(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハ上の光学マーカの傾斜に関して、傾斜感度が低減されたウェハアライメント装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの回折次数を生成するように配置された格子からなる基板に入射する入射光ビームＩＢ；ＩＢ２を生成する光源と、少なくとも１つの回折次数をセンサ装置ＤＥＴにて結像する光学装置１とから構成される基板アライメントシステムは、構成回折ビームＤＢ１、ＤＢ２を通過させるよう、所定位置にアパーチャＰＨ１、ＰＨ２を有するアパーチャ手段ＴＡを備え、構成回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の各々はアパーチャＰＨ１、ＰＨ２の面にて回折ビーム直径ＢＤ１、ＢＤ２を有し、各々の該回折ビーム直径ＢＤ１、ＢＤ２はアパーチャＰＨ１、ＰＨ２直径よりも大きい。【選択図】図５
2004260163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  使用時に、所望するパターンに従って、パターン化ビームとして投影ビームをパターン化するパターニング手段と、
−  基板を保持する基板テーブル（ＷＳ）と、
−  該パターニング手段の位置に対して該基板の位置を検出する基板アライメントシステム（ＭＳ）とを有し、
−  前記基板は、回折長を有し、かつ、使用時に、該回折長により入射光ビーム（ＩＢ；ＩＢ２）との相互作用による構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）の少なくとも１つの回折次数を生成するように配置された少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）を有し、
−  前記基板アライメントシステム（ＭＳ）は、該入射光ビーム（ＩＢ；ＩＢ２）を生成する光源と、少なくとも１つの該回折次数をセンサ装置（ＤＥＴ）にて結像する光学装置（１）とから構成され、
−  前記光学装置（１）は、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を通過させるよう、所定位置にアパーチャ（ＰＨ１、ＰＨ２）を有するアパーチャ手段（ＴＡ）を備えたリソグラフィ投影装置において、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）の各々は該アパーチャ（ＰＨ１、ＰＨ２）のレベルにて回折ビーム直径（ＢＤ１、ＢＤ２）を有し、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）各々の該回折ビーム直径（ＢＤ１、ＢＤ２）は該アパーチャ（ＰＨ１、ＰＨ２）直径よりも大きいことを特徴とするリソグラフィ投影装置。
【請求項２】
上記の光学装置（１）は、上記構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を拡大するために配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項３】
上記の構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を拡大するために、上記光学装置は、上記光ビームとして、低減された入射光ビーム（ＩＢ２）を生成する手段を備え、この減じられた入射光ビーム（ＩＢ２）は上記格子（ＭＡＲ）の部分を照射する低減されたビームサイズを有することを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項４】
上記の減じられた入射光ビーム（ＩＢ２）のビームサイズは上記の格子（ＭＡＲ）の部分よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項５】
上記の構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を拡大するために、上記の光学装置（１）は、上記入射光ビーム（ＩＢ）の上記ビームサイズよりも実質的に小さい第一回折長を有する少なくとも１つの上記格子（ＭＡＲ）の第一タイプから成ることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項６】
上記の構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を拡大するために、上記の光学装置（１）は、上記第一回折長よりも実質的に大きい第二回折長を有する少なくとも１つの上記格子（ＭＡＲ）の第二タイプから成ることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項７】
上記の光学装置（１）は傾斜２．０μｍ／度未満の位置エラーを有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項８】
上記の光学装置（１）は傾斜４００μｍ／度未満の位置エラーを有することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のリソグラフィ投影装置。
【請求項９】
−  使用時に、所望するパターンに従って、パターン化ビームとして投影ビームをパターン化するパターニング手段と、
−  基板を保持する基板テーブル（ＷＳ）と、
−  該パターニング手段の位置に対して該基板の位置を検出する基板アライメントシステム（ＭＳ）とを有し、
−  前記基板は、回折長を有し、かつ、使用時に、該回折長により入射光ビーム（ＩＢ；ＩＢ２）との相互作用による構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）の少なくとも１つの回折次数を生成するように配置された少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）を有し、
−  前記基板アライメントシステム（ＭＳ）は、該入射光ビーム（ＩＢ；ＩＢ２）を生成する光源と、少なくとも１つの該回折次数をセンサ装置（ＤＥＴ）にて結像する光学装置（１）とを有し、
−  前記光学装置は、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を通過させるよう、所定位置にアパーチャを有するアパーチャ手段（ＴＡ）を備えたリソグラフィ投影装置の基板アライメント方法において、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）の各々は該アパーチャ（ＰＨ１、ＰＨ２）のレベルにて回折ビーム直径（ＢＤ１、ＢＤ２）を有し、該構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）各々の該回折ビーム直径（ＢＤ１、ＢＤ２）は該アパーチャ（ＰＨ１、ＰＨ２）直径よりも大きいことを特徴とするリソグラフィ投影装置における基板のアライメントの方法。
【請求項１０】
上記の方法には、
−  上記の構成回折ビーム（ＤＢ１、ＤＢ２）を拡大することが含まれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記の方法はさらに、
−  上記の第一タイプの少なくとも１つの上記格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、該第一タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）によって生成された上記の少なくとも１つの回折次数の像の第一シフト（△ｘS）を計測し、
−  上記の第二タイプの少なくとも１つの上記格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、該第二タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）によって生成された上記の少なくとも１つの回折次数の像の第二シフト（△ｘL）を計測し、
−  該第一シフト（△ｘS）および該第二シフト（△ｘL）から、該第一タイプおよび該第二タイプの少なくとも１つの格子のデフォーカス値（△ｆ）を決定し、
−  該デフォーカス値（△ｆ）から、該第一タイプおよび第二タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）から成る表面と、上記傾斜（△Ｒy,WS）のピボット位置間の距離であるアッベアーム値（ａAbbe）を決定することからなることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの上記格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、少なくとも１つの該格子（ＭＡＲ）における第一入射ビームにより、上記の少なくとも１つの回折次数の像の上記第一シフト（△ｘS）が生じ、そして、少なくとも１つの該格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、少なくとも１つの該格子（ＭＡＲ）における第二入射ビームにより、上記の少なくとも１つの回折次数の像の第二シフト（△ｘL）が生じ、ここで、該第二入射ビームの直径は該第一入射ビームの直径とは異なることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記の第一タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、該第一タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）にて、上記の少なくとも１つの回折次数の像の第一シフト（△ｘS）が生じ、上記の第二タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）に適用された傾斜（△Ｒy,WS）の関数として、該第二タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）にて、上記の少なくとも１つの回折次数の像の第二シフト（△ｘL）が生じ、該第一タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）は、上記の入射光ビーム（ＩＢ）ビームサイズよりも実質的に小さい第一回折長を有し、該第二タイプの少なくとも１つの格子（ＭＡＲ）は、該第一回折長よりも実質的に大きい第二回折長を有していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の序文において定義されたような、傾斜感度が低減されたウェハアライメント装置を備えたリソグラフィ投影装置に関する。本発明はまた、請求項６の序文において述べたような、傾斜感度が低減されたウェハアライメントの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、放射線の投影ビームを供給する放射線システムと、所望するパターンに従って投影ビームをパターン化するパターニング手段を支持する支持構造と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投影する投影システムとを含むリソグラフィ投影装置の分野において有用である。
【０００３】
本明細書において使用する「パターニング手段」なる用語は、入射する放射線ビームに、基板の目標部分に作り出されるべきパターンと一致するパターン化断面を与えるために使用し得る手段に当たるものとして広義に解釈されるべきである。また、「ライトバルブ」なる用語もこうした状況において使用される。一般的に、上記のパターンは、集積回路や他のデバイス（以下を参照）であるような、デバイスにおいて目標部分に作り出される特別な機能層に相当する。そのようなパターニング手段には以下が含まれる。すなわち、
−  マスク。マスクの概念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。放射線ビームにこのようなマスクを配置することにより、マスクに照射する放射線の、マスクパターンに従う選択的透過（透過性マスクの場合）や選択的反射（反射性マスクの場合）を可能にする。マスクの場合、その支持構造は一般的に、入射する放射線ビームの所望する位置にマスクを保持しておくことが可能であり、かつ、必要な場合、ビームに対して運動させることの可能なマスクテーブルである。
−  プログラマブルミラーアレイ。このようなデバイスの一例として、粘弾性制御層および反射面を有するマトリクスアドレス可能面があげられる。こうした装置の基本的原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域は入射光を回折光として反射するが、アドレスされていない領域は入射光を非回折光として反射するといったことである。適切なフィルタを使用することにより、回折光のみを残して上記非回折光を反射ビームからフィルタすることが可能である。この方法において、ビームはマトリクスアドレス可能面のアドレスパターンに従ってパターン形成される。プログラマブルミラーアレイのまた別の実施形態では小さな複数のミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、適した局部電界を適用することによって、もしくは圧電作動手段を用いることによって、軸を中心に個々に傾けられている。もう一度言うと、ミラーはマトリクスアドレス可能であり、それによりアドレスされたミラーはアドレスされていないミラーとは異なる方向に入射の放射線ビームを反射する。このようにして、反射されたビームはマトリクスアドレス可能ミラーのアドレスパターンに従いパターン形成される。必要とされるマトリクスアドレッシングは適切な電子手段を用いて実行される。前述の両方の状況において、パターニング手段は１つ以上のプログラマブルミラーアレイから構成可能である。ここに参照を行ったミラーアレイに関するより多くの情報は、例えば、米国特許第ＵＳ５，２９６，８９１号および同第ＵＳ５，５２３，１９３号、並びに、ＰＣＴ特許種出願第ＷＯ９８／３８５９７および同ＷＯ９８／３３０９６から得ることが出来る。これらの内容を本明細書に引用したものとする。プログラマブルミラーアレイの場合、上記支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。
−  プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構成の例が米国特許第ＵＳ５，２２９，８７２号に開示されている。この内容を本明細書に引用したものとする。上記同様、この場合における支持構造も、例えばフレームもしくはテーブルとして具体化され、これも必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。
【０００４】
簡潔化の目的で、以下で、特定の箇所において、マスクおよびマスクテーブルを用いた例に限定して説明するが、しかし、こうした例において論じられる一般的な原理は、既に述べたようなパターニング手段として広義に解釈するべきである。
【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可能である。この場合、パターニング手段はＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成する。そして、放射線感光原料（レジスト）の層が塗布された基板（シリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイから成る）にこのパターンを像形成することが出来る。一般的に、シングルウェハは、投影システムを介して１つずつ順次照射される近接目標部分の全体ネットワークを含んでいる。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを用いる現在の装置は、異なる２つのタイプのマシンに区分される。リソグラフィ投影装置の一タイプでは、全体マスク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って各目標部分が照射される。こうした装置は一般的にウェハステッパ、もしくはステップアンドリピート装置と称されている。ステップアンドスキャン装置と称される別の装置では、所定の基準方向（「スキャニング」方向）にマスクパターンを投影ビーム下で順次スキャニングし、これと同時に基板テーブルをこの方向と平行に、あるいは反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。一般的に、投影装置は倍率係数Ｍ（一般的に、＜１）を有することから、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係数Ｍ倍となる。ここに記載を行ったリソグラフィデバイスに関するさらなる情報は、参考までに記載を行うと、例えば、米国特許第ＵＳ６，０４６，７９２号から得ることが出来る。
【０００６】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程において、パターン（例えばマスクにおける）は少なくとも部分的に放射線感光材（レジスト）の層で覆われた基板上に像形成される。この像形成ステップに先立ち、基板は、プライミング、レジスト塗布、およびソフトベークといったような各種の工程を経る。露光後、基板は、露光後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク、および像形成フューチャの測定／検査といったような他の工程を通る。この工程の配列は、例えばＩＣといったような素子の個々の層をパターン化するための基準として使用される。このようなパターン形成された層は、それから、全て個々の層を仕上げる目的である、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、化学機械的研磨等といった種々のプロセスを経る。数枚の層が必要とされる場合には、全体工程、もしくはその変形をそれぞれの新しい層に繰り返す必要がある。最終的に、素子のアレイが基板（ウェハ）上に形成される。次に、これらの素子はダイシングやソーイングといったような技法で相互より分離される。それから個々の素子は、キャリアに装着されたり、ピンに接続されたりし得る。こうした工程に関するさらなる情報は、１９９７年にマグローヒル出版会社より刊行された、Ｐｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ著、「マイクロチップ製造：半導体処理に対する実用ガイド」という名称の書籍（“Microchip Fabrication:A Pratical Guide to Semiconductor Processing”）の第３版、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４より入手可能であり、詳細は当該文献を参照されたい。
【０００７】
簡潔化の目的で、これより投影システムを「レンズ」と称するものとする。しかし、この用語は、例えば屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折光学システムを含むさまざま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。放射線システムはまた、放射線の投影ビームの誘導、成形、あるいは制御を行う、こうした設計タイプのいずれかに応じて稼動する構成要素も備えることが出来る。こうした構成要素もまた以降において集約的に、あるいは単独的に「レンズ」と称する。
【０００８】
さらに、リソグラフィ装置は２つあるいはそれ以上の基板テーブル（および、あるいは２つもしくはそれ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」デバイスにおいては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。例えば、参考までに記載を行うと、デュアルステージリソグラフィ装置について、米国特許第ＵＳ５，９６９，４４１号および国際特許出願第ＷＯ９８／４０７９１号において記載がなされている。
【０００９】
リソグラフィ工程において、マスク上のマスクパターンにて処理されるウェハのアライメントは、基板上のフィーチャが正確に鮮明であるために、出来るだけ正確に行われる必要がある。このようなフィーチャは全て特定の許容値内のサイズを有するべきである。この目的において、リソグラフィ投影装置は、所定の（特定の）許容値内で基板とマスクおよびマスクパターン整合するウェハアライメントモジュールを設けている。ウェハアライメントシステムは一般的に光学手段に基づいてアライメントを実行する。ウェハの位置またはウェハの部分は、光源より照射される光学マーカからの光反応を計測することにより決定される。例えば、格子はレーザービームにより照射されるが、レーザービームは格子によって回折し、１つ以上の回折次数が、一般的に基準面に配設された各センサ（例えば検出器アレイ）によって計測される。センサの出力を用い、ウェハの（基準面に対する）位置が導き出される。
【００１０】
従来技術においては、ケプラー型テレスコープを使用する、格子に基づいたウェハアライメントシステムが周知である。米国特許出願番号第ＵＳ４，２５１，１６０号において、基準に対するウェハアライメントの情報を得るために、格子によって生成された回折ビームを１つ以上の検出器で結像するケプラー型テレスコープを配設したウェハアライメントシステムが開示されている。
【００１１】
ウェハ（部分）上のマーカからの信号はテレスコープシステムにより基準面に投影される。結像条件を満たすために、物体面（ここではマーカが配置されている）は像の共役面であるべきである。不都合にも、マーカが物体面に対し傾斜していると、物体面にないウェハ上のマーカは基準面にてシフトを示す。このシフトはマーカのデフォーカスによるものであり、焦点のあった（すなわち物体面にある）傾斜マーカでは、ウェハアライメントシステムの基準面にてシフトを示さない。
【００１２】
さらに、従来技術におけるケプラー型テレスコープにおいて、テレスコープレンズ間に配置されたダイアフラムアパーチャ（すなわちピンホール）が用いられている。ダイアフラムは迷光がセンサに達するのを減じ、その結果、投影像の視差を減じるといった役割を有する。国際特許出願番号第ＷＯ９７／３５２３４において、格子に傾きがない理想的なケースで各回折次数の合焦が予測される、中間フォーカスの面の所定位置に配置される複数のピンホールからなるダイアフラムを有したウェハアライメントシステムが開示されている。従来技術において、この配置は、個々のそれぞれの次数からの情報を得るために、回折次数の空間フィルタリングに用いられる。
【００１３】
半導体製造工程の間、ウェハには、アニーリング、エッチング、ポリッシング等の複数の処理が施されるが、それによってマーカが乱れ（マーカの陥凹部かつ／またはマーカの反り）ることがある。こうしたマーカの乱れにより、マーカの調整不可能な（局所的な）傾きと、したがってデフォーカスマーカによる基準面でのマーカ像のシフトを生じることがある。この傾斜とデフォーカスが組み合わさることで、像の位置エラーが生じ、それが半導体デバイスの構成においてオーバレイエラーの原因となる。望ましからざるシフトをなくすために、基準マーカはかなりの精度（フォーカス較正）で物体面に配置されなくてはならない。当業者において明らかであるように、こうしたフォーカス較正は容易ではない。
【００１４】
一般的に、従来技術におけるアライメントシステムは約数百マイクロメータの単位のデフォーカスを有する。一般にウェハ上の格子（すなわちマーカ）は少なくとも１００μｒａｄのオーダの傾角を示す。こうした傾角は広範囲によるウェハ表面の平面度性能によるものであり、製造工程から生じた粗さを示す。従い、傾角はランダムに変わるものであって、上記に述べた数値は概算平均である。
【００１５】
従来技術において、こうした値のデフォーカスおよび傾角を有するウェハアライメントシステムにおいて、位置エラーもしくはアライメント精度は約２０ナノメータ（すなわち３．５μｍ／度）である。
【００１６】
マーカにより作り出された所定回折次数において、マーカの傾斜によって回折角のシフト（傾斜していないマーカに対する）が生じる。ダイアフラムを使用すると、所定ピンホールに対する回折ビームの（回折次数ごとの）変位をもたらす。
【００１７】
さらに、多重回折ビーム（回折次数）および／または多重カラーの格子を用いるウェハアライメントシステムにおいて、回折次数の像および／またはカラーは、光収差（「焦点差」）により、常に同一面に投影されるわけではない。多重回折次数および／またはカラーが同時に計測されるとき、マーカの粗さにより、像の計測位置において、それぞれ、次数ごと、かつ／またはカラーごとの差が生じ、それによりアライメント工程のパフォーマンスが低下する。個々の次数および／またはカラーごとの、それぞれのデフォーカス値および傾角によっては使用できない次数もある。
【００１８】
リソグラフィ装置において傾斜感度を減じるウェハアライメントの改善に関して、ケプラー型テレスコープにおける従来技術のアッベアーム較正システムが米国特許出願番号第ＵＳ２００１／０００８２７３  Ａ１号にて開示されているが、これは比較的複雑であり、かつコスト効率が良いとは言えない。
【００１９】
傾斜感度は、物体の傾斜と、その物体の像の傾斜との比率にて定義される。
【００２０】
ウェハ傾斜と回折ビームの検出感度との関係については、本発明に従った最良の形態において、以下詳細説明を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、ウェハ（部分）上の光学マーカの（局所的あるいはウェハ幅の）傾斜に関して、傾斜感度が低減されたウェハアライメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的は、請求項１の序文において定義されているような、傾斜感度が低減されたウェハアライメント装置を備えたリソグラフィ投影装置において達成される。ここで、構成回折ビームの各々はアパーチャのレベルにて回折ビーム直径を有し、構成回折ビーム各々の回折ビーム直径はアパーチャ直径よりも大きいことを特徴とする。
【００２３】
本発明により、ウェハアライメントシステムはマーカの傾斜にそれほど敏感ではなくなる。各回折ビームは依然アパーチャであるピンホールを通って部分的に伝達される。
【００２４】
さらなる態様において、本発明のリソグラフィ投影装置は構成回折ビームを拡大するために光学装置を配設することを特徴とする。この拡大は、格子の回折長（すなわち、格子の周期構造による入射光ビームの相互作用が生じる格子の部分）によってもたらされる有限サイズ効果により生じる。この拡大により、回折ビームの一部分がアパーチャを通過し、ウェハアライメントシステムの傾斜に対する感度が著しく減じられる。
【００２５】
また、本発明は、傾斜したマーカと類似する望ましからざる影響を引き起こす入射レーザービームの傾斜の補正に関する解決方法を提供する。本発明により、入射レーザービームの傾きに関するウェハアライメントシステムの感度もまた著しく減じられる。
【００２６】
さらに、本発明は、請求項７の序文において定義したようなリソグラフィ投影装置において傾斜感度が低減されたウェハのアライメント方法に関する。ここで、構成回折ビームの各々はアパーチャのレベルにて回折ビームの直径を有し、構成回折ビーム各々の回折ビーム直径はアパーチャの直径よりも大きいことを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明において、ビーム拡大の関数として傾斜感度が使用されて、アッベアームとデフォーカスとによるマーカの像シフトの依存関係を切り離す。
【００２８】
回折ビームはウェハアライメントシステムの計測ビーム（の直径）にて生成されるが、傾斜感度はこの回折ビームの拡大により変わる。本発明における方法は、アライメントシステムのデフォーカスおよび／もしくはウェハマーカのピボットポイント（すなわちアッベアーム）の計測を可能にする。
【００２９】
ゆえに、本発明のさらなる態様において、該方法は以下からなることを特徴とする。すなわち、
−  少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、少なくとも１つの格子上で第一入射ビームによって生じた少なくとも１つの回折次数の像の第一シフトを計測し、
−  少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、少なくとも１つの格子上で、第一入射ビームとは異なる直径を有した第二入射ビームによって生じた少なくとも１つの回折次数の像の第二シフトを計測し、
−  第一シフトと第二シフトから、少なくとも１つの格子のデフォーカス値を決定し、
−  少なくとも１つの格子からなる表面と傾斜のピボット位置間の距離であるアッベアーム値を該デフォーカス値から決定することからなる。
【００３０】
さらに、格子の長さ（すなわち格子において周期構造が繰り返される方向において）のサイズを変えることによって同様の拡大効果がもたらされ得ることを注記する。
【００３１】
ゆえに、さらなる態様において本発明の方法は、
少なくとも１つの回折次数の像の第一シフトが、第一タイプの少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、第一タイプの少なくとも１つの格子上で生じ、少なくとも１つの回折次数の像の第二シフトが、第二タイプの少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、第二タイプの少なくとも１つの格子上で生じ、第一タイプの少なくとも１つの格子は、入射光ビームのビームサイズよりも実質的に小さい第一回折長を有し、第二タイプの少なくとも１つの格子は、第一回折長よりも実質的に大きい第二回折長を有することをさらなる特徴とする。
【００３２】
固定の周期と一定のビーム直径において、小さいマーカ、すなわち所定周期を有する比較的小さい格子にビームを照射することによって生成された回折ビームは、大きいマーカ、すなわち同一周期を有する比較的大きい格子上で生成された回折ビームよりも大きくなる。
【００３３】
本発明による方法は、入射ビームサイズを変えることによって、アライメントシステムのデフォーカスおよび／もしくはウェハマーカのピボットポイント（すなわちアッベアーム）の計測を可能にする。
【００３４】
よって、またさらなる態様にて、本発明の方法においてはさらに、少なくとも１つの回折次数の像の第一シフトが、少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、少なくとも１つの格子上で第一入射ビームによって生じ、また、少なくとも１つの回折次数の像の第二シフトが、少なくとも１つの格子に適用された傾斜の関数として、少なくとも１つの格子上で、第一入射ビームとは異なる直径を有する第二入射ビームによって生じることを特徴とする。
【００３５】
本発明による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、こうした装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、本発明による装置は、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、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途においては、本文にて使用した「レチクル」、「ウェハ」、「ダイ」といった用語は、それぞれ「マスク」、「基板」、「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることは当該技術分野の専門家にとって明らかである。
【００３６】
本明細書において使用した「放射線」および「投影ビーム」という用語は、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。
【００３７】
以下において、本発明をいくつかの図面を参照に説明するが、こうした説明は例示目的にのみなされるものであり、請求項に明示された保護範囲を制限する意図ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。この装置は２つの基板テーブルＷＴａおよびＷＴｂを有するタイプのものであり、かつ、
−  特別な本実施形態において放射線システムに放射線源ＬＡも備えた、放射線の投影ビームＰＢ（例えばＵＶ放射線）を供給する放射線システムＥｘ、ＩＬと、
−  マスクＭＡ（例えばレクチル）を保持するマスクホルダーｗ備え、かつ、品目ＰＬに対して正確にマスクの位置決めを行う第一位置決め手段ＰＭに連結を行った第一オブジェクト・テーブル（マスクテーブル）ＭＴと、
−  それぞれ基板Ｗ（例えば、レジスト塗布シリコンウェハ）を保持する基板ホルダを備え、かつ、それぞれテーブル位置決め手段（図示せず）に連結した第二および第三オブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴａおよびＷＴｂとから構成され、ここで、第二オブジェクト・テーブルは、品目ＰＬに対して正確に基板の位置決めを行うように配設されたそのテーブル位置決め手段と共に投影システムＰＬの下に配置されており、第三オブジェクト・テーブルは品目ＭＳに対して正確に基板の位置決めを行うように配設されたそのテーブル位置決め手段と共に計測システムＭＳの下に配置されている。そして、さらに、
−  マスクＭＡの照射部分を、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）に像形成する投影システム（「レンズ」）ＰＬとによって構成されている。
【００３９】
ここで示しているように、この装置は透過タイプ（すなわち透過マスクを有する）である。しかし、一般的には、例えば反射マスクを有する反射タイプのものも可能である。あるいは、本装置は、上記に関連するタイプであるプログラマブルミラーアレイといったような、他の種類のパターニング手段も使用可能である。
【００４０】
ソースＬＡ（例えば水銀ランプもしくはエキシマレーザー）は放射線のビームを作り出す。このビームは、直接的に、あるいは、例えばビームエキスパンダーＥｘといったようなコンディショニング手段を横断した後に、照明システム（照明装置）ＩＬに供給される。照明装置ＩＬは、ビームにおける強度分布の外部かつ／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）を設定する調整手段ＡＭから成る。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。このようにして、マスクＭＡに照射するビームＰＢは、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有する。
【００４１】
図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ装置のハウジング内にある（これは例えばソースが水銀ランプである場合に多い）が、しかし、リソグラフィ投影装置から離して配置することも可能であることを注記する。この場合、ソースＬＡが作り出す放射線ビームは（適した誘導ミラーにより）装置内に導かれる。この後者のシナリオでは、ソースＬＡがエキシマレーザーである場合が多い。本発明および請求項はこれら両方のシナリオを網羅するものである。
【００４２】
続いてビームＰＢはマスクテーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。ビームＰＢはマスクＭＡを通過して基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームＰＢの焦点を合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め手段ＰＷおよび干渉計測手段ＩＦにより、基板テーブルＷＴａは、例えばビーム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、第一位置決め手段ＰＭ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、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ように使用可能である。一般的に、オブジェクト・テーブルＭＴおよびオブジェクト・テーブルＷＴａの運動は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。これについては図１に明示を行っていない。しかし、ウェハステッパの場合（ステップアンドスキャン装置とは対照的に）、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に連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡと基板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を用いて位置合わせされる。計測システムＭＳはウェハアライメントシステムとして配置されており、図示されている。ウェハアライメントシステムは、ＸＹにおいて、少なくともそれらの偏差に関して、マーカを感知することによりウェハ表面の偏差のマッピングが可能である。アライメントの目的に、ウェハアライメントシステムＭＳと、基板テーブルＷＴｂ上に配置された基板Ｗ上のマーカとの間を光アライメントビーム（図示せず）が可動している。
【００４３】
ここに表した装置は２つの異なるモードにて使用可能である。
１．  ステップモードにおいて、マスクテーブルＭＴは基本的に静止状態に保たれている。そして、マスクの像全体が１回の作動（すなわち１回の「フラッシュ」）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がビームＰＢにより照射され得る。
２．  スキャンモードにおいて、基本的に同一シナリオが適用されるが、但し、ここでは、所定の目標部分Ｃは１回の「フラッシュ」では露光されない。代わって、マスクテーブルＭＴが、速度ｖにて所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｙ方向）に運動可能であり、それによってビームＰＢがマスクの像を走査する。これと同時に、基板テーブルＷＴが速度Ｖ＝Ｍｖで、同一方向あるいは反対方向に運動する。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（一般的にＭ＝１／４あるいは１／５）である。このように、解像度を妥協することなく、比較的大きな目標部分Ｃを露光することが可能となる。
【００４４】
干渉計測手段は、レーザーのような光源（図示せず）と、基板もしくはステージのいくつかの情報（例えば位置、アライメント等）を判断する１つ以上の干渉計とにより構成されている。図１において、例として２個の干渉計をアイテムＩＦにて示している。レーザーは、ビームマニピュレータにより干渉計ＩＦに送られる計測ビームＭＢを生成する。干渉計が２つ以上ある場合には、各干渉計に対し計測ビームをさまざまな分離ビームに分割する光学系を用いることで、これら干渉計間にて計測ビームがシェアされる。図１では２つのビームに分割された計測ビームを示している。スプリッタ光学系は示していない。
【００４５】
図２は、リソグラフィ装置のウェハアライメントシステムにおける光学装置を示したものである。
【００４６】
リソグラフィ装置のウェハアライメントシステムにおいて使用される光学装置はケプラー型テレスコープと関連がある。ケプラー型テレスコープ１は、第一フォーカスを有する第一レンズＬ１と、第二フォーカスを有する第二レンズＬ２から構成されている。テレスコープの第一レンズＬ１および第二レンズＬ２は集束レンズである。第一レンズＬ１および第二レンズＬ２は光軸ＯＡ上に配置される。
【００４７】
理解を容易にするため、物体面に垂直に放射される光線のみを示している。
【００４８】
使用時、第一フォーカスの距離に等しい物体面ＯＦＰと、第二フォーカスに等しい第二レンズＬ２に対する基準面ＲＰの距離とを設定することから、物体面ＯＦＰに配置される第一物体Ｏ１は第一イメージＩＭ１として基準面ＲＰに結像される。これら２つのレンズＬ１、Ｌ２間に、互いに関連して、第一フォーカスと第二フォーカスの合計距離に等しい、第一レンズＬ１と第二レンズＬ２の距離を設定することで中間フォーカスＩＦができる。すなわち、第一レンズＬ１の焦点面は第二レンズＬ２の焦点面とほぼ一致する。
【００４９】
物体面の外側に配置された（すなわち焦点が合わない）第二物体Ｏ２は、物体Ｏ１に関する場合と同様のレンズＬ１、Ｌ２配置を用いることで、基準面ＲＰ上に第二イメージＩＭ２として結像される。
【００５０】
同一形状を有する第一物体Ｏ１および第二物体Ｏ２（図中矢印にて示している）の両方は図にて示しているように傾きを有する。物体面ＯＦＰに対してデフォーカスであって、基準面ＲＰに投影される（第二物体Ｏ２の像ＩＭ２のような）物体の像は、第一物体Ｏ１および第二物体Ｏ２それぞれの像の図示の構成から、基準面ＲＰにおいてシフトを示すことが導出される。よって、像ＩＭ２の位置に関する情報には第二物体Ｏ２のデフォーカスにより一部エラーを含む。
【００５１】
図３は、基板上にて傾斜のないマーカのアライメント中における、図２の光学装置を示したものである。
【００５２】
図３において、図２の光学装置１を示しているが、ほぼ中間フォーカスＩＦの位置にテレセントリックアパーチャＴＡが配置されている。基準面ＲＰに、検出器ＤＥＴが配置され、検出器ＤＥＴに当たる１つ以上の光ビームから光信号を検出する。
【００５３】
検出器ＤＥＴは、例えば感光部材のアレイにより、検出器ＤＥＴ上の光信号の位置を計測するために配設される。
【００５４】
入射光ビームＩＢは、マーカＭＡＲの表面にほぼ垂直に当たり、その位置は物体面ＯＦＰに対して垂直にシフトする。入射光ビームＩＢは光源として単一レーザービームであるか、もしくは要求により多重レーザービームからなる。すなわち、ビームＩＢは１つ以上の波長（カラー）の電磁放射線からなる。
【００５５】
入射ビームＩＢとマーカの横周期（周期距離）（すなわち格子）間の相互作用により、複数の回折ビームがマーカＭＡＲの位置にて生成される。このビームは図において、右回折ビームＤＢ１と左回折ビームＤＢ２によって示されているように、１次回折で示されている。ＤＢ１とＤＢ２の両ビームはマーカＭＡＲのある表面から回折角θにて導かれる。
【００５６】
第一レンズＬ１においてビームは屈折され、中間フォーカスＩＦにて焦点が合わせられる。中間フォーカスＩＦの位置におけるテレセントリックアパーチャＴＡは、生成された回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の合焦が予測される所定位置における、回折ビームＤＢ１、ＤＢ２各々を通過させるピンホールＰＨ１、ＰＨ２からなる。
【００５７】
一般的に、中間フォーカスＩＦにおける回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の直径サイズはそれぞれのピンホールＰＨ１、ＰＨ２の直径サイズと同オーダであるか、もしくはこれよりも小さい。
【００５８】
各ピンホールを通過した後、回折ビームの各々は第二レンズＬ２によって、かつ２つの回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の干渉により屈折され、回折次数の光信号は基準面ＲＰに配設された検出器ＤＥＴに焦点が合わせられて、検出される。
【００５９】
マーカＭＡＲが物体面ＯＦＰに対しデフォーカス△ｆに配置されている事実にもかかわらず、マーカ表面に傾きがない（すなわち物体面ＯＦＰに平行である）事から、回折ビームは依然として正しく検出器ＤＥＴに向かうことは当業者において明らかである。
【００６０】
図４は、基板上の傾斜マーカのアライメント中における光学装置１を示したものである。
【００６１】
図４においては、図３に示したような光学装置１において、入射ビームＩＢに対しマーカが傾いている。もう一度述べると、入射ビームとマーカＭＡＲの周期性との相互作用により複数の回折ビームが作り出される。マーカＭＡＲは入射ビームＩＢに対し角度α傾斜している。また、マーカＭＡＲは物体面ＯＦＰからデフォーカス△ｆを有する。
【００６２】
１次近似により、（マーカの基準面に対して）傾斜したマーカＭＡＲ上の回折ビームの回折角θは、図３に示したような傾斜がゼロであるマーカＭＡＲの回折角と等しくなる。傾角αにより、回折ビームＤＢ１、ＤＢ２はオフセット角（傾角αに等しい）を有する。
【００６３】
図においてマーカの像ＩＭ２が示されている。ＩＭ２は傾角α２を示している。
【００６４】
アパーチャすなわちピンホールの面において、回折ビーム直径はピンホールよりも小さいという事実から、光信号検出はマーカＭＡＲの傾きに敏感である。
【００６５】
図５は、基板上の傾斜マーカのアライメント時、リソグラフィ投影装置のウェハアライメントシステムにおいて使用される、本発明に従う光学装置を示したものである。
【００６６】
回折ビーム検出の目的には、一般に計測可能な信号を検出器ＤＥＴに有することで十分である。しかし、計測されるマーカＭＡＲが入射ビームＩＢに対して傾斜を有していても、像は回折次数ごとに基準面ＲＰの検出器に形成されることが要求される。本発明は、ピンホールの直径サイズよりも（テレセントリックアパーチャＴＡのレベルにて）広い回折ビームを供給することによって、より高精度の較正のための手間をかけずに、光学装置１を通過する信号の検出の傾斜感度を減じることが可能であるという見識に基づくものである。
【００６７】
図５は、入射ビームＩＢが小さい入射ビームＩＢ２である、本発明に従った実施形態を示したものである。回折プロセスにおいて有限サイズのみのマーカＭＡＲ格子が必要とされる結果から、回折ビームはその夫々の回折角の付近で空間的に広げられる。図５において、ビームサイズからもたらされる有限サイズ効果の拡大を回折ビームＤＢ１、ＤＢ２にて示している。そのそれぞれが中央ビームＢ１、Ｂ４にて示されており、境界Ｂ２、Ｂ３およびＢ５、Ｂ６それぞれに拡大している。中央ビームＢ１、Ｂ４は依然、回折角θを有する。拡大は拡大角△θとなる。
【００６８】
ピンホールＰＨ１、ＰＨ２と拡大ビームＤＢ１、ＤＢ２間の相互作用は、アパーチャＴＡとデテクタアレイＤＥＴ間の点線ビームにて示している。
【００６９】
テレセントリックアパーチャすなわちピンホール面ＢＤ１、ＢＤ２における回折ビームの直径を図５において示している。マーカＭＡＲの傾斜により、ＢＤ１とＢＤ２はわずかに異なることに注意されたい。
【００７０】
図５に示すようにマーカが角度α傾いている場合、拡大により、依然、回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の一部が各々のピンホールＰＨ１、ＰＨ２を通ってテレセントリックアパーチャＴＡを通過する。そして、回折ビームＤＢ１、ＤＢ２の干渉により、信号が基準面ＲＰで検出可能となる。
【００７１】
本発明において、マーカが傾いているときに検出信号は従来技術におけるよりも変化しないことを注記する。
【００７２】
拡大効果によって、マーカＭＡＲの傾斜に関して検出感度を効果的に減じることができる。
【００７３】
あるいは、回折ビーム直径よりもその直径の小さいピンホールを用いることでも拡大効果が達成される。
【００７４】
図５において、依然デフォーカスがあることに注意されたい。像ＩＭ２は依然として角度α３の傾斜を示す。しかし、像の傾斜α３はマーカＭＡＲの傾斜αよりも小さい。その結果から、従来技術システムに関して図４に示したように、図５におけるα３もまたα２よりも小さい。
【００７５】
さらに、本発明は基本的に同様の方法により、マーカ傾斜と類似する望ましからざる影響をもたらす入射レーザービームＩＢの傾斜の補正における解決方法を提供するものであることを注記する。多々状況において、入射レーザービームの傾斜の調整は、有限サイズ効果による調整よりもかなり達成が困難である。本発明は、マーカの傾斜または入射レーザービームの傾斜のどちらかによってもたらされる影響を減じることの可能な補正機構を有する。よって、入射レーザービームの傾斜に関するウェハアライメントシステムの感度も同様の方法により著しく減じられる。
【００７６】
図６は、本発明の使用に関連して、ウェハの傾斜に対する検出感度を示した図表である。
【００７７】
図６の図表において、ピンホールサイズの関数として像の位置シフトが次のように示されている。傾角αに対するマーカ像の有効（あるいは見掛け）傾斜を示したパラメータβで示された縦軸に、傾角αに対する基準面ＲＰの像ＩＭ２の位置シフトを示している。図５を参照にすると、像ＩＭ２の傾角α３はβｘαと等しい。パラメータφで示された水平軸には、テレセントリックアパーチャのレベルにおける回折ビーム直径ＢＤ１、ＢＤ２に対するピンホールサイズ（もしくは実際に、ピンホールＰＨ１、ＰＨ２のレベル）を示している。カーブＣは、相対位置シフトと、ガウス回折ビームプロファイルで想定される相対ピンホール直径間における関係の計算されたカーブの例である。相対位置シフトと相対ピンホール直径間の異なる関係を導く他のビームプロファイルもまた可能であることを注記する。
【００７８】
カーブＣにおいて、ウェハアライメントシステムの典型的な配置を特定する３つのポイントが示されている。ポイントＱ１は、ウェハアライメントシステムにおいて１に近い傾斜感度を示しており、回折ビームＩＢの直径対、ピンホールＰＨ１、ＰＨ２の直径の比率（テレセントリックアパーチャＴＡのレベルにおける）は１よりも大きい。典型的な配置においては、ピンホール直径は約５００μｍであり、ビーム直径は約７００μｍ（格子（ＭＡＲ）のレベルにおいて）である。しかし、レンズＬ１の通過後、回折ビームは、一般的には約５０−１００μｍである、５００μｍよりもかなり小さい値に焦点が合わせられる。ここで、比較的シャープな回折ビームがマーカ格子上で生成され、マーカＭＡＲの傾斜によるデフォーカス物体Ｏ２の像ＩＭ２のシフトが感度大（値１）となる。
【００７９】
ポイントＱ２は、ピンホールサイズ対、ビーム直径の比率がほぼ１である配置に関連する。そして、Ｑ３は、１よりも小さい回折ビーム直径（テレセントリックアパーチャＴＡのレベルにおける）対、ピンホールサイズの比率を有する配置に関する。Ｑ２およびＱ３の配置において、回折ビームは、マーカの傾斜に対し比較的低感度となる有限ビームサイズ効果により拡大される。ポイントＱ２およびＱ３に関して、格子のほんの小部分がレーザービームにより照射され、回折ビームが生成される格子の回折長は小さいことに注意されたい。格子周期は一般的に１６μｍである。カーブＣにおいて、Ｑ２の位置では、Ｑ１の感度の約５０％の感度である。Ｑ３の配置はＱ１の配置よりもマーカ傾斜に対する感度が５倍少ない。
【００８０】
この点において、本発明は、それぞれ、約０．５（一般的にα＝１００μｒａｄにて１０ｎｍ）のβ値に対して傾斜約２μｍ／度の、そして約０．１（一般的にα＝１００μｒａｄにて２ｎｍ）のβ値に対して傾斜約４００ｎｍ／度の位置エラーとする。傾斜感度を、一般的には０．２５および０．０１未満の、「１」よりもかなり低いβ値まで減じ、よって傾斜感度値を約８７５ｎｍ／度および約２０ｎｍ／度の間に減じることが可能であることが実際に分かった。
【００８１】
ウェハの考えられるカーブを修正するために、パターン投影がなされるウェハは、角度をつけた光軸ＯＡに対して傾けられなくてはならない。ウェハ表面とウェハステージＷＳの横ピボット間の垂直距離（傾斜に対する）は、ウェハテーブルの傾斜中に生じる水平移動（よってデフォーカス）を修正するように決定されなくてはならない。この距離はアッベアームとして知られる。
【００８２】
（ウェハアライメントシステムＭＳにおいて）パターニングおよびウェハ位置の計測用にシングル（ウェハ）ステージを使用するリソグラフィ投影装置において、較正中にアッベアームを決定することにより補正がなされる。一般的に、こうした較正は、ｘ方向に垂直な方向において、ウェハステージの横ピボットのｙ軸の周りで、ウェハステージ傾斜（△Ｒｙ，ＷＳにて示される）の関数として、基準面のｘ方向における像のシフト（△ｘにて示される）を計測することによって行われる。像のシフトから、アッベアーム（ａＡｂｂｅ）が次の等式を用いて求められる。
【数１】
2004260163.tif 000003
【００８３】
アッベアームにより、傾斜したウェハ上のマーカから結像される回折次数は、その物体のデフォーカスおよび局所的傾斜による像の応答からのその物体の像の投影において区別不可能な物体の変位を示すことは当業者において明らかである。格子の回折次数の結像に関し、回折次数の像は適用されたウェハの傾斜△Ｒｙ，ＷＳの関数として変わる像シフトを示す。この像シフトは後続するパターンのオーバレイに悪影響を及ぼし、リソグラフィ投影装置の性能を悪化させる。
【００８４】
前述の所見を踏まえ、デフォーカスによるマーカ物体の像シフトとウェハ幅傾斜は同一関数式を有する。
【数２】
2004260163.tif 000004
ここで△ｆはデフォーカスである。
【００８５】
この線形の重ね合わせにおいて、２つの影響（アッベ移動とデフォーカス）は切り離せない。少なくとも２つの影響のうちの一方を数値化して（個別に）、他方の値を求める必要がある。一般的に、投影レンズからのウェハステージの多々の垂直移動において一連のウェハ傾斜が計測される。そうした計測からデフォーカスが得られ、その結果アッベアーム値が得られる。
【００８６】
アッベアームを上記の従来技術によって決定することができる。この状況において、アッベ較正において、専用の（米国特許番号第ＵＳ２００１／０００８７２３  Ａ１号において開示されているような）アッベアーム計測装置が使用されるがこれはコスト効率が良いとは言えない。
【００８７】
以下において説明するように、本発明は、そうした専用計測装置を全く使用せずにすむ解決方法を提供する。
【００８８】
２ステージシステムのウェハアライメントシステムにおけるウェハアライメントの計測中に、ウェハ傾斜の関数として観察される像シフトは、等式１と等式２とを重ね合わせることにより求められる。
【数３】
2004260163.tif 000005
【００８９】
本発明において、ビーム拡大の関数としての傾斜感度は、アッベアームとデフォーカスによるマーカ像シフトの依存関係を切り離すために使用される。
【００９０】
図６に示すように、傾斜パラメータβは、ウェハアライメントシステムＭＳの入射ビームＩＢ２（の直径）により生じるような回折ビームの拡大によって変わる。
【００９１】
入射ビームＩＢ、ＩＢ２により照射される格子長（すなわち格子にて周期構造が繰り返される方向における）のサイズを変えることにより、同様の拡大効果がもたらされ得ることに注意されたい。固定の周期および一定のビーム直径において、小さなマーカ（すなわち所定の周期を有する比較的小さい格子）上の入射ビームにより生成される回折ビームは、大きいマーカ（すなわち同一周期を有する比較的大きい格子）により生成される回折ビームよりも広くなる。
【００９２】
従い、前述の図面において示されているようなテレセントリックアパーチャＴＡを用いるウェハアライメントシステムＭＳにおいて、マーカの傾斜感度はマーカサイズによって変わる。既に説明を行ったように、マーカが広い回折ビームよりも傾くと、よりシャープな回折ビームが重心位置強度のシフトを示す傾向がより強くなる。
【００９３】
比較的大きいマーカ（所定周期の比較的多くの周期構造を有する）において、傾斜感度（ここでβＬにて示す）は、ここでβＳにて示した比較的小さいマーカ（同一周期の少ない周期構造）におけるよりも大きい。図７は、マーカ長の関数として相対傾斜感度を示した図表である。水平軸にてマーカサイズを示し、垂直軸にて傾斜パラメータβを示している。この典型的な図表において、βは１６μｍのマーカ周期に対するマーカサイズの関数として第一法則から計算されている。この座標において、異なる４つのマーカサイズにおける実験値が示されている。
【００９４】
比較的大きいマーカに関して、等式３は次のようになる。
【数４】
2004260163.tif 000006
また、小さいマーカに関しては次のようになる。
【数５】
2004260163.tif 000007
【００９５】
既知のβＬとβＳ（βＬ≠βＳ）にてウェハステージと投影レンズ間の多々の垂直変位にて較正計測を実行することにより、アッベアームによる像シフト△ＸＬとＸＳの依存関係は解消される。この解消により、これら計測から、傾斜の関数としての像シフト△Ｘが残り、デフォーカス△ｆを決定することができる。次に、デフォーカス△ｆの決定値を使用することで、ウェハアライメントシステムは（どの相対マーカサイズが使用されるかによって）等式３、等式４、または等式５に従って計測を行い、その特定のウェハステージＷＳ上のウェハに対するアッベアーム値を求めることが可能である。
【００９６】
等式４と等式５から、像シフトの影響は、デフォーカスとアッベアームの影響に関して類似し、２つの影響のうちの一方だけの影響を、他方を明確に決定することなく、決定可能であるといえる。
【００９７】
マーカサイズにより回折ビームを拡大することの効果は、入射ビームＩＢ、ＩＢ２を操作してそのビーム形状を変えることにより（すなわち内部的に平行、収束、あるいは発散させることにより）、もしくはその直径を変えることによっても達成し得ることを注記する。この代替案は上記２つの案よりもさらに努力を要することを注記する。
【００９８】
本発明の真の精神を逸脱することなく、本発明の他の代替的かつ同等の実施形態が考えられて、その実施に到ることは当業者において明らかである。本発明の範囲は請求項においてのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】リソグラフィ投影装置を示したものである。
【図２】リソグラフィ投影装置のウェハアライメントシステムにおいて使用される光学装置を図示したものである。
【図３】基板上の傾斜のないマーカのアライメント中の、図２の光学装置を図示したものである。
【図４】基板上の傾斜を有するマーカのアライメント中の、図２の光学装置を図示したものである。
【図５】基板上の傾斜を有するマーカのアライメント中に、本発明に従って、リソグラフィ投影装置のウェハアライメントシステムにおいて使用される光学装置を図示したものである。
【図６】本発明の使用に関連して、ウェハの傾斜に対する検出感度を示した図表である。
【図７】マーカ長の関数としての相対傾斜感度の図表である。
【図１】
2004260163.tif 000008
【図２】
2004260163.tif 000009
【図３】
2004260163.tif 000010
【図４】
2004260163.tif 000011
【図５】
2004260163.tif 000012
【図６】
2004260163.tif 000013
【図７】
2004260163.tif 000014
【外国語明細書】
2004260163000001.pdf