JP4404814B2 - アライメントシステムおよびそのようなアライメントシステムを備えたリソグラフィ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に対象を位置合わせするシステムに関し、より詳細には、特定の実施形態においてそのようなアライメント（位置合わせ）システムを備えたリソグラフィ装置に関する。

リソグラフィ装置は基板の目標部分に所望のパターンを与えるマシン機械である。リソグラフィ投影装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。この状況において、マスクあるいはレチクルにも相当するパターニング機器がＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用され、そして、放射線感光材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つまたは複数のダイの部分から成る）にこのパターンを結像することが可能である。一般的に、シングル基板は、順次露光される近接目標部分のネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置には、全体パターンを目標部分に１回の作動にて露光することにより各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「スキャニング」方向）にパターンを投影ビーム下で徐々にスキャニングし、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは非並行にスキャニングすることにより各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとが含まれる。

通常、半導体デバイスは、互いに積み重なった複数のパターン化層によって構成される超小型電子回路から成る。各パターン化層が、層の配置される、前のパターン化層と確実に位置合わせされるか、オーバーレイとなっていなくてはならない。そのような確実なアライメントがなされるよう、半導体基板上の１つ以上のマーカ位置を判断するアライメントシステムがリソグラフィ装置に配備されている。マーカは一般に格子である。従来技術に基づくアライメントシステムにおいては格子に向けた単色光ビームが使用される。光ビームと格子の相互作用により回折パターンが生成され、回折パターンの回折次数における計測から、基準位置に対する半導体基板の位置に関する情報が得られる。パターン化層の露光時に、アライメントエラーが最少となるよう目標部分の位置調整が可能である。

しかし、実際、アライメント格子の変形がアライメント工程を妨げる。アライメント格子は、各々のパターン化層を作り出す工程によって、特に格子上に直接パターン化層を作りだす工程によって変形することがある。例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）の方法により直接格子上にて層を平面化する段階では、格子のラインおよび／またはトレンチに非対称の形状をもたらすことがある。ラインおよび／またはトレンチの非対称は回折パターンの次数に影響を与え、回折パターンから計算される調整位置に誤シフトをまねく。

広帯域放射線ソースを用いて、そうしたアライメントマーカ上に回折パターンを生成することにより、変形したアライメントマーカによって生じる、考えられるエラーを減じ得ることは従来技術において公知である。放射線ソースの複数波長により、回折次数ごとに回折角の範囲が生成される。波長範囲とアライメントマーカ周期の両方を適合させることにより、オーバラップのない複数の回折角範囲を得ることが可能である。特定の次数に関連する角度範囲の信号を計測することから、信号における平均外の特異性によりアライメントを改善することができる。

しかし、広帯域放射線がアライメントマーカに達するにはリソグラフィ装置における光路を通過しなくてはならないが、そうしたような広帯域システムの使用において、リソグラフィ装置との互換性を有しないことがある。一般的に放射線はリソグラフィ装置における投影ビームの光路をたどる。リソグラフィ装置の投影システムは特定の波長（あるいは小帯域波長範囲）において最適な結像機能を有するように光路に配置されている。他の波長では要求どおりには光路を通過せず、回折に不都合な放射線ビームとなる。さらに、広帯域放射線は、リソグラフィ装置の結像品質に影響をもたらす望ましからざる熱効果も光路において生じ得る。

本発明の実施形態の一態様において、特定の波長（もしくは小帯域波長範囲）のみを有する放射線源を用いて、変形したおそれのあるアライメントマーカを使用する場合に、アライメントの質を向上させるアライメントシステムを提供する。

これは基板上のマーカ構造により達成され、マーカ構造は複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカ構造は少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅と１つのトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、ここで、１つのラインエレメントのライン幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少ライン幅値と最大ライン幅値の間で変わり、１つのトレンチエレメントのトレンチ幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少トレンチ幅値と最大トレンチ幅値の間で変わり、ラインエレメントおよびその隣接するトレンチエレメントのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であり、よってシーケンス長にわたり最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチ値の変化を形成している。

本発明のさらなる態様に従い、基板のアライメントを判断するように配置されたアライメントシステムが提供され、半導体基板はマーカ構造から成り、マーカ構造は複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカ構造は少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅と１つのトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、アライメントシステムは、照射ビームによりマーカ構造を照射するよう、かつ、マーカ構造により回折されるビームからなる回折パターンを生成するように配置され、ここで、１つのラインエレメントのライン幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少ライン幅値と最大ライン幅値の間で変わり、１つのトレンチエレメントのトレンチ幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少トレンチ幅値と最大トレンチ幅値の間で変わり、ラインエレメントおよびその隣接するトレンチエレメントのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であり、よってシーケンス長にわたり最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチ値の変化を形成しており、回折パターンは、該最少ピッチ値と該最大ピッチ値間の少なくとも１つのピッチ値の変動に関係する少なくとも１次回折ビームの範囲からなり、アライメントシステムはその少なくとも１次回折ビームの範囲からアライメント情報を得るように配置されており、アライメント情報は平均化されたアライメントエラーからなる。

本発明のさらなる態様に基づいて、放射線の投影ビームを供給する照明システムと、パターニング機器を支持する支持構造と、投影ビームのその断面にパターンを与えるパターニング機器と、基板を保持する基板テーブルと、基板の目標部分にパターン化されたビームを投影する投影システムと、そして基板のアライメントを判断するように配置されたアライメントシステムとを含むリソグラフィ装置が提供され、半導体基板はマーカ構造から成り、マーカ構造は複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカ構造は少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅と１つのトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、アライメントシステムは、照射ビームによりマーカ構造を照射するよう、かつ、マーカ構造により回折されるビームからなる回折パターンを生成するように配置され、ここで、１つのラインエレメントのライン幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少ライン幅値と最大ライン幅値の間で変わり、１つのトレンチエレメントのトレンチ幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少トレンチ幅値と最大トレンチ幅値の間で変わり、ラインエレメントおよびその隣接するトレンチエレメントのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であり、よってシーケンス長にわたり最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチ値の変化を形成しており、回折パターンは、該最少ピッチ値と該最大ピッチ値間の少なくとも１つのピッチ値の変動に関係する少なくとも１次回折ビームの範囲からなり、アライメントシステムはその少なくとも１次回折ビームの範囲からアライメント情報を得るように配置されており、アライメント情報は平均化されたアライメントエラーからなる。

本発明のさらなる態様に基づいて、基板を提供し、照明システムを用いて放射線の投影ビームを供給し、パターニング機器を用いて投影ビームのその断面にパターンを与え、基板の目標部分に放射線のパターン化ビームを投影することを含むデバイス製造方法が提供され、ここで、目標部分に投影されるパターンはマーカ構造を画成するパターンから成り、マーカ構造は複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカ構造は少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅と１つのトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、ここで、１つのラインエレメントのライン幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少ライン幅値と最大ライン幅値の間で変わり、１つのトレンチエレメントのトレンチ幅は、マーカ構造のシーケンス長にわたって最少トレンチ幅値と最大トレンチ幅値の間で変わり、ラインエレメントおよびその隣接するトレンチエレメントのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であり、よってシーケンス長にわたり最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチ値の変化を形成している。

リソグラフィ装置の使用法に関して、本文ではＩＣの製造において詳細なる参照説明を行うものであるが、本文に記載を行うリソグラフィ装置は、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった、他の用途においても使用可能であることは理解されるべきである。こうした代替的な用途において、本文に使用する「ウェハ」、「ダイ」なる用語は、それぞれ「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語と同義とみなされることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。本文に記載の基板は、露光の前あるいは後に、例えばトラック（一般に基板にレジストの層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、あるいは、測定ツールもしくは検査ツールにて処理される。適用可能である場合、本開示はこうした基板処理ツールもしくは他の基板処理ツールに適用されうる。さらに、例えば多層ＩＣを作り出すために基板は２回以上処理される。ゆえに、本文に使用される基板なる用語はすでに複数の処理層を含んだ基板にも当てはまる。

本文において使用する「放射線」および「ビーム」なる用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）、および極紫外線（ＥＵＶ）（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線を網羅するものである。

本文において使用する「パターニング機器」なる用語は、基板の目標部分にパターンを作り出すべく、投影ビームの断面にパターンを与えるために使用可能な機器に相当するものとして広義に解釈されるべきである。投影ビームに与えられたパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャあるいは所謂アシストフィーチャを含む場合、基板の目標部分における所望のパターンとは必ずしも完全には一致しないことを注記する。一般に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路といったような、目標部分に作り出されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニング機器は透過型か反射型である。パターニング機器の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラム可能ミラーアレイの例では、入射の放射線ビームを異なる方向に反射させるよう、小さなミラーのマトリクス配列を用い、その各々に傾斜を個々にもうけている。このようにして反射ビームがパターン化される。

支持構造はパターニング機器を支持する（すなわちパターニング機器の重量を支える）。支持構造は、パターニング機器の位置、リソグラフィ装置の設計、かつ、例えば、パターニング機器が真空環境に保持されているか否かといったような他の条件に基づく方法でパターニング機器を保持する。支持には、パターニング機器を保持する目的に、機械クランプ、真空クランプ、または、例えば真空状況下における静電クランプといった他のクランプ技術が使用され得る。支持構造は、例えば、その要求に応じて、固定されるか、あるいは可動式であるフレームもしくはテーブルであり、該支持構造はパターニング機器を例えば投影システムに対して所望の位置に配置可能にする。本明細書において使用する「レチクル」あるいは「マスク」なる用語は、より一般的な用語である「パターニング機器」と同義とみなされる。

本文に使用する「投影システム」なる用語は、使用される露光放射線に適した、もしくは浸液の使用または真空の使用といったような他のファクタに適した、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を含めた様々な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。本文において「投影レンズ」なる用語がどのように使用されていても、より一般的な用語である「投影システム」と同義とみなされる。

照明システムには、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは調整を行う、屈折、反射、反射屈折光学部品を含む様々なタイプの光学部品が含まれ、そして、そのような光学部品を以降において集約的に、あるいは単一的に「レンズ」とも称する。

リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）の基板テーブル、あるいはこれ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）を有するタイプのものである。このような「多段」機械において追加のテーブルが並行して使用され得る。もしくは、１つ以上のテーブルが露光に使用されている間、予備工程が他の１つ以上のテーブルで実行され得る。

リソグラフィ装置もまた、投影システムの最終構成要素と基板間のスペースを充填するよう、例えば水といったような比較的高い屈折率を有する液体に基板が浸されるタイプのものである。浸液は、例えばマスクと投影システムの第一構成要素間といった、リソグラフィ装置の他のスペースにも用いられる。液浸技術は投影システムの開口数を増す目的に従来技術において周知のものである。

図１は、本発明の独自の実施形態に基づくリソグラフィ投影装置を示したものである。該装置には以下が含まれる。

− 放射線の投影ビームＰＢ（例えばＵＶ放射線）を供給する照明システム（照明装置）ＩＬ。

− パターニング機器（例えばマスク）ＭＡを支持し、また、第一位置決め装置ＰＭに連結を行い、品目ＰＬに対して正確にパターニング機器の位置決めを行う第一支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ。

− 基板（例えばレジスト塗布ウェハ）を保持し、また、第二位置決め装置ＰＷに連結を行い、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行う基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴ。

− パターニング機器ＭＡにより投影ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に結像する投影システム（例えば屈折投影レンズ）ＰＬ。

ここで示しているように、この装置は透過タイプ（例えば透過マスクを使用する）である。あるいは、該装置は反射タイプのもの（例えば上記に相当するタイプのプログラム可能ミラーアレイを使用する）も可能である。

照明装置ＩＬは放射線源ＳＯから放射線のビームを受け取る。この放射線源とリソグラフィ装置は、例えばソースがエキシマレーザである場合、別々の構成要素である。こうしたケースでは、放射線源がリソグラフィ装置の一部を構成するとはみなされず、放射線ビームは、例えば適した誘導ミラーかつ／またはビームエキスパンダを備えるビーム配給システムＢＤにより、放射線源ＳＯから照明装置ＩＬに進む。別のケースにおいては、例えば放射線源が水銀ランプである場合、放射線源はリソグラフィ装置に統合された部分である。放射線源ＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム配給システムＢＤと共に、放射線システムとみなされる。

照明装置ＩＬはビームの角強度分布を調整する可調整光学素子ＡＭを備える。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の少なくとも外部かつ／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒに相当する）が調整可能である。さらに、照明装置ＩＬは一般的に積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯといったような、他のさまざまな構成要素を備える。照明装置は、投影ビームＰＢに相当する、所望の均一性と強度分布をその断面に有した、調整された放射線ビームを供給する。

投影ビームＰＢはマスクテーブルＭＴに保持されたマスクＭＡに入射する。投影ビームＰＢはマスクＭＡを横断し、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計）により、基板テーブルＷＴは、例えば放射線ビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め装置ＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示しておらない）は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に放射線ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために使用され得る。一般的に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの運動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの部分を形成する、ロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。しかし、ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータのみに連結されるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせされる。

本記載の装置は例えば次のモードにおいて使用可能である。

１．ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは基本的に静止状態に維持されており、投影ビームに与えられた全体パターンが１回の作動（すなわちシングル静的露光）で目標部分Ｃに投影される。次に基板テーブルＷＴがｘ方向および／あるいはｙ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが露光可能となる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズにより、シングル静的露光にて結像される目標部分Ｃのサイズが制限される。

２．スキャンモードにおいて、放射ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは同時走査される（すなわちシングル動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性により判断される。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り、シングル動的露光における目標部分の幅（非走査方向における）が制限される。一方、走査動作長が目標部分の高さ（走査方向における）を決定する。

３．他のモードにおいて、マスクテーブルＭＴは、プログラム可能パターニング手段を保持し、基本的に静止状態が維持される。そして、基板テーブルＷＴは、放射線ビームに与えられたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、移動あるいは走査される。このモードにおいては、一般にパルス放射線ソースが用いられ、プログラム可能パターニング機器は、基板テーブルＷＴの各運動後、もしくは走査中の連続的放射線パルスの間に、要求に応じて更新される。この稼動モードは、上述のようなタイプのプログラム可能ミラーアレイといった、プログラム可能パターニング手段を使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。

上に述べた使用モードを組み合わせたもの、かつ／または変更を加えたもの、あるいはそれとは全く異なる使用モードもまた使用可能である。

図２は、従来技術に基づくアライメントマーカの断面図である。従来技術におけるアライメントマーカ１００は位相デプス格子であり、例えば半導体基板のような基板Ｗの層における連続したライン１０１とトレンチ１０２から成る。ライン１０１は一定の高さｈと一定のライン幅ｄ_Ｌを有するほぼ長方形をなす。ライン１０１の高さｈはトレンチ１０２の床面からの高さである。トレンチ１０２は一定の幅ｄ_Ｔを有する。マーカ１００の周期Ｐ_０はライン１０１の幅ｄ_Ｌとトレンチの幅ｄ_Ｔの合計に等しく、すなわち、Ｐ_０＝ｄ_Ｌ＋ｄ_Ｔである。

アライメントマーカのデューティサイクルＤＣはここではトレンチ幅に対するライン幅比として定義され、すなわち、ＤＣ＝ｄ_Ｌ／ｄ_Ｔである。

照射ビームＩＢによるアライメントマーカ１００の照射の間、ビームＩＢとアライメントマーカ１００の周期構造との相互作用により回折パターンが生成される。照射ビームＩＢは、図１に示すような放射線ソースＳＯと同様の放射線ソースＳにより生成される。ビームＩＢは単色であるか、もしくは、（主）波長λ_０を含んだ小帯域幅を有する。図２において、ここではアライメントマーカに照射ビームＩＢがほぼ垂直角に照射しているところを図示している。生成される回折パターンは、次数を増す、複数の回折ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・から成る。各回折ビームの回折角は照射ビームＩＢの波長λ_０と関連し、アライメントマーカ１００の周期およびこうした回折ビームの次数は当業者において周知である。

１つ以上の回折次数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・を検出する検出器Ｄｅｔを図２に示している。検出器Ｄｅｔは、検出器Ｄｅｔからの信号を受取り、また特定の実施形態においては検出器Ｄｅｔからの信号を処理する機器（図示せず）に連結を行っている。

図３は、従来技術による変形したアライメントマーカの断面図である。半導体デバイス製造の間、一連の処理段階が実行され、基本的に複数のパターン化された層を互いに積み重ねることによって超小型電子回路が作り出される。表面全体の適当な平坦性を維持するため、ある段階において平坦化工程が実行される。このような工程に化学機械研磨（ＣＭＰ）工程を含む。一般に、従来技術におけるアライメントマーカ１００はＣＭＰ工程により変形を生じることがある。図３において、変形したアライメントマーカの断面を示しており、これは研磨工程によって変形したものである。研磨工程により、アライメントマーカ１００の各ライン１０１の最上部の領域が非対称に磨耗する。図３においては、全磨耗が各マーカライン１０１において一定、かつ同様となっている。実際には、個々のラインの変形の程度は変わることを注記する。

図２を参照に論じたように、アライメントマーカの変形により、照射ビームＩＢによりそのマーカに生成される回折パターンは、変形していないアライメントマーカに生成される回折パターンとは明らかにずれる。

基準に対して基板の位置を合わせようとするアライメント工程は、回折パターンのずれによって、アライメント工程により判断されるその調整位置が実際に、本来の調整位置からのズレを示すという程度に影響をうける。従い、アライメントが正確にみえても、変形したアライメントマーカによるアライメントにおいては、前の層にスタックされたパターン化層にアライメントエラーを生じる。これをさらに図４を参照に説明する。

図４は、従来技術に基づくアライメントマーカにおいて、放射線ビームに対するマーカ位置の関数として計測された次数強度の図表である。

アライメントシステムは、事前アライメント段階の後、基本的にマーカ周期内におけるアライメントマーカの位置のずれを計測するように配置される。従来技術において、１６／ｎμｍ周期のアライメントマーカに対して、アライメント工程では（ｎ＝１を用いると）８μｍの調整を可能にする。

図４において、１つの回折次数（例えばＤ１）の計測強度を、照射ビーム（例えばその中心）に対するマーカ位置ｘの関数として座標で示している。変形していないアライメントマーカに関して、計測強度を実線２００で示している。計測強度２００はｘの位置により周期的に（見かけ上）変わる。マーカ位置を（基板を相対的に移動することにより）調整し、最大計測強度を得ることにより、基板の位置調整が達せられる。

変形したアライメントマーカ構造に関して、マーカ位置ｘの関数としての１つの回折次数の計測強度は、（変形していないアライメントマーカにおいてライン２００で示したのと同様の回折次数に関して）点線２５０で示しているように、位置ｘにより変わる。アライメントマーカの不完全さによって、周期関数は、ライン２００で示された、影響を受けていないアライメントマーカ構造に相対的にシフトした。このシフトはマーカダメージによるアライメントエラーであり、△ｘ_０（波長λ_０における）にて示される。

最大強度を得るよう、このようにｘ位置を調整することによって、変形アライメントマーカ構造にてｘ位置調整を行う場合、見たところマーカのアライメント位置に導かれるが、そのアライメント位置はやはり少なくともアライメントエラー△ｘ_０によって明らかにシフトする。要約すると、従来技術によるアライメント工程を用いるとき、変形したアライメントマーカ構造によるアライメントでは不正確な調整位置に導く。

図４に示すような（外見上の）周期関数に対して、ｘ位置の調整方向は、（アライメントマーカの変形の有無に関わらず）小さいｘ値の方向か、もしくは大きいｘ値の方向となることを注記する。実際、この調整は、本発明とは関連しないいくつかの方法により正確な方向となることから、ここでは論じない。

さらに、全体アライメントは１つの方向ｘに制限されず、直交する方向においてアライメントマーカを供給することにより直交方向（ｘに対する）においても実行可能である。

図５は、従来技術に基づく、広帯域放射線ソースに露光されて回折を生成するアライメントマーカの断面図である。

図５において、前の図面に示されているものと同様のエンティティには同一の参照番号を使用する。

アライメント工程の間、図２に示したようなアライメントマーカ構造１００上に回折パターンを生成するのに広帯域照射ビームＩＢ２を用いる。広帯域放射線ソースＳＢにより生成される広帯域照射ビームＩＢ２は、少なくとも１次回折の広帯域回折範囲ＤＲ１を生成する波長のスペクトル範囲を有する。任意に、１つ以上のより高次の回折範囲も生成可能である。

１次回折の広帯域回折範囲ＤＲ１は、ＩＢ２からの各波長の各１次回折を含む角度の間隔として定義される。広帯域照射ビームＩＢ２の波長範囲は、広帯域回折範囲ＤＲ１と、任意のより高次の回折次数の範囲にオーバラップがないように選択される。

図６は、広帯域放射線ソースを用いて回折を生成する場合の、従来技術によるアライメントマーカにおける波長の関数としてのアライメントエラー△ｘのプロットを示したものである。

再度述べると、広帯域照射ビームＩＢ２の個々の波長ごとに、変形したアライメントマーカ構造によりアライメントエラー△ｘが生じる。広帯域照射ビームＩＢ２は最少波長λ−から最大波長λ＋までの波長範囲を有する。

アライメントエラー△ｘは、例えば図６に示すように、最少波長λ−における正の値△ｘから、最大波長λ＋における負の値△ｘまで、波長λの関数として変わる。

波長λ_０におけるアライメントエラー△ｘ_０が同様に示されている。

アライメントエラー△ｘと波長λの関係は例示のみであり、逆も同様にあり得ることを注記する。すなわち、最少波長λ−における負の値△ｘから、最大波長λ＋における正の値△ｘまで変わる。

図４を参照に概要を述べたような広帯域照射ビームＩＢ２によるアライメント工程を実行することの効果は、全体的なアライメントエラー、すなわち、波長範囲λ−からλ＋における平均アライメントエラー＜△ｘ＞が、単一波長λ_０におけるアライメントエラー△ｘ_０よりも小さいことである。

図７は、本発明に従うアライメントマーカ２２０の断面を示したものである。

本発明に従うアライメントマーカ構造は可変格子ピッチを有する位相デプス格子である。アライメントマーカ２２０は基板Ｗの層における一連のライン１０４とトレンチ１０５から成る。格子は幅Ｌ_Ｍを有する。幅Ｌ_Ｍにより、格子のピッチ（すなわち１つのライン１０４と１つのトレンチ１０５の幅）は最少ピッチ値Ｐ_ｍｉｎから最大ピッチ値Ｐ_ｍａｘまで変動する。しかし、ライン１０４とトレンチ１０５の各ペアのデューティサイクルＤＣは一定に保たれる。従って最少ピッチ値Ｐ_ｍｉｎは、最少ライン幅ｄ_{Ｌ，ｍｉｎ}と最小トレンチ幅ｄ_{Ｔ，ｍｉｎ}の合計に等しく、かつ、最大ピッチ値Ｐ_ｍａｘは最大ライン幅ｄ_{Ｌ，ｍａｘ}と最大トレンチ幅ｄ_{Ｔ，ｍａｘ}の合計に等しい。

また、ライン１０４の高さｈは一定に保たれる。

図７において、本発明に従うアライメントマーカ２２０の一実施形態を示している。ここで、ピッチは、格子の一方の端部における最少ピッチ値Ｐ_ｍｉｎから、格子の中心における最大ピッチ値Ｐ_ｍａｘに、そしてもう一度、格子のもう一方の端部において最少ピッチ値Ｐ_ｍｉｎに変わる。

図８は、単色ビームもしくは小帯域照射ビームにより、本発明に従うアライメントマーカによって生成される回折パターンの強度プロファイルＩを示したものである。

単色ビームもしくは小帯域照射ビームＩＢにより、本発明に従うアライメントマーカ２２０を照射することで、広帯域照射ビームにより一定のピッチの格子にて生成されるのと類似の回折パターンが生成される。小帯域照射ビームは、本発明の目的において、ほぼ単色ビームとみなすことができる。すなわち、このような小帯域ビームの帯域幅による回折次数の増加は、回折次数を計測する検出器によるような、別の増加効果に比べてごくわずかである。

パターンの強度プロファイルは、θ_１とθ_２間の１次回折の範囲ＭＤＲ１と、次のθ_３とθ_４間の２次回折の範囲ＭＤＲ２に関連する強度帯域のみを図示している。θ_１、θ_２、θ_３、およびθ_４の値は、回折角、すなわち入射ビームＩＢと回折ビーム間の角度を示す。各回折次数の範囲ＭＤＲ１、ＭＤＲ２内の強度プロファイルおよび強度分布の実際の形状はここでは論じない。

格子のピッチが変わることにより、アライメント工程の間、単色もしくは小帯域照射ビームＩＢは図５に示すようなアライメントマーカ構造２２０上に回折パターンを生成する。少なくとも１次回折の回折範囲ＭＤＲ１がビームＩＢとマーカ構造の相互作用によって生成される。

１次回折次数の回折範囲ＭＤＲ１は、ビームＩＢにより生成される各ピッチの各１次回折を含む角度の間隔［θ_１、θ_２］として定義される。

ピッチ範囲［Ｐ_ｍｉｎ、Ｐ_ｍａｘ］の比率および照射ビームＩＢの使用波長がより高次の回折次数における回折基準を満たすとき、任意に、図８に示した、次の２次回折の範囲ＭＤＲ２といったような、１つ以上のより高い回折次数の回折範囲も同様に生成可能である。

波長λ＝６３２ｎｍ（Ｈｅ-Ｎｅレーザ）およびピッチ範囲０．８μｍ−１．４μｍにおいて、１次回折の回折範囲ＭＤＲ１は２６度と５２度内である。２次回折の回折範囲ＭＤＲ２は約６４度に開始する。この場合、１次回折と２次回折にオーバラップは生じない。

リソグラフィ装置内のアライメントシステムにおいて、アライメントシステムの照射ビームＩＢは、リソグラフィ装置の放射線ビームと同一であることを注記する。

さらに、マーカ構造により回折される光が検出器によりコヒーレントに加算されなくてはならない事により、回折範囲を計測する検出器を適合させる必要があることを注記する。回折範囲の所定角度における各ビームの振幅は一定の振幅を有すると仮定されるが、これらビーム間の位相差により、コヒーレント合計は一定の振幅形状をもたらさないことを注記する。その場合、単一の検出器から、検知範囲にわたって配置される複合検出器に変更することが求められる。そのような複合検出器は、例えばＣＣＤイメージャあるいはＣＭＯＳイメージャといったような複数の光検出器から成る統合撮像装置により具体化可能である。当業者において明らかであるように、複合検出器の別の配置も可能である。

全体アライメントエラー＜△ｘ＞の判断について、本発明に従いモデル化された変形アライメントマーカを参照に論じる。

図９は、本発明に従いモデル化された変形アライメントマーカ２２０’の断面の部分を示したものである。

格子ピッチの関数としてアライメントエラーの予測値を得るため、本発明に従うアライメントマーカのジオメトリがモデル化され、格子を覆っている各々異なる厚さの一連のレジスト層に対する格子ピッチの関数としてアライメントエラーが計算される。

モデル化されたアライメントマーカは、図７に示したような一連のライン１０４とトレンチ１０５から成る。ライン（ｄ_Ｌ）とトレンチ（ｄ_Ｔ）の幅は、図７を参照に説明を行ったように格子構造の幅Ｌ_Ｍにわたって変化する。

製造工程の段階によって格子のライン１０４に変形が生じている（図９参照）。最上面１０４ａは、格子が形成された基板Ｗの面に対して傾斜している。ライン１０４において変形していない側は高さｈと仮定する。変形した側のラインの高さはｈ_ｄにて示すものとし、ｈ_ｄ＜ｈである。

変形した格子最上部にレジスト層１０７が堆積されている。レジスト層１０７は厚さｈ_Ｒを有する。さらに、レジスト層１０７は格子とほぼ共形である。すなわち、該レジスト層もまた下の格子のラインおよびトレンチと同寸法を有し、かつ、ラインが同様に傾斜した最上面１０８ａを有する、ライン１０８およびトレンチ１０９が見られる。

レジストライン１０８の幅を、構造における臨界寸法ＣＤ（＝ｄ_Ｌ）と仮定する。（局所的）ピッチは、ライン幅とトレンチ幅の合計（ｄ_Ｌ＋ｄ_Ｔ）に等しい。

モデルにおいて格子ピッチは０．８μｍから１．４μｍ（図７参照）まで変動し、格子ラインの高さはｈ＝１００ｎｍであり、また、格子ラインとレジストラインの最上面１０４ａと１０８ａの変形は２５ｎｍであり、従いｈ_ｄ＝７５ｎｍである。レジストラインの高さは格子ラインの高さに等しく、すなわちｈ＝１００ｎｍである。さらに照射ビームＩＢの波長はλ＝６３２ｎｍである。

レジストの厚さは、ｈ_Ｒ＝０．８、１．０、１．２、あるいは１．４μｍがとられる。

図１０は、本発明に従いモデル化されたアライメントマーカ２２０’における格子ピッチの関数として計算されたアライメントエラーのプロットを示したものであり、マーカはレジスト層にて覆われている。

アライメントエラー△ｘ（縦軸）は、一連の異なるレジスト厚の値（ｈ_Ｒ＝０．８、１．０、１．２、あるいは１．４μｍ）におけるピッチ（（ｄ_Ｌ＋ｄ_Ｔ）の関数としてプロットされている。これらのレジスト厚の各値において、アライメントエラーは、低ピッチの値において主に正のエラー値の経過を示す。次に、ピッチの値が約０．８から約１．０μｍの間で、アライメントエラーが急に負のエラー値に変わる。負のアライメントエラー値となっているこの間隔の幅は、ピッチおよびｈ_Ｒの正確な値によって変わっていることが見られる。次に、さらに高いピッチ値において、アライメントエラー値が再び負の値になるまで、アライメントエラーはまた正の値となる。比較的高いピッチ値において、アライメントエラーは再び正の値となると考えられる。

アライメント工程の間（所定のレジスト厚における）、全アライメントマーカピッチ範囲からの情報を用いることで、この工程の全体アライメントエラーはある意味では、そのピッチ範囲におけるアライメントエラーの平均である。

その全体幅Ｌ_Ｍにおいて、シングルピッチＰ_０に対する格子におけるアライメントエラー△ｘ_０と比較して、ピッチの範囲における平均アライメントエラー＜△ｘ＞は（等しいレジスト厚において）この図から分かるように、一般により小さくなる。

以上、本発明の本来の精神を逸脱することなく、本発明の他の実施形態も可能であり、実行性を減じることも可能であることは当業者にとって明らかである。本発明の範囲は最終的に認められる添付の請求項によってのみ制限される。本詳細説明は本発明を制限する意図ではない。

本発明の実施例についての詳細説明を、添付の図面を参照に、例示の方法においてのみ行うものとする。ここで、一致する参照符合はその対応一致する部分を示すものとする。
本発明の実施形態に従うリソグラフィ装置を図示したものである。 従来技術によるアライメントマーカの断面図である。 従来技術による変形したアライメントマーカの断面図である。 従来技術によるアライメントマーカにおいて放射線ビームに対するマーカ位置の関数として計測された次数強度を座標で示したものである。 広帯域放射線ソースに露光されて回折を生成する、従来技術によるアライメントマーカの断面図である。 広帯域放射線ソースを使用して回折を生成する場合の、従来技術によるアライメントマーカにおける波長の関数としてのアライメントエラーを座標で示したものである。 本発明に従うアライメントマーカの断面図である。 単色ビームあるいは小帯域放射線ビームにより、本発明に従うアライメントマーカにて生成される回折パターンを示したものである。 本発明に従いモデル化された変形アライメントマーカの断面の部分を示したものである。 アライメントマーカにおける格子ピッチの関数としてアライメントエラーを座標で示したものである。

Claims (2)

1. 放射線のアライメントビームを生成する放射線源と、
   放射線のアライメントビームを基板上のアライメントマーカ構造に導くように配置された光学素子と、
   アライメントマーカ構造にアライメントビームを照射することで生成される回折パターンを検出するように配置された検出器と、
   ここで、マーカ構造は複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカ構造は少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅とその隣接するトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、
   またここで、複数のラインエレメントの夫々は、複数のラインエレメントにおいて最少ライン幅と最大ライン幅を有するといったように、異なる幅を有し、また、複数のトレンチエレメントの夫々は、複数のトレンチエレメントにおいて最少トレンチ幅と最大トレンチ幅を有するといったように、異なる幅を有し、ラインとトレンチのそれぞれのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であって、該シーケンス長にわたって最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチの変動があり、
   回折パターンは、該最少ピッチ値と該最大ピッチ値間の少なくとも１つのピッチ値の変動に関係する少なくとも１次回折ビームの範囲からなり、そして、
   回折パターンからのアライメント情報を判断するように構成、配置されたプロセッサとから成り、
   平均化されたアライメントエラーを含む形でアライメントマーカ構造の位置を検出し、
   アライメントエラーは、変形していないアライメントマーカ構造にアライメントビームを照射することで生成される回折パターンと、変形が生じたアライメントマーカ構造にアライメントビームを照射することで生成される回折パターンとの間に生じた位置ずれである、基板のアライメントを判断するように配置されたアライメントシステム。
2. 放射線の投影ビームを調整する照明システムと、パターニング機器を支持する支持構造と、投影ビームのその断面にパターンを与えるパターニング機器と、基板を保持する基板テーブルと、基板の目標部分にパターン化されたビームを投影する投影システムと、そして基板のアライメントを判断するように配置されたアライメントシステムとを含むリソグラフィ装置において、該アライメントシステムは、
   放射線のアライメントビームを生成する放射線源と、
   アライメントマーカにアライメントビームを照射することで生成される回折パターンを検出するように配置された検出器と、
   ここで、マーカは複数のラインエレメントと複数のトレンチエレメントから成り、ラインエレメントとトレンチエレメントの各々は第一方向に長さを有し、かつ、第一方向に垂直な第二方向にて交互に反復配列して配置されており、この交互の反復配列はシーケンス長を有し、マーカは少なくとも１つのピッチ値を有し、この少なくとも１つのピッチ値は１つのラインエレメントのライン幅とその隣接するトレンチエレメントのトレンチ幅との合計であり、
   またここで、複数のラインエレメントの夫々は、複数のラインエレメントにおいて最少ライン幅と最大ライン幅を有するといったように、異なる幅を有し、また、複数のトレンチエレメントの夫々は、複数のトレンチエレメントにおいて最少トレンチ幅と最大トレンチ幅を有するといったように、異なる幅を有し、ラインとトレンチのそれぞれのペアのデューティサイクルはマーカ構造のシーケンス長にわたってほぼ一定であって、該シーケンス長にわたって最少ピッチ値から最大ピッチ値まで少なくとも１つのピッチの変動があり、
   回折パターンは、該最少ピッチ値と該最大ピッチ値間の少なくとも１つのピッチ値の変動に関係する少なくとも１次回折ビームの範囲からなり、そして、
   回折パターンからのアライメント情報を判断するように構成、配置されたプロセッサとを備え、
   平均化されたアライメントエラーを含む形でアライメントマーカ構造の位置を検出し、
   アライメントエラーは、変形していないアライメントマーカ構造にアライメントビームを照射することで生成される回折パターンと、変形が生じたアライメントマーカ構造にアライメントビームを照射することで生成される回折パターンとの間に生じた位置ずれであることを特徴とするリソグラフィ装置。

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