む配置を示す。図５（ｂ）は、ファイバコアが（例えば六角形に配置されることによって）必ずしも円形のスポットを呈するように配置される必要がないことを示す。この例では、この実施形態における第２のサブセットのファイバコア５００、５１０は、正方形の検出スポットを形成するように配置されている一方、第１のサブセットは依然として中心ファイバコア５００のみを含む。図５（ｃ）は、第２のサブセット５００、５１０が、図５（ａ）の配置と比べて第１のサブセット５００に対して大きい（例えば周辺コアの２つ以上の層を含む）第２の六角形配置を示す。

[0054] ある実施形態では、各ファイバコア５００、５１０は、それぞれが光電変換器（例えばフォトダイオード又は類似のデバイス）及び関連（例えば増幅）回路を備えた検出回路（例えば光アナログデジタルボードＯＡＤＢ）に別々に接続されることがある。多重波長放射が用いられる場合、スペクトルフィルタ／デマルチプレクサが設けられることがあり、各波長が別個の検出回路によって検出される。したがって、これは、より多くのファイバコアが使用される場合に拡張性問題を引き起こすことがある。したがって、ある実施形態では、一部のファイバコアがグループ化されることがあり、その結果、その出力は、例えば単一の大径マルチモードファイバに結合される。そして、単一の大径マルチモードファイバの出力を単一の検出回路に連結することができる。単一の検出回路は、（単一の波長センサ用の）単一の光電変換器、又は波長ごとの光電変換器を有することがある。より具体的には、検出モードごとに１つの検出回路のみが設けられることがある。

[0055] 図６はこのような例を示している。この例では、第１のサブセット（例えば中心ファイバコア）５００は、例えば（図示された）マルチモードファイバ５３０を介して、又は直接、第１の検出回路５２０に接続され、一方、全ての他のファイバコア５１０は、第２の検出回路５５０に接続される（例えば大径）マルチモードファイバ５４０に供給された結合された出力を有する。このような実施形態において、第１の検出モードでは、例えば第１の検出回路５２０だけを動作可能にすることによって、中心ファイバコア５００だけが検出状態に切り替えられることになる。第２の検出モードでは、例えば第１の検出回路５２０と第２の検出回路５５０の両方を動作可能にすることによって、全てのファイバコア５００、５１０が検出状態に切り替えられる。第１の検出回路５２０と第２の検出回路５５０はいずれも、単一の光電変換器、又は（アライメントセンサが複数の波長又は帯域を用いて測定する場合は）スペクトルフィルタ／デマルチプレクサ及び波長／帯域ごとの単一の光電変換器を備えることがある。

[0056] ある実施形態では、開示された提案は、より具体的には、第２の検出モードで大きいマークに対する位置合わせを行う場合に、マーク内補正を行う可能性を提供することがある。第２の検出モードでは、異なるファイバコアは、それぞれマークの異なるサブ領域を検出し、これにより、結像されたサブ領域の比較に基づいた（例えば、マルチコアマルチモードファイバのファイバコアのサイズ／数に応じた）（低解像度）マーク内補正が可能になる。これはまた、第１のサブセットが２つ以上のファイバコアを含む場合に、第１の検出モードでも可能である場合がある。代替的又は付加的に、（例えば外側の）ファイバコアの少なくとも１つを自動利得制御に使用することができる。測定中、外側のファイバコアは、最初に、すなわちマークが内側のファイバコアに「見られる」前に、マークを検出することになる。したがって、外側のファイバコアの１つ（以上）により検出された信号強度は、他の（例えば内側の）ファイバコアによる検出のための利得設定を設定するのに用いることができる。

[0057] したがって、既存の単一ピクセルアライメントセンサと後方互換性があり（カメラ／ＣＣＤセンサはセンサ上の関心領域を簡単に分離することができる）、周囲の構造からの影響を排除しながら、面積／フットプリント及びピッチが全く異なるアライメントマークのより最適な検出を可能にするアライメントセンサの、設定可能な検出スポット（エリア）を含む検出システムが開示されている。この提案は、アライメントセンサに可動部を導入せず、現在使用されているシングルコアマルチモードファイバをマルチコアマルチモードファイバに置き換え、少なくとも１つの検出回路を追加するだけの変更で、現在使用されているセンサハードウェアをほとんど変更せずに実施することができる。

[0058] 上記の検出システムの特定の実装形態は例示にすぎないこと、及びこの検出システムの他の実装形態が想定され得ることは当然理解されるであろう。

[0059] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンス及び検出パターン、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の製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板プロセス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を生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0060] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。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たレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。

[0061] 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もしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（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。

[0062] 「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、又はその組み合わせを指すことができる。

[0063] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[0064] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (19)

1. 少なくとも１つの検出回路と、
   前記少なくとも１つの検出回路に測定信号を輸送するための複数の光ファイバコアと、を備え、
   前記複数の光ファイバコアの少なくとも１つのサブセットが、検出状態と非検出状態との間で選択的に切り替え可能であることによって、設定可能な検出スポットが画定され、
   前記少なくとも１つの検出回路は、前記複数の光ファイバコアの一部に光学的に結合される第１の検出回路と、前記複数の光ファイバコアの他の全てに光学的に結合される第２の検出回路と、を含む、アライメントセンサの検出システム。
2. 前記複数の光ファイバコアを束ねて、前記測定信号を受信するための光入力を画定する、請求項１に記載の検出システム。
3. 前記複数の光ファイバコアがマルチコア・マルチモード光ファイバを含む、請求項１又は２に記載の検出システム。
4. 前記検出システムが、前記複数の光ファイバコアの第１のサブセットだけが検出状態にある第１の検出モード、及び前記複数の光ファイバコアの第２のサブセットだけが検出状態にある第２の検出モードで動作可能であり、前記第１のサブセットが前記第２のサブセットより小さいことによって、前記第２の検出モードより前記第１の検出モードにおいてより小さい検出スポットが画定される、請求項１から３のいずれかに記載の検出システム。
5. 前記第２のサブセットが前記第１のサブセットを含む、請求項４に記載の検出システム。
6. 前記第１のサブセットが、前記第２のサブセットに対してほぼ中央に位置する、請求項４又は５に記載の検出システム。
7. 前記第１のサブセットが単一のファイバコアを含む、請求項４から６のいずれかに記載の検出システム。
8. 前記第２のサブセットが前記複数のファイバコアの全てを含む、請求項４から７のいずれかに記載の検出システム。
9. 光ファイバコアの前記第１のサブセットが前記第１の検出回路に光学的に結合され、前記第１のサブセットの一部ではない光ファイバコアの前記第２のサブセットが、前記第２の検出回路に光学的に結合される、請求項４から８のいずれかに記載の検出システム。
10. 複数の光ファイバコアを含む光ファイバコアの前記第１のサブセット及び前記第２のサブセットのそれぞれについて、前記複数の光ファイバコアが、単一の大径の光ファイバコアを介して各検出回路に光学的に結合される、請求項９に記載の検出システム。
11. 前記第１の検出回路及び前記第２の検出回路のそれぞれが、前記検出システムにより検出される各波長及び／又は各波長帯域用の単一の光電変換器を備える、請求項９又は１０に記載の検出システム。
12. 前記検出システムが、複数の波長及び／又は波長帯域を測定するように動作可能であり、前記検出回路のそれぞれが、前記複数の波長及び／又は波長帯域を分離するためのスペクトルフィルタを、前記光ファイバコアと前記光電変換器との間に備える、請求項１１に記載の検出システム。
13. 前記複数の光ファイバコアの第３のサブセットだけが検出状態にある、少なくとも第３の検出モードでさらに動作可能であり、光ファイバコアの前記第３のサブセットが前記第１のサブセットより大きく、前記第２のサブセットより小さい、請求項４から１２のいずれかに記載の検出システム。
14. 前記第１のサブセットの外側にある光ファイバコアの少なくとも１つが、他の光ファイバコアの少なくとも１つにより検出される信号の利得制御に使用されるように動作可能である、請求項４から１３のいずれかに記載の検出システム。
15. 前記検出システムが、前記測定信号を処理するためのプロセッサを備え、前記プロセッサがまた、前記ファイバコアの検出状態間の切り替え、ひいては検出モード間の切り替えを制御するように動作可能である、請求項４から１４のいずれかに記載の検出システム。
16. 前記プロセッサが、測定されているアライメントマークの補正を、光ファイバコアの前記対応するサブセットの個別の光ファイバコアにより検出される、前記アライメントマークの異なるサブ領域の考慮に基づいて行うように動作可能である、請求項１５に記載の検出システム。
17. 請求項１から１６の検出システムを備えたアライメントセンサシステムであって、前記複数の光ファイバコアの光入力が、前記アライメントセンサの検出面に位置し、前記光入力が前記アライメントセンサシステムに有効な視野絞りとして動作可能である、アライメントセンサシステム。
18. 相対的に１８０°回転させたアライメントマークの２つの重複する像を投影するための自己参照干渉計を備え、前記検出システムが、前記自己参照干渉計の瞳面の複数の異なる位置における光強度を検出するように動作可能である、請求項１７のアライメントセンサシステム。
19. 放射の投影ビームを提供するための放射システムと、
    前記投影ビームを所望のパターンに従ってパターン形成するのに使用されるパターニングデバイスを支持するための支持構造と、
    基板を保持するための基板テーブルと、
    前記パターン形成されたビームを前記基板のターゲット部分に投影するための投影システムと、
    前記基板テーブル及び／又は前記支持構造を位置合わせするための、請求項１８のアライメントシステムと、を備えるリソグラフィ投影装置。

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