JP2002008974A - リソグラフィ投影装置、基板の整合マークの位置を決定するための方法、デバイス製造方法およびそれにより製造されるデバイス - Google Patents

リソグラフィ投影装置、基板の整合マークの位置を決定するための方法、デバイス製造方法およびそれにより製造されるデバイス

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 基板表面上に直接に形成される整合マークに
対して、それらが後続のプロセス・ステップによって埋
められた後であっても、整列させることができる整合シ
ステムを提供する。 【解決手段】 基板整合マークの領域内に１つの波を励
起する電磁放射を向ける励起ソース１１と、プローブソ
ース１２と、検出器１３を備え、基板の表面によって測
定ビームが反射され、前記波によって生じた表面効果を
検出し、それにより基板の整合マークの整列を実行す
る。埋め込み層を覆っている層の中に波を誘起するため
に電磁放射を使用することによって、埋め込まれたマー
クに対して位置合せが実行される。音響学的または熱的
な波によって表面における反射率の変化および偏位を発
生し、その表面の位置および／または時間依存性が埋め
込まれた整合マークの真の位置を表すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、整合マークの上に
いくつかのプロセス層が蒸着された後での、リソグラフ
ィ投影装置における基板の位置合せに関する。特に、本
発明は、リソグラフィ投影装置における整合システムに
関し、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
るために役立つパターニング手段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、基板の
ターゲット部分上にパターン化されたビームを投影する
ための投影システムと、基板をパターニング手段に対し
て整列させるための整合システムとを備える。
【０００２】
【従来の技術】ここで採用されている「パターニング手
段」という用語は、基板のターゲット部分の中に生成さ
れるべきパターンに対応しているパターン化された断面
を有する、入力放射ビームを与えるために使用すること
ができる手段を指すものとして広く解釈されるべきであ
り、「光バルブ」という用語もこの場合において使用す
ることができる。一般に、前記パターンは集積回路また
は他のデバイスなどのターゲット部分の中に生成される
デバイスの中の特定の機能的な層に対応する（下記参
照）。そのようなパターニング手段の例としては、次の
ものがある。
【０００３】− マスク：マスクの概念はリソグラフィ
においてはよく知られており、それは各種のタイプのハ
イブリッド・マスク以外に、バイナリ、交番位相シフト
および減衰型位相シフトなどのマスク・タイプを含む。
そのようなマスクを放射ビームの中に配置することによ
って、そのマスク上のパターンに従って、そのマスク上
に入る放射線の選択的な透過（透過型マスクの場合）ま
たは反射（反射型マスクの場合）が生じる。マスクの場
合、その支持構造は一般にマスク・テーブルであり、そ
れはそのマスクが入力放射線ビームの中の所望の位置に
保持され、そうしたい場合には、そのビームに対して相
対的にそれを動かすことができることを確保する。 − プログラマブル・ミラー・アレイ：そのようなデバ
イスの一例は、粘弾性制御層および反射面を備えている
マトリックス・アドレス可能な表面である。そのような
装置の背後にある基本原理は、（例えば）反射面のアド
レスされた領域が入射光を回折された光として反射し、
一方、アドレスされていない領域が入射光を回折されな
い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、反射されたビームから上記回折されない光をフィ
ルタして取り除き、回折された光だけを後に残すことが
できる。この方法で、そのビームはマトリックス・アド
レス可能な表面のアドレッシング・パターンに従ってパ
ターン化されるようになる。必要なマトリックス・アド
レッシングは、適切な電子手段を使用して実行すること
ができる。そのようなミラー・アレイに関する詳細な情
報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および
５，５２３，１９３号から得ることができ、詳細につい
ては、これを参照されたい。プログラマブル・ミラー・
アレイの場合、前記支持構造をフレームまたはテーブル
として、例えば、必要に応じて固定された、あるいは移
動可能なものとして実現することができる。 − プログラマブルＬＣＤアレイ：そのような構造の一
例は、米国特許第５，２２９，８７２号の中で与えられ
ており、詳細については、これを参照されたい。上記の
ように、支持構造は、この場合、フレームまたはテーブ
ルとして、例えば、必要に応じて固定された、あるいは
移動可能なものとして実現することができる。
【０００４】単純化のため、このテキストの以下の説明
では、所により、特にマスクまたはマスク・テーブルに
関する例に向けられている。しかし、そのための説明の
一般的原理は、上記のようにパターニング手段の広義の
場合で解釈すべきである。
【０００５】リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回
路（ＩＣ）の製造において使用することができる。その
ような場合、そのパターニング手段はＩＣの個々の層に
対応している回路パターンを発生することができ、この
パターンが放射線に感じる材料（レジスト）の層で覆わ
れている基板（シリコン・ウェーハ）上のターゲット部
分（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含んでいる）
上にイメージ化することができる。一般に、単独のウェ
ーハが投影システムによって１つずつ順番に放射を受け
る隣接しているターゲット部分のネットワーク全体を含
むことになる。マスク・テーブル上のマスクによるパタ
ーニングを採用している現在の装置においては、２種類
の機械を区別することができる。１つのタイプのリソグ
ラフィ投影装置においては、各ターゲット部分が、その
ターゲット部分上にマスク・パターン全体を一度に露光
することによって照射される。そのような装置は、一般
にウェーハ・ステッパと呼ばれる。ステップ・アンド・
スキャン装置と一般に呼ばれる代わりの装置において
は、各ターゲット部分が与えられた基準の方向（「走
査」方向）において投影ビームの下でマスク・パターン
を次々に走査することによって照射され、一方、それに
同期して基板テーブルをこの方向に対して平行、あるい
は逆平行の方向に走査する。一般に、その投影システム
は拡大係数Ｍ（一般に＜１）を有しているので、基板テ
ーブルが走査される速度Ｖはマスク・テーブルが走査さ
れる速度のＭ倍である。ここで説明されたようなリソグ
ラフィ・デバイスに関する詳細な情報は、例えば、引用
によって本明細書の記載に援用する米国特許第６，０４
６，７９２号から得ることができる。
【０００６】リソグラフィ投影装置を使用している製造
プロセスにおいては、パターン（例えば、マスクの中）
が放射線に感じる材料（レジスト）の層によって少なく
とも部分的に覆われている基板上にイメージ化される。
このイメージングに先立って、基板を各種の手順、例え
ば、下塗レジスト・コーティングおよびソフト・ベーキ
ングで処理することができる。露光の後、基板は露光後
のベーキング（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーキングお
よびそのイメージ化されたフィーチャの測定／検査など
の他の手順で処理することができる。この一連の手順が
デバイス、例えば、ＩＣの個々の層をパターン化するた
めのベースとして使用される。そのようなパターン化さ
れた層が次に各種のプロセス、例えば、エッチング、イ
オン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、
化学的機械的研磨などの各種の処理を受け、それらはす
べて個々の層を仕上げることを意図している。いくつか
の層が必要な場合、その手順全体、あるいはその変形の
手順が、新しい各層に対して繰り返されなければならな
い。結果として、デバイスのアレイが基板（ウェーハ）
上に表現される。次に、これらのデバイスはダイシング
またはソーイングなどの技法によって互いに分離され、
その後、個々のデバイスをキャリヤ上にマウントし、ピ
ンに接続することなどができる。そのようなプロセスに
関する詳細は、例えば、ピーター・ファン・ツァント
（Ｐｅｔｅｒ ｖａｎ Ｚａｎｔ）による“Ｍｉｃｒｏ
ｃｈｉｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ Ｐｒａｃｔｉ
ｃａｌＧｕｉｄｅ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”（マイクロチップの製造：半
導体プロセスに対する実際的ガイド）第３版、ＭｃＧｒ
ａｗ Ｈｉｌｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，１９
９７，ＩＳＢＮ ０−０７−０６７２５０−４に開示さ
れているので参照されたい。
【０００７】簡単のため、投影システムはこれ以降では
「レンズ」と呼ぶ。しかし、この用語は、屈折光学シス
テム、反射光学システム、および反射屈折システムなど
の各種のタイプの投影システムを包含するとして広く解
釈されるべきである。また、その放射システムは放射の
投影ビームを方向付け、成形し、あるいは制御するため
にこれらの設計のタイプのいずれかに従って動作する構
成部品を含むことができ、また、そのような構成部品を
以下に、集合的に、または単独で「レンズ」と呼ぶこと
もできる。さらに、リソグラフィ装置は、２つ以上の基
板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブ
ル）を備えているタイプの装置であってよい。そのよう
な「複数ステージ」のデバイスにおいては、追加のテー
ブルを並列に使用することができ、あるいは製造のプロ
セスを１つまたはそれ以上のテーブル上で実行すること
ができ、一方、１つまたはそれ以上の他のテーブルが露
光のために使用されるようにすることができる。二段の
リソグラフィ装置が、例えば、米国特許第５，９６９，
４４１号およびＷＯ ９８／４０７９１号の中で記述さ
れているので詳細は、これを参照されたい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】半導体の製造における
非常に重要な基準は、基板上に次々に印刷される層が互
いに整列される精度である。層の整合不良はオーバレイ
誤差と呼ばれ、集積回路を作るために必要な多くのすべ
ての層に対して、結果のデバイスが正しく機能させるた
めにオーバレイ誤差を厳しい制限範囲に保たなければな
らない。マスクに対して基板を正しく整列させ、結果と
してオーバレイ誤差を最小にするために、一般的に回折
格子の形式を取る整合マークが裸のシリコン基板内にエ
ッチングされている。これらの整合マーク（「ゼロ・マ
ーク」と呼ばれる）がＴＴＬ整合システムおよびオフ・
アクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）整合システムなどの各種
の技法を使用してマスク上に提供されている対応してい
るマークに対して整列される。後者の一例がＥＰ−Ａ−
０ ９０６ ５９０（Ｐ−００７０）に記述されてい
る。しかし、数個のプロセス層が基板上に蒸着される
か、あるいは成長されている時、裸の基板にエッチング
されたゼロ・マークは不明瞭になることが多く、そして
整合プロセスにおいて使用される放射線にとって見えな
くなる。完全に不明瞭になっていない場合でも、整合マ
ークのトップにある層の成長が不均一になる可能性があ
り、これによって整合マークの見かけ上の位置がシフト
される。ゼロ・マークが不明瞭になった後、位置合せを
可能にするために、そのデバイスの適切な層の蒸着の間
にさらに整合マークが印刷される。しかし、このノンゼ
ロ・マークと呼ばれるそれ以降のマークは後続のプロセ
ス・ステップの間に損傷する可能性があり、また、前の
プロセス層からのオーバレイ誤差を累積することにな
る。集積回路の配線を定義するために、ブランケット・
アルミニウム層をエッチングする時、元のゼロ・マーク
に対して整列させることが好ましいが、これを行うに
は、その重なっているアルミニウム層、およびおそらく
誘電体層も取り除かれることが必要である。そのような
除去ステップは望ましくない。
【０００９】弾性定数および熱拡散レートなどの、音響
学的および熱的な膜の性質を測定するためのパルス刺激
熱散乱（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）（ＩＳＴＳ）
として知られている技法が各種の出版物、例えば、Ｊ．
Ａ．ロジャース他のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ７１
（２），１９９７；Ａ．Ｒ．ドゥーガル他のＪ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．７２（７），１９９２；Ｒ，ローガン他
の、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．４
４０の３４７ページ、１９９７；Ｌ ダール他のＪ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７７（９），１９９５；およびＪ．
Ａ．ロジャース他のＰｈｙｓｉｃａＢ ２１９＆２２
０，１９９６に記述されている。この方法においては、
時間的および空間的に重なっている２つの励起パルスが
僅かに異なる角度でサンプル上に入射する。その２つの
パルスが干渉し、それらの干渉パターンに対応している
パターンで、そのサンプルを加熱する。その局所加熱
が、そのサンプルの結晶構造の中に振動をセットアップ
し、それが励起パルスの直後にサンプル上に入射するプ
ローブ・パルスに対する回折格子として働く。その励起
パルスの回折がそのサンプルにおいて調査目的の性質を
知るために測定される。
【００１０】本発明の１つの目的は、例えば、基板表面
上に直接に形成される整合マークに対して、それらが後
続のプロセス・ステップによって埋められた後であって
も、整列させることができる整合システムを提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、リソグ
ラフィ投影装置が提供され、前記装置は、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
に従って前記投影ビームをパターン化する役割を果たす
パターニング手段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、前記基板のターゲット
部分上に前記パターン化されたビームを投影するための
投影システムと、前記パターニング手段に対して前記基
板を整列させるための整合システムとを含み、前記整合
システムは少なくとも部分的に埋め込まれた基板整合マ
ークの領域内に１つの波を誘起するように前記基板の表
面に対して電磁放射を向けるための励起ソースと、前記
表面によって測定ビームが反射されるように向けるた
め、および前記波によって生じた表面効果を検出し、そ
れにより、前記基板の整合マークに対する整列を実行す
るための測定システムとを含む。
【００１２】本発明は、基板の整合マークを覆っている
か、あるいは部分的に覆っているプロセス層の中に誘起
された音響学的あるいは熱的な波を使用して整合マーク
の真の位置を現示させる。基板整合マークは基板そのも
の、または蒸着されたプロセス層の中または上に提供さ
れるものであってよい。それにより、以前のステップか
らのオーバレイ誤差を累積することなしに、また、層の
部分除去ステップを必要とせずに、製造手順における重
要なプロセス・ステップに対して正確な位置合せが可能
となる。その波によって表面の偏位および表面における
反射の差を生じ、その位置および／または時間依存性
が、埋め込まれた基板整合マークの位置を現示する。そ
の埋め込まれた基板整合マークは、被覆層の厚さをマー
クの近傍においてマッピングすることによって、例え
ば、その被覆層の中に誘起される定在波の減衰の時間依
存性を測定することによって、あるいは異なる被覆層の
間の界面において生成される進行波のエコーの遅延時間
を測定することによって現示させることができる。代わ
りに、進行波の波頭とマークの領域全体にわたって生成
し、その埋め込まれたマークのトップおよびボトムから
のエコーがそのマークの正および負のイメージを伝える
ようにすることができ、これらによって整列させること
ができる表面にそれらが到達した時に表面の偏位が生じ
る。
【００１３】本発明のさらにもう１つの態様によれば、
基板整合マークの位置を決定するための方法が提供さ
れ、基板整合マークを少なくとも部分的に覆っている基
板の表面層において波を誘起させるステップと、前記波
が誘起された場所の前記基板の表面の表面効果を測定す
るステップと、前記表面効果を測定する前記ステップの
結果を使用して前記基板整合マークの位置を決定するス
テップとを特徴とする。
【００１４】埋め込まれた基板整合マークの位置は、そ
の基板に関して、あるいはその基板が置かれているテー
ブルに関して決定することができる。この決定された位
置をリソグラフィ投影装置において、あるいは露光され
た基板の品質をモニタするための監視装置において使用
することができる。
【００１５】また、本発明は上記の方法のステップおよ
び基板のターゲット部分上のマスクの照射された部分の
イメージングのステップを含んでいるデバイスの製造方
法も提供する。
【００１６】ＩＣの製造における本発明による装置の使
用に対してこのテキストを特に参照することができる
が、そのような装置には他の可能な応用が多くあること
が明白に理解することができるだろう。例えば、それは
集積化された光システムの製造、磁気ドメイン・メモリ
に対するガイダンスおよび検出パターン、液晶表示パネ
ル、薄膜磁気ヘッドなどの製造において採用することが
できる。この分野の技術に熟達した人であれば、そのよ
うな代わりの応用の場合においては「レチクル」「ウェ
ーハ」または「ダイ」という用語のこのテキストにおけ
る使用が、それぞれ「マスク」、「基板」および「露光
領域」というより一般的な用語によって置き換えられる
と考えられるべきであることが分かる。
【００１７】本明細書においては、「放射」および「ビ
ーム」という用語は紫外線放射（例えば、３６５ｎｍ、
２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍ
の波長における）、遠紫外線（ＥＵＶ）、Ｘ線、電子お
よびイオンを含むすべてのタイプの電磁放射または粒子
束を包含するために使用されているが、それらに限定さ
れるわけではない。また、本明細書においては、本発明
は直交しているＸ、ＹおよびＺの方向の基準システムを
使用して記述されており、そしてＩ方向に平行な軸の回
りの回転がＲｉで示されている。さらに、その場合必要
としない限り、ここで使用されている「垂直」（Ｚ）と
いう用語は装置の任意の特定の向きを意味するのではな
く、基板またはマスク表面に対して垂直の方向を指すこ
とが意図されている。
【００１８】本発明を、例示としての実施形態および添
付の概略図面を参照しながら以下に記述する。
【００１９】図面中の類似の部分には類似の参照番号を
つけてある。
【００２０】
【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１は、本発明の
特定の１つの実施形態によるリソグラフィ投影装置を概
略的に示している。その装置は次のものを含む。 − 放射（例えば、ＵＶまたはＥＵＶ放射）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は、その放射システムは放射源ＬＡ
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・ホルダが提供され、アイテムＰＬに関して、そ
のマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手
段に対して連結されている第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、レジストがコーティングされたシ
リコン・ウェーハ）を保持するための基板ホルダが提供
され、そしてアイテムＰＬに関して基板を正確に位置決
めするための第２の位置決め手段に対して連結されてい
る第２のオブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴ − マスクＭＡの照射された部分の、基板Ｗのターゲッ
ト部分Ｃ（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含んで
いる）上にイメージ化するための投影システム（「レン
ズ」）ＰＬ（例えば、屈折または反射屈折システム、ミ
ラー・グループまたはフィールド・デフレクタのアレ
イ）。
【００２１】ここで示されているように、その装置は透
過型である（すなわち、透過マスクを有している）。し
かし、一般に、例えば、反射型の装置（反射型のマスク
を備えた）であってもよい。代わりに、その装置は上記
のようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイなど
の別の種類のパターニング手段を採用することもでき
る。
【００２２】ソースＬＡ（例えば、水銀ランプ、エキシ
マ・レーザ、ストレージ・リングまたはシンクロトロン
の中の電子ビームの径路の回りに提供されるアンジュレ
ータ、レーザ・プラズマ誘起のソース、放電ソースまた
は電子またはイオン・ビームのソース）が放射のビーム
を発生する。このビームは照明システム（イルミネー
タ）ＩＬの中に、直接に、あるいはコンデショニング手
段、例えば、ビーム・エクスパンダＥｘなどを通過した
後のいずれかで供給される。イルミネータＩＬは、その
ビームの中の強度分布の外側および／または内側の半径
方向の広がり（σ−外側およびσ−内側とそれぞれ普通
に呼ばれる）を設定するための調整手段ＡＭを含むこと
ができる。さらに、それは各種の他の構成部品、例え
ば、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯなどを一般的に含
む。この方法で、マスクＭＡ上に当たるビームＰＢはそ
の断面内で所望の一様性および強度分布を有している。
【００２３】図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ
投影装置のハウジングの内部にあってよいが（例えば、
そのソースＬＡが水銀ランプである時に多いように）、
それはリソグラフィ投影装置から離して設けてもよく、
ソースＬＡから発生する放射ビームを装置の中に導入す
るようにしても良い（例えば、適切な振り向け用ミラー
の援けによって）。この後者のシナリオはソースＬＡが
エキシマ・レーザである時の場合であることが多い。本
発明および特許請求の範囲は、これらのシナリオの両方
をカバーしている。
【００２４】ビームＰＢは、その後、マスク・テーブル
ＭＴ上に保持されているマスクＭＡを捉える。マスクＭ
Ａを横切って、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上にフ
ォーカスする。第２の位置決め手段（および干渉測定手
段ＩＦ）の援けによって、基板テーブルＷＴは正確に、
例えば、ビームＰＢの径路の中の異なるターゲット部分
Ｃを位置決めするために正確に動かすことができる。同
様に、第１の位置決め手段を使用して、例えば、マスク
・ライブラリからのマスクＭＡの機械的呼出しの後、あ
るいは走査の間に、ビームＰＢの径路に関してマスクＭ
Ａを正確に位置決めすることができる。一般に、オブジ
ェクト・テーブルＭＴ、ＷＴの運動は長ストローク・モ
ジュール（粗い位置決め）および短ストローク・モジュ
ール（細かい位置決め）の援けによって実現されるが、
それらは図１の中には明示的には示されていない。しか
し、ウェーハ・ステッパの場合（ステップ・アンド・ス
キャンの装置とは反対に）、マスク・テーブルＭＴは短
ストローク・アクチュエータに対してちょうど連結する
か、あるいは固定することができる。
【００２５】示されている装置は次の２つの異なるモー
ドで使用することができる。 １． ステップ・モードにおいては、マスク・テーブル
ＭＴが実質的に静止状態に保たれており、そしてマスク
全体のイメージが一度に（すなわち、単独「フラッシ
ュ」で）ターゲット部分Ｃの上に投影される。次に、基
板テーブルＷＴがＸ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をビームＰＢによって照射
することができるようにする。 ２． 走査モードにおいては、実質的に同じシナリオが
適用されるが、与えられたターゲット部分Ｃは、単独の
「フラッシュ」で露光されるのではない。代わりに、マ
スク・テーブルＭＴが与えられた方向（いわゆる「走査
方向」、例えばＹ方向）に速度ｖで移動可能であり、し
たがって、投影ビームＰＢがマスク・イメージ上を走査
することができる。同時に、基板テーブルＷＴが同じ
か、または反対の方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされる。こ
こで、ＭはレンズＰＬの倍率（通常、Ｍ＝１／４または
１／５）である。この方法で、比較的大きいターゲット
部分Ｃを、分解能を犠牲にすることなしに露光すること
ができる。
【００２６】図２はウェーハＷの基板の中にエッチング
され、アルミニウム層Ａｌによって覆われているゼロ・
マークＭ０を示している。図示されているように、アル
ミニウム層Ａｌがゼロ・マークＭ０上にある角度で蒸着
されていた場合、そのアルミニウムで覆われたマークの
中心が下にあるゼロ・マークＭ０の中心に対して相対的
に量ｄだけシフトされる。位置合せセンサがマークの中
心の位置を効果的に検出し、したがって、量ｄだけ真の
位置からシフトされた位置を提供する。マークが格子で
ある場合、位置合せセンサが、その格子の中のすべての
ラインの平均位置を効果的に測定する。しかし、すべて
の格子線は密接しているので、それらはすべてアルミニ
ウム蒸着が同様にシフトされており、したがって、平均
の位置が同じシフトを受ける。
【００２７】「物理蒸着」（ＰＶＤ）におけるアルミニ
ウムの非対称的な蒸着の考えられる原因が、ウェーハの
エッジ近くのマークＭ０に関して図３に示されている。
ＰＶＤにおいては、アルミニウム層はアルミニウム粒子
の融合によって成長する。各粒子が蒸着されるにつれ
て、その層がその粒子の入射の方向において成長する。
その層は多くの粒子から作られるので、層の成長の正味
の方向がその層を作り上げる粒子の入射の平均方向に関
連付けられる。図３から分かるように、ウェーハのエッ
ジの近くのマークＭ０上の粒子の入射の平均角度は、角
度Ａ１となり、それは垂直方向に対してやや傾いてお
り、一方、ウェーハの中心に近いマークＭ０’上の粒子
の平均入射角度Ａ２は垂直であるか、あるいはほぼ垂直
になる。したがって、アルミニウムはマークＭ０上でそ
のウェーハの中心に向かって１つの角度で成長し、結果
としてマークが実効的にシフトされる。
【００２８】本発明の第１の実施形態においては、マー
クの領域を横切るアルミニウム層の厚さが、パルス刺激
熱散乱（ＩＳＴＳ）技法を使用して測定される。これは
図４に示されている。２つの励起パルスＥＰが励起ソー
ス１１から放射され、法線に対して小さい角度αにおい
てウェーハ表面上に同時に共通に入射されるように方向
付けられる。この２つの励起パルスＥＰは、持続時間が
サブナノ秒、例えば、４００ｐｓのパルスであり、励起
ソース１１は１．２Ｗのダイオード・レーザによってポ
ンプされる受動的にＱスイッチされた、単独モードの、
ＮｄＹＡＧマイクロチップ・レーザであってよい。励起
パルスの波長は、例えば、１０６４ｎｍであってよい。
適切なレーザ・ソースがＪ．Ｊ．ザイオウスキーによっ
て、Ｌａｓｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌｄ誌の１９９６
年４月号７３〜７８ページに記載されており、詳細はこ
れを参考にされたい。膜（アルミニウム層）の中で、そ
の膜の局所加熱によって誘起される熱膨張（２つの励起
パルスが建設的に干渉する）が音響学的および熱的な応
答を誘起し、熱格子の形成につながる。この音響学的な
波は、逆方向に伝播し、ダンプされ、したがって、その
格子を形成している熱的な波が準定常状態の材料応答で
あり、その熱拡散が終了するまで持続する。
【００２９】熱格子が持続している間に、プローブ・パ
ルスＰＰが法線に対して比較的大きい角度においてプロ
ーブ・ソース１２によって放射され、熱格子によって回
折される。プローブ・パルスＰＰの回折の量が、検出器
１３によって検出され、それにより、熱回折格子の状態
をリアルタイムで監視することができる。プローブ・ソ
ース１２は準連続波モードで動作している８６０ｎｍの
ダイオード・レーザであってよい。検出器およびデータ
の記録／処理の電子装置はナノ秒の時間分解能を有して
いる。
【００３０】代表的な励起領域の大きさは２５μｍ×５
００μｍであり、一方、プローブのスポットは直径２０
μｍの円形とすることができ、いくつかの測定を１つの
励起から取ることができる。
【００３１】誘起される格子の縞の間隔は、励起パルス
の波長および交差角度ａによってのみ変わる。その膜が
音響学的導波器として働き、その偏位が剪断および圧縮
の両方を含んでいる導波モードをサポートする。各モー
ドは特性的分散関係を有しており、波のベクトルの関数
としての音波の速度を提供する。各モードはウェーハ・
ベクトルおよび膜厚について同じ依存性を有し、その分
散関係は膜およびその下にある基板の弾性率および密度
によって決定される。例えば、ＡｌＣｕ膜の特性が知ら
れているので、本発明においては、プローブ・ビームの
時間依存性の回折を使用して音波の周波数を求めること
ができ、したがって、膜の厚さを求めることができる。
【００３２】複数の隔てられた膜の厚さの測定が、整合
マークを二分しているラインに沿って行われる。図５に
示されているように、Ａｌ層の厚さのプロファイルは、
１つの比較的薄い領域ｔ１、および１つの比較的厚い領
域ｔ２をゼロ・マークＭ０の両側に示している。この比
較的薄い領域および比較的厚い領域ｔ１、ｔ２は、ゼロ
・マークＭ０上に蒸着しているＡｌに対応し、それらの
幅が、不明瞭なマークに対して整列させる時に観察され
る見かけ上の整合シフトを示す。この求められた幅を使
用してマークの表面の外見について実行された位置合せ
を補正することができる。
【００３３】＜実施形態２＞本発明の第２の実施形態に
おいては、膜圧を測定するために異なる方法が使用され
るが、適用される原理は同じである。この方法が図６Ａ
−図６Ｄに示されている。
【００３４】図６Ａは、ポンプ・ソース２１を示してい
る。それは例えば、ＴｉＳレーザであってよく、超短励
起パルスＥＰ、例えば、８０ＭＨｚの周波数において１
５０ｆｓの持続時間のパルスを放射し、それがウェーハ
Ｗ上に導かれ、そこでスポットＨＳにおいてウェーハ上
のトップ層Ｌ１の表面を瞬時に加熱する。表面の加熱に
よって、音波Ｓが生成され、それは図６Ｂに示されてい
るように、ウェーハ基板Ｗ上に蒸着されている層Ｌ１な
どの中に下向きに伝播する。その間に、検出用ビーム・
ソース２２が、検出用ビームＤＢをウェーハ面上に向
け、そこでビームＤＢが検出器２３に向かって反射され
る。検出器２３の出力が層Ｌ１の表面偏位の測度であ
る。検出用ビームＤＢは励起パルスＥＰの遅延された部
分であるか、あるいは別のソースによって発生されても
よい。
【００３５】音波Ｓが層Ｌ１とＬ２との間のスタックの
中の第１の界面に到達すると、そのエネルギーの一部
（図６Ｃの中でエコーＥ１として示されている）が表面
に向かって反射されて戻り、一方、減衰された音波Ｓが
下降し続ける。反射されるエネルギーの割合は２つの層
の音響学的インピーダンスによって変わる。エコーＥ１
が図６Ｄに示されているようにトップ層Ｌ１の上面に達
すると、それにより偏位が生じ、その面の反射率が変化
する。反射率または偏位における変化を検出器２３によ
って検出することができる。偏位の符号および大きさは
その界面において出会う２つの材料およびその界面の粗
さなどのファクタ（局所的結晶構造）によって変わる。
もちろん、音波Ｓがさらにウェーハ上に蒸着された層の
さらに下方向に伝播するにつれて、他のエコーが発生さ
れる。図６Ｄは、層Ｌ２とＬ３との間の界面において発
生されるエコーＥ２も示している。
【００３６】偏位および反射率における変化のタイミン
グは、その層の中の音の速度および層の厚さによって変
わり、前者が知られているので、後者をかなり単純に計
算することができる。
【００３７】例えば、直径２０μｍのスポットＨＳに対
して下方向にフォーカスされるパルス当たり５ｎＪの１
５フェムト秒のパルスＥＰを使用することができる。こ
のパルスは部分的に吸収されて、トップ層Ｌ１の表面上
約５０度の瞬時の局所加熱を生じる。そのパルスは顕微
鏡的なハンマー打ちとして働き、音響パルスＳをさらに
深く媒体の中にさらに伝播させる。音響学的パルスは歪
みパルスであり、それはそのパルス幅にわたって媒体が
すべての方向において相対的な長さ変動（すなわち、歪
み）△ｌ／ｌで僅かに変形される。最大の歪みは開始に
おける熱膨張（△ｌ／ｌ＝β＊△Ｔ、ここでβ＝２．３
＊１０-5Ｋ-1はアルミニウムの熱膨張係数である）に等
しい。歪みパルスは埋め込まれたマークがエッチングさ
れているウェーハＷと蒸着された層Ｌ３との間の界面を
含んでいるすべての界面から部分的に反射される。その
反射されたパルスはトップ層Ｌ１の表面へ戻り、そこで
表面の偏位および反射における変動を与える。これは検
出用ビーム・ソース２２および検出器２３によって測定
することができる。単位歪み当たりの表面反射の係数
は、アルミニウムの場合は約２＊１０-3である。したが
って、表面反射における最大変化は、２＊１０-3＊β＊
△Ｔ≒１０-6である。表面偏位は、その最大歪み×パル
スの長さ：β＊△Ｔ＊ξ≒１０-11であり、ここでξは
吸収長（１５．１ｍｍ）である。この計算モデルは、エ
ネルギー損失を仮定していないが、実際にはエネルギー
損失が発生し、したがって、反射率における変動および
表面偏位の測定値はより小さくなることに留意された
い。
【００３８】この第２の実施形態の変形態様において
は、偏位データを処理して比較的大きいスポット・サイ
ズに対して補正することができ、そしてそのスポット・
サイズはマーク構造のブレード部分に対して第２の格子
を使用することによって減らすことができる。
【００３９】＜実施形態３＞本発明の第３の実施形態に
おいては、埋め込まれたマークは被覆層の表面上に音響
学的に現示され、したがって、直接整列させることがで
きる。このための手順が図７Ａ−図７Ｂに示されてい
る。
【００４０】先ず最初に、マークＭを覆っている蒸着さ
れた層（複数の層の場合もある）の外側の表面ＯＳが、
その埋め込まれたマークＭの全体の領域にわたって、例
えば上記のタイプの短パルス・レーザを使用して励起さ
れる。これによって図７Ａに示されているように、被覆
層を通して下方に伝播する音波の波頭ＷＦが発生され
る。波頭ＷＦが図７Ｂに示されているように埋め込まれ
たマークＭのトップのレベルに出会うと、そのマークが
高まっている領域においてのみ反射が発生される。した
がって、外側の表面ＯＳに向かって戻る最初の反射Ｒ１
は、埋め込まれたマークのイメージを伝える。波頭ＷＦ
の残りの部分は、マークＭのエッチングされた領域の中
を下方に伝播し続ける。この状況が図７Ｃに示されてい
る。
【００４１】第１の反射Ｒ１が図７Ｄに示されているよ
うに外側の表面ＯＳに達すると、その表面が偏位され、
その反射率が埋め込まれたマークＭに対応しているパタ
ーンで変化する。表面の偏位された領域と偏位されてい
ない領域との間の、偏位および反射率における差が回折
格子を形成し、それがマークＭそのものと同じ方法で整
合ビームを回折させる。そこで、その埋め込まれたマー
クＭの音響学的表現に対して位置合せを実行することが
できる。
【００４２】第２の位置合せは第２の反射Ｒ２を使用し
ても可能である。これはマークＭのエッチングされて取
り去られた部分によって反射され、第１の反射Ｒ１の
後、短時間で外側の表面ＯＳに達する。その時間遅延は
マークＭの深さおよび被覆層の中の音の速度によって変
わる。図７Ｅは第２の反射が、マークＭのネガである
が、同様な方法で整列させることができる格子パターン
において外側の表面ＯＳを偏位させる方法を示してい
る。
【００４３】もちろん、所望の精度に対して整合プロセ
スを完了させるのに必要なだけ、この励起および整合プ
ロセスを繰り返すことができる。
【００４４】第３の実施形態の変形版においては、埋め
込まれたマークを覆っている層の中の音響学的進行波を
励起するために使用されたフェムト秒のレーザが、より
安価な振幅変調型（半）連続レーザによって置き換えら
れる。連続レーザの振幅変調は、表面層を埋め込まれた
マークの空間から返ってくる音波と同相および、埋め込
まれたマークおよびバルク材料からのラインから戻って
くる音波と１８０度位相がずれた状態で周期的に励起す
るように構成されている。反射率の変化によって定義さ
れる表面上のマークの音響学的プロジェクションが、良
好なコントラストを有し、そして簡単に整列させること
ができる。２．４ｋｍ／秒の音速で材料の中に１２０ｎ
ｍの深さにおいて埋め込まれたマークの場合、その変調
周波数は（２．４×１０3／２４０×１０-9）Ｈｚ＝１
０ＧＨｚの程度である。これは各種の埋め込まれたマー
クの深さおよび各種の被覆材料に対して適切に調整する
ことができる電子−光変調器によって容易に実現するこ
とができる。
【００４５】＜実施形態４＞第４の実施形態において
は、埋め込まれたマークが基板の表面を熱的な波でプロ
ーブすることによって現れる。熱的な波は、例えば、高
調波的に変調されたＣＷレーザからの高調波的に変調さ
れた強度の表面の照射によって発生される媒体における
温度分布の高調波的変化として定義される。熱的な波の
利点の１つは、強度変調されたＣＷレーザが音波の装置
として使用されているようなハイ・パワーのピコまたは
フェムト秒のレーザよりずっと安価であり、実装し易い
ことである。
【００４６】熱的な波は古典的な意味の波ではない。そ
れは高調波的に変化するソース項を有する拡散方程式の
解であって、波動方程式の解ではない。それは方向性を
持たないので、波頭を持たず、界面における反射および
屈折がない。多層構成における熱的分布は、別々の層に
おける熱拡散長によって決定される。熱的な波によっ
て、その媒体の熱的性質が測定され、一方、音波によっ
てそのサンプルの機械的（弾性的）性質が測定される。
高調波的に変化するソースを図４における励起ソース１
１、図６Ａのポンプ・ソース２１として代わりに使用す
ることができ、あるいは図７における外側の表面ＯＳを
励起するために使用することができる。音波と全く同様
に、熱的な波は屈折率の変動の原因となり、測定するこ
とができる表面の偏位が得られる。
【００４７】アルミニウムおよびシリコンは、その熱伝
導率が比較的大きく、したがって、効果的な熱絶縁体で
ある酸化シリコンよりその熱拡散長がずっと大きい。こ
れは有利である。というのは、シリコン酸化物の第１の
層およびアルミニウムのトップ層の下に埋められている
シリコンの基板内にあるマークを測定したいからであ
る。シリコン酸化物は、有効な熱絶縁体として働き、し
たがって、アルミニウムのトップ層に対する温度上昇が
比較的高くなる。例えば、アルミニウム層に対して１０
０ｋＨｚの強度変調周波数で１０μｍのスポット・サイ
ズ上の１０ｍＷの吸収パワーの場合、アルミニウム層の
１００度の温度上昇を測定することができる。熱的な波
の拡散的特性によって、その熱拡散長が変調周波数に逆
比例する。アルミニウム表面の加熱は１ＭＨｚにおいて
３０度であり、１０ＭＨｚにおいて２度である。その温
度上昇は、β＊△Ｔ（ここでβ＝２．３＊１０-5Ｋ-1）
の大きな熱膨張および歪み（相対的な長さの変動△ｌ／
ｌ）につながる。そのウェーハは境界条件によって制限
されるだけで高調波的に膨張および収縮する。ウェーハ
が基板テーブルに対して固定されているウェーハの裏面
における歪みは０でなければならない。アルミニウムの
表面偏位は０．５＊β＊△Ｔ＊ｄw≒１μｍであり、こ
こでｄwはウェーハの厚さである。埋め込まれたマーク
のラインおよびスペースの温度差は、１０度となる可能
性があり、１００ｎｍの表面偏位における差につなが
り、センサによって容易に測定することができる高さの
プロファイルにつながる。
【００４８】熱的な波を使用した表面偏位は、ずっと大
きいので、音波の場合より測定し易い、したがって、熱
的な波によって埋め込まれたマークをプローブすること
によって生成される高さのプロファイルを測定すること
により、前記マークの位置を測定することができる。ま
た、１０度の温度差によって生じる反射の変動を測定す
ることも可能である。３．７＊１０-5Ｋ-1の反射の温度
係数で、その反射の変動は３．７＊１０-4となる。ふた
たび、この計算モデルはエネルギー損失を仮定していな
いが、実際にはエネルギー損失が発生するので、反射率
および表面偏位の測定値の変動は小さくなることに留意
されたい。
【００４９】以上で本発明の特定の実施形態を記述して
きたが、記述されたのとは違うように本発明を実施でき
ることを理解されたい。この説明は本発明を限定するこ
とを意図しているものではない。特に、本発明は埋め込
まれたゼロ・マークに対する位置合せに関して記述され
てきたが、任意の埋め込まれたマークまたはフィーチャ
に対する位置合せにおいてももちろん使用できることを
理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投
影装置を示す。
【図２】ＰＶＤ誘起の整合シフトを示しているアルミニ
ウム層によって覆われているウェーハ上のゼロ・マーク
を示す。
【図３】ＰＶＤ誘起の整合シフトの原因を説明するのに
使用されている図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において使用されるレ
ーザ誘起の表面格子を示す。
【図５】示されているＰＶＤ誘起の整合シフトおよび対
応している層の厚さを示しているアルミニウム層によっ
て覆われているウェーハ上のゼロ・マークを示す。
【図６】Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本発明の第２の実施形態にお
いて使用されている厚さ測定技法を示す。
【図７】Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは本発明の第３の実施形態
の埋め込まれたマークを現示させるための手順を示す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｆ ５２５Ｗ (72)発明者 エフェルハルドウス コルネリス モス オランダ国 エイントホーフェン、ラウリ エルシュトラート 12 Ｆターム(参考） 2F068 AA03 AA12 AA29 BB02 DD04 FF03 GG07 2H097 AA03 AB09 BA10 CA13 GB00 KA03 KA13 KA18 LA10 5F046 BA03 EA07 EA13 EA19 EB01 ED01 FA01 FA03 FC04

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リソグラフィ投影装置であって、 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前記投影ビームをパターン化す
    るのに役立つパターニング手段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、 前記基板のターゲット部分上に前記パターン化されたビ
    ームを投影するための投影システムと、 前記基板を前記パターニング手段に対して整列させるた
    めの整合システムとを含み、 少なくとも部分的に埋め込まれた基板整合マークの領域
    において波を誘起するように前記基板の表面に対して電
    磁放射を向けるための励起ソースと、前記表面によって
    反射される測定用ビームを向けるため、および前記波に
    よって生じる表面効果を検出して前記基板整合マークに
    対する位置合せを実行するための測定システムとを含む
    整合システムを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 前記励起システムが前記基板の中で複数の点において波
    を誘起するように配置され、 前記測定システムが前記複数の点において表面効果を検
    出し、前記基板整合マークを覆っている少なくとも１つ
    の層の厚さに関連している厚さデータを発生し、そして
    前記基板整合マークによって誘起された表面パターンを
    使用して実行された整合プロセスを補正するように配置
    される装置。
  3. 【請求項３】 前記請求項の何れかに記載の装置におい
    て、前記励起ソースが前記基板整合マークを不明瞭にし
    ている少なくとも１つの被覆層において音波を誘起する
    ために１ナノ秒より短いパルスを放射するためのレーザ
    である装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、前記励
    起ソースが互いに異なる入射角の２つの同時に一致して
    重なっている励起パルスで測定領域を照射し、それによ
    り、前記基板の表面に音響学的定在波を誘起するように
    配置され、前記測定用ビームが前記定在波パターンによ
    って回折され、そして前記測定システムが前記測定用ビ
    ームの時間依存の回折を検出する装置。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の装置において、前記励
    起ソースが前記基板の中に伝播する音波の進行波を発生
    するように１つの励起パルスまたは複数のパルス列で測
    定領域を照射するように配置され、前記測定システムが
    前記基板の表面によって反射される測定用ビームを向け
    るための測定用ビーム・ソースと、前記進行波の戻って
    くるエコーによって生じた前記基板の前記表面の時間依
    存の表面効果を検出するための検出器とを含む装置。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載の装置において、前記励
    起ソースが、前記基板整合マークを不明瞭にしている少
    なくとも１つの被覆層の中に音波の進行波を誘起させ、
    前記基板整合マークによって選択的に反射されるように
    前記領域を照射するように配置され、前記整合システム
    が、前記基板整合マークのエコーを返すことによって、
    前記被覆層の表面に形成される前記基板整合マークの正
    および／または負のイメージによって回折される整合ビ
    ームを向けるための整合ビーム・ソースを含む装置。
  7. 【請求項７】 請求項１または請求項２に記載の装置に
    おいて、前記励起ソースが前記基板整合マークを不明瞭
    にしている少なくとも１つの前記被覆層の中に熱的な波
    を誘起するように放射の高調波的に変化するビームを放
    射するための変調された連続波のソースである装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の装置において、前記波
    のソースが連続波レーザである装置。
  9. 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載の装置に
    おいて、前記波のソースが１０ＭＨｚより低い周波数で
    変調される装置。
  10. 【請求項１０】 前記請求項の何れかに記載の装置にお
    いて、前記測定システムが、前記励起ソースによって誘
    起された波によって発生される前記ウェーハの表面の反
    射における変化を測定するために形成され配置される装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記請求項の何れかに記載の装置にお
    いて、前記測定システムが、前記励起ソースによって誘
    起された波によって発生される前記ウェーハの表面の変
    位を測定するように形成され配置される装置。
  12. 【請求項１２】 前記請求項の何れかに記載の装置にお
    いて、前記支持構造がマスクを保持するためのマスク・
    テーブルを含む装置。
  13. 【請求項１３】 前記請求項の何れかに記載の装置にお
    いて、前記放射システムが放射線源を含む装置。
  14. 【請求項１４】 基板整合マークの位置を決定するため
    の方法であって、 前記基板整合マークを少なくとも部分的に覆っている基
    板の少なくとも１つの表面層の中に波を誘起するステッ
    プと、 前記波が誘起された前記基板の表面の表面効果を測定す
    るステップと、 前記表面効果を測定する前記ステップの結果を使用し
    て、前記基板整合マークの位置を決定するステップとを
    特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の方法において、前
    記波を誘起するステップと、前記表面効果を測定するス
    テップとが前記基板整合マークの前記領域において複数
    の間隔を開けられた位置において繰り返され、前記基板
    整合マークを覆っている少なくとも１つの層の厚さのマ
    ップを生成するようにし、前記マップが前記基板整合マ
    ークの位置を決定する前記ステップにおいて使用される
    方法。
  16. 【請求項１６】 デバイスの製造方法であって、 − 放射線に感じる材料の層によって少なくとも部分的
    に覆われている整合マークが設けられた基板を提供する
    ステップと、 − 放射システムを使用して放射の投影ビームを提供す
    るステップと、 − 前記投影ビームに、その断面内のパターンを与える
    ステップと、 − 放射線の前記パターン化されたビームを放射線に感
    じる材料の前記層のターゲット部分上に投影するステッ
    プとを含み、前記基板整合マークの位置を決定するため
    に請求項１４に記載の方法が使用されることを特徴とす
    る方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の方法によって製造
    されたデバイス。
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