JP4340207B2 - デバイス製造方法、方位決定方法およびリソグラフィ装置 - Google Patents

Description

本発明は、デバイス製造方法に関し、この方法は、
少なくとも部分的に放射線感応材料の層で覆われた基板を用意する工程、
放射線システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、
この投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段を使う工程、
この基板の方位を決める工程、
この基板とパターニング手段をこの基板の方位に従って整列する工程、および
この放射線のパターン化したビームをこの放射線感応材料の層の目標部分上に投影する工程を含む。

上述のデバイス製造方法は、放射線の投影ビームを用意するための放射線システム；所望のパターンに従ってこの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保持するための支持構造体；基板を保持するるための基板テーブル；および、このパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システムを含むリソグラフィ投影装置を使って採用してもよい。後に、このリソグラフィ装置を詳しく説明する。

ここで使う“パターニング手段”という用語は、入射放射線ビームに、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面を与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり；“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス（以下参照）のような、この目標部分に創るデバイスの特定の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある：
マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られ、それには、二値、交互位相並進、および減衰位相並進のようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型がある。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または選択反射（反射性マスクの場合）を生ずる。マスクの場合、この支持構造体は、一般的にマスクテーブルであり、それがこのマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、およびもし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。

プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、例えば、この反射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し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ、この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。プログラム可能ミラーアレイの代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーおよびアドレス指定されないミラーが入射放射線ビームを異なる方向に反射し；この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上に説明した両方の場合に、パターニング手段は、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および同第５，５２３，１９３号、および国際特許公開第ＷＯ９８／３８５９７号および同第ＷＯ９８／３３０９６号から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。プログラム可能ミラーアレイの場合、上記支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。
プログラム可能液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル。そのような装置の例は、米国特許第５，２２９，８７２号で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記同様、この場合の支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。

簡単のために、この本文の残りは、或る場所で、マスクおよびマスクテーブルを伴う例を具体的に指向するかも知れないが；しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示したようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。

リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、パターニング手段がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応性材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）の目標部分（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを使う現在の装置では、機械の二つの異なる種類を区別することができる。一つの種類のリソグラフィ投影装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露光することによって各目標部分を照射し；そのような装置を普通ウエハステッパまたはステップアンドリピート装置と呼ぶ。代替装置 ― 普通ステップアンドスキャン装置と呼ぶ ― では、マスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査することによって各目標部分を照射し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）であり、この基板テーブルを走査する速度Ｖが、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号から収集することができ、それを参考までにここに援用する。

リソグラフィ投影装置を使うデバイス製造プロセスでは、（例えば、マスクの中の）パターンを、少なくとも部分的に放射線感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露光後、基板は、例えば、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。

簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが；この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、および反射屈折性光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきであり、それで投影システムのこれらの種類のどれも従来の結像に適するか、または浸漬液のある結像に適するかである。。この放射線システムも放射線の投影ビームを指向し、成形しまたは制御するためにこれらの設計形式の何れかに従って作用する部品を含んでもよく、そのような部品も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露光に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号および国際特許公開第ＷＯ９８／４０７９１号に記載してあり、その両方を参考までにここに援用する。

デバイス製造プロセスでは、パターンの投影とこのパターンを投影する基板とは正確に整列すべきである。例えば、第２以上の層を基板上に投影するときは、この第２以上の層を先に投影した層に従って整列すべきである。

必要な精度のために、この整列は、二段階：即ち、予備整列と実整列で行ってもよい。予備整列段階では、基板を大まかに、即ちある程度の精度であるが、最終的に要求される精度より低い精度で配置する。予備整列後の位置で、整列システムが基板上の何らかの整列マークを追跡し、この基板を要求される精度に従って整列できてもよい。しかし、この方法は、予備整列の精度が粗く、この整列システムのキャプチャレンジ、即ち、視界が狭いとき、遅い。この整列を迅速化するためには、予備整列精度を改善するか、キャプチャレンジを拡げるか、またはその両方でもよい。

基板の重要な整列方向は、その回転である。正確な（予備）整列方法が、例えば米国特許第６，５４４，８０５号から知られているが、これらの方法は、整列すべき物体上の所定のマークを使用する。しかし、この基板上には、どんなマークに対してもスペースが殆どない。

従って、本発明の目的は、物体の方位に対する正確な（予備）整列方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、何も所定のマークを要しない、物体の方位に対する整列方法を提供することである。

これらおよびその他の目的は、この発明によれば、冒頭の段落に記載するデバイス製造法に於いて、基板の方位を決める工程が基板の回転を決める工程を含み、この工程が、
測定座標系で、対応する形態を有し且つパターン座標系に関する相対位置が分っている少なくとも二つの構造体の間に距離ベクトルを決める工程、
この距離ベクトルをこの測定座標系の第１軸および第２軸に沿う第１距離および第２距離に分解する工程、および
この第１および第２距離を使って測定座標系に関するパターン座標系の回転を計算する工程を含むことを特徴とする方法で達成される。

本発明による回転決定法を使うデバイス製造方法では、基板上の任意の構造体を使って基板上にあるパターンの回転を決めてもよい。この構造体は、先に投影したパターンの一部、例えば、目標部分でもよく、またはそれは、事によるとこの回転を決めるために意図的に存在する、何か他の構造体でもよい。

パターンを投影すべき基板は、ある程度の精度でリソグラフィ装置に知られている、ある方位、即ち、位置および回転を有してもよいが、この方位は、その上にパターンを投影する前に高精度で決める必要があるかも知れない。それで、このリソグラフィ装置は、基板の位置および回転を決めるべきである。

基板上に先に投影したパターンがなければ、基板の回転を高精度で知る必要はないかも知れない。しかし、パターンを持った一つ以上の層が基板上にあれば、回転を高精度で決めるべきである。この回転を決めるために、基板上にあるパターンを都合よく使ってもよい。通常、基板は、循環格子に配置した複数の目標部分を含む。各目標部分にパターンを投影すべきである。この循環格子は、それに加えてリソグラフィ装置に知られていて、それでリソグラフィ装置は、基板を投影ビームに関して変位してもよい。既知の循環格子に同じパターンの複数の目標部分を有することは、例えば、これらの目標部分を使って、基板、特に基板上の格子の回転を決めることを可能にする。従って、この回転を決めるために所定のマークは何も必要ない。

基板の回転は、リソグラフィ装置、特に投影ビームに対して相対的である。従って、基板に関連するパターン座標系およびリソグラフィ装置に関連する測定座標系がある。それでこの相対回転を測定座標系に関するパターン座標系の回転として決めてもよい。

このパターンおよび測定座標系は、直交軸を有する周知のデカルト座標系でもよく、またはこの相対回転が測定座標系に関するパターン座標系の回転として決められる限り、どんな他の座標系でもよい。

少なくとも二つの構造体、例えば、パターンを備える目標部分が基板上に存在すべきで、上記パターン座標系でのこれらの構造体の位置を互いに対して知るべきである。これらの構造体は、所定のマークである必要はないが ― それらが所定のマークであるかも知れないことに注意されたい ― 、回転を計算できるためにそれらの位置を互いに対して知るべきである。この回転は、基板がある既知の回転を有する、即ち、回転をある理論的位置からのこれらの構造体の相対位置の偏差から決める場合、これらの構造体の相対位置と比較したこれらの構造体の実際の相対位置から決めてもよい。

これらの構造体の実際の相対位置は、距離ベクトルによって示してもよい。距離ベクトルは、構造体間の距離と方向を示し、測定座標系で表される。それで、構造体の相対位置を測定座標系で距離ベクトルとして決める。

距離ベクトルを導出するために、構造体が対応する形態を有してもよい。対応する形態は、構造体の比較を可能にし、構造体の基準位置を決めるかも知れない。この基準位置は、対応する形態の位置でもよく、または、例えば、複数の対応する形態の間の重心でもよく、または何か他の所定の基準位置でもよい。これらの構造体の指示した基準位置間のベクトルは、距離ベクトルでもよい。また構造体間の距離ベクトルを得るための他の方法を採用してもよい。

これらの構造体は、例えば、パターン座標系の軸上にあってもよく、またはパターン座標系の任意に位置にあってもよい。しかし、軸上または軸に平行な任意の直線上にあることが回転の計算を単純化する。

距離ベクトルを測定座標系の軸に沿って第１および第２距離に分解してもよい。これら二つの距離から回転を計算してもよい。角度測定を使って、当業者はこれらの距離から回転を計算できるだろう。例えば、デカルト座標系を使って、構造体の相対位置がパターン座標系の軸に平行であるならば、回転は、これら二つの距離の比の逆タンジェントに等しい。しかし、構造体の二つのサンプルの位置がパターン座標系で互いに対して知られている任意の場合、回転角は、周知の角度測定を使って計算してもよい。

これらの構造体は、都合よく任意の形状寸法および対応する形態を有してもよい。目標部分に投影したパターンは、循環格子と違ってリソグラフィ装置に知られていないかも知れない。それで、基板上に設けたパターンを測定座標系に関する回転を決めるための構造体として使うならば、これらのパターンは、リソグラフィ装置に未知かも知れず、従って任意の形状寸法を有するかもしれず、即ち、それらは、対応する形態を有する限り、任意の形状寸法を有するかも知れない。しかし、上述のように、循環格子は既知である。二つの目標部分またはパターンの相対位置、従ってそれらの間の位置ベクトルは、従って循環格子から導き出せる。

都合よく、この距離ベクトルは、少なくとも二つの構造体の少なくとも一つの像から決め、この少なくとも一つの像は、結像装置によって取得する。構造体間の距離ベクトルを導出するためには、構造体の対応する形態を検出する必要がある。本リソグラフィ装置には、結像装置があるかも知れない。ＣＣＤカメラ等のような、そのような結像装置で、少なくとも二つの構造体の一つの像を得てもよく、または構造体の各々の像を得てもよい。構造体の一つの像の場合、この像に存在する各構造体のサブ像をそれから切出してもよい。この様に、各構造体の像を得ることができる。これらの像で、対応する形態を検出してもよく、またはこれらの像を比較して、対応する形態の位置に基づいて構造体間の距離ベクトルを決めてもよい。

しかし、都合よく、少なくとも二つの構造体の各々の像を別々に取得してもよい。二つの別々の像を取得する方法の利点は、精度の向上である。取得した像で識別可能な最小細部の大きさを決める結像システムの解像度は、基板の小さい部分しか結像しないときに高い。小さい細部を見せる、高い解像度は、二つのサンプル間の距離ベクトルの測定精度を向上する。

これらの像は、測定座標系に関して分っている位置で測定システムによって取得する。第１像の取得後、結像装置および基板は、互いに対して動かし、即ち、並進、回転または両方に組合せをしてもよい。結像装置、基板または両方の移動後、第２像を取得してもよい。その後、例えば、測定結果、例えば、回転角の精度を改善するために、対応する形態を有する更なる像を得るために、更なる像を取得してもよい。結像位置間の距離は分っている。これらの結像位置に関する構造体間の距離ベクトルを少なくとも二つの像の比較から導出する。結像位置間の距離および結像位置に関する距離ベクトルのベクトル和が少なくとも二つの構造体間の距離ベクトルをもたらす。

基板上の二つの構造体を比較すべきであるので、これらの構造体は、結像装置の視界内にあるべきである。従って、本発明による方法によって決められ回転は、この視界の大きさ、比較のために必要な対応する形態の数、および事によるとその他の特性によって制限されるかも知れない。この制限は、結像装置の種類、使用する対応形態のサイズ、循環格子のピッチ等のような、特定の実施例の特性に関連するので、この制限を更に詳しくは説明しない。

距離ベクトルを得るために二つの像を比較することは、当業者に周知の手法によって行ってもよい。二つの像は、互いに関して多数の距離および多数の方向に亘って並進してもよい。それで、二つの像の重複部分は、各並進のために差引く。これらの像の重複部分の差分値は、最小化してもよい。また、相関手法のような、他の周知の、より精巧な方法もある。そのような手法は、像間に最大相関を見出す。相関とは、幅広い用語で、そのように解釈すべきであることに注意されたい。例えば、相関関数を使って相関を見付ける。そのような相関関数は、多種多様にある。本発明による回転決定および整列方法では、構造体間の距離を決めるために適したどんな比較法を採用してもよい。

本発明のある実施の形態では、各構造体の別々の像を得るために、基板を回転してもよく、且つ結像装置を本質的に基板の半径に沿って変位してもよい。既存のリソグラフィ装置では、基板が回転可能パッドの上に配置してあり、結像装置は、このパッドの回転に関して半径方向に動いてもよいように取付けてある。そのような組立体、即ち、回転可能基板と回転円の半径に沿って可動の結像装置で、基板のあらゆる部分を結像できる。各構造体を別々に結像するためにこの組立体を使えば、追加のハードウェアなしに本発明を使うことができる。

本発明による回転決定および整列方法では、パターン座標系を循環パターンの循環格子によって定義してもよい。リソグラフィ装置では、投影したパターンが通常複数の目標部分を含む。これらの目標部分は長方形であり、長方形の格子即ち直交循環格子に配置してもよい。この循環格子は、それで二つの直交軸を形成する。これら二つの直交軸は、都合よくパターン座標系として使える座標系を形成する。ＩＣの製造のために必要な、基板の第２以上の層への第２以上の投影は、先の投影と実質的に同じ方位を有すべきである。循環格子は各投影に対して同じであるので、循環格子が形成するパターン座標系は、各投影に対して同じであり、従って曖昧でない。

構造体の対称性は、特に循環パターンを使うとき、間違った結果に繋がるかも知れない。従って、これら少なくとも二つの構造体は、非対称でもよい。循環パターンで、これら少なくとも二つの構造体は、対応する形態を有する多数の構造体からの二つでもよい。二つの像を比較するとき、このシステムは、このシステムが比較を意図する構造体より一つ以上の他の構造体を比較し、間違った結果に繋がるかも知れない。非対称に配置した対応する形態を有する非対称構造体を使えば、意図しない構造体の対応する形態を見付け且つ比較する可能性を無視できる。

リソグラフィ装置での投影の場合、別々の目標部分の間のスペース、即ち、格子線またはスクライブラインを構造体の一部として結像するかも知れない。構造体の形状寸法は、リソグラフィ装置に未知かも知れないが、構造体の位置は、循環格子に関して既知である。結像位置は、スクライブラインを像に含めることが期待されるように選んでもよい。目標部分およびスクライブラインの像は、特にこの像が循環パターン、即ち、目標部分より小さいとき、非対称構造体として解釈してもよい。

基板の回転が必要なだけでなく、測定座標系に関するパターン座標系のオフセット、即ち、並進も必要かも知れない。従って、本発明の更なる実施の形態では、測定座標系に関するパターン座標系の並進をもう一つの基板の方位の決定で決め得るものであり、それは：
位置測定システムを使って第１基板の位置を決める工程、
この第１基板の回転を決めるために使ったのと同じ、対応する形態を有する構造体を使って他の基板の回転を決める工程、
この第１基板と他の基板の少なくとも二つの構造体の間の相対的構造体並進ベクトルを決める工程、および
この第１基板の実測位置を基準位置としておよびこの第１基板と他の基板の構造体の間の構造体並進ベクトルを基準位置からの変位として使って他の基板の位置を決める工程を含む。

基板とパターニング手段の整列は、同じ回転を要するだけでなく、基板上のパターンがパターニング手段のパターンと同じ位置であることも必要かも知れない。従って、回転および位置の両方に同じ決定法を使えることは有利である。しかし、上に説明した回転決定方では、少なくとも二つの構造体の位置が互いに関しておよびパターン座標系に関してだけ既知である。従って、測定座標系に関するパターン座標系の位置を直接決めることは不可能である。

しかし、実際には、もう一つの測定システムである位置測定システムが、回転決定後に、基板、従ってパターン座標系の位置を決める。それで、同じパターンを投影すべき且つ同じ構造体を有する第２またはその他の基板をこの回転測定システムへ供給するとき、第１または少なくとも先に測定した基板のパターンの位置は、この位置測定システムによる位置測定の後に分るだろう。この第１基板の実測位置を後続基板に基準位置として使ってもよい。

この回転決定方は、同じ基板の一つのバッチ中の各後続基板上の同じ構造体を使うかも知れない。従って、この回転測定システムは、先に測定した基板の構造体に関する後続基板の構造体の並進を決めるかも知れない。先の基板の実測位置を基準位置として使えば、この基準位置に関する後続基板の並進の組合せが測定座標系に関する後続基板の位置の推定値をもたらす。現在のリソグラフィ装置では位置測定が比較的永く掛るので、位置の推定値を予備測定値として使ってもよく、従って迅速な位置測定という結果になるかも知れない。

基板上のパターンの位置は、最初のパターンを空の基板上に置くことから生ずる変動のために、変動を免れない。基板上のパターンのこれらの位置変動および、例えば、測定の不正確性から生ずるその他の誤差のために、この基準位置は、各パターンおよび基板に対し変動を免れないかも知れない。この基準位置を位置測定システムによる各基板の位置決定後毎に更新するのが有利である。この基準位置は、それで、例えば、先のまたは第１基板からの一つの測定値からだけでは決めず、位置測定後毎に平均によって、または何か他の関数を使って更新し、基準位置を複数位置測定から決める結果となり、推定値の精度を増す。

当業者は、本発明による方位決定方法を、物体がパターン座標系に関する装置位置が分っている対応する形態を有する複数の構造体を含むどんな場合にも採用してよいことが容易に分るだろう。
本発明のもう一つの態様では、上に説明した方位決定方法を実行するようになっているリソグラフィ装置が提供される。

この本文では、ＩＣの製造でこの発明による方法を使用することを具体的に参照するかも知れないが、そのような方法は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、ＬＣＤパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造で採用してもよい。当業者は、そのような代替用途の関係で、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。

本明細書では、“放射線”および“ビーム”という用語を紫外（ＵＶ）放射線（例えば、波長３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの）および超紫外（ＥＵＶ）放射線（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。

次に、この発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明し、それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。

図１は、この発明の特定の実施例によるリソグラフィ投影装置１を概略的に描く。この装置は、
放射線（例えば、ＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための、この特別な場合放射線源ＬＡも含む、放射線システムＥｘ、ＩＬ、
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を備え、且つこのマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段ＰＭに結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ、
基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段ＰＷに結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ、および
マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬを含む。

ここに描くように、この装置は、反射型である（即ち、反射性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（透過性マスクを備える）透過型でもよい。その代りに、この装置は、上に言及した種類のプログラム可能ミラーアレイのような、他の種類のパターニング手段を使ってもよい。

この線源ＬＡは、放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段を通してから、照明システム（照明器）ＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを含んでもよい。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。

図１に関して、線源ＬＡは、（この線源ＬＡが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが）このリソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ投影装置から遠く離れていて、それが作る放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラーを使って）導いてもよいことに注目すべきで；この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザである場合によくあることである。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。

ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡで反射される。マスクＭＡで反射されてから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め手段ＰＷ（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め手段ＰＭを使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（精密位置決め）を使って実現する。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャン装置と違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。

図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる。
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向に並進して異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射できるようにする。そして、
２．走査モードでは、与えられた目標部分Ｃを単一“フラッシュ”では露光しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｙ方向）に速度ｖで可動で、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ、同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露光することができる。

図２Ａおよび２Ｂは、目標部分４の長方形、直交循環格子６を含む基板２を示す。実質的に円形の基板２は、目標部分４の循環格子６に影響せずにどんな角度に回転してもよい。従って、基板２の方位それ自体は、この場合重要でない。

循環格子６に対応して、パターン座標系の二つの軸を示す。第１軸はｘ軸８、第２軸はｙ軸１０である。図２Ａの循環格子６と図２Ｂの循環格子６は同じであるので、図２Ａおよび２Ｂのパターン座標系は同じである。

一つの基板２上のあらゆる目標部分４がこの実施例では実質的に同じであり、即ち、それらは少なくとも対応する形態を有する。目標部分４の構造体は、この目標部分４を投影するリソグラフィ装置には知られていないかも知れず、それで任意の形状寸法を有してもよい。しかし、循環格子６、即ち、目標部分４の構成は、各目標部分４を投影するためにこの装置が循環格子６を通って進む（走査する）必要があるので、それに知られている。従って、投影後、リソグラフィ装置は、この目標部分の構成が同じであるので、目標部分４の中央に‘^★’がある図２Ａの基板２と、目標部分４の左上隅に‘^★’がある図２Ｂの基板２を区別できない。更に、循環格子６を‘^★’に関して並進し、それでリソグラフィ装置が対応する形態を有する任意の二つの循環格子６の位置を決めることはできないが、回転は、以下に説明するように決めてもよい。

図３は、一つの基板上にある二つの目標部分４（‘^☆’によって表す）を示す。目標部分４の中心を通る直線がパターン座標系のｘ軸８に平行であり且つそのｙ軸１０と直角にある。それで、このパターン座標系の方位は、これらの目標部分および基板の方位と関連している。測定座標系がｕ軸１２とｖ軸１４を有し、それらの軸は直交する。この測定座標系は、リソグラフィ装置の照明システムと、従ってこの照明システムが投影すべき構造体の方位と関連している。

例えば、整列目的で、測定座標系に関するパターン座標系の回転を知るべきである。回転角Ｒｚをｕ軸１２とｘ軸８の間の角度と定義してもよい。二つの直交座標系を示すこの例で、回転角Ｒｚは、基本角度測定を使って計算してもよい。しかし、他の座標系の場合も、回転角Ｒｚを計算してもよい。

図３で、ｘ軸８に沿う目標部分４間の距離Ｔｘは、このリソグラフィ投影装置に知られている。この測定システムは、これらの目標部分４がｕ軸１２と平行であるように二つの検出位置を選択する。しかし、この例では基板が角度Ｒｚに亘って回転し、従って目標部分４を通る線がｕ軸１２に平行ではない。それで、ｕ軸１２に平行な目標部分４の位置を検出するための二つの像の取得は、目標部分がこれらの像に関して変位した像をもたらす。しかし、この測定システムは、これらの像にどんな構造体があるかを知らないかも知れず、従ってこれらの像に関する変位を決めることができない。これらの像は、これらの構造体の対応する形態に関して同じだろうから、構造体間の変位は、これらの像にある対応する形態を比較することによって二つの像から導出してもよい。この変位を使って、これらの構造体を通る線とｕ軸１２の回転を決めてもよい。

二つの別々の像の取得または一つの像の取得とそれからのサブ像の切抜きの後に、この測定システムは、二つの像１６と１８を比較し、ｖ軸１４方向の並進Ｔｖを見付ける（ｖ２−ｖ１）。基本角度測定を使えば、ｖ軸１４方向の並進Ｔｖ割る距離Ｔｘの逆サインが回転角Ｒｚをもたらす。この距離Ｔｘは、循環格子の目標部分４間の距離であるので、リソグラフィ装置が循環格子を通って進むまたは走査するために知っている。

その上、二つの取得した像１６および１８から、ｕ軸１２に沿う距離Ｔｕを決めてもよい。ＴｕおよびＴｖを使えば、並進Ｔｖ割る距離Ｔｕの逆タンジェントも回転角Ｒｚをもたらすだろう。また、他の距離を決め且つ他の計算を使うことが回転角Ｒｚをもたらすかも知れない。

図４Ａおよび４Ｂは、結像装置が回転可能パッドの半径方向に沿って可動であってもよく、およびこの回転可能パッド上の基板は、この結像装置が対応する形態を有する少なくとも二つの構造体の各々の像を取得してもよいように、この結像装置に関して回転してもよい方法を示す。回転可能パッドと半径方向に沿って可動の結像装置のそのような組立体は、既存のリソグラフィ装置にあるかも知れない。従って、構造体の像を得るためにこの組立体を使うのが有利である。しかし、以下に示すように、それは構造体間の距離ベクトルの導出を複雑にする。

パターン座標系の位置は、知られていないかも知れない。従って、この回転可能パッドが回転するとき、パターン座標系が回転する中心点が分っていないかも知れない。この回転可能パッドの中心を測定座標系の原点として選ぶことによって、この測定座標系の原点を回転中心と定義する。パターン座標系は、測定座標系に関して並進するかも知れないので、回転は、第２構造体を結像するとき、第１構造体の位置に関する第２構造体の未知の相対変位という結果となる。更に、結像するとき、第２構造体は、以下に説明するように、第１構造体に関して回転するだろう。

図４Ａは、原点Ｏ、ｘ軸８およびｙ軸１０を有するパターン座標系、並びに原点Ｎ、ｕ軸１２およびｖ軸１４を有する測定座標系を示す。パターン座標系の原点Ｏは、基板２の中心にあるように選んである。このパターン座標系は、測定座標系に関して並進および回転してある。この並進を原点ＯとＮの間の並進ベクトル２０によって示す。ｘ軸８上にある二つの同じ構造体Ｓ１およびＳ２を先端が上向きの三角形で示す。更に、像フレーム２２は、結像装置がどの範囲を結像するかを示す。

図４Ｂは、図４Ａで説明した二つの座標系を示す。しかし、パターン座標系は、測定座標系の原点Ｎの周りに、回転ベクトル２４によって示す１８０度に亘って回転してある。破線で、図４Ａの位置での基板およびパターン座標系を示す。図４Ｂから、パターン座標系は、回転しただけでなく、原点Ｎの周りの回転によって図４Ａのパターン座標系に関して並進したことも明らかである。回転並進ベクトル２６は、図４Ｂで分るように、並進ベクトル２０の長さの二倍の長さを有する。並進ベクトル２０は未知であるので、構造体Ｓ２が基板２の原点Ｎ周りの回転後に現れる場所が不確実である。回転を決めるためには、回転並進ベクトル２６を二つの像から導出すべきである。

更に、構造体Ｓ２は、図４Ｂで分るように、回転してあるので、三角形の先端が下方を指す。構造体Ｓ１およびＳ２の対応する形態を比較するためには、それらの方位が同じである必要がある。この回転を補償するために、第２像、即ち、構造体Ｓ２の像をこの像の中心周りに、基板２の原点Ｎ周りの先の回転と同じ角度に亘って、しかし反対方向に回転する。

測定座標系に関するパターン座標系の回転を計算するためには、並進ベクトル２０または回転並進ベクトル２６を上述のように決めるべきである。これらのベクトル２０および２６の導出方法は、図４Ｃおよび４Ｄを参照して説明する。

図４Ｃは、像フレーム２２を示し、その中にｘ軸８ａを伴う構造体Ｓ１をその回転前の図４Ａによる位置に破線で示す。構造体Ｓ２およびｘ軸８ｂも示し、回転並進ベクトル２６が構造体Ｓ１から構造体Ｓ２に及ぶ。像フレーム２２の中心を像原点Ｍとして示す。原点Ｍの位置は、測定座標系に関して、従ってｕ軸１２、ｖ軸１４および原点Ｎに関して分っている。回転並進ベクトル２６は、この像から導出してもよい。この像は、結像装置によって取得した第１像と第２像の組合せであるから、仮想像であることを注記する。

図４Ｄで、構造体Ｓ２は、上述のように、回転ベクトル２４と同じであるが反対方向の像回転ベクトル２８によって示すように、像原点Ｍの周りに回転してある。構造体Ｓ２は、この像回転により並進してある（像回転並進ベクトル３０）。この第１像と回転した第２像を比較することにより、比較ベクトル３２を決める。

回転並進ベクトル２６の長さは、当業者には分るように、今度は像回転並進ベクトル３０および比較ベクトル３２からベクトル和によって計算してもよい。回転並進ベクトル２６の長さおよび方向を知って、測定座標系に関するパターン座標系の回転を計算してもよい。

図４Ｅは、図４Ａに類似するが、一つの位置ベクトルＰが加えてある。位置ベクトルＰは、測定座標系の原点Ｎからこの測定座標系の構造体Ｓ１の仮想位置を指す。この仮想位置は、実際の位置および、回転並進ベクトル２６の半分である並進ベクトル２０から決る。構造体Ｓ１は、パターン座標系の回転のためだけでｕ軸１２上にない。従って、位置ベクトルＰは、ｘ軸８に平行で、位置ベクトルＰとｕ軸１２の間の角度が回転角Ｒｚである。当業者は、如何にしてこの角度を決めたらよいかが分るだろう。

上に回転決定法に関連して説明し、少なくとも二つの同じ構造体を別々に取得し、基板を測定座標系の原点の周りに回転し、且つ結像装置を実質的に静止したままにするこの方法は、何か他の数学公式を使ってまたは何か他の適当な順序で行ってもよい。更に、二つ以上の像を取得するための他の方法、例えば、結像装置または基板の並進または回転、またはそれらの任意の組合せも本発明の範囲内で採用してもよい。

図５は、構造体Ｓ１、Ｓ２の位置を使って基板の位置を決める方法を示す。そのような決定は、第１基板２の回転および並進を決めてから、もう一つの基板２Ａのために行うだけでよい。図５は、第１基板２ともう一つの基板２Ａを示す。この第１基板の回転は、本発明の方法に従って決めてある。更に、位置測定システムが第１基板２の並進、即ち、照明システムに関する位置を決めた。上に同じ構造体Ｓ１、Ｓ２を有するもう一つの基板２Ａをこの回転測定システムに供給する。構造体Ｓ１、Ｓ２の位置を決めて回転を決める。更に、構造体Ｓ１、Ｓ２の位置を使って他の基板２Ａの並進を推定してもよい。

第１基板２および他方の基板２Ａの構造体Ｓ１、Ｓ２の位置を比較して、二つの構造体並進ベクトル３４Ａ、３４Ｂを決める。平均並進ベクトル３４を二つの構造体並進ベクトル３４Ａおよび３４Ｂから決めてもよい。図５で、並進ベクトル３４は、二つの構造体並進ベクトル３４Ａおよび３４Ｂの平均である。この並進ベクトル３４を第１基板２の実測位置に加えれば、他方の基板２Ａの位置の推定値である。

この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。

更に、座標系の回転をもう一つの座標系に対して決める方法をリソグラフィ投影装置に関して提示したが、この方法は、他の技術分野でも採用してよいことが分るだろう。

この発明の実施例によるリソグラフィ装置を描く。 ウエハパターンを有する基板を示す。 ウエハパターンを有する基板を示す。 本発明による回転決定の原理を示すグラフである。 結像装置に関して基板を回転することによってパターンから二つの像を取得し、それから本発明に従ってこのパターンの回転を決めるための方法を示す概略図である。 結像装置に関して基板を回転することによってパターンから二つの像を取得し、それから本発明に従ってこのパターンの回転を決めるための方法を示す概略図である。 結像装置に関して基板を回転することによってパターンから二つの像を取得し、それから本発明に従ってこのパターンの回転を決めるための方法を示す概略図である。 結像装置に関して基板を回転することによってパターンから二つの像を取得し、それから本発明に従ってこのパターンの回転を決めるための方法を示す概略図である。 結像装置に関して基板を回転することによってパターンから二つの像を取得し、それから本発明に従ってこのパターンの回転を決めるための方法を示す概略図である。 本発明による並進決定の原理を示す概略図である。

符号の説明

２ 基板
２Ａ 基板
１２ 第１軸
１４ 第２軸
３４Ａ 構造体並進ベクトル
３４Ｂ 構造体並進ベクトル
Ｃ 目標部分
ＩＬ 照明システム
ＭＡ マスク（パターニング手段）
ＭＴ 支持構造体
ＰＭ 投影手段
Ｓ１ 構造体
Ｓ２ 構造体
Ｔｕ 第１距離
Ｔｖ 第２距離
Ｔｘ 距離ベクトル
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (11)

1. 少なくとも部分的に放射線感応材料の層で覆われた第１基板（２）を用意する工程、
   照明システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、
   前記投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段を使う工程、
   前記第１基板（２）の方位を決める工程、
   前記第１基板（２）とパターニング手段を前記第１基板（２）の方位に従って整列する工程、および
   前記放射線のパターン化したビームを前記放射線感応材料の層の目標部分上に投影する工程、を含むデバイス製造方法に於いて、
   前記第１基板（２）の方位を決める工程が第１基板（２）の回転を決める工程を含み、
   前記第１基板（２）の回転を決める工程が、
   測定座標系で、対応する形態を有し且つパターン座標系に関する相対位置が分っている少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間に距離ベクトル（Ｔｘ）を決める工程、
   前記距離ベクトル（Ｔｘ）を前記測定座標系の第１軸（１２）および第２軸（１４）に沿う第１距離および第２距離（Ｔｕ、Ｔｖ）に分解する工程、および
   前記第１および第２距離（Ｔｕ、Ｔｖ）を使って前記測定座標系に関する前記パターン座標系の回転を計算する工程、を含み、さらに、
   位置測定システムを使って前記第１基板（２）の位置を実測する工程、
   前記第１基板（２）の回転を決めるために使ったのと同じ、対応する形態を有する構造体（Ｓ１、Ｓ２）を使って他の基板（２Ａ）の回転を決める工程、
   前記第１基板（２）と前記他の基板（２Ａ）の前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間の相対的構造体並進ベクトル（３４Ａ、３４Ｂ）を決める工程、および
   前記第１基板（２）の前記実測位置を基準位置として使用し、前記第１基板（２）と前記他の基板（２Ａ）の前記構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間の構造体並進ベクトル（３４Ａ、３４Ｂ）を前記基準位置からの変位として使用して、前記他の基板（２Ａ）の方位を決めることで、前記測定座標系に関する前記パターン座標系の並進を決める工程、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
2. 前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）が任意の形状寸法を有する請求項１に記載された方法。
3. 前記距離ベクトル（Ｔｘ）を前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の少なくとも一つの像から決め、前記少なくとも一つの像を結像装置によって取得する請求項１または請求項２に記載された方法。
4. 前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の各々の像を別々に取得する請求項３に記載された方法。
5. 各構造体（Ｓ１、Ｓ２）の別々の像を得るために、前記第１基板（２）を回転してもよく、且つ前記結像装置を本質的に前記基板（２）の半径に沿って変位してもよい請求項４に記載された方法。
6. 前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の像の間の相関が最大となるように、二つの像を互いに関して変位させることによって、前記少なくとも二つの構造体の像の間の距離ベクトル（Ｔｘ）を求める請求項３から請求項５までの何れか１項に記載された方法。
7. 前記パターン座標系を循環パターンの循環格子によって定義する請求項１から請求項６までの何れか１項に記載された方法。
8. 前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）が互いに非対称の形態を有するか、または非対称に配置されている請求項１から請求項７までの何れか１項に記載された方法。
9. 前記位置測定システムによる各他の基板（２Ａ）の位置決定後毎に前記基準位置を修正する請求項１に記載された方法。
10. 測定座標系で、対応する形態を有し且つパターン座標系に関する相対位置が分っている少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間に距離ベクトル（Ｔｘ）を決める工程、
    前記距離ベクトル（Ｔｘ）を前記測定座標系の第１軸（１２）および第２軸（１４）に沿う第１距離および第２距離（Ｔｕ、Ｔｖ）に分解する工程、および
    前記第１および第２距離（Ｔｕ、Ｔｖ）を使って上記測定座標系に関する前記パターン座標系の回転を計算する工程、
    を含む、第１基板（２）の回転を決める工程と、
    位置測定システムを使って前記第１基板（２）の位置を実測する工程、
    前記第１基板（２）の回転を決めるために使ったのと同じ、対応する形態を有する構造体（Ｓ１、Ｓ２）を使って他の基板（２Ａ）の回転を決める工程、
    前記第１基板（２）と前記他の基板（２Ａ）の前記少なくとも二つの構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間の相対的構造体並進ベクトル（３４Ａ、３４Ｂ）を決める工程、および
    前記第１基板（２）の前記実測位置を基準位置として使用し、前記第１基板（２）と前記他の基板（２Ａ）の前記構造体（Ｓ１、Ｓ２）の間の構造体並進ベクトル（３４Ａ、３４Ｂ）を前記基準位置からの変位として使用して、前記他の基板（２Ａ）の方位を決めることで、前記測定座標系に関する前記パターン座標系の並進を決める工程、
    を含む、基板の方位を決める方法。
11. 放射線の投影ビームを用意するための照明システム、
    上記投影ビームの断面にパターンを付け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体、および
    基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）、
    前記パターン化したビームを上記基板の目標部分上に投影するための投影システムを含むリソグラフィ装置に於いて、
    請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載された方法を実行するようにされていることを特徴とするリソグラフィ装置。

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