JP2006148121A - 潜在重ね合わせ測定 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された潜在重ね合わせ測定の装置及び方法を開示すること。
【解決手段】実施例では、スキャッタメータ及び過度露光重ね合わせターゲットが、高耐性の重ね合わせ測定を得るために使用される。重ね合わせ測定及び露光は同時に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の位置合わせ及び重なりを測定する方法の使用、具体的にはリソグラフィ装置でのその使用に関する。

リソグラフィ装置は、基板の部分に所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイ及び微細構造を含む他のデバイスの製造で使用することができる。従来のリソグラフィ装置では、代わりにマスク又はレチクルと呼ばれるパターン形成デバイスを使用して、ＩＣ（又は、他のデバイス）の個々の層に対応するパターンを生成することができる。このパターンの像は、放射敏感材料（レジスト）の層の付いた基板（例えば、シリコン・ウェーハ又はガラス板）の部分（例えば、１つ又は複数のチップ、又はそれの一部を含む）に形成することができる。マスクの代わりに、パターン形成デバイスは、特に、パターンを生成するように作用する個々に制御可能な要素のアレイを備えることができる。

一般に、単一基板は、連続して露光される網の目のような隣り合う部分を含む。知られているリソグラフィ装置には、いわゆるステッパといわゆるスキャナがあり、ステッパでは、各部分に全パターンを一度に露光してその各部分が照射され、スキャナでは、投影ビームでパターンを所定の方向（「走査」方向）に走査し、同時に同期してこの方向に対して平行又は反平行に基板を走査して、各部分が照射される。

これらの部分は、各々、完成したパターンを作りつけるために、数回露光される。これらの連続した層は、完成したパターンの誤差を最小限にするように位置合わせされなければならない。位置合わせ誤差の程度を決定するために、１つの層の他の層に対する重ね合わせの測定が、例えば重ね合わせ測定（すなわち、重ね合わせターゲットの重ね合わせ測定）を用いて行われる。この測定には、ターゲットで散乱した放射を測定し、これをライブラリ・データと比較して重ね合わせ誤差があるかどうかを決定するスキャッタメータが含まれることがある。

したがって、例えば、改善された測定装置及び測定方法をつくることは有利である。

本発明の態様に従って、
放射ビームを条件付けするように構成された照明システムと、
ビームの断面にパターンを与えるように構成されたパターン形成デバイスを保持するように構成された支持物と、
基板を保持するように構成された基板テーブルと、
パターン形成されたビームを基板の部分に投影するように構成された投影システムと、
他のパターン形成デバイスを含み、ターゲットを基板にプリントするように構成された露光ユニットと、を備えるリソグラフィ装置が提供される。

ターゲットは、位置合わせ及び重ね合わせ測定の用途に使用することができる。ターゲットを基板にプリントするように構成された露光ユニットを使用することで、ターゲットは、もはやパターンに存在する必要が無くなり、また基板に露光される部分全てにプリントする必要があるとは限らなくなり、スクライブレーンのスペースが節約され、より高い自由度が提供される。実施例では、通常露光量よりも高い露光量で露光されたターゲットによって、潜像の重ね合わせの測定をいっそう容易にすることができる。放射を使用し化学的な現像剤を使用しないで、潜像を作ることができる。レジスト層では潜像をほとんど検出することができないが、高露光量／エネルギー・ユニットを使用することで潜像はより適切に検出できるようになることがある。

本発明の他の態様に従って、基板上のプロセス層に対するレジスト層の潜在重ね合わせを測定する方法が提供され、この方法は、
基準に対して基板の１つの位置を測定するステップと、
前記基板の前記測定された位置に従ってターゲットをレジスト層に、高露光量を有する放射ビームで露光するステップと、
露光されたターゲットでプロセス層に対するレジスト層の重ね合わせを測定するステップと、を備える。

前に露光されたプロセス層の上にレジスト層を位置合わせするとき（プロセス層は前に露光されかつ処理されたレジスト層である）、ターゲットによって、重ね合わせ測定をより容易に行うことができるようになる。重ね合わせターゲットを作る際にダイは露光されないので、重ね合わせターゲットの潜像を強化するかもしれない大きな露光エネルギーが使用できることがある。さらに、ターゲットをスクライブレーンで使用することには、外部ターゲットの測定値を基板自体に外挿するときさらなる誤差の可能性を発生する基板外の領域の測定値の利用が、ことによると、無くなるという有利点がある。

重ね合わせターゲットの過度露光で、より高い潜在コントラストを実現することができる。例えば、レジストの化学的特性のために、通常露光量で作られる重ね合わせターゲットの潜在コントラストは、ときどき、余りにも弱すぎて１９３ｎｍレジストについて意味のある測定を行うことができないことがある。これは、公称露光量でレジスト内部に起こる変化があまりにも小さくて測定可能な屈折率変化を引き起こすことができず、コントラストが弱くなるからである。したがって、過度露光ターゲットの潜像は、潜在重ね合わせ測定に使用するのにより効率的であることがある。

さらに、実施例では、プロセス修正をフィードフォワード・システムで（すなわち、製品用の層が露光される前に）行うことができるので、スループットの減少はほとんど又は全く無い。このように、これによって、測定ステージ（位置）での基板の測定結果を使用して露光ステージ（位置）の変動を修正することができる点で、有利点が実現される。この場合、基板はその後で露光される。基板ｎ−１でなく基板ｎの測定値に基づいて基板ｎを修正できることが遥かに有用であることがある。

スクライブレーンでの局部露光は、精密位置合わせを可能にし、さらにプリントすべきターゲットをほんの数フィールドに取り込むことができ、スクライブレーンのスペースが節約される。また、局部露光は、プログラム可能な位置合わせターゲットを可能にすることができ、（位置合わせターゲットをただ取り替えるためにマスク全体を取り替えなければならなかったので、位置合わせターゲットの付いた製品用マスクが基板を位置合わせするために使用されたときにそうであったように）新しい位置合わせターゲットのために新しい製品用マスクを実現することを必要としないで、プロセスが最適化される。位相ずれ格子を有する格子をプリントすることで、焦点監視を行うことができる。

ここで使用されるような「個々に制御可能な要素のアレイ」又は「パターン形成デバイス」という用語は、基板の部分に所望のパターンを作るようにパターン形成された断面を入射放射ビームに与えるために使用することができる任意のデバイスのことを言うものとして、広く解釈すべきである。また、用語「光弁」及び「空間光変調器」（ＳＬＭ）は、この環境で使用することができる。そのようなパターン形成デバイスの例に、プログラム可能ミラー・アレイがある。
・ プログラム可能ミラー・アレイ。これは、粘弾性制御層及び反射表面を有するマトリックス・アドレス指定可能表面を備えることができる。そのような装置の基本原理は、（例えば）反射表面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射するが、アドレス指定されない領域が入射光を非回折光として反射することである。適切な空間フィルタを使用して、前記の非回折光を反射ビームからフィルタ除去することができ、回折光だけが基板に達するようになる。このようにして、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレス指定パターンに従って、ビームはパターン形成されるようになる。理解されることであろうが、代わりとして、フィルタは回折光をフィルタ除去して、非回折光が基板に達するようになることがある。また、回折光ＭＥＭＳデバイスのアレイも対応する方法で使用することができる。各回折光ＭＥＭＳデバイスは複数の反射リボンで構成され、これらの反射リボンは、入射光を回折光として反射する回折格子を形成するように互いに変形することができる。プログラム可能ミラー・アレイの他の実施例では、小さなミラーのマトリックス配列が使用される。適切な局部電界を加えることで、又は圧電作動デバイスを使用することで、各々の小さなミラーを軸のまわりに個々に傾斜させることができる。再び、アドレス指定されたミラーがアドレス指定されないミラーに対して異なる方向に入射放射ビームを反射するように、ミラーはマトリックス・アドレス指定可能である。このようにして、反射ビームは、マトリックス・アドレス指定可能ミラーのアドレス指定パターンに応じてパターン形成される。必要なマトリックス・アドレス指定は、適切な電子的な手段を使用して行うことができる。上記の状況で、個々に制御可能な要素のアレイは、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。

理解すべきことであるが、特徴の事前バイアス、光近接補正の特徴、位相変化技術及び多重露光技術が使用される場合、例えば、個々に制御可能な要素のアレイに「表示」されたパターンは、基板の層又は基板上に最終的に転写されるパターンと実質的に異なることがある。同様に、基板に最終的に生成された完成したパターンは、ある一瞬に個々に制御可能な要素のアレイに形成されたパターンに対応しないことがある。基板の各部分に形成される最終パターンが所定の期間又は所定の数の露光で作られ、その間に個々に制御可能な要素のアレイのパターン及び／又は基板の相対的な位置が変化する配列では、こうなることがある。

この明細書では、ＩＣの製造でのリソグラフィ装置の使用を特に参照することができるが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には、集積光システム、磁気ドメイン・メモリの誘導及び検出パターン、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、その他の製造のような他の用途があることは理解すべきである。当業者は理解するであろうが、そのような他の用途の環境では、本明細書での用語「ウェーハ」又は「ダイ」の使用は、より一般的な用語「基板」又は「部分」とそれぞれ同義あると考えることができる。本明細書で言及する基板は、露光前又は後に、例えばトラック（一般にレジストの層を基板に塗布し、そして露光されたレジストを現像するツール）又は測定又は検査ツールで処理することができる。応用可能である場合、本明細書の開示は、そのような及び他の基板処理ツールに応用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作るために、一度よりも多く処理することができるので、本明細書で使用される基板という用語は、複数の処理された層をすでに含んでいる基板も意味することができる。

本明細書で使用される用語「放射」及び「ビーム」は、紫外（ＵＶ）放射（例えば、波長が、４０８、３５５、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍである）及び極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、波長が５〜２０ｎｍの範囲にある）、並びにイオン・ビーム又は電子ビームのような粒子ビームを含んだ、全ての種類の電磁放射を包含する。

本明細書で使用する用語「投影システム」は、例えば使用される露光放射にとって又は浸漬流体の使用又は真空の使用のような他の要素にとって適切であるような、屈折光学システム、反射光学システム、及びカタディオプトリック・システムを含んだ様々な種類の投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書での用語「投影レンズ」の使用はどれも、より一般的な用語「投影システム」と同義と考えることができる。

また、照明システムは、放射の投影ビームを方向付け、整形し、又は制御する屈折光学部品、反射光学部品、及びカタディオプトリック光学部品を含んだ様々な種類の光学部品を包含することができる。そのような部品は、また、以下で一括して又は単独で、「レンズ」と呼ぶことができる。

リソグラフィ装置は、２つ基板テーブル（デュアル・ステージ）又はもっと多くの基板テーブルを有する型であってもよい。そのような「マルチ・ステージ」の装置では、追加のテーブルは、並列に使用することができ、又は、１つ又は複数のテーブルを露光に使用しながら、１つ又は複数の他のテーブルで準備ステップを行うことができる。例えば、１つの基板テーブルは、基板のトポグラフィが検出される測定位置にあるが、他方の基板テーブルは基板が露光される露光位置にあることができる。

リソグラフィ装置は、投影システムの最終要素と基板の間のスペースを満たすように基板が比較的高屈折率の液体例えば水に浸漬される型であってもよい。浸漬液は、リソグラフィ装置の他のスペース、例えば個々に制御可能な要素のアレイと投影システムの最初の要素の間に使用することができる。浸漬技術は、投影システムの開口数を増すために当技術分野でよく知られている。

ここで、ただ例として添付の模式的な図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図面において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図１は、本発明の特定の実施例に従ったリソグラフィ投影装置を模式的に示す。
本装置は、
・ 放射（例えば、ＵＶ放射）のビームＰＢを条件付けするように構成された照明システム（照明装置）ＩＬと、
・ パターン形成デバイスを保持するように構成された支持構造と、
実施例では、パターン形成デバイスは、ビームにパターンを付加するように構成された個々に制御可能な要素ＰＰＭのアレイ（例えば、プログラム可能ミラー・アレイ）を備え、一般に、この個々に制御可能な要素のアレイの位置は投影システムＰＬに対して固定されるが、代わりに、投影システムＰＬに対してこのアレイを正確に位置決めするように構成された位置決めデバイスに接続することができ、
・ 基板Ｗ（例えば、レジスト被覆ウェーハ）を保持するように構成され、かつ投影システムＰＬに対して基板を正確に位置決めするように構成された位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェーハ・テーブル）ＷＴと、
・ 個々に制御可能な要素ＰＰＭのアレイでビームＰＢに与えられたパターンの像を基板Ｗの部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイを含む）に形成するように構成された投影システム（「投影レンズ」）ＰＬと、を備え、
この投影システムは、個々に制御可能な要素のアレイの像を基板に形成することができ、若しくは、投影システムは、個々に制御可能な要素のアレイの要素がシャッタとして作用する第２の光源の像を形成することができ、また、投影システムはマイクロ・レンズ・アレイ（ＭＬＡとして知られている）又はフレネル・レンズ・アレイのような集束要素のアレイを備えて、例えば第２の光源を形成し、また基板上にマイクロスポットの像を形成することができる。

ここに示すように、本装置は、反射型（すなわち、個々に制御可能な要素の反射アレイを有する）である。しかし、一般に、本装置は、例えば透過型であることもできる（すなわち、個々に制御可能な要素の透過アレイを有する）。

照明装置ＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば放射源がエキシマ・レーザであるとき、放射源及びリソグラフィ装置は別個のものであってもよい。そのような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射ビームは、例えば適切な方向付けミラー及び／又はビーム拡大器を備えるビーム送出システムＢＤを使用して放射源ＳＯから照明装置ＩＬに送られる。他の場合には、例えば放射源が水銀ランプのとき、放射源は装置の一体部分であることができる。放射源ＳＯ及び照明装置ＩＬは、必要であればビーム送出システムＢＤとともに、放射システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬはビームの角度強度分布を調整する調整手段ＡＭを備えることができる。一般に、照明装置のひとみ面内の強度分布の少なくとも外側半径範囲及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれσ−ｏｕｔｅｒ、σ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調整することができる。さらに、照明装置ＩＬは、一般に、積分器ＩＮ、集光器ＣＯのような様々な他の部品を備える。照明装置は、断面内に所望の一様性及び強度分布を有する、ビームＰＢと呼ばれる条件付けされた放射ビームを供給する。

ビームＰＢは、その後、個々に制御可能な要素ＰＰＭのアレイと交差する。個々に制御可能な要素ＰＰＭのアレイで反射されたビームＰＢは、投影システムＰＬを通り抜ける。この投影システムＰＬは、ビームＰＢを基板Ｗの部分Ｃに集束させる。位置決めデバイスＰＷ（及び干渉測定デバイスＩＦ）を使って、例えば異なる部分ＣをビームＰＢの経路に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。使用される場合、個々に制御可能な要素のアレイの位置決めデバイスを使用して、例えば走査中に、ビームＰＢの経路に対して個々に制御可能な要素ＰＰＭのアレイの位置を正確に修正することができる。基板Ｗは、基板位置合わせマーク（ターゲット）Ｐ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板位置合わせマークは専用部分を占めるが、これらのマークは、部分の間のスペースに位置付けすることができる（これらは、スクライブレーン位置合わせマークとして知られている）。一般に、基板テーブルＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）を使って行われる。これらのモジュールは、図１に明示的に示されていない。同様なシステムは、個々に制御可能な要素のアレイを位置決めするためにも使用することができる。理解されることであろうが、必要な相対的な動きを行うために、基板テーブル及び／又は個々に制御可能な要素のアレイは固定位置にあって、ビームＰＢが代わりに又は追加として移動可能であってもよい。フラット・パネル・ディスプレイの製造に特に応用できるさらに他の代替えとして、基板テーブルＷＴ及び投影システムＰＬの位置は固定し、基板は基板テーブルに対して動くように配列することができる。例えば、基板テーブルＷＴは、基板全体にわたって基板を実質的に一定速度で走査するシステムを備えることができる。

本発明の実施例に従ったリソグラフィ装置は、本明細書で、基板のレジストを露光するためのものとして説明するが、本発明はこの使用に限定されず、また本装置は無レジスト・リソグラフィ用のパターン形成された投影ビームを投影するために使用することができる。

図示の装置は、４つの好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モード：個々に制御可能な要素のアレイによって投影ビームにパターン全体が与えられ、このビームが一度に部分Ｃに投影される（すなわち、単一の静的露光）。次に、異なる部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴはＸ及び／又はＹ方向に移動される。ステップ・モードでは、単一静的露光で像が形成される部分Ｃの大きさは、露光フィールドの最大サイズで制限される。
２．走査モード：個々に制御可能な要素のアレイは、所定の方向（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、その結果、ビームＰＢは個々に制御可能な要素のアレイ全体を走査するようになる。これと並行して、基板テーブルＷＴは、速度Ｖ＝Ｍｖで、同じ方向又は反対方向に同時に移動する。ここで、Ｍは投影システムＰＬの拡大率である。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズで、単一動的露光の部分の幅（非走査方向の）が制限されるが、一方で、走査移動の長さによって、部分の高さ（走査方向の）が決定される。
３．パルス・モード：個々に制御可能な要素のアレイは基本的に静止状態に保たれ、そして、パルス放射源を使用して基板の部分Ｃにパターン全体が投影される。ビームＰＢが基板Ｗを横切って線を走査するように、基板テーブルＷＴは基本的に一定速度で動かされる。個々に制御可能な要素のアレイのパターンは、放射システムのパルスとパルスの間で必要に応じて更新され、そして、連続した部分Ｃが基板上の必要な位置に露光されるように、パルスのタイミングが調整される。その結果、ビームＰＢは基板Ｗ全体にわたって走査して、基板の細長い部分に完全なパターンを露光することができる。全基板がラインごとに露光されるまで、プロセスは繰り返される。
４．連続走査モード：パルス・モードと基本的に同じであるが、ただ、実質的に一定の放射源が使用され、さらにビームＰＢが基板を横切って走査して露光するときに個々に制御可能な要素のアレイのパターンが更新されることが異なる。

上で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形又は他は全く異なる使用モードを使用することもできる。

「デュアル・ステージ」・システムは、２つの別個のステージを備え、これらのステージは２つの別個の基板を同時に含み、スループットを高める。第１のステージは測定用ステージであり、このステージで、基板及びレジスト層の１つ又は複数の特性（位置合わせのような）が測定され、その結果、基板が露光ステージである第２のステージに進むとき、第１のステージの測定に基づいてレジスト層が露光されるようになり、一方で第２の基板が測定ステージに入る、などである。

レジスト層のプロセス層との位置合わせを検証するために、潜在過度露光重ね合わせターゲットがスクライブレーンにプリントされる。これは、例えば測定ステージで高エネルギー小型露光ユニットによって行われる。この小型露光ユニットは、重ね合わせを測定するために使用されたスキャッタメータ及び位置合わせ測定ツールと関連している。したがって、より大きなコントラストのより少ないターゲットを使用することができる。大きな露光エネルギーは十分な信号コントラストを保証することができ、及び／又は小型露光ユニットはほんの少数のターゲットのプリントを可能にすることができ、これによって、スクライブレーンのスペースが節約されることになる。

図２は、角度分解スキャットメータ１０の高開口数レンズを示し、このスキャットメータ１０は、重ね合わせのような基板表面のパラメータを決定するために、基板２０で散乱された放射の測定に使用される。本発明の実施例に適した分光計についてのもっと多くの情報は、米国特許出願番号１０／９１８，７４２に見出すことができる。この出願は、その全体を参照して本明細書に組み込まれる。図２は、角度分解スキャッタメータを示すが、分光スキャッタメータも使用することができる。スキャッタメータ１０には、パターン形成デバイス４及び狭帯域ミラー６を備える小フィールド露光ブランチ（「小型露光ユニット」又は高エネルギー露光ユニット）が付け加えられている。実施例では、小型露光ユニットは、ＵＶ放射源２を備えることができる。ＵＶ放射源２は、放射源ＳＯと異なってもよいし、又は代わりに、放射源ＳＯであってもよい。放射源ＳＯが照明システム及び小型露光ユニットにＵＶ放射を供給するように使用される場合、照明システムＩＬ又は放射源ＳＯから小型露光ユニットにＵＶ放射を送るファイバを設けることができる。高線量を供給しかつファイバを介して小型露光ユニットに高線量の放射を振り向けるように放射源ＳＯに命令する制御機構を設けることができる。リソグラフィ装置のスループットに全く又はほとんど影響を及ぼさないように小型露光ユニットへの高線量放射の振向けを制御する適切なソフトウェアを備えることができる（例えば、露光作業の一部として、基板ステップの時間中に高線量放射を小型露光ユニットに振り向ける）。理解されるように、小型露光ユニットは、ことによると投影システムＰＬの使用を含んだ違ったやり方で、構成することができる。しかし、実施例では、ただターゲットを基板にプリントするだけの専用露光ユニットが設けられる。

図２は、小さなターゲットの像をスクライブレーンに形成するために高開口数レンズの角度分解スキャッタメータを使用することもできることを示す。実施例では、ターゲットは１ｍｍ^２より小さな大きさである。実施例では、ターゲットは２５００μｍ^２より小さな大きさであり、基板のスクライブレーンに露光される。パターン形成デバイス４は、重ね合わせターゲットを形成するパターンを有するマスク、又は重ね合わせターゲットを形成するパターンを照明ビームに与えるＳＬＭであることができる。実施例では、パターン形成デバイス４は、可動ステージに保持しかつ可動ステージを使用して移動することができる。走査、ステップ又は他の露光技術を使用して、重ね合わせターゲットを露光することができる。図３ａから３ｄに示しかつ以下で説明するステップで説明される重ね合わせターゲットを作るのは、この小型露光ユニットである。

小型露光ユニットで重ね合わせターゲットを露光すべき場所を決定するために、位置合わせツールを使用して、基板上の１つ又は複数の以前の位置合わせターゲットを基準と比較し、かつその１つ又は複数の前の位置合わせターゲットの測定値を使用して、その前のターゲットと位置合わせされるように重ね合わせターゲットを露光すべき場所を確定する。この位置合わせツールを以下で説明する。

基板テーブルＷＴの基板２０のほかに、基板テーブルＷＴは１つ又は複数の透過像センサＴＩＳを備え、この透過像センサを使用して、投影システム又は小型露光ユニットで投影された像（例えば、位置合わせターゲット）の横方向の位置及び最高焦点位置（すなわち、水平及び垂直位置）が決定される。透過像センサＴＩＳは、基板テーブルＷＴと関連した物理的な基準面に嵌め込まれる。実施例では、２個のセンサが、基板テーブルＷＴの基板支持面の基板２０で覆われる領域の外側の対角線上の相対する位置に取り付けられた基準板に、取り付けられる。各基準板は、非常に小さな熱膨張係数を有する非常に安定な材料例えば低熱膨張石英で作られ、かつ平らな反射上面を有する。この上面は、位置合わせプロセスで他の基準板と共に使用される１つ又は複数の標識を含むことができる。

ＴＩＳは、投影システム又は小型露光ユニットの例えば位置合わせターゲットの空中像の垂直（及び水平）位置を直接決定するために使用される。ＴＩＳ位置合わせシステムはレジストの露光を伴わない直接測定技術であるので、このシステムの有利点は耐性と速さである。実施例では、ＴＩＳは１つ又は複数の開口を有する表面を備え、この表面の直ぐ後ろに、露光プロセスに使用される放射に対して敏感な光検出器がある。焦点面の位置を決定するために、投影システムは、マスクＭＡ（又は、マスク・テーブル基準板）に実現されたパターンの対照をなす明及び暗領域を有する像又はＳＬＭで実現された対照をなす明及び暗領域を有する像を空間に投影する。それから、基板テーブルＷＴは水平方向（１つ又は２つの方向、例えばＸ及び／又はＹ方向に）及び垂直方向に走査され、その結果、ＴＩＳの開口は、空中像があると思われる空間を通過するようになる。これは、「ブルー・アライメント（ｂｌｕｅ ａｌｉｇｎ）」段階として知られている。ＴＩＳ開口がビーム及びパターンの像の暗部分を通過するときに、光検出器の出力は変動する（モアレ効果として知られている）。光検出器出力の振幅の変化率が最も高い垂直高さは、パターンの像が最も大きなコントラストを有する高さを示し、したがって最適焦点面を示す。水平走査中に光検出器出力の振幅の変化率が最も高くなるＴＩＳ開口のＸ、Ｙ位置は、空中像の横方向位置を表す。それから、さらに他の位置合わせターゲットを露光すべき場所を決定するために、空中像は次のレジスト像と比較される。

以下で説明するように、位置合わせセンサ（３２）は、透過像センサ（ＴＩＳ）板の位置合わせターゲットに対する基板（２０）上の複数の位置合わせターゲットの位置合わせを測定する。ＴＩＳ位置合わせターゲットは「ブルー・アライメント」段階中に使用されるだけである。上で述べたように、「ブルー・アライメント」段階は、位置合わせターゲットの空中像の位置が露光前にＴＩＳに対して測定されるときである。スクライブレーンの重ね合わせターゲットの過度露光中に、ＴＩＳターゲットを基板にプリントするのを避けるために、ＴＩＳ位置合わせターゲットはブレード（ｂｌａｄｅ）で覆い隠される。このことの主な有利点は、潜在重ね合わせ測定を既存のＴＩＳセンサを使用して行うことができることである。重ね合わせターゲット自体は、「ブルー・アライメント」を行うために使用することができない。重ね合わせターゲットと一緒に他のＴＩＳターゲットがこのステップに必要である。

図９は、ＴＩＳターゲットＴＩＳ（ａ）〜（ｄ）が位置合わせターゲットＷをどのように囲繞しているかを示す。対称構成によって、倍率誤差を常に修正できることが保証される。マスクの代わりに空間光変調器が使用される場合には、ＴＩＳターゲットは、マスクに含まれるのではなく投影することができる。

実施例では、位置合わせセンサ３２は、軸外し位置合わせツールである。位置合わせセンサは、異なる回折次数の少なくとも３つの副ビームを検出する。回折次数は、ビームを異なる回折次数の副ビームに分割する回折マーク（回折格子のような）である位置合わせマーク（例えば、ＴＩＳの４０ａ）によって生じる。さらに他の位置合わせマーク４０ｂが基板上に存在している。位置合わせセンサ３２は、ターゲット４０ａ及び４０ｂに対する位置合わせによって、基準板に対する基板の位置を測定する。

図３ａから３ｄに注意を向けると、図示のステップは、
ｉ）ＴＩＳ基準に対して基板を位置合わせするステップと、
ｉｉ）ＴＩＳ基準に対して重ね合わせ空中像を位置合わせするステップと、
ｉｉｉ）レジスト層に重ね合わせ空中像を過度露光して、過度露光重ね合わせターゲットを形成するステップと、
ｉＶ）過度露光重ね合わせターゲットとプロセス層の下の重ね合わせターゲットとの間の重ね合わせを測定するステップと、である。

位置合わせセンサ３２は、ＴＩＳ位置に対する基板の位置を基板の位置合わせターゲットを介して測定するために使用され、その結果、スキャッタメータ３０が（以前の重ね合わせターゲット４０ｂに対する１つの重ね合わせターゲット４２の）重ね合わせをより効果的に測定することができるように、小型露光ユニットが重ね合わせターゲット４２をレジストの適正な位置にプリントすることができるようになる。ターゲットの像は、像形成が横方向倍率のドリフトの影響を実質的に受けない対物レンズの像フィールドの中心に形成することができる。

基板２０に対するＴＩＳの位置合わせが分かっていることは、レジスト層２２に対するＴＩＳの位置合わせを外挿して、レジスト層２２の適正な位置に位置合わせターゲット４２を位置付けするように基板２０とレジスト層２２の互いの位置合わせを決定できることを意味する。スクライブレーンは、そこにパターンがプリントされていない基板の特徴であるが、位置合わせのためのものである。スクライブレーンは位置合わせマーク４０を含むことができる。

上で言及したように、図３ａは、本発明の実施例に従った重ね合わせ測定の第１のステップを示す。位置合わせセンサ３２は、距離ａ及びｂ（位置合わせセンサに対して測定されたベクトル）を測定して、透過像センサＴＩＳに対して基板２０上の複数の位置合わせターゲットの位置合わせを測定する。また、このステップは、基板位置合わせ中に生ずるプロセス誤差を含む。距離ａ及びｂは、基板に関連した距離ベクトルを決定するために、基準距離と比較される。

図３ｂは、距離ｃの測定を示し、この距離ｃは、空中像５０の中心と位置合わせセンサ３２の「０位置」（すなわち、基準格子の中心）との間の距離である。小型露光ユニットが隣接する構造を露光することなしに潜在重ね合わせターゲットをスクライブレーンのレジスト層にプリントするために、レジスト層２２に関連した距離ベクトルを測定するように空中像が使用される。このステップは、露光位置におけるマスク位置合わせによく似ており、スキャッタメータ露光ブランチのドリフトを除去する。ドリフトを監視するために、実施例では、位置合わせマーク４０ｂは位相ずれ回折格子である。

図３ｃは、スキャッタメータ露光ブランチ（すなわち、小型露光ユニット）を使用して重ね合わせターゲット４２をスクライブレーンに過度露光（例えば、通常露光水準に対して１０倍）するステップを示す。小型露光ユニットは、基板の上方の測定位置にあることができる。照明源及びマスクを使用して重ね合わせターゲットを生成することができる。この場合、デュアル・ステージ・システムの露光位置にある別個のステージによって、スループットを低下することなく重ね合わせターゲットをつくることができる。言い換えれば、小型露光ユニットは複数基板ステージ・リソグラフィ装置のデュアル・ステージの測定位置に設けることができ、その結果、投影システムが複数基板ステージ・リソグラフィ装置の露光位置にある基板にパターン形成されたビームを投影するのと同時に、追加のパターン形成デバイスを含んだ小型露光ユニットが重ね合わせターゲットを別の基板に露光することができるようになる。しかし、実施例では、小型露光ユニット及び投影システムは、実質的に同じ位置に設けることができ、この場合、スループットを上げるように小型露光ユニット用の別個の放射源を設けることが有利であることがある。

追加のパターン形成デバイスを有する小型露光ユニットは、それのパターン形成デバイスとして可動マスクを有する必要はない。照明源及び空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して重ね合わせターゲットを生成することができる。ＳＬＭはプログラム可能ターゲットを提供するので、ターゲットの特徴の自由度が増す。ＳＬＭが小型露光ユニットで使用可能であるために、ビット・レートは高い必要がない。この場合、もはや位置合わせターゲットを基板の全てのフィールドにプリントする必要があるとはかぎらず、スクライブレーンのスペースが節約される。ＳＬＭを使用する有利点は、プログラム可能なターゲットをプリントできることである。したがって、ターゲットは、レジストでダイにプリントされる特徴にいっそうよく似ているので、実際のレジストの挙動をより適切にシミュレートすることができる。ＳＬＭを使用して、より高い露光量ではなく通常の露光量でターゲットをプリントすることができる。それから、ターゲットは露光後ベーク中に現像され、その後で初めてスキャッタメータで検出可能になる。

最初の２つのステップで位置合わせセンサ３２によって行われた測定から計算された位置に、ターゲットがプリントされる。ターゲット４２は、位置合わせターゲットの機能を有し、そして、新しい位置合わせターゲットの場合に新しい製品用マスクを使用する必要なしにプロセスを最適化するようにプログラム可能なターゲットである場合もある。様々な型の位置合わせターゲットをプリントすることができ、そして最も耐性の高いものを実際の位置合わせに使用することができる。これによって、必要とされるマスクがより少なくなるので、特にマスクのコストが高い最高度の用途で、コストを下げることができる。

図３ｄは、スキャッタメータ３０を使用した、ターゲット４２を含む基板層２２とターゲット４０を含む基板層２０の間の潜在重ね合わせの測定を示す。第３のステップでの過度露光のために潜在コントラストが比較的大きいので、測定はより速くかつより効率的になる。潜在重ね合わせの測定で、基板位置合わせで生じたプロセス誤差が検出される。

図４は、ターゲット４２が小型露光ユニットで露光された露光量でターゲット４２の潜像のレジスト厚さがどのような影響を受けるかを示す。図４は、線量を増加するとき、レジストはより薄くなることを示している。例えば、露光量が１平方センチメートル当たり１００ミリジュール（ｍＪ／ｃｍ^２）を超えると、ターゲット４２の潜像の露光部分は、１ｍＪ／ｃｍ^２未満の露光量を受けるターゲット４２の未露光レジストに比べて平均で約２ｎｍの厚さの減少を示す。レジスト厚さの差は、ターゲット４２の潜像と基板層２０のターゲット４０との間の重ね合わせを測定するために使用することができる。

追加として、又は代わりに、屈折率（ｎ）の変化を使用して重ね合わせを測定することができる。図５は、レジストのターゲット４２の潜像の屈折率が露光量でどのように変化するかを示す。

図６は、ターゲット４２の潜像の吸収係数を使用してどのように重ね合わせを測定することができるかを示す。露光レジスト及び未露光レジストの吸収係数ｋは、重ね合わせを測定するために使用することができる吸収の差を示す。露光後ベークを使用して、この差を高めることができる。図７は、露光後ベーク（ＰＥＢ）の後のレジストの吸収係数の差を、ｍＪ／ｃｍ^２の単位の露光量の関数として示す。潜像が約２００ｍＪ／ｃｍ^２で過度露光され、次にベークされた場合、実質的な未露光レジストと２０％を超える吸収係数の差があることが理解でき、この差は重ね合わせを検出するために好都合に使用できる。

露光後ベークに関して、米国特許出願１０／８７５，６０５に記載されているように、局部露光後ベーク・ステーションをリソグラフィ投影装置で使用することができる。この出願はその全体を参照して本明細書に組み込む。局部露光後ベーク・ステーションは、ターゲットの位置の基板を局部的に加熱するように構成されている。代わりに、標準露光後ベーク・ステーションを、トラック又はリソグラフィ装置で使用することができる。

図４〜７のレジストは、１９３ｎｍの放射に適するように設計されており、高エネルギー露光ユニットで使用される放射は１９３ｎｍの波長に設計されるべきである。「通常」露光量という用語は、リソグラフィ装置の投影システムの下にある基板に通常供給される線量を意味する。露光量はレジストで僅かに変化することがあり、一般に１９３ｎｍレジストの「通常」露光量（Ｅｎ）は１５〜３０ｍＪ／ｃｍ^２であり、２４８ｎｍレジストではこれは１５〜５０ｍＪ／ｃｍ^２で、３６５ｎｍレジストでは５０〜２００ｍＪ／ｃｍ^２であろう。一般に、明フィールド・マスクでは範囲内の低い方の線量が使用され、暗フィールド・マスクでは範囲内の高い方の線量が使用される。高エネルギー露光ユニットは、リソグラフィ装置の投影システムによって使用レジストの型に供給される線量よりも高い線量を供給する。実施例では、露光量は、リソグラフィ装置で露光中に使用される「通常」露光量の５〜１００倍であるかもしれない。レジストが高エネルギー露光ユニットで使用されるものと違った波長に適している場合、露光量は、「通常」露光量の１０〜１５０倍にもなることがある。高エネルギー露光ユニットで使用される波長は、１３ｎｍ（ＥＵＶ）、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、５４５ｎｍ、又は６３３ｎｍであることがある。

過度露光には比較的長い時間がかかることがあるので、本発明のさらに他の実施例を図８に示す。図８は、並列に行われる測定ステップと露光ステップを示す。したがって、この２つのステップを行うのにかかる時間は、絶対的な最小である。露光放射及び測定放射は異なる波長である。短波長（２５０ｎｍ未満）はレジストを露光するために使用されるが、底部無反射皮膜（ＢＡＲＣ）を通り抜けることができない。したがって、この波長は重ね合わせ測定に適していない。より長い波長（３００ｎｍを超える）はレジストを露光しないが、ＢＡＲＣ層を通り抜け、このため重ね合わせ測定に適している。

図８は、スキャッタメータの測定ブランチ３０及び露光ブランチ３２を示す。２つの放射５２及び５０は、別個に供給されるか、多波長単一ビームとして供給されるか、又は高ＮＡ対物レンズ１０に入力され基板２０で反射する前にダイクロイック・ビーム・スプリッタ６ａで結合されるかである。そして、基板２０の重ね合わせを決定するために測定ブランチ３０でスペクトルが測定されるように、反射スペクトルは、再びダイクロイック・ビーム・スプリッタによって成分波長に分割される。測定と露光を並列に行うことで、さらなる有利点が得られる。それは、時間の関数としての測定非対称の変化が、例えばプロセス又はリソグラフィ・ツールによって導入される非対称の偏りを示すことである。したがって、この情報は、重ね合わせの最終測定を修正するために使用することができる。

代わりに、色フィルタを使用して、露光放射及び測定放射を結合し、分割することができる。

したがって、潜像位置合わせ検証で生じるスループットの減少は、絶対的な最小まで減らすことができる。これは、基板テーブル移動の回数が２分の１に減るからである。露光時間を減らすことができるが、一方で、測定の信号対雑音比を改善することができる。露光時間の関数として非対称性を実時間で測定することで、残留プロセス偏り及び／又はリソグラフィ・ツール偏りの正確な測定が可能になる。上で言及したように、このことを使用して最終測定結果を修正することができる。

本発明の特定の実施例を上で説明したが、本発明は説明と違ったやり方で実施できることは理解されるであろう。説明は本発明を制限するように意図されていない。

本発明の実施例に従ったリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の実施例に従ったスキャッタメータの小フィールド露光ブランチを示す図である。 本発明の方法の実施例に従った方法のステップを示す図である。 本発明の方法の実施例に従った方法のステップを示す図である。 本発明の方法の実施例に従った方法のステップを示す図である。 本発明の方法の実施例に従った方法のステップを示す図である。 本発明の実施例に従った高エネルギー露光ユニットの露光量の関数として潜像におけるレジスト層厚さの変化を示す図である。 本発明の実施例に従った高エネルギー露光ユニットの露光量の関数として潜像におけるレジスト屈折率の変化を示す図である。 本発明の実施例に従った高エネルギー露光ユニットの露光量の関数として潜像における吸収係数の変化を示す図である。 本発明の実施例に従った高エネルギー露光ユニットの露光量の関数として、潜像を熱処理した後での潜像における吸収係数の変化を示す図である。 本発明のさらに他の実施例に従ったスキャッタメータの小フィールド露光ブランチ及びスキャッタメータの測定ブランチを示す図である。 本発明のさらに他の実施例に従った複数の透過像センサ・ターゲットの位置付けを示す図である。

符号の説明

１ リソグラフィ投影装置
ＳＯ、２ 放射源
Ｅｘ、ＩＬ 放射システム
ＩＬ 照明システム
ＰＬ 投影システム
ＭＡ マスク（レチクル、パターン形成デバイス）
ＭＴ 第１の物体テーブル（マスク・テーブル）
Ｃ 部分
ＰＢ 放射ビーム
Ｗ、２０ 基板（ウェーハ）
ＷＴ 第２の物体テーブル（基板テーブル）
Ｐ１、Ｐ２、Ｗ、３２、４０ａ、４０ｂ、４２ ターゲット
ＴＩＳ 透過像センサ
ＴＩＳ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ） ＴＩＳ（透過像センサ）ターゲット
４ パターン形成デバイス
６ａ ダイクロイック・ビーム・スプリッタ
１０、３０ スキャッタメータ
３２ 位置合わせセンサ

Claims (42)

1. リソグラフィ装置であって、
   放射ビームを条件付けするように構成された照明システムと、
   前記ビームの断面にパターンを与えるように構成されたパターン形成デバイスを保持するように構成された支持物と、
   基板を保持するように構成された基板テーブルと、
   前記パターン形成されたビームを前記基板の部分に投影するように構成された投影システムと、
   他のパターン形成デバイスを含み、ターゲットを前記基板にプリントするように構成された露光ユニットと、を備えるリソグラフィ装置。
2. 前記投影システムが、前記パターン形成されたビームを前記基板の部分に通常露光量で投影し、前記露光ユニットが、前記通常露光量よりも大きな露光量でターゲットを前記基板にプリントするように構成された高エネルギー露光ユニットである、請求項１に記載の装置。
3. 前記高エネルギー露光ユニットの前記露光量が、前記通常露光量の５〜１５０倍である、請求項２に記載の装置。
4. 前記露光ユニットが、スキャッタメータと関連している、請求項１に記載の装置。
5. 前記スキャッタメータが、角度分解高開口数スキャッタメータである、請求項４に記載の装置。
6. 前記露光ユニットが、１ｍｍ^２よりも小さな大きさのターゲットを露光するように構成されている、請求項１に記載の装置。
7. 前記露光ユニットが、２５００μｍ^２よりも小さな大きさのターゲットを基板のスクライブレーンに露光するように構成されている、請求項１に記載の装置。
8. 前記露光ユニットが、前記ターゲットをパターン形成するように構成された空間光変調器を備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記ターゲットが、潜在位相ずれ格子を備える、請求項１に記載の装置。
10. 基板を加熱するように構成された露光後ベーク・ステーションをさらに備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記露光後ベーク・ステーションが、前記基板の前記ターゲットの場所を局部的に加熱するように構成された局部露光後ベーク・ステーションである、請求項１０に記載の装置。
12. 前記露光ユニットが、放射源を備える、請求項１に記載の装置。
13. 前記露光ユニットが、１９３ｎｍの波長の放射を３０ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
14. 前記露光ユニットが、１９３ｎｍの波長の放射を１００ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
15. 前記露光ユニットが、２４８ｎｍの波長の放射を５０ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
16. 前記露光ユニットが、２４８ｎｍの波長の放射を１５０ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
17. 前記露光ユニットが、３６５ｎｍの波長の放射を２００ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
18. 前記露光ユニットが、３６５ｎｍの波長の放射を４００ｍＪ／ｃｍ^２を超える露光量で供給するように構成されている、請求項１に記載の装置。
19. 測定位置及び露光位置を備え、前記露光ユニットが前記測定位置にある、請求項１に記載の装置。
20. 前記追加の露光ユニットでプリントされた前記ターゲットを使用して基板の重ね合わせを測定するスキャッタメータを備え、前記投影システムが、前記パターン形成されたビームを前記基板の部分に投影するように整えられ、さらに前記スキャッタメータが、前記基板上の前記ターゲットの重ね合わせを測定するように整えられている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
21. 前記投影システム及び前記スキャッタメータに関連した放射ビームのそれぞれの波長を結合し、分割するためのダイクロイック・ビーム・スプリッタを備える、請求項２０に記載のリソグラフィ装置。
22. 前記投影システム及び前記スキャッタメータに関連した放射ビームのそれぞれの波長を結合し、分割するための色フィルタを備える、請求項２０に記載のリソグラフィ装置。
23. 前記スキャッタメータが、前記投影システムよりも長い波長を有する放射ビームを放射するように整えられている、請求項２０に記載のリソグラフィ装置。
24. 前記スキャッタメータが、レジスト層を露光することなく前記基板の底部無反射皮膜を通過することができる放射ビームを放射するように整えられ、前記投影システムが、前記レジスト層を露光することができるが前記底部無反射皮膜を通過することができない放射ビームを放射するように整えられている、請求項２３に記載のリソグラフィ装置。
25. 前記スキャッタメータが、少なくとも３００ｎｍの波長を有する放射ビームを放射するように整えられ、前記投影システムが２５０ｎｍより短い波長を有する放射ビームを放射するように整えられている、請求項２３に記載のリソグラフィ装置。
26. 前記パターン形成システムに整えられた複数の透過像センサのターゲットを備える、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
27. 前記透過像センサのターゲットが、対称に構成されている、請求項２６に記載のリソグラフィ装置。
28. 前記透過像センサのターゲットが、前記基板のターゲットを囲繞している、請求項２６に記載のリソグラフィ装置。
29. 前記パターン形成システムがマスクを備え、前記透過像センサのターゲットが前記マスクの一部である、請求項２６に記載のリソグラフィ装置。
30. 前記パターン形成システムが空間光変調器を備え、前記透過像センサのターゲットが前記基板に投影される、請求項２６に記載のリソグラフィ装置。
31. 基板上のプロセス層に対するレジスト層の潜在重ね合わせを測定する方法であって、
    基準に対して基板の１つの位置を測定するステップと、
    前記基板の前記測定された位置に従ってターゲットを前記レジスト層に、高露光量を有する放射ビームで露光するステップと、
    前記露光されたターゲットで前記プロセス層に対する前記レジスト層の重ね合わせを測定するステップと、を備える方法。
32. 前記ターゲットを作るために照明源及びマスクが使用される、請求項３１に記載の方法。
33. 前記ターゲットを作るために照明源及び空間光変調器が使用される、請求項３１に記載の方法。
34. 前記重ね合わせが、角度分解スキャッタメータを使用して測定される、請求項３１に記載の方法。
35. 前記ターゲットが、潜在位相ずれ格子を備える、請求項３１に記載の方法。
36. 前記高露光量が、リソグラフィ装置で前記基板の通常露光中に使用される露光量よりも大きい、請求項３１に記載の方法。
37. 前記放射ビームが１９３ｎｍの波長を有し、前記高露光量が３０ｍＪ／ｃｍ^２を超える、請求項３１に記載の方法。
38. 前記放射ビームが１９３ｎｍの波長を有し、前記高露光量が１００ｍＪ／ｃｍ^２を超える、請求項３１に記載の方法。
39. 前記放射ビームが２４８ｎｍの波長を有し、前記高露光量が５０ｍＪ／ｃｍ^２を超える、請求項３１に記載の方法。
40. 前記放射ビームが２４８ｎｍの波長を有し、前記高露光量が１５０ｍＪ／ｃｍ^２を超える、請求項３１に記載の方法。
41. プロセス修正が、前記重ね合わせの測定に基づいてフィードフォワードのやり方で行われる、請求項３１に記載の方法。
42. 前記ターゲットを露光する前記ステップが、露光位置からずれた測定位置で行われ、リソグラフィ投影装置の投影システムがパターン形成されたビームを前記基板の部分に投影する、請求項３１に記載の方法。