JP2014517505A - 部分的な反射位置マークを有する基板を使用したリソグラフィシステムにおける位置決定 - Google Patents

Abstract

本発明は、リソグラフィシステムで使用するための基板に関する。基板には、少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、位置マークは、複数の構造のアレイを有する。アレイは、マークの長手方向に沿って延びている。この基板は、長手方向に沿ってマークの反射率を変化させるように構成され、反射率は、所定の波長に対して決定されることを特徴とする。一実施の形態では、鏡面反射率は、基板に沿って変化し、高次の屈折は、基板に沿って実質的に吸収される。従って、基板のビームの位置は、基板のその反射の強度に基づいて決定されることができる。本発明は、さらに、基板と協働する位置決め装置及びリソグラフィシステム、及び基板の製造方法に関する。

Description

本発明は、リソグラフィシステムにおける位置決定のための基板及び方法に関する。特に、本発明は、その上に少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、前記マークは、複数の構造のアレイを有し、前記アレイは、前記マークの長手方向に沿って延びている基板、及び、リソグラフィシステムにおいてこのような基板の位置を決定する方法に関する。

リソグラフィシステムにおける位置決定は、一般的に周知であり、例えば、米国特許第４，９６７，０８８号に記載されているように、通常、いくつかの回折次数で反射された光の検出を使用する。いくつかの回折次数で反射された光を使用して位置を決定することの欠点は、異なる回折次数のための複数の光検出器がシステムに正確に位置決めされなければならず、システムのコストが増加してしまうことである。さらに、このようなシステムは、光ビームの焦点のわずかな誤差や光ビームに対する基板の傾きの影響を受けやすい。

少なくとも部分的にこの問題を克服するために、最大反射率を有する反射性の正方形の、及び、最小反射率を有する非反射性の正方形のチェッカーボードパターンを有する基板を提供することが示唆されておきており、これら正方形は、前記パターン上に投影された光ビームの横断面の直径に対応する幅を有する。ビームの反射されたゼロ次の強度を測定することによって、基板に対するビームの位置の変化が、複数の回折次数を測定することなく決定されることができる。理想的には、光ビームのビームスポットがパターン上を移動されたとき、反射信号の強度は、パターン上のビームスポットの位置の高コントラストの正弦関数である。しかしながら、実際には、ビームスポットの強度分布は、一般的に、均質で鋭くカットオフされたディスク状の分布に対応していないが、代わりにガウス分布に従い、結果として生じる反射の強度信号は、基板上のビームの位置の関数としての正弦関数にあまり近くない。結果として、反射されたビームの強度に基づいた基板上のビームスポットの位置の決定は、あまり正確でない。

米国特許第４，９６７，０８８号

本発明の目的は、より正確な位置決定を可能にする、ウェーハのようなターゲットに対する比較的簡単な位置決めシステムと共に使用するための基板を提供することである。本発明のさらなる目的は、高反射率の領域と低反射率の領域との間に大きなコントラストを有するこのような基板を提供することである。

この目的のために、第１の態様によれば、本発明は、リソグラフィシステムで使用するための基板を提供し、基板には、少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、前記マークは、複数の構造のアレイを有し、前記アレイは、前記マークの長手方向に沿って延び、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記マークの反射率を変化させるように構成され、前記反射率は、所定の波長に対して決定され、前記第１のアレイの第１の構造と前記第１の構造に隣接している前記アレイの第２の構造との間のピッチは、前記第２の構造と前記第２の構造に隣接している前記アレイの第３の構造との間のピッチとは異なり、前記長手方向に沿った隣接している構造間のピッチは、前記長手方向に沿った前記構造の位置の正弦関数に従う。構造間のピッチが正弦関数に従って変化するので、ビームが長手方向に沿って基板上を移動されたときに基板によって部分的に反射されたビームの強度は、ビームの分布に実質的にほとんど依存しない。結果として、ビームがガウス分布又は鋭く定義された均質なディスク状の分布とは異なる他の分布を有するとき、反射された強度信号は、実質的に正弦関数に従うことができる。極端な一例として、ビームスポットが正方形であれば、基板で反射されたビームの結果として生じる強度信号は、実質的に正弦曲線のままであることができる。

ここで、隣接している構造間のピッチは、ビームスポットで覆われる構造の外縁と、隣接している構造の対応する縁との間の距離として定義される。例えば、ビームで照射されることが意図された構造の少なくともこれらの部分が、長手方向にほぼ垂直な各構造の最左縁を有し、構造がほぼ矩形の形状であるとき、ピッチは、１つの構造の最左縁と隣接している構造の最左縁との間の距離として定義される。

位置マークにより反射された前記波長のビームのエネルギ量は、このように、マーク上のビームスポットの位置によって変化し、位置マーク上のビームスポットの位置は、反射されたビームの強度を単に測定することによって決定されることができる。

一実施の形態では、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記マークの鏡面反射率を変化させるように構成されている。位置マークで反射されたビームは、このように、好ましくは、鏡面反射、即ちゼロ次反射のみを含む。従って、反射された強度を決定するために使用される位置決めシステムが、シンプルかつコンパクトに保たれることができる。また、位置決定は、位置マーク上のビームスポットと、反射されたビームの強度を測定するためのビーム強度検出器との間のアライメントの小さな変化によって実質的に影響されない。この実施の形態に係る基板は、鏡面反射されたビームの強度を決定するために、従って、基板上の位置マークに対するビームスポットの位置を決定するために使用されることができる標準的な既製のＤＶＤ−ヘッド又はＣＤ−ヘッドを与える。好ましい一実施の形態では、前記複数の構造は、マーク内で高次回折の複数の反射によって高次回折を実質的に吸収するように構成されている。前記複数の反射は、鏡面反射と乱反射との両方を含むことができる。

一実施の形態では、前記複数の構造体の各々は、前記長手方向に沿った幅を有し、前記幅は、前記所定の波長未満であり、前記長手方向に沿った隣接している構造間の距離は、前記所定の波長未満である。この実施の形態では、使用される構造は、サブ波長構造であり、サブ波長構造は、所定の波長のビームを使用して個々に解決されることができない位置マーク上の領域の反射率に影響を与える。このようなサブ波長構造を使用して、反射率の非常に緩やかな変化が、長手方向に沿った位置マークで達成されることができる。

一実施の形態では、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って等間隔に離間された複数の点にアライメントされている。例えば、これら構造は、このような等間隔点上でこれらの最左縁にアライメントされることができる。これら等間隔に離間された点のうちの少なくともいくつかは、対応する構造を含まなくてもよい。従って、基板は、等間隔点間の間隔に等しいピッチｃで複数の連続した構を有するものとして設けられることができ、さらなる構造は、前記ピッチｃの整数倍であるその隣接している構造とは異なるピッチである。この実施の形態は、構造の位置にさらなる変化を与える。好ましくは、基板は、基板上に投影された光ビームと共に使用されるように構成され、前記光ビームは、２つの隣接している等間隔点間の間隔よりも大きい横断面の直径を有する。

一実施の形態では、前記複数の構造の第１の構造は、前記長手方向に沿って、前記複数の構造とは異なる幅を有し、前記長手方向に沿った前記マークの反射率のさらなる変化を可能にする。

代わりの実施の形態では、前記複数の構造は、実質的に同一の寸法を有し、製造容易である。この実施の形態では、これら構造は、好ましくは、矩形の形状を有し、高精度の基板に容易に作製される。

一実施の形態では、前記マークの前記長手方向に沿った隣接している構造間の距離は、１つの構造の幅にほぼ等しい。この実施の形態では、これら構造の幅に等しい直径を有するディスク形状のビームスポットが位置マークを横切って移動されたとき、実質的に正弦波の反射されたビーム強度信号が得られる。

一実施の形態では、前記長手方向に沿った隣接している構造の間の最大距離は、多くとも６１０ｎｍ、好ましくは５９０ｎｍないし６１０ｎｍの範囲内、好ましくは、６００ｎｍにほぼ等しい。このような基板は、特に、基板上に、５９０ｎｍないし６１０ｎｍの、好ましくは、６００ｎｍのスポットの直径で光ビームを投射することが可能な既製のＣＤ−ヘッド又はＤＶＤ−ヘッドと組み合わせて使用されるのに適している。

一実施の形態では、基板は、基板上にビームスポットを生成するために、基板上に光ビームを出射するように構成された位置決めシステムと協働するように構成されており、前記光ビームは、前記所定の波長に等しい波長を有し、前記長手方向に沿った隣接している構造間の最大距離は、多くとも、前記ビームスポットの直径に等しい。ビームスポットの径よりも構造が離れていないことによって、位置マーク上のビームスポットの移動は、構造によるビームの一部の吸収の変化をもたらしうる。さらに、ビームが、ビームの直径に等しい距離だけ離間された２つの構造間に正確に位置決めされたとき、これら構造の間のマークの領域は最大反射率を与える。

一実施の形態では、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って繰り返す構造の周期的なパターンを形成し、前記パターンの周期は、前記ビームスポットの直径よりも大きく、好ましくは、少なくとも２倍である。好ましくは、前記構造の周期的なパターンは、２マイクロメートル以下の周期を有し、好ましくは、ビームスポットは、約６００ｎｍの直径を有する。

一実施の形態では、前記複数の構造は、隣接している構造間のピッチは、ビームスポットの直径以下であり、位置マーク上のビームスポットが、常に、前記複数の構造の１つを少なくとも部分的に覆っていることを確実にする。

一実施の形態では、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記位置マーク上のビームスポットの位置の正弦関数として反射率を変化させるように構成されている。位置マーク上のビームスポットのおおまかなアライメント又は位置は、反射されたビーム強度の最大値を算出することによって決定されることができ、よりきめ細かいアライメント又は位置が、反射されたビーム強度信号を、かくして測定された反射されたビーム強度信号の最大値及び最小値と比較することによって決定されることができる。

代わりの実施の形態では、前記マークは、長手方向のマークのほぼ全長に沿って単調増加する、好ましくは厳密に増加する可変反射率を有し、基板上のビームスポットの絶対的なアライメント又は位置決定を可能にする。

一実施の形態では、前記基板は、単一の材料、好ましくはシリコンを含む一体的なユニットとして形成されている。前記基板は、好ましくは、ウェーハを有し、前記位置マークは、好ましくは、前記ウェーハに引いた少なくとも１つの線上に設けられている。ウェーハ上のビームスポットの位置とアライメントとの少なくとも一方が、かくして決定されることができる。一実施の形態では、前記基板は、ターゲットキャリア上のビームスポットの位置とアライメントとの少なくとも一方を決定するために、ターゲットキャリアの縁に設けられている。

代わりの実施の形態では、前記複数の構造の第１の構造は、第１の材料を含み、前記複数の構造の前記第２の構造は、前記第１の材料とは異なる反射率を有する第２の材料を含む。例えば、位置マークは、シリコン表面を含むことができ、第１の構造は、その上にサブ波長シリコン構造の形態で設けられ、アルミニウム、銅、二酸化ケイ素のような異なる材料を含む他の構造が設けられ、前記他の構造は、前記波長よりも大きい前記長手方向に沿った寸法を有する。この実施の形態は、このように、マークに沿って反射率を変化させる構造が設けられたさらなるクラスの基板を提供する。

一実施の形態では、前記波長に対する前記位置マークの領域の最大反射率は、１にほぼ等しい。反射された強度信号は、位置マークの領域の代表的には０にほぼ等しい最小反射率と、最大反射率との間で変化することができ、このように、測定可能な信号を得るために、反射された信号を増幅する必要性が低減される。

一実施の形態では、鏡面反射率は、基板に沿って変化し、高次回折は、基板によって実質的に吸収される。基板上のビームの位置は、このように、基板におけるその反射の強度に基づいて決定されることができる。

第２の態様によれば、本発明は、ここに記載される基板の位置マーク上にビームの位置を決定するように構成された位置決め装置を提供する。前記位置決め装置は、前記所定の波長の光ビームを与えるように構成されたビーム源と、反射された光ビームの強度を決定するように構成されたビーム強度検出器とを具備し、前記反射された光ビームは、前記位置マーク上での光ビームの反射によって発生され、前記位置マーク上に光ビームを集束させ、前記ビーム強度検出器上に前記反射された光を導くように構成された光学系を具備し、前記ビーム強度検出器は、前記反射された光ビームのゼロ次反射のために光ビーム強度を検出するように構成され、前記反射されたビーム強度を示す信号を与えるように構成されている。前記ビーム検出器は、好ましくは、単一のフォトダイオードを有する。位置がビームのゼロ次反射の強度に基づいて決定されるので、異なる次数を検出するために別個のビーム検出器ユニットは必要とされない。好ましくは、ゼロ次反射のみが、ビーム強度検出器に導かれる。しかしながら、一実施の形態では、１以上の高次の反射、特に１次反射が、同様に同じビーム強度検出器上に導かれることができ、ビーム強度検出器は、結合した反射の強度を検出器で検出するように構成されている。両実施形態において、１つのビーム強度検出器のみが基板上に投影された単一ビームの反射強度を検出するために必要とされるので、位置決め装置の構成はシンプルにとどまる。

第３の態様によれば、本発明は、ターゲットを処理するためのリソグラフィシステムを提供し、このシステムは、ここに記載されるような基板を有し、このシステムは、前記所定の波長のアライメントビームを与えるように構成されたアライメントビーム源と、反射されたアラインメントビームの強度を決定するように構成されたアライメントビーム強度検出器とを具備し、前記反射されたアライメントビームは、前記位置マーク上に前記ビームの反射によって発生され、前記位置マークに前記アライメントビームを集束させて、前記アライメントビーム強度検出器上に反射されたアライメントビームを導くように構成された光学系を具備し、前記ビーム強度検出器は、前記反射されたアラインメントビームのゼロ次反射のアライメントビーム強度を検出するように構成されている。本発明に係るリソグラフィシステムには、このように、アライメントビームのビームスポットに対する基板のアライメントと位置との少なくとも一方を決定するための手段が設けられている。代表的には、前記基板は、アライメントビームに対して、特に、ビームスポットに対して移動可能である。

一実施の形態では、リソグラフィシステムは、さらに、前記長手方向に沿って前記光学系に対して前記ターゲットを移動させるように構成されたターゲットキャリアを有し、前記基板は、前記ターゲットキャリアと前記ターゲットとの少なくとも一方の上に設けられ、このリソグラフィシステムは、前記反射されたアライメントビームの検出された強度に基づいて前記光学系に対する前記基板のアライメントと位置との少なくとも一方を決定するように構成されたプロセスユニットを有する。本発明に係るリソグラフィシステムには、このように、システム内で前記ターゲットのアライメントと位置との少なくとも一方を決定するための手段が設けられている。前記光学系は、好ましくは、前記光学系に対する前記ターゲットの位置の決定を容易にするために、リソグラフィシステムに固定して取り付けられている。

一実施の形態では、リソグラフィシステムは、さらに、前記ターゲット上に少なくとも１つの露光ビームを投影するように構成された鏡筒を有し、前記光学系は、前記鏡筒に取り付けられている。前記光学系は、好ましくは、鏡筒の先端部に近接して、特に、鏡筒のターゲット端部に近接して取り付けられている。露光されるターゲットの領域のアライメントと位置との少なくとも一方の決定は、このように、ターゲットと基板との少なくとも一方の近くで行われることができる。

一実施の形態では、前記光学系は、ターゲット上に多数の荷電粒子露光ビームを投影するように構成され、前記光学系は、前記鏡筒の下流側に、又はその近くに、好ましくは、その外側の露光ビームに対して１００マイクロメートル以内の距離に装着されている。

一実施の形態では、前記光学系は、少なくとも使用中、基板から２ｍｍ以下の距離に配置され、位置決定のための非常にコンパクトなシステムを提供する。

一実施の形態では、前記光学系は、前記基板にほぼ垂直な基板上に前記アライメントビームを投影するように構成されている。鏡面反射が前記基板にほぼ垂直に入射されて光学系に戻るので、位置決定のためのコンパクトなシステムが提供される。

第４の態様によれば、本発明は、ビームによって照射される実質的に反射性の基板上にアライメントマークと位置決めマークとの少なくとも一方を製造するための方法を提供し、この方法は、基板上に複数の構造を与える工程を具備し、各構造は、隣接している構造からビーム波長の距離内に配置され、前記複数の構造は、前記入射ビームのエネルギを実質的に吸収するように構成されている。前記複数の構造で覆われたマークの部分が、かくして、入射ビームを実質的に吸収し、一方、前記複数の構造で覆われていないマークの部分が、かくして、入射ビームを実質的に鏡面反射し、かくして、その表面に沿って変化する反射率を有する基板を提供する。

一実施の形態では、前記複数の構造は、互いに異なる距離とピッチとの少なくとも一方で前記基板上に設けられている。

一実施の形態では、前記複数の構造は、前記ビームのビームスポットの直径よりも大きな周期を有するパターンを形成する。

第５の態様によれば、本発明は、ここに記載されるような基板上でのビームスポットのアライメントと位置との少なくとも一方の決定のための方法を提供し、この方法は、光ビームで前記基板を照射する工程と、前記光ビームの鏡面反射の強度を検出する工程と、前記検出された強度に基づいて、前記ビームスポットに対する前記基板の位置とアライメントとの少なくとも一方を決定する工程とを具備する。この方法は、このように、ビームスポットを出射するビームスポット又は光学系に対する基板の位置とアライメントとの少なくとも一方を決定するための、シンプルでありながら正確な方法を提供する。

一実施の形態では、本方法は、さらに、さらなる測定システムを使用して基板の位置を測定する工程を具備し、前記基板の位置とアライメントとの少なくとも一方が、さらに、前記さらなる測定システムによる測定に基づいて決定される。前記さらなる測定システムは、例えば、前記光ビームに対して前記基板を移動させるように、干渉計と、アクチュエータのフィードバックループとの少なくとも一方を有する。好ましくは、ビームスポットのアライメントは、まず、基板によって反射されたビームの測定された強度に基づいて実行され、その後、ターゲットの処理中、さらなる位置決定が、前記さらなる測定システムによる測定に基づいている。

第６の態様によれば、本発明は、リソグラフィシステムで使用するための基板を提供し、この基板には、少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、前記マークは、複数の構造のアレイを有し、前記アレイは、前記マークの長手方向に沿って延び、前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記マークの反射率を変化させるように構成され、前記反射率は、所定の波長に対して決定される。前記位置マークにより反射された前記波長のビームのエネルギ量は、かくして、マーク上のビームスポットの位置に依存して変化し、これにより、位置マーク上のビームスポットの位置が、反射されたビームの強度を簡単に測定することによって決定されることができる。

一実施の形態では、前記アレイの第１の構造と前記第１の構造に隣接しているアレイの第２の構造との間のピッチは、第２の構造と前記第２の構造に隣接しているアレイの第３の構造との間のピッチとは異なる。前記長手方向に沿ってこれら構造間のピッチを変化させることによって、例えば、位置測定がいくつかの回折次数の測定されたビーム強度に基づいている場合のように、反射率の実質的に大きな変化が、ピッチが固定されたときよりも達成されることができる。

一実施の形態では、前記長手方向に沿った隣接している構造間のピッチは、長手方向に沿った前記構造の位置の正弦関数に従う。これら構造は、かくして、前記長手方向に沿って前記位置マークの反射率を滑らかに変化させるように構成されている。

本明細書に記載され示されるさまざまな態様並びに特徴は、可能な限り、個々に適用されることができる。これら個々の態様は、特に、添付の従属請求項に規定される態様並びに特徴は、分割特許出願の主題とされることができる。

本発明が、添付図面に示される例示的な実施の形態に基づいて説明される。

図１は、本発明に係る基板が使用されることができる従来技術のリソグラフィシステムを示す図である。 図２は、鏡筒に対するターゲットの位置を決定するための、従来技術の位置決めシステムを示す図である。 図３の３Ａは、矩形のビーム吸収構造が設けられた、本発明に係る基板を示し、３Ｂは、３Ａの基板上を長手方向に沿って移動するビームの反射強度信号を示す図である。 図４Ａは、本発明に係る基板の実施の形態を示す図である。 図４Ｂは、本発明に係る基板の実施の形態を示す図である。 図４Ｃは、本発明に係る基板の実施の形態を示す図である。 図４Ｄは、本発明に係る基板の実施の形態を示す図である。 図５は、本発明に係る基板と協働するビームを与えて、基板でのビームの反射強度を検出するように構成された位置決め装置を概略的に示す図である。 図６は、本発明に係る位置決め装置を概略的に示す詳細図である。

周知のリソグラフィシステムが図１に示される。リソグラフィシステム１は、荷電粒子ビーム３を出射する荷電粒子ビーム源２を有する。荷電粒子ビーム３は、アパーチャアレイ５に衝突する前にコリメータ４を横断する。アパーチャアレイは、ビームを非常に多くの荷電粒子小ビーム６に分割して、これら荷電粒子小ビームがコンデンサアレイ７によって集光される。個々の小ビームがビームブランカアレイ８でブランキングされることができ、即ち、これら小ビームがこれらの軌道において後にビーム停止アレイ９のアパーチャを通過する代わりにビーム停止アレイ９にぶつかるように個々に偏向されることができる。そして、ブランキングされていない小ビームが、これら小ビームの走査偏向を与えるように構成された走査偏向器１０を通過する。これらの軌道の終わりで、ブランキングされていない小ビームが、例えば、ウェーハであるターゲット面１２上に小ビームを集束させるように構成されたフォーカスレンズアレイ１１を通過する。ターゲットは、ロングストロークアクチュエータを使用して、ロングストローク方向Ｌに沿って鏡筒１４に対してターゲットを変位させるように構成された可動ターゲットキャリア１３上に載置される。ターゲットキャリアは、さらに、ショートストロークアクチュエータによってショートストローク方向Ｓに沿ってターゲットを変位させるように構成されている。ショートストロークアクチュエータは、さらに、３つの直交方向へのターゲットの微同調移動のために、及び、３つの直交軸に沿ったターゲットの微同調回転のために、自由度６のアクチュエータを有することができる。代表的には、ターゲット１２は、走査偏向器１０によってショートストローク方向に沿ってストリップの幅に沿って偏向されることができる小ビームにターゲット１２を露光させながら、ロングストロークアクチュエータを使用して鏡筒１４の下にターゲットを移動させることによって、ストリップバイストリップ方式で露光される。ストリップ全体がかくしてパターニングされたとき、ショートストロークアクチュエータがターゲットをＳ方向にストリップの幅に対応する距離だけ変位させるために使用されることができ、次のストリップが処理されることができる。

複数の構造が１つのストリップに広がっているとき、又は、ターゲットのストリップが複数のパスで処理されることになっているとき、例えば、半導体装置の異なる層をパターニングするとき、覆われた層が指定された精度内でアライメントされることができることが必須である。このようなアライメントは、鏡筒１４に対してターゲット１２を正確に位置決めすることによって達成されることができる。

図２は、リソグラフィシステムで使用するための従来技術の位置測定システムを概略的に示す上面図であり、鏡筒１４の位置が、ターゲット１２を保持しているターゲットキャリア１３に対して測定される。ターゲット１２は、ロングストロークＬに沿って複数のストリップに区分されている。ターゲットの点Ｐ１がリソグラフィシステムの鏡筒１４の下に置かれたとき、ターゲットのパターニングが始まることができる。小ビームの走査偏向のおかげで、ターゲット１２がリソグラフィシステムのロングストロークアクチュエータによって鏡筒１４の下に移動されたとき、ストリップの一部が小ビームによって到達されることができる。ターゲット１２の点Ｐ２が鏡筒１４の下にあるとき、ショートストロークアクチュエータは、ロングストローク方向Ｌに垂直な方向にターゲットを移動させるために使用されることができ、これにより、ターゲットの点Ｐ３は、鏡筒１４の真下に直接置かれ、次のストリップが処理されることができる。ターゲットキャリア１３には、直線状の縁部１５、１６、又は鏡が設けられ、縁部１５はロングストローク方向Ｌに垂直であり、また、縁部１６はショートストローク方向Ｓに垂直である。これら縁部１５、１６は、それぞれ、干渉計２０、２２からの少なくとも１つのビーム２１ａ、２１ｂ及び２３ａ、２３ｂを反射するように構成され、これらは、干渉計とターゲットキャリア１３のそれぞれの縁部１５、１６と間の距離の変化を追跡し続ける。これら距離の変化に基づいて、鏡筒１５に対するターゲット１２の位置が計算される、即ち、位置は、ロングストローク方向又はショートストローク方向に沿った距離の変化の関数として間接的に得られる。たとえ距離の変化がシステムのロングストローク又はショートストロークアクチュエータに起因しなくても、距離の変化は計算される位置の変化につながりうる。例えば、縁部１５が、縁部の傾きの変化と縁部１５に入射する干渉計のビーム２１ａの焦点の変化との少なくとも一方により変形したとき、鏡筒１４に対するターゲット１２の計算される位置が変化する。また、干渉計２０の位置又は向きの変化も、同様に、計算される位置に影響を与える。

図３の３Ａは、本発明に係る基板４５の一実施の形態を示す図である。基板４５は、ガウスビーム分布を有するビームのような、ビームを少なくとも部分的に反射するように構成された少なくとも部分的な反射面４０を有する。図示される実施の形態では、表面４０は、酸化ケイ素又は二酸化ケイ素を含み、好ましくは、反射性金属で覆われており、複数のビーム吸収構造４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂが設けられ、これらは、所定の波長λ、例えば、波長６４０ｎｍを有するビームを少なくとも部分的に吸収するように構成されている。これら構造４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、表面４０と一緒になって、その長手方向Ｌに沿って延びた位置マークを形成している。好ましくは、基板は、リソグラフィシステムに、例えば、図１に示されるようなシステムに、リソグラフィシステムのロングストローク方向に沿ってその長手方向Ｌに対して配置されている。実質的に矩形の構造４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、互いに離間され、表面上のビームのビームスポット５０の位置によって決まるビームの反射強度を変化させるように配置されている。任意の２つの構造間の距離は、波長λ未満であり、また、方向Ｌに沿ったビームスポットの最大寸法として定義されるビームスポットの幅ｗ以下である。従って、ビームスポットがパターン内にあるときはいつでも、複数の構造の少なくとも１つに直接隣接しているか、複数の構造の少なくとも１つに入射するように位置されている。これら構造のパターンは、ビームスポット５０の幅ｗよりも大きな周期ｄを繰り返す。この実施の形態では、隣接している構造間の距離は、アライメントビームがその上に入射したときに構造が吸収することができる光の量に関連する。比較的大きな面積４１ａ、４１ｂ及び４２ａ、４２ｂを有する構造は、ビームを吸収する比較的小さな面積を有する構造４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂよりも互いに近接して配置されている。また、２つの構造間のピッチ、例えば、第１の構造の最も左側から、第２の隣接している構造の最も左側までの距離は、これら構造の面積に依存して変化する。

図３の３Ｂは、図３の３Ａの基板に対する反射光強度を示すグラフである。ビーム５０のスポットの部分が構造に入射しないとき、反射されたビームの強度Iは縦軸に沿った点６１でのように最大であり、ビームスポットが縦軸Ｌに沿った点６２にあるとき最小であり、この点では、ビームの大部分が構造４１ａ、４１ｂ及び４２ａ、４２ｂによって吸収される。位置マークが実質的に一定の強度のビームによって照射され、ビームスポットが方向Ｌに沿って進行するとき、ビームスポットがガウス分布を有するときでさえも、反射されたビームの強度は図示されるような正弦関数に従う。反射信号は、かくして、パターンの周期内でビームスポットの位置の基準を与える。

基板上のビームスポットの位置に関する情報は、反射された光ビームの強度の形態で基板に符号化される。表面のわずかな変形又はアライメントビーム源と表面との間の距離の変化は、反射されたビームの強度を実質的に変化させず、それ故、位置測定に実質的に影響を及ぼさない。また、焦点深度又は入射角のわずかな変化は、結果として生じる強度のグラフの形状に実質的に影響しないので、位置及び焦点やビーム源の位置の安定性に関する要件が比較的緩いことができる。

図４Ａ、図４Ｂ並びに図４Ｃは、本発明に係る基板のいくつかの実施の形態を示す図である。図４Ａは、研磨された酸化シリコンを含む基板９０の部分的な反射面７０にエッチングされた、同じ幅ｂの複数の構造７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂを示す図である。これら構造の幅ｂは、位置決め目的のために基板９０を照明するビームの波長よりも小さい。これら構造７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂは、基板９０上のビームのスポット９５の直径ｗ１よりも大きい周期ａで繰り返す。ビームがガウスビーム分布を有するとき、ビームの直径は、例えば、その最大強度の半分のところにビームの全幅を決定することによって、当技術分野で周知であるようにして決定される（ｗ１）。隣接している構造の２つの最左縁間の距離ｃは、基板９０の長手方向Ｌに沿って変化し、これにより、基板によって反射されたビームの強度は、長手方向Ｌに沿って変化する。２つの隣接している構造間の最大距離は、ビームスポット９５の直径ｗ１に等しい。一実施の形態では、この最大距離は、同様に、直径ｗ１未満であることができる。

図４Ｂは、本発明に係る基板９１を示す図であり、構造７６ａ、７７ａ、７８ａ、７９ａの最左縁は、長手方向に沿って互いに間隔ｃで等間隔に配置された仮想格子の点にアライメントされている。これら構造は、周期ａを有する周期的なパターンを形成し、各々が幅を有する。構造の幅は、長手方向Ｌに沿って正弦曲線状に変化する。パターンの周期内では、２つの隣接している構造７７ａ、７８ａの２つの最左縁間の距離は、２つの他の隣接している構造７９ａ、７９ｂの２つの最左縁間の距離とは異なり、即ち、距離は、それぞれ、ｃと、ｃの３倍とである。従って、ｃよりも大きな直径ｗ２を有するビームスポット９６が基板に入射するが基板の構造には入射しないとき、図示されるように、反射されたビームが最大反射強度を有する。これら構造が規則的な格子にアライメントされるので、この実施の形態に係る基板は、特に容易に製造される。

図４Ｃでは、隣接している構造間での最左縁から最左縁までの距離は、基板９２の長手方向Ｌに沿って変化し、複数の構造８０ａ、８０ｂ、８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂの幅ｂは、これら自体、同様に長手方向Ｌに沿って変化する。２つの隣接している構造は、ビームスポット９７の直径ｗ３よりも離間されていない。

図４Ｄは、本発明に係る基板９３の一実施の形態を示す図であり、この基板は、部分的な反射面７０を有し、反射面７０上には、周期ａを有する周期的なアレイで、複数の構造８４ａ、８４ｂ、８５ａ、８５ｂ、８６ａ、８６ｂ、８７ａ、８７ｂ、８８ａ、８８ｂが設けられている。１周期内には、同じ材料の対の構造８４ａ及び８４ｂ、・・・、８８ａ及び８８ｂが設けられている。構造８４ａ、８５ａ、８６ａ、８７ａ、８８ａは、全て、異なる反射率を有する異なる材料を含む。構造間のピッチｃは、長手方向に沿って等しく、また、構造は、同様に、長手方向に沿って実質的に等しい幅を有する。反射されたビームの強度は、基板上のビームスポット９８の位置によって決まる。

図５は、本発明に係る基板５１３上でのビームスポット５５０のアライメントと位置との少なくとも一方を検出するための、本発明に係る位置決め装置５００を概略的に示す図である。基板は、部分的な反射面を有し、反射面は、実質的に一定の反射率を有し、複数のビーム吸収構造５７１が設けられ、これらビーム吸収構造は、長手方向Ｌに沿って基板の鏡面反射率を変化させる。所定の波長の光ビーム５１１がビームスプリッタ５３６を通過して、基板５１３上のスポットにレンズ５１２によって集束され、その中で部分的に反射される。反射されたビームの強度は、ビーム強度検出器５１９によって検出される。グラフ５６０は、基板が長手方向に、即ちロングストローク方向Ｌに沿って移動されたときの検出されたビーム強度対基板上のスポットの位置のプロットを示している。位置決め装置は、例えば、検出された光強度の特定のピークが達成されるまで、位置決め装置に対する方向Ｌに沿って基板を移動させることによって、本発明に係る基板上にビームスポットをアライメントするように構成されている。本発明に係る基板を有するターゲットを使用して、アライメントビームに対して所定の位置に基板を再現可能かつ正確に移動させることが可能である。これは、パターンのいくつかの層が同じターゲットの別々の処理セッション中に施されるとき、特に有益である。ターゲットがいったんアライメントされると、位置は、干渉計のような、当技術分野で周知の他の位置測定手段を使用して追跡されることができる。

代わって、位置決め装置は、検出された強度に現れたピークの数に基づいて、ターゲットの処理中に、例えば、リソグラフィシステムのターゲットの準備中や露光中に、基板上のビームの位置を追跡するために使用されることができる。現れたピークの数及び実際に検出された強度値に基づいて、よりいっそう正確な位置が決定されることができる。

図６は、より詳細に、本発明に係る位置決め装置３００を概略的に示す図である。位置決め装置は、本発明に係る基板３１３上のビームスポット３５０の位置を検出するように構成されている。ビーム源３３１は、ビーム３１１に６００ないし６５０ｎｍの範囲の、又は約６３５ｎｍの波長を与えるためのレーザ３３４を有する。ビーム源３３１は、さらに、レーザ３３４から光学系３３３に向かって光ビーム３１１を導光するための光ファイバ３３２を有する。光ファイバ３３２を出るビームは、好ましくは、ほぼ完全なガウス分布を有し、容易にコリメートされることができる。ビーム源は、光ファイバ３３２からのビーム３１１をコリメートするように構成されたコリメータレンズ３３５を有する。しかしながら、ファイバが使用されず、レーザ又は他のビーム発生装置がコリメートされたビームを提供するとき、このようなコリメートレンズ３３５は必要とされなくてもよい。

光学系３３３は、さらに、基板３１３の表面にビーム３１１を向けるためのビームスプリッタ３３６を有する。光学系のフォーカスレンズ３１２は、ビーム３１１を表面３１３に集束させる。反射されたビーム３１８は、基板３１３でのビーム３１１の鏡面反射によって発生される。フォーカスレンズ１２もまた、反射されたビーム３１８をコリメートするために使用されることができる。反射されたビーム３１８は、ビームスプリッタ３３６によってビーム強度検出器３１９に向けられる。

ビーム強度検出器３１９は、フォトダイオードを有する。あるいは、ビーム強度検出器は、光起電力モードで動作する非バイアスのシリコンＰＩＮダイオードを有することができる。このモードでは、フォトダイオードのバイアスされたモード動作に対して発生される熱の量を下げることができる。ビーム強度検出器もまた、フォトダイオードからの電流をフィルタされうる電圧に変換する演算増幅器を有することができる。フィルタされた電圧は、光学系３３３に対する表面３１３の位置又は変位を決定するためにプロセッサによって使用されることができるデジタル信号に変換されることができる。

ビーム強度検出器３１９の活性領域は、ビームスプリッタを出る実質的に全てのエネルギが検出されるように、ビームスプリッタを出る反射された光ビームの直径よりも大きい。しかしながら、ビームスプリッタ３３６とビーム強度検出器３１９との間に位置された他のフォーカスレンズ（図示されない）は、反射された光ビームをビーム強度検出器３１９に集束させるために使用されることができる。このようにして、ビーム強度検出器の有効面積は、ビームスプリッタ３３６を出る反射された光ビームの直径よりも小さいことができる。

非偏光ビームスプリッタ３３６では、光ビーム３１１の５０％が基板３１３に向けられ、一方、他の５０％が失われうる。また、反射された光ビームの５０％のみがビーム強度検出器３１９に向けられることができ、一方、他の５０％が失われうる。これは、光ビーム３１１の７５％が失われ、即ち、位置とアライメントとの少なくとも一方の検出のために使用されないことを暗示している。

それ故、偏光ビームスプリッタは、本発明に係るマーク位置検出装置の一実施の形態で使用されることができる。その場合には、ビーム源３３１は、偏光された光ビーム３１１を与えることができる。ビーム源は、非偏向の光ビームを偏光された光ビーム３１１に変換するように構成された偏光子３３８を有することができる。光ビーム３１１は、点によって図中に示されるＳ偏光の光ビームであることができる。

偏光ビームスプリッタ３３６は、基板の表面に向かってＳ偏光の光ビームを導くように構成されることができる。光学系は、さらに、ビームスプリッタ３３６とフォーカスレンズ３１２との間に位置されることができる４分の１波長板３３９を有することができる。光ビーム３１１が４分の１波長板３３９を通って進行したとき、その偏光が、図中に曲線の矢印で示されるように、Ｓ偏光から右円偏光に変えられる。ビーム３１１が表面３１３で反射されたとき、偏向が再度変えられることができ、反射された光ビームは、図中に別の曲線の矢印によって示されるように、左円偏光を有することができる。反射された光ビーム３１８が４分の１波長板３３９を通って進行したとき、その偏光は、左円偏光から、図中に直線の矢印で示されるＰ偏光に変えられる。偏光ビームスプリッタ３３６は、光強度検出器３１９に向かってＰ偏光の反射された光ビームを導くように構成されている。

偏光された光ビーム、反射された光ビーム及び偏光ビームスプリッタは、ビームスプリッタでの迷光、後方反射及びエネルギ損失の減少をもたらすことができる。

上の説明は、好ましい実施の形態の動作を説明することを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。上の説明から、多くの変形が本発明の意図及び範囲に包含されることが当業者に明らかである。

Claims (42)

1. ウェーハのようなターゲットを処理するためのリソグラフィシステムであって、
   基板を具備し、
   前記基板には、少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、前記位置マークは、複数の構造のアレイを有し、前記アレイは、前記マークの長手方向に沿って延び、
   前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記マークの反射率を変化させるように構成され、
   前記反射率は、所定の波長に対して決定され、
   前記システムは、
   前記所定の波長のアライメントビームを与えるように構成されたアライメントビーム源と、
   反射されたアライメントビームの強度を決定するように構成されたアライメント強度検出器とを具備し、前記反射されたアライメントビームは、前記位置マーク上での前記ビームの反射によって発生され、
   前記位置マーク上に前記アライメントビームを集束させて、前記反射されたアライメントビームを前記アライメントビーム強度検出器上に導くように構成された光学系を具備し、
   前記アライメントビーム強度検出器は、前記反射されたアライメントビームのゼロ次反射のアライメントビーム強度を検出するように構成されているリソグラフィシステム。
2. リソグラフィシステムは、前記基板を有し、
   前記アレイの第１の構造と前記第１の構造に隣接している前記アレイの第２の構造との間のピッチは、前記第２の構造と前記第２の構造に隣接している前記アレイの第３の構造との間のピッチとは異なる請求項１のリソグラフィシステム。
3. 前記長手方向に沿った隣接している構造間のピッチは、前記長手方向に沿った前記構造の位置の正弦関数に従う請求項１又は２のリソグラフィシステム。
4. 前記複数の構造は、前記前記長手方向に沿った前記マークの鏡面反射の、即ち、ゼロ次反射率を変化させるように構成されている請求項１ないし３のいずれか１のリソグラフィシステム。
5. 前記複数の構造は、前記マーク内の高次の回折の複数の反射によって前記高次の回折を実質的に吸収するように構成されている請求項１ないし４のいずれか１のリソグラフィシステム。
6. 前記複数の構造の各々は、前記長手方向に沿った幅を有し、
   前記幅は、前記所定の波長未満であり、
   前記長手方向に沿った隣接している構造間の距離は、前記所定の波長未満である請求項１ないし５のいずれか１のリソグラフィシステム。
7. 前記基板は、ウェーハを有し、
   好ましくは、前記位置マークは、前記ウェーハに引いた少なくとも１つの線上に設けられている請求項１ないし６のいずれか１のリソグラフィシステム。
8. 前記複数の構造は、前記長手方向に沿って等間隔に離間された点にアライメントされている請求項１ないし７のいずれか１のリソグラフィシステム。
9. 前記複数の構造の第１の構造は、前記長手方向に沿って、前記複数の構造の第２の構造とは異なる幅を有する請求項６のリソグラフィシステム。
10. 前記複数の構造は、実質的に同一の寸法を有し、
    前記複数の構造は、好ましくは、矩形の形状を有する請求項１ないし８のいずれか１のリソグラフィシステム。
11. 前記マークの前記長手方向に沿った隣接している構造間の距離は、１つの構造の幅に実質的に等しい請求項１０のリソグラフィシステム。
12. 前記長手方向に沿った隣接している構造間の最大距離は、多くとも６１０ｎｍ、好ましくは５９０ｎｍないし６１０ｎｍの範囲内に、好ましくは、６００ｎｍに実質的に等しい請求項１１のリソグラフィシステム。
13. 前記基板上にビームスポットを発生させるために前記基板上に光ビームを出射するように構成され、
    前記光ビームは、前記所定の波長に等しい波長を有し、
    前記長手方向に沿った隣接している構造の間の最大距離は、多くとも、前記ビームの直径に等しい請求項１ないし１２のいずれか１のリソグラフィシステム。
14. 前記光ビームは、実質的にガウス分布を有する請求項１３のリソグラフィシステム。
15. 前記複数の構造は、前記長手方向に沿って繰り返す周期的な構造パターンを形成し、
    前記パターンの周期は、前記ビームスポットの前記直径よりも大きく、好ましくは、少なくとも２倍である請求項１ないし１４のいずれか１のリソグラフィシステム。
16. 前記周期的な構造パターンは、２マイクロメートルの周期である請求項１５のリソグラフィシステム。
17. 隣接している構造間のピッチは、前記ビームスポットの直径以下である請求項１３ないし１６のいずれか１のリソグラフィシステム。
18. 前記複数の構造は、前記長手方向に沿った前記位置マーク上のビームスポットの位置の正弦関数として前記反射率を変化させるように、寸法合わせされ、配置されている請求項１３ないし１７のいずれか１のリソグラフィシステム。
19. 前記基板は、単一の材料でできた一体的なユニットとして形成されている請求項１ないし１８のいずれか１のリソグラフィシステム。
20. 前記複数の構造の第１の構造は、第１の材料を含み、
    前記複数の構造の第２の構造は、前記第１の材料とは異なる反射率を有する第２の材料を含む請求項１ないし１８のいずれか１のリソグラフィシステム。
21. 前記波長に対する前記位置マークの領域の最大反射率は、実質的に１に等しい請求項１ないし２０のいずれか１のリソグラフィシステム。
22. 前記複数の構造は、サブ波長構造を有する請求項１ないし２１のいずれか１のリソグラフィシステム。
23. 前記長手方向に沿って前記光学系に対して前記ターゲットを移動させるように構成されたターゲットキャリアをさらに具備し、前記基板は、前記ターゲットキャリアと前記ターゲットとの少なくとも一方に設けられ、
    前記反射されたアライメントビームの前記検出された強度に基づいて前記光学系に対する基板のアライメントと位置との少なくとも一方を決定するように構成されたプロセスユニットをさらに具備する請求項１ないし２２のいずれか１のリソグラフィシステム。
24. 前記基板は、前記ターゲットキャリア上に前記ビームスポットの位置を決定するかアライメントするかの少なくとも一方をするように、前記ターゲットキャリアの縁部に設けられている請求項２３のリソグラフィシステム。
25. 前記ターゲット上に少なくとも１つの露光ビームを投影するように構成された鏡筒をさらに具備し、前記光学系は、前記鏡筒に取り付けられている請求項２３又は２４のリソグラフィシステム。
26. 前記鏡筒は、前記ターゲット上に多数の荷電粒子露光ビームを投影するように構成され、
    前記光学系は、前記鏡筒の下流側の部分に、又はその近くに、好ましくは、その外側の露光ビームに対して１００マイクロメートルの距離内に装着されている請求項２５のリソグラフィシステム。
27. 少なくとも使用中、前記光学系は、前記基板から２ｍｍ以下の距離に配置されている請求項２１ないし２６のリソグラフィシステム。
28. 前記光学系は、前記基板に実質的に垂直な前記基板上に前記アライメントビームを投影するように構成されている請求項２１ないし２７のいずれか１のリソグラフィシステム。
29. 請求項１ないし２８のいずれか１のリソグラフィシステムで前記基板の前記位置マークに前記アライメントビームの位置を決定するように構成された位置決め装置であって、
    前記所定の波長の前記アライメントビームを与えるように構成された前記アライメントビーム源と、
    前記反射されたアライメントビームの強度を決定するように構成された前記アライメントビーム強度検出器とを具備し、前記反射されたアライメントビームは、前記位置マーク上に前記アライメントビームの反射によって発生され、
    前記位置マークに前記アライメントビームを集束し、前記アライメントビーム強度検出器に前記反射されたアライメントビームを導くように構成された光学系を具備し、
    前記アライメントビーム強度検出器は、前記反射された値面とビームの０次の反射に対するビーム強度を検出するように構成され、また、前記検出されたアライメントビーム強度を示す信号を与えるように構成されている位置決め装置。
30. 請求項１ないし２８のいずれか１のリソグラフィシステムで使用するための基板。
31. 前記基板は、部分的な反射面を有し、
    前記表面は、実質的に一定の反射率を有し、前記長手方向に沿った前記マークの反射係数を変化させるように、アライメントビーム吸収構造が設けられている請求項３０の基板。
32. 前記マークの前記長手方向に沿った隣接しているアライメントビーム吸収構造間の距離は、１つの構造の幅に実質的に等しい請求項３１の基板。
33. 前記ビーム吸収構造は、実質的に同一の寸法を有し、
    前記構造は、好ましくは、矩形の形状を有する請求項３１又は３２の基板。
34. 前記ビームアライメント吸収構造は、サブ波長構造を有する請求項３１ないし３３のいずれか１の基板。
35. 前記基板には、少なくとも部分的な反射位置マークが設けられ、前記マークは、複数の構造のアレイを有し、前記アレイは、前記マークの長手方向に沿って延び、
    前記複数の構造は、前記長手方向に沿って前記マークの反射率を変化させるように構成され、
    前記反射率は、所定の波長に対して決定される請求項３０の基板。
36. 前記アレイの第１の構造と前記第１の構造に隣接している前記アレイの第２の構造との間のピッチは、前記第２の構造と前記第２の構造に隣接している前記アレイの第３の構造との間のピッチとは異なる請求項３５の基板。
37. 前記長手方向に沿った隣接している構造間のピッチは、前記長手方向に沿った前記構造の位置の正弦関数に従う請求項３５又は３６の基板。
38. 前記基板は、サブ波長構造を有する請求項３５ないし３７のいずれか１の基板。
39. 前記複数の構造は、前記長手方向に沿った前記位置マークの前記反射率を滑らかに変化させるように構成されている請求項３７又は３８の基板。
40. 請求項１ないし２７のいずれか１のリソグラフィシステムで基板上にビームスポットのアライメントと位置との少なくとも一方を決定するための方法であって、
    前記基板上に前記ビームスポットを発生させるために、光ビームで前記基板を照射することと、
    前記光ビームの０次の反射の強度を検出することと、
    前記検出された強度に基づいて、前記ビームスポットに対する基板の位置とアライメントとの少なくとも一方を決定することとを具備する方法。
41. さらなる測定システムを使用して前記基板の位置を測定する工程をさらに具備し、
    前記基板の位置とアライメントとの少なくとも一方は、さらに、前記さらなる測定システムによる測定に基づいて決定される請求項４０の方法。
42. 前記ビームスポットの直径は、前記長手方向に沿った隣接している構造間の最大距離以上である請求項４０又は４１の方法。

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