(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィシステム（１）における基板の位置を測定するためのシステムであって、
基板（１２，５１３）上に１以上の露光ビームを投影するように構成された光学カラム（ＰＯ）と、
前記光学カラム（ＰＯ）から一定の距離を有するようにシステムに装着された第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）とを具備し、前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）は、前記基板（１２，５１３）に光ビーム（５１１）を出射するように構成され、出射された光ビームは、所定の波長を有し、前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）は、さらに、０次反射光ビーム（５１８）の強度プロファイルを測定するように構成され、
前記光ビームは、前記基板上で、スポットサイズを有するスポットに合焦され、
前記基板は、マーク高さ（ＭＨ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、前記基板（１２，５１３）上の所定の既知の位置とを有する光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）を有し、前記光学位置マーク（１００）は、第１の方向に長手方向に延び、前記第１の方向に沿って前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の反射率を変えるように配置され、
前記光学位置マーク（１００）は、複数の第１の領域対（１０５）を有する第１のメイン領域（１１０）を有し、前記第１の領域対は幅が互いに等しく、
前記第１のメイン領域（１１０）の前記第１の領域対（１０５）は、前記第１の方向における、第１の反射率と第１の幅（Ｗ）とを有する第１の領域（１０１）と、前記第１の方向における、第２の反射率と第２の幅（Ｗ）とを有する第２の領域（１０２）とを有し、前記第２の反射率は、前記第１の反射率とは異なり、前記第２の領域は、前記第１の領域（１０１）に隣接し、
前記第１の幅、前記第２の幅、及び前記スポットサイズは、１μｍないし２μｍの範囲にあり、
前記第１の領域（１０１）は、前記出射された光ビームの前記所定の波長と比較してサブ波長のサブ波長構造（ＳＷＳ）を有し、
前記サブ波長構造（ＳＷＳ）は、前記第１の方向と第２の方向との少なくとも一方に沿って前記第１の領域のセグメンテーションによって形成された複数の規則的なセグメントを有し、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直であり、
前記第１の方向において前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）上を前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ，５００）を走査するように構成されているシステム。
【請求項２】
前記第１のメイン領域（１１０）は、前記第１の領域対（１０５）の幅と等しい幅の第２の領域対（１０５）を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の領域には、サブ波長構造（ＳＷＳ）がない、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している第２のメイン領域（１２０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）には構造がなく、
前記第２のメイン領域（１２０）に隣接している第３のメイン領域（１３０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）は、前記第１の方向から眺めたとき、前記第１のメイン領域（１１０）と前記第３のメイン領域（１３０）との間に埋設されており、
前記第３のメイン領域（１３０）は、第３の領域対を有し、
前記第３のメイン領域の前記第３の領域対は、
第３の反射率と第３の幅とを有する第３の領域と、
第４の反射率と第４の幅とを有する第４の領域とを有し、前記第４の反射率は前記第３の反射率とは異なり、前記第４の領域は、前記第３の領域に隣接し、
前記第３の領域は、前記出射された光ビームの前記所定の波長と比較してサブ波長のサブ波長構造を有する請求項１ないし３のいずれか１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のメイン領域（１１０）と前記第３のメイン領域（１３０）とは等しい長さを有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している前記光学位置マーク（１００）の第１の端部に位置された第１の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第１の端部領域（１４０）には構造がなく、
前記第３のメイン領域（１３０）に隣接している前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の第２の端部に位置された第２の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第２の端部領域（１４０）には構造がない請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記マーク高さ（ＭＨ）は、赤色又は赤外光の波長の複数倍である請求項１ないし６のいずれか１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光学カラム（ＰＯ）から一定の距離でシステムに装着された第２の光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）をさらに具備し、前記第２の光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）は、前記基板（１２，５１３）に所定の波長を有する第２の光ビーム（５１１）を出射して０次反射光ビーム（５１８）の強度プロファイルを測定するように構成され、
前記第１の方向（Ｘｗ）に垂直な第２の方向（Ｙｗ）において前記第２の光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）を走査するように構成されている、請求項１ないし７のいずれか１に記載のシステム。
【請求項９】
前記光学位置マークは、第２の光学位置マーク（ＤＭＲＫ，１００）であり、
前記基板は、第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，１００）をさらに有し、
前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，１００）は、マーク高さ（ＭＨ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、前記基板（１２，５１３）上の所定の既知の位置とを有し、前記第２の方向（Ｙｗ）に延び、前記第２の方向（Ｙｗ）に沿って前記光学位置マーク（１００）の反射率を変えるように配置され、
前記第１の光学位置マーク（１００）は、前記第２の光学位置マーク（１００）と同じ構造を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）は、前記光学カラム（ＰＯ）に対して前記第１の方向（Ｘｗ）に移動され、前記第１の方向（Ｘｗ）において前記第２の光学位置マーク（ＤＭＲＫ）を測定するように配置され、
前記第２の光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）は、前記光学カラム（ＰＯ）に対して前記第２の方向（Ｙｗ）に移動され、前記第２の方向（Ｙｗ）において前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ）を測定するように配置されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の方向（Ｘｗ）は、リソグラフィシステムの使用動作における前記基板（１２，５１３）の第１の移動方向（Ｌ）に一致し、前記第２の方向（Ｙｗ）は、リソグラフィシステムの使用動作における前記基板（１２，５１３）の第２の移動方向（Ｓ）に一致する、請求項８ないし１０のいずれか１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ，５００）に対する前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の推定位置にしたがって前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）が前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ，５００）の近くにあるように、前記基板（１２，５１３）を動かして、
前記マーク長さ（ＭＬ）よりも長い走査長さを有する測定強度プロファイルを得るために、前記第１の光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ，５００）で前記長手方向において走査経路に沿って前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）を走査して、
前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の実際の位置と前記推定位置との間の差（ｘ）を測定するために、前記測定強度プロファイルを前記光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）と関連付けられた予期された強度プロファイルと比較して、
前記差から前記光学位置マークの実際の位置を測定するように構成されている、請求項１ないし１１のいずれか１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記測定強度プロファイルと前記予期された強度プロファイルとの相互相関関数（ＣＲＣ）を計算することによって前記光学位置マークの前記測定強度プロファイルと前記予期された強度プロファイルとを比較して、前記相互相関関数（ＣＲＣ）の最大の位置（ＴＰＲ）を測定するように構成されており、前記位置は前記差を表す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の光学アライメントセンサに対する前記第１の光学位置マークの推定位置にしたがって前記第１の光学位置マークが前記第１の光学アライメントセンサの近くにあるように、前記基板を動かして、
前記マーク長さよりも長い走査長さを有する測定強度プロファイルを得るために、前記第１の光学アライメントセンサで前記第１の方向の走査経路に沿って前記第１の光学位置マークを走査して、
前記第１の光学位置マークの実際の位置と前記第１の光学位置マークの前記推定位置との間の第１の差を測定するために、前記測定強度プロファイルを前記光学位置マークと関連付けられた予期された強度プロファイルと比較して、
前記第１の差から前記第１の光学位置マークの実際の位置を測定して、
前記第２の光学アライメントセンサに対する前記第２の光学位置マークの推定位置にしたがって前記第２の光学位置マークが前記第２の光学アライメントセンサの近くにあるように、前記基板を動かして、
前記マーク長さよりも長い走査長さを有する測定された強度プロファイルを得るために前記第２の光学アライメントセンサで前記第２の方向の走査経路に沿って前記第２の光学位置マークを走査して、
前記第２の光学位置マークの実際の位置と前記第２の光学位置マークの前記推定位置との間の第２の差を測定するために、前記測定強度プロファイルを前記光学位置マークと関連付けられた予期された強度プロファイルと比較して、
前記第２の差から前記第２の光学位置マークの実際の位置を測定するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）を具備する基板（１２，５１３）であって、
前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）は、第１の方向に沿って前記マーク上を走査される前記基板上のスポットに合焦される光ビーム（５１１）の０次反射の強度の変化をもたらすように構成され、前記光ビームは、所定の波長の光を有し、基板（１２，５１３）上で、ビームスポットサイズを有するスポットに合焦され、
前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）は、マーク幅（ＭＷ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、前記基板（１２，５１３）上の所定の既知の位置とを有し、前記第１の光学位置マークは、第１の方向に長手方向に延び、前記第１の方向に沿って変化する反射率を有し、
前記第１の光学位置マークは、複数の領域対（１０５）を備えた第１のメイン領域（１１０）を有し、前記領域対は、互いに幅が等しく、
各領域対（１０５）は、前記第１の方向における、第１の反射率と第１の幅とを有する第１の領域（１０１）と、前記第１の方向における、第２の反射率と第２の幅とを有する第２の領域（１０２）とを有し、前記第２の反射率は、前記第１の反射率とは異なり、前記第２の領域は、前記第１の領域（１０１）に隣接し、前記第１の領域及び前記第２の領域は、１つの領域対を形成し、
前記第１の幅、前記第２の幅、及び前記ビームスポットサイズは、１μｍないし２μｍの範囲にあり、
前記第１の領域（１０１）は、前記所定の波長と比較してサブ波長のサブ波長構造（ＳＷＳ）を有し、
前記サブ波長構造（ＳＷＳ）は、前記第１の方向と第２の方向との少なくとも一方に沿って前記第１の領域のセグメンテーションによって形成された複数の規則的なセグメントを有し、前記第２の方向は前記第１の方向に垂直である基板。
【請求項１６】
前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している第２のメイン領域（１２０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）には構造がなく、
前記第２のメイン領域（１２０）に隣接している第３のメイン領域（１３０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）は、前記第１の方向から眺めたとき、前記第１のメイン領域（１１０）と前記第３のメイン領域（１３０）との間に埋設されており、
前記第３のメイン領域（１３０）は、第３の領域対を有し、
前記第３のメイン領域の前記第３の領域対は、
第３の反射率と第３の幅とを有する第３の領域と、
第４の反射率と第４の幅とを有する第４の領域とを有し、前記第４の反射率は前記第３の反射率とは異なり、前記第４の領域は、前記第３の領域に隣接し、
前記第３の領域は、前記光ビームの前記所定の波長と比較してサブ波長のサブ波長構造を有する、請求項１５に記載の基板。
【請求項１７】
前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の第１の端部に位置された第１の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第１の端部領域（１４０）には構造がなく、
前記第３のメイン領域（１３０）に隣接している前記第１の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）の第２の端部に位置された第２の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第２の端部領域（１４０）には構造がない、請求項１６に記載の基板。
【請求項１８】
マーク高さ（ＭＨ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、基板上の所定の既知の位置とを有する第２の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）をさらに具備し、
前記第２の光学位置マーク（ＳＭＲＫ，ＤＭＲＫ，１００）は、前記第２の方向に長手方向に延び、前記第２の方向に沿って変化する反射率を有し、
前記第２の光学位置マークは、前記第１の光学位置マークと同じ構造を有する、請求項１５ないし１７のいずれか１に記載の基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィシステムにおいて基板の位置を測定する方法に関し、このシステムは、光ビームを基板に出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するための光学アライメントセンサを有する。本発明はまた、このような方法で使用するための光学位置マークに関する。本発明は、さらに、基板を処理し、このような方法を実行するように構成されたリソグラフィシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィシステムにおける位置測定は一般的に知られており、例えば米国特許第４，９６７，０８８号に述べられているように、通常、いくつかの回折次で反射された光の検出を使用する。いくつかの回折次で反射された光を使用して位置を測定することの欠点は、さまざまな回折次に対して光検出器がシステムにおいて正確に位置決めされなければならず、これにより、システムのコストを増加させることである。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又は光ビームに対する基板の傾きに敏感である。
【０００３】
米国特許第５，８２７，６２９号は、同様のシステムを開示しており、このシステムでは、露光面を備えたウェーハ及び露光マスクが配置されている。露光面は、その間に介在されたギャップをもって露光マスクに向けられている。ウェーハは、露光面上に形成された位置アライメントウェーハマークを有する。ウェーハマークは、入射光を散乱させるための線形又は点散乱源を有し、露光マスクは、入射光を散乱させるための線形又は点散乱源を有する位置アライメントマスクマークを有する。ウェーハ及び露光マスクの相対位置は、ウェーハマーク及びマスクマークに照明光を照射して、ウェーハマーク及びマスクマークの散乱源からの散乱光を観察することによって検出される。上述の従来技術の問題を少なくとも部分的に克服するために、最大反射率を有する反射性の方形と、最小反射率を有する非反射性の方形との格子縞パターンを有する基板を与えることが発明者らによって示唆されてきており、前記方形は、前記パターンに投影された光ビームの横断面の径に対応する幅を有する。ビームの反射された０次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、多数の回折次を測定することなく測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で動かされたとき、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ハイコントラストな正弦関数である。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、均質で鋭いカットオフのディスク状のプロファイルに対応せず、代わりにガウス分布のプロファイルに従い、結果として生じる反射強度信号は、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似ていない。結果として、反射されたビームの強度に基づく基板上のビームスポットの位置の測定は、あまり正確でない。
【０００４】
米国特許第７，４１８，１２５号は、マーク位置として、イメージデータにおいて、マークに対応する領域の位置を検出するための装置を開示しており、マークは、周期的に配置されたパターンを含む。第１のユニットが、イメージデータの各部分領域のエネルギースペクトル分布に対応する実空間エネルギー分布を得る。確率分布取得ユニットが、実空間エネルギー分布に基づいた確率分布を得、確率分布は、周期的に配置されたパターンの反復位置及びこの位置での周期性の強度を示す。第２のユニットが、確率分布取得ユニットによって得られた各確率分布と、マークの予め登録された確率分布との相関を得、第３のユニットは、第２のユニットによって得られた相関に基づいたマーク位置を得る。
【０００５】
リソグラフィシステムにおける基板の位置を測定する上述の方法の全ては、扱いにくく、複雑であり、不正確さなどの欠点を被る。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、単純であり、非常に高い精度（高い再現性及び繰り返し性を含む）を提供する、リソグラフィシステムにおける基板の位置を測定する方法を提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、このような方法で使用するための光学位置マーク、及びこのような方法を実行するように構成されたリソグラフィシステムを提供することである。
【０００８】
本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は、効果的な実施の形態を規定する。
【０００９】
この目的のために、第１の態様によれば、本発明は、光を、好ましくは赤色又は赤外光を出射するための光学記録ヘッドによって読み出される光学位置マークを具備する基板を提供する。前記光学位置マークは、マーク高さと、マーク長さと、基板上の所定の既知の位置とを有し、前記光学位置マークは、長手方向に沿って延び、前記長手方向に沿って前記位置マークの反射率を変えるように配置され、前記光学位置マークは、  
第１の反射率と第１の幅とを有する第１の領域と、  
前記第１の領域に隣接し、第１の領域対を形成している第２の領域とを有し、前記第２の領域は、第２の反射率と第２の幅とを有し、前記第１の幅は、前記長手方向で測定された前記第２の幅に等しく、前記第２の反射率は、前記第１の反射率とは異なり、前記第１の領域は、６３５ｎｍのような光の波長と比較してサブ波長構造を有する。
【００１０】
本発明の基板の利点は、第１の領域のサブ波長構造の用意が位置マークのプロセスの許容性を高めるということである。これは、以下のように理解されることができる。サブ波長構造は、従来のリソグラフィ又は処理技術を使用して作られることができる。前記サブ波長構造のうちの１つが正確に製造されないか存在しないと仮定しても、マークは、なおも、あまり精度を欠くことなく使用されることができる。第２の効果は、本発明で使用されたとき、サブ波長特徴が光学位置マークの高さ変化にあまり敏感でないということである。さらに、本発明による基板は、非常に規則的な構造を、すなわち、位置マーク全体にわたってある幅とある間隔とを有する。このような大きな規則性は、かなり設計容易な位置マークに帰着し、そのため、設計誤差のリスクがかなり減少される（表現を変えると、単純な光学位置マークが間違って設計される可能性が複雑な光学位置マークよりもかなり低くなる）。さらに、検証可能性（verifiability）は、このような設計でかなり高い。したがって、系統的な再現性は、本発明で規定されるようなセグメント化されたマークの設計を使用するとかなりよい。
【００１１】
一実施の形態では、前記第１の幅は、前記長手方向で測定された前記第２の幅と等しい。このような構造は、さらに大きな規則性を与える。
【００１２】
一実施の形態では、前記サブ波長構造は、前記長手方向に垂直なさらなる方向に延びている複数の規則的な縞形のセグメントを有し、各規則的なセグメントは、１つの第１のサブ領域と１つの第２のサブ領域とによって形成されている。これは、規則的なサブ波長構造をなす第１の変形例であり、実験は、これらマークを用いた結果が非常によいことを示している。
【００１３】
一実施の形態では、前記サブ波長構造は、前記長手方向に延びている複数の規則的な縞形のセグメントを有し、各規則的な縞形のセグメントは、１つの第１のサブ領域と１つの第２のサブ領域とによって形成される。これは、規則的なサブ波長構造をなす第２の変形例であり、実験は、これらマークを用いた結果が非常によく、第１の変形例よりもわずかによいことを示している。
【００１４】
一実施の形態は、さらに、複数の追加領域対を有し、各追加領域対は、前記第１の領域対と実質的に等しい。既に述べられたように、このような構造の規則性は、非常に効果的である。さらに、領域対が多くなれば特徴もより強くなる。これは、（測定強度グラフを予期された強度グラフと比較することによって）相互相関が予期された位置に対する位置マークの変位を測定するために使用される場合に効果的である。
【００１５】
一実施の形態では、前記第１の幅及び前記第２の幅は、１μｍないし２μｍの範囲にあ
る。この範囲の効果は、これら幅が、従来の光学読み取りヘッドのスポットサイズよりも大きいということであり、代表的にはスポットサイズは、１μｍないし２μｍの範囲にある。この効果は、第１の領域と第２の領域との間の反射ビーム強度のコントラストがより高いということである。
【００１６】
一実施の形態では、前記マーク長さは、少なくとも１００μｍである。マーク長さが長いほどより正確に、マーク位置が、相互相関測定、すなわち相互相関曲線の高いピークをもたらす大きな領域の相互相関を使用して測定されることができる。
【００１７】
一実施の形態では、前記サブ波長構造は、前記第２の反射率よりも低い前記第１の反射率を有する。この実施の形態におけるサブ波長構造は、光学読み取りヘッドから光ビームを効率的に吸収し、第１の領域の反射率を激しく減少させる。
【００１８】
一実施の形態では、前記第１の領域対及び前記複数の追加領域対は、第１のメイン領域を形成する。前記基板は、前記第１のメイン領域に隣接している第２のメイン領域をさらに具備し、前記第２のメイン領域には、実質的に構造がない。実質的に構造がない第２の領域の追加は、前記光学位置マークのプロセスの許容性を高め、相互相関測定を改良し、すなわち、相互相関関数がより高くより鋭いピークを示す。
【００１９】
一実施の形態では、前記第２のメイン領域に隣接している第３のメイン領域があり、前記第２のメイン領域は、前記長手方向から眺めたとき、前記第１のメイン領域と前記第３のメイン領域との間に埋設されている。この実施の形態の利点は、位置マークが２つの分離された領域により、光学的に非常に容易に検出されることができるということである。これは、例えば、顕微鏡を使用したとき、光学位置マークの位置の迅速な推定を可能にする。
【００２０】
一実施の形態では、前記第３のメイン領域は、サブ波長構造を含む第１の領域と同様にして構築されている。この実施の形態は、より大きな規則性を与え、これにより、あまりプロセスに依存せず、より大きな検証可能性を有する。
【００２１】
一実施の形態では、前記第１のメイン領域及び前記第３のメイン領域は、実質的に同一である。この実施の形態は、より大きな規則性を与え、これにより、あまりプロセスに依存せず、さらに大きな検証可能性を有する。
【００２２】
一実施の形態では、前記第１の領域と前記第３の領域とは異なる（長さ、ピッチ、構造の数など）。第１の領域と第２の領域とを互いと異なるようにすることは、追加情報を、すなわち、光学ヘッドの走査方向と比較したマークの向きの情報を与え、すなわち、左側と右側とが識別可能である。
【００２３】
一実施の形態は、前記第１のメイン領域に隣接している前記光学位置マークの第１の端部に位置された第１の端部領域をさらに具備し、前記第１の端部領域には、実質的に構造がない。実質的に構造がない端部領域の追加は、光学位置マークのプロセスの許容性を高め、相互相関測定を改良する、すなわち、相互相関関数はより高くより鋭いピークを示す。
【００２４】
一実施の形態では、前記第３のメイン領域に隣接している前記光学位置マークの第２の端部に位置された第２の端部領域をさらに具備し、前記第２の端部領域には、実質的に構造がない。実質的に構造がない端部領域の追加は、光学位置マークのプロセスの許容性を高め、相互相関測定を改良する、すなわち、相互相関関数はより高くより鋭いピークを示す。
【００２５】
一実施の形態では、前記マーク高さは、前記赤色又は赤外光の波長の複数倍である。一実施の形態では、前記マーク高さは、その方向で位置誤差に対する最も高い許容性を与えることが可能なように、より大きい。しかしながら、前記マーク高さは、代表的にはこのような幅を有するスクライブライン内に適合するように、好ましくは、４０μｍよりも小さい。
【００２６】
この目的のために、第２の態様によれば、本発明は、請求項１ないし１４に規定される本発明による基板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、  
前記基板を露光するための基板露光手段と、  
前記基板を受けるための基板キャリアとを具備し、前記基板キャリアは、前記基板の異なる部分の露光を可能にするために前記基板露光手段に対して移動可能であり、  
前記基板露光手段からほぼ一定の距離を有するようにシステムに装着された光学アライメントセンサを具備し、これにより、システムは、前記基板露光手段からほぼ一定の距離を有し、前記光学アライメントセンサは、前記基板に光ビームを出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するように構成され、  
前記リソグラフィシステムは、請求項２２ないし３１に規定されるような本発明の方法を実行するように構成されている。
【００２７】
本発明のリソグラフィシステムは、従来技術で周知の１次及び高次測定とは対照的に、０次反射光ビームの強度を測定することを利用する。本発明の基板は、本発明の基板で便利に使用されることができる。従来技術の解決策では、反射光ビームの強度の線形的な又は正弦的な変化が必要であるが、本発明ではそのような要求は全くない。本発明の方法に関して説明されるように、本発明は、反射ビームの強度を変えることに帰着する可変反射率のみを必要とする。いったん位置マークの強度グラフが知られると、本発明で必要とされるただ一つのことは、光学位置マークの実際の位置を測定するために、測定された強度グラフを既知の強度グラフと比較することである。
【００２８】
一実施の形態では、前記基板露光手段からほぼ一定の距離を有するようにシステムに装着された光学アライメントセンサを具備し、これにより、システムは、前記基板露光手段からほぼ一定の距離を有し、前記光学アライメントセンサは、前記基板にさらなる光ビームを出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するように構成され、前記リソグラフィシステムは、前記光学アライメントセンサが第１の方向で走査するのを可能にするように構成され、リソグラフィシステムは、前記さらなる光学アライメントセンサが前記第１の方向に直交する第２の方向で走査するのを可能にするように構成されている。この実施の形態は、システムに第２のアライメントセンサを提供し、前記方向の特定の１つを走査するために前記センサの各々を用いる。この効果は、前記センサの各々が１つの座標のみを測定し、（１Ｄ光学位置マークが長手方向にのみ延びている、すなわち、他の次元が同時に位置の許容性を与えることにより）同時に（測定されていない）他の座標に対する許容性を与えるということである。
【００２９】
一実施の形態では、前記第１の方向は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板の第１の移動方向と一致し、前記第２の方向は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板の第２の移動方向と一致する。両光学アライメントセンサによる測定のこのような区分は、特に、両アライメントセンサが基板露光システムの中心で交差している直交軸上に配置される場合に効果的である。
【００３０】
一実施の形態は、前記基板露光手段に対して前記基板キャリアを動かして位置決めするためのドライバーステージを有する。ドライバーステージは、フォトリソグラフィシステム、電子ビームリソグラフィシステム及びイオンビームリソグラフィシステムであることができるリソグラフィシステムを効果的に完全なものにする。
【００３１】
一実施の形態では、前記基板露光手段は、前記基板上に１以上の露光ビームを投影するように構成された光学カラムを有し、前記アライメントセンサは、前記光学カラムに装着されている。
【００３２】
一実施の形態では、前記光学カラムは、前記基板上に、電子ビームなどの多数の荷電粒子露光ビームを投影するように構成されている。
【００３３】
この目的のために、第３の態様によれば、本発明は、リソグラフィシステムにおける基板の位置を測定する方法を提供し、このシステムは、基板に光ビームを出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するための光学アライメントセンサを有する。この方法は、  
マーク幅と、マーク長さと、前記基板上の所定の既知の位置とを有する光学位置マークを有する基板を用意することを具備し、前記光学位置マークは、長手方向に沿って延び、前記長手方向に沿って前記位置マークの反射率を変えるように配置され、  
前記光学アライメントセンサに対する前記光学位置マークの推定位置にしたがって前記光学位置マークが前記アライメントセンサの実質的に近くにあるように、前記基板を動かすことと、  
前記マーク長さよりも長い走査長さを有する測定強度プロファイルを得るために、前記光学アライメントセンサで前記長手方向で走査長さに沿って前記光学位置マークを走査することと、  
前記光学位置マークの実際の位置と前記推定位置との間の差を測定するために、前記光学位置マークに関連付けられた予期された強度プロファイルと前記測定強度プロファイルを比較することと、  
前記走査経路及び前記差から前記位置マークの実際の位置を測定することとを具備する。
【００３４】
本方法は、基板の位置を測定する迅速で効率的な方法を提供する（１つの座標、例えばＸ座標又はＹ座標が測定される）。リソグラフィシステムにおいて、干渉計は、投影光学計に対するチャック又はチャック上の基板の位置を測定するために使用されることができる。さらに、リソグラフィシステムには、少なくとも１つの光学アライメントセンサが設けられ、現在の方法では、この光学アライメントセンサは、好ましくは、リソグラフィシステムの基板露光手段に対して一定の既知の距離を有する。いったん光学位置マーカーが知られると、強度プロファイルはこのマーカーで測定されるかシミュレーションされることができ、予期された強度プロファイルを与える。この方法の興味深い態様は、はじめに光学アライメントセンサに対する基板の位置のみが推定される必要があり、すなわち、例えば±２０μｍである限界精度で知られる必要があることである。この不正確さに対する許容性は、主に、横方向のマーク幅によって測定される。この推定位置を使用して、基板は、光学位置マークが光学アライメントセンサの実質的に近くにあるように動かされる。光学アライメントセンサは、続いて、測定強度プロファイルを得るためにマーク長さよりも長い走査長さで光学位置マークを走査する。後者は、長手方向で推定位置の不正確さに対する許容性を与える。次の工程では、測定強度プロファイルは、予期された強度プロファイルと比較される。ほとんどの場合、測定強度プロファイルは、ある程度、予期された強度プロファイルのシフトされた（しかし多少変形された）バージョンになり、シフトは、光学アライメントセンサに対する光学位置マークの実際の位置を表す。走査の開始位置と組み合わせたこのシフトは、位置マークの一端部の実際の位置を与える。一実施の形態では、光学位置マークの中心の位置は、光学位置マークの位置であると考えられる。
【００３５】
国際公開第２０１２／１４４９０４号は、リソグラフィシステムで使用するための基板を説明している。基板には、複数の構造のアレイを有する少なくとも部分的な反射性の位置マークが設けられている。アレイは、マークの長手方向に沿って延びている。構造は、長手方向に沿ってマークの反射率を変えるように配置され、反射率は、所定の波長に対して測定される。本出願は、国際公開第２０１２／１４４９０４号の改良を提供する。
【００３６】
本方法の一実施の形態では、前記予期された強度プロファイルを前記測定強度プロファイルと比較する工程は、  
前記プロファイル間で相互相関関数を計算することと、  
前記相互相関関数の最大の位置を測定することとを含み、前記位置は前記差を表す。この実施の形態の第１の効果は、マーカーがマーカーと関連付けられた予期された強度プロファイルと同様に知られている限り、かなりのマーカー許容性を有するということである。本発明に従う単純なマーカーが使用されることができるが、先行技術の解決策では、マーカーに対してかなりの要求が存在する。さらに、本方法は、予期された強度プロファイルの精度に対してより寛容である。予期された強度プロファイルを測定強度プロファイルと比較するとき、特に、強度プロファイルの大きな「変形」又はミスマッチがあるとき、相互相関は、強度プロファイル間のシフトを測定する非常に効果的な方法である。
【００３７】
本方法の一実施の形態では、基板を用意する工程において、前記基板は、さらなるマーク幅と、さらなるマーク長さと、前記基板上のさらなる所定の既知の位置とを有するさらなる光学位置マークを有し、前記さらなる光学位置マークは、さらなる長手方向に沿って延び、前記さらなる長手方向に沿って前記さらなる位置マークのさらなる反射率を変えるように配置され、前記さらなる長手方向は、前記長手方向に垂直であり、前記光学位置マーク及び前記さらなる光学位置マークは、位置マークカップルを形成し、この方法は、前記光学位置マークを走査する工程の後に、さらに、  
前記光学アライメントセンサに対して前記さらなる光学位置マークのさらなる推定位置にしたがって前記さらなる光学位置マークが前記光学アライメントセンサの実質的に近くにあるように、前記基板を動かすことと、  
前記さらなるマーク長さよりも長いさらなる走査長さを有するさらなる測定強度プロファイルを得るために、前記光学アライメントセンサで前記さらなる長手方向でさらなる走査経路に沿って前記さらなる光学位置マークを走査することと、  
前記さらなる光学位置マークのさらなる実際の位置と前記さらなる推定位置との間のさらなる差を測定するために、前記さらなる測定強度プロファイルを前記さらなる光学位置マークと関連付けられたさらなる予期された強度プロファイルと比較することと、  
前記さらなる走査経路及び前記さらなる差から前記さらなる位置マークの前記さらなる実際の位置を測定することとを具備する。本発明に従う光学位置マークは、（光学位置マークの長手方向に延びている第１の軸上に）光学位置マークの１つの座標を与える。この実施の形態は、位置の第２の座標を与え、第２の座標は、第１の座標の第１の軸に直交する第２の方向の軸に対応する。
【００３８】
本方法の一実施の形態では、前記さらなる測定強度プロファイルを前記さらなる予期された強度プロファイルと比較する工程は、  
前記プロファイル間のさらなる相互相関関数を計算することと、  
前記さらなる相互相関関数の最大のさらなる位置を測定することとを含み、前記さらなる位置は前記差を表す。この実施の形態の第１の効果は、マーカーがマーカーと関連付けられた予期された強度プロファイルと同様に知られている限り、かなりのマーカー許容性を有するということである。本発明に従う単純なマーカーが使用されることができるが、先行技術の解決策では、マーカーに対してかなりの要求が存在する。さらに、本方法は、予期された強度プロファイルの精度に対してより寛容である。予期された強度プロファイルを測定強度プロファイルと比較するとき、特に、強度プロファイルの大きな「変形」又はミスマッチがあるとき、相互相関は、強度プロファイル間のシフトを測定する非常に効果的な方法である。
【００３９】
本方法の実施の形態では、リソグラフィシステムは、さらなる光ビームを基板に出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するためのさらなる光学アライメントセンサを有し、リソグラフィシステムは、前記光学アライメントセンサが前記第１の方向でのみ走査するのを可能にするように構成され、リソグラフィシステムは、前記さらなる光学アライメントセンサが前記第１の方向に直交する第２の方向でのみ走査するのを可能にするように構成され、  
前記基板を用意する工程において、前記光学位置マークの長手方向は、前記第１の方向に一致し、前記さらなる光学位置マークの前記さらなる長手方向は、前記第２の方向に一致し、  
それぞれの走査する工程において、前記光学アライメントセンサは、前記光学位置マークを走査するために使用され、前記さらなる光学アライメントセンサは、前記さらなる光学位置マークを走査するために使用される。この効果は、前記センサの各々が１つの座標のみを測定し、（１Ｄ光学位置マークが長手方向にのみ延びている、すなわち、他の次元が同時に位置の許容性を与えることにより）同時に（測定されていない）他の座標に対する許容性を与えるということである。
【００４０】
本方法の一実施の形態では、前記第１の方向は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板の第１の移動方向と一致し、前記第２の方向は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板の第２の移動方向と一致する。両光学アライメントセンサによる測定のこのような区分は、特に、両アライメントセンサが基板露光システムの中心で交差している直交軸上に配置される場合に効果的である。
【００４１】
本方法の一実施の形態では、基板を用意する工程において、前記基板は、前記基板上で異なる位置に位置された第２の光学位置マークカップルを有し、前記第２の光学位置マークカップルは、第１の光学位置マークカップルと同様であり、この方法が、前記第２の光学位置マークカップルに対して繰り返される。この実施の形態は、基板の回転向きの測定を可能にする。
【００４２】
明細書に説明され示されるさまざまな態様及び特徴は、可能な限り個々に適用されることができる。これらの個々の態様、特に、添付の従属請求項に説明される態様及び特徴は、分割特許出願の主題となりうる。
【００４３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明によ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】図２は、光学カラムに対してターゲットの位置を測定するための、従来技術の位置決めシステムを示す図である。
【図３】図３は、本発明による基板と協働するビームを用意して前記基板で前記ビームの反射の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４】図４は、本発明による位置決め装置の概要の詳細を示す図である。
【図５】図５は、本発明のリソグラフィシステムの一部を示す図である。
【図６】図６は、本発明の光学位置マークを有する基板に属する、モデル化された強度プロファイルを示す図である。
【図７】図７は、本発明のリソグラフィシステムを使用して測定された測定強度プロファイルを示す図である。
【図８】図８は、図６並びに図７のチャート間の計算された相互相関関数を示す図である。
【図９】図９は、本発明による光学位置マークを有する基板を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルと組み合わせた、本発明による光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０のプロファイルを示す拡大図であり、図１０に破線の四角で囲まれた部分が拡大されている。
【図１２】図１２は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１３】図１３は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１４】図１４は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１５】図１５は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークの実施の形態を示す図である。
【図１６】図１６は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１７】図１７は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークの他の実施の形態を示す図である。
【図１８】図１８は、リソグラフィシステムの各光学アライメントセンサに対する図１０、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６並びに図１７の光学位置マークの再現性結果を示す図である。
【図１９】図１９は、リソグラフィシステムの各光学アライメントセンサに対する図１０、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６並びに図１７の光学位置マークの精度の結果を示す図である。
【図２０】図２０は、図９の光学位置マークを示すより詳細な図である。
【符号の説明】
【００４５】
２  源  
３  荷電粒子ビーム  
４  コリメータ  
５  アパーチャアレイ  
６  多数の荷電粒子小ビーム  
７  コンデンサアレイ  
８  ビームブランカアレイ  
９  ビーム停止アレイ  
１０  走査デフレクタ  
１１  合焦レンズアレイ  
１２  ターゲット（すなわち、ウェーハ）  
１３  可動ターゲットキャリア  
１４  光学カラム  
Ｌ  ロングストローク方向  
Ｓ  ショートストローク方向  
１５，１６  直線状のエッジ又は鏡  
２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ  １以上のビーム  
２０，２２  干渉計  
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  ターゲットのそれぞれの点  
５００  位置決め装置  
５５０  ビームスポット  
５１３  基板（＝ターゲット１２）  
５７１  ビーム吸収構造  
５１１  光ビーム  
５３６  ビームスプリッタ  
５１２  合焦レンズ  
５１９  ビーム強度検出器（フォトダイオード）  
５６０  グラフ  
５３１  ビーム源  
５３４  レーザー  
５３２  光ファイバ  
５３３  光学系  
５３５  コリメータレンズ  
５１８  反射ビーム  
５３６’  偏光ビームスプリッタ  
５１１’  偏光ビーム  
５３８  偏光器  
５３９  ４分の１波長板  
ＰＯ  投影光学系  
ＳＭＲＫ  （１座標のみを測定するための）第１の位置マーク  
ＤＭＲＫ  （１座標のみを測定するための）第２の位置マーク  
Ｘｗ  基板のｘ座標  
Ｙｗ  基板のｙ座標  
ＳＳ  第１の光学アライメントセンサ  
ＤＳ  第２の光学アライメントセンサ  
ＯＯ  投影光学系の中心（原点）  
Ｒｚ  ｚ軸まわりのチャックの回転誤差  
ＬＮ  レーン  
Ｉ  光強度  
ＣＲＣ  相互相関係数  
ＴＲＰ  相互相関曲線の上側領域  
１００  光学位置マーク  
１０１  第１の反射率を有する第１の領域  
１０２  第２の反射率を有する第２の領域  
１０５  領域対  
１１０  第１のメイン領域  
１２０  第２のメイン領域  
１３０  第３のメイン領域  
１４０  端部領域  
ＭＬ  マーク長さ  
ＭＨ  マーク高さ  
Ｗ  第１の領域の幅  
ＳＷＳ  サブ波長構造  
ＰＳＷ  ピッチサブ波長構造  
Ｐ  領域対のピッチ  
１００−１  サブ波長構造なしの光学位置マーク  
１００−２  長手方向のセグメンテーションを有するサブ波長構造を備えた光学位置マーク  
１００−３  横方向のセグメンテーションを有するサブ波長構造を備えた光学位置マーク  
ＷＦＲ１  マスキング層スタックのない第１のウェーハ（基板）  
ＷＦＲ２  薄いマスキング層スタックを有する第２のウェーハ（基板）  
ＷＦＲ３  より厚いマスキング層スタックを有する第３のウェーハ（基板）  
ＷＦＲ４  さらに厚いマスキング層スタックを有する第４のウェーハ（基板）  
ＷＦＲ５  最も厚いマスキング層スタックを有する第５のウェーハ（基板）  
ＭＲＫ１  第１の光学位置マーク（ピッチ１μｍ、セグメント化されていない）  
ＭＲＫ２  第２の光学位置マーク（ピッチ２μｍ、セグメント化されていない）  
ＭＲＫ３  第３の光学位置マーク（ピッチ３μｍ、セグメント化されていない）  
ＭＲＫ４  第４の光学位置マーク（ピッチ４μｍ、セグメント化されていない）  
ＭＲＫ５  第５の光学位置マーク（ピッチ２μｍ、長手方向にセグメント化されている）  
ＭＲＫ６  第６の光学位置マーク（ピッチ２μｍ、横方向にセグメント化されている）  
ＭＲＫ７  第７の光学位置マーク（ピッチ２μｍ、長手方向及び横方向にセグメント化されている）
【発明を実施するための形態】
【００４６】
既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を横切る。アパーチャアレイは、ビームを多数の荷電粒子小ビーム６に分割し、これら荷電粒子小ビーム６はコンデンサアレイ７によって集光される。ビームブランカアレイ８では、個々の小ビームがブランキングされることができ、すなわち、個々に偏向され、これらは、ビーム停止アレイ９のアパーチャを通過する代わりにこれらの軌道でその後ビーム停止アレイ９にぶつかる。そして、ブランキングされなかった小ビームは、前記小ビームの走査偏向を与えるように構成された走査デフレクタ１０を通過する。これらの軌道の終わりで、ブランキングされなかった小ビームが、例えばウェーハであるターゲット１２の表面上に前記小ビームを合焦するように構成された合焦レンズアレイ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に沿って光学カラム１４に対してターゲットを移動させるように構成された可動ターゲットキャリア１３に置かれる。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移動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つの直交方向でのターゲットの微調整移動、及び３つの直交軸に沿ったターゲットの微調整回転のために、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、ロングストロークアクチュエータを使用して光学カラム１４の下でターゲットを移動させ、走査デフレクタ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を露光することによって、段階的に（strip-by-strip）露光される。ストリップ全体がかくしてパターン化されたとき、ショートストロークアクチュエータは、Ｓ方向でストリップの幅に対応する距離だけターゲットを移動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。
【００４７】
構造が複数のストリップにわたって広がっているとき、あるい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、例えば半導体デバイスの異なる層をパターン化するとき、重ねられた層が特定の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。このようなアラインメントは、光学カラム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。
【００４８】
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示す概略的な上面図であり、光学カラム１４の位置がターゲット１２を保持す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、ロングストローク方向Ｌに沿って複数のストリップに分けられる。ターゲットの点ｐ１がリソグラフィシステムの光学カラム１４の下に置かれたとき、ターゲット１２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ために、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光学カラム１４の下で動かされたとき、ストリップのいかなる部分にも小ビームが到達することができる。ターゲット１２の点Ｐ２が光学カラム１４の下にあるとき、ショートストロークアクチュエータがロングストローク方向Ｌに垂直な方向にターゲットを動かす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が光学カラム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、直線状のエッジ１５、１６、又は鏡が設けられ、エッジ１５はロングストローク方向Ｌに垂直であり、エッジ１６はショートストローク方向Ｓに垂直である。エッジ１５、１６は、干渉計とターゲットキャリア１３のそれぞれのエッジ１５、１６との間の距離の変化のトラックを保つために、干渉計２０、２２からのそれぞれ１以上のビーム２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂを反射するように構成されている。これら距離の変化に基づいて、光学カラム１５に対するターゲット１２の位置が計算され、すなわち、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。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よって引き起こされなくても、距離の変化が計算された位置の変化につながる。例えば、エッジ１５が変形したとき、エッジの傾きの変化やエッジ１５に入射する干渉計のビーム２１ａの焦点の変化が起こり、光学カラム１４に対するターゲット１２の計算された位置が変わる。さらに、干渉計２０の位置又は向きのいかなる変化も、計算された位置に同様に影響する。
【００４９】
図３は、本発明による基板５１３のビームスポット５５０のアラインメントと位置との少なくとも一方を検出するための、本発明による位置決め装置５００を概略的に示す図である。基板５１３は、部分的な反射面を有し、この反射面は、実質的に一定の反射率を有し、この反射面には、ビーム吸収構造５７１が設けられ、長手方向Ｌに沿った基板の正反射率を変化させる。所定の波長の光ビーム５１１は、ビームスプリッタ５３６を通過され、基板５１３上のスポットに合焦レンズ５１２によって合焦され、そこで部分的に反射される。反射ビームの強度は、ビーム強度検出器５１９によって検出される。グラフ５６０は、基板が長手方向に沿って、すなわ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のスポットの位置のプロットを示す。位置決め装置は、基板上のビームスポットのアラインメントをするように構成されている。これは、特に、パターンのいくつかの層が同じターゲットの個別の処理セッション中に重なるとき、有用である。いったんターゲットがアライメントされると、位置は、干渉計などの技術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。
【００５０】
あるいは、位置決め装置は、検出された強度信号に見られるピークの数に基づいて、ターゲットの処理中、例えばリソグラフィシステムでのターゲットの準備中や露光中、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。見られるピークの数及び実際に検出された強度値に基づいて、より正確な位置が測定されることができる。
【００５１】
図４は、本発明によるより詳細な位置決め装置５００を概略的に示す図である。位置決め装置は、本発明による基板５１３上のビームスポット５５０の位置を検出するように構成されている。ビーム源５３１は、６００〜６５０ｎｍの範囲の、約６３５ｎｍの波長の光ビーム５１１を与えるためのレーザー５３４を有する。ビーム源５３１は、さらに、光学系５３３に向かってレーザー５３４から光ビーム５１１をガイドするための光ファイバ５３２を有する。光ファイバ５３２を出たビームは、好ましくは、ほとんど完全なガウス関数のプロファイルを有し、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５３２からビーム５１１をコリメートするように配置されたコリメータレンズ５３５を有する。しかしながら、ファイバが使用されず、レーザー又は他のビーム生成装置がコリメートされたビームを与えるとき、このようなコリメータレンズ５３５は必要でなくてもよい。
【００５２】
光学系５３３は、さらに、基板５１３の表面に向かってビーム５１１を向けるために、ビームスプリッタ５３６を有する。光学系の合焦レンズ５１２は、表面５１３上にビーム５１１を合焦する。反射ビーム５１８は、基板５１３でビーム５１１の正反射によって生成される。合焦レンズ５１２もまた、反射ビーム５１８をコリメートするために使用されることができる。反射ビーム５１８は、ビームスプリッタ５３６によってビーム強度検出器５１９に向けられる。
【００５３】
ビーム強度検出器５１９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５１９は、光起電力モードで動作する非バイアスシリコンＰＩＮダイオードを有してもよい。このモードは、フォトダイオードのバイアスモード動作に対して生成された熱量を低下させることができる。ビーム強度検出器はまた、フォトダイオードからの電流を、フィルタ処理されることができる電圧に変換するための演算増幅器を有してもよい。フィルタ処理された電圧は、光学系５３３に対する表面５１３の位置又は変位を測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。
【００５４】
ビーム強度検出器５１９の作用面積は、ビームスプリッタを出るエネルギーの実質的に全てが検出されるように、ビームスプリッタを出る反射光ビームの径よりも大きい。しかしながら、ビームスプリッタ５３６とビーム強度検出器５１９との間に位置された他の合焦レンズ（図示されない）が、ビーム強度検出器５１９に反射光ビームを合焦させるために使用されてもよい。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５３６を出る反射光ビームの直径よりも小さくなることができる。
【００５５】
非偏光ビームスプリッタ５３６では、光ビーム５１１の５０％が基板５１３に向けられ、他の５０％が失われうる場合がありうる。また、５０％のみの反射光ビームがビーム強度検出器５１９に向けられ、他の５０％が失われうる。これは、ビーム５１１の７５％が失われることを示唆し、すなわち、位置とアライン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。
【００５６】
それ故、偏光ビームスプリッタ５３６’が、本発明によるマーク位置検出器の装置の実施の形態で使用されることができる。その場合、ビーム源５３１は、偏光ビーム５１１’を与えることができる。ビーム源は、非偏光ビームを偏光ビーム５１１に変換するように配置された偏光子５３８を有することができる。光ビーム５１１は、Ｓ偏光ビームであることができ、これは、ドットによって図に示される。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ５３６’は、基板の表面に向かってＳ偏光ビームをガイドするように配置されることができる。光学系は、さらに、４分の１波長板５３９を有し、これは、ビームスプリッタ５３６’と合焦レンズ５１２との間に位置されることができる。光ビーム５１１’が４分の１波長板５３９を通って進行したとき、図に曲がった矢印で示されるように、その偏光がＳ偏光から右円偏光に変更される。ビーム５１１’が表面５１３で反射されたとき、偏光は再び変わることができる。反射光ビームは、図に他の曲がった矢印で示されるように、左円偏光を有することができる。反射光ビーム５１８が４分の１波長板５３９を通って進行したとき、その偏光は、左円偏光から図にまっすぐな矢印で示されるＰ偏光に変更される。偏光ビームスプリッタ５３６’は、光強度検出部５１９に向かってＰ偏光反射光ビームをガイドするように配置されている。
【００５８】
偏光ビーム５１１’及び反射光５１８及び偏光ビームスプリッタ５３６’の使用は、ビームスプリッタ５３６’中の迷光、後方反射及びエネルギー損失の減少をもたらす。
【００５９】
図５は、本発明のリソグラフィシステムの一部を示す図である。この部分は、可動ターゲットキャリア（又はチャック）を有する。既に述べられたように、チャックの位置は、干渉計（図示されない）からの１以上のビーム２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂを使用して測定される。このような位置は、リソグラフィシステムの投影光学系ＰＯに対して測定される。しかしながら、チャック１３の位置が知られているという事実にもかかわらず、なおも、投影光学系ＰＯに対するターゲット１２（基板又はウェーハ）の正確な位置は知られていない。チャック１３上の基板１２の位置及び向きが、この後で粗い位置として参照される、例えば±２０μｍである制限された精度で知られるように、特別なクランプ測定手段が取られることができる。基板１２には、ウェーハの座標系に対して既知の位置を有する光学位置マークＳＭＲＫ、ＤＭＲＫが設けられている。正確な位置、すなわち、投影光学系ＰＯに対する光学位置マークのウェーハの座標Ｘｗ、Ｙｗが、光学位置マークＳＭＲＫ、ＤＭＲＫの粗い位置の知識を使用して測定される。これら位置は、特許請求の範囲に記載されるような本発明の方法で２つの光学アライメントセンサＳＳ、ＤＳを使用して測定される。光学アライメントセンサＳＳ、ＤＳは、各々、投影光学系ＰＯに対して固定された既知の相対位置を有する。この実施の形態では、各光学アライメントセンサＳＭＲＫ、ＤＭＲＫは、１方向のみを測定する（したがって、１つの軸のみに対する位置を測定する）ものである。これは、投影光学系ＰＯに対してＸ軸の方向に移動された第１の光学アライメントセンサＳＳが、ｘ軸Ｘｗに従う方向で第２の位置マークＤＭＲＫを測定するようにしてなされる。投影光学系ＰＯに対してＹ軸の方向に移動された第２の光学アライメントセンサＤＳが、Ｙ軸Ｙｗに従う方向で第１の位置マークＳＭＲＫを測定する。この結果、ｚ軸のまわりのチャック１３の回転誤差Ｒｚが、ある程度まで、すなわち、前記光学位置マークＳＭＲＫ、ＤＭＲＫの幅によって許容される。基板（又はウェーハ）１２は、代表的には、複数のレーンＬＮを有し、各々が、複数のダイ（図示されない）を有する。全てのダイが、スクライブライン、すなわち、スクライブラインを通って切断することによってダイを分離するために残された領域で互いに分離されている。光学アライメントマークは、好ましくは、このようなスクライブライン内にあり、これにより、不必要な領域が失われない。
【００６０】
次の図は、本発明に従って基板の位置を測定する方法をさらに示している。図６は、本発明の光学位置マークを有する基板に属する、モデル化された強度プロファイルを示す図である。図７は、本発明のリソグラフィシステムを使用して測定された測定強度プロファイルを示す図である。図８は、図６並びに図７のチャート間の計算された相互相関関数を示す図である。既に説明されたように、本発明に従う基板５１３は、所定の波長の光を、好ましくは、赤色又は赤外光を、特に６３５ｎｍの光を出射するための光学記録ヘッド５００によって読み出される光学位置マークＳＭＲＫ、ＤＭＲＫを有する。光学位置マークＤＭＲＫ、ＳＭＲＫは、基板５１３上に、マーク幅と、マーク長さと、所定の既知の位置とを有する。光学位置マークＤＭＲＫ、ＳＭＲＫは、長手方向Ｘ、Ｙに沿って延び、長手方向に沿って位置マークの反射率を変えるように配置されている。光強度Ｉが長手方向の位置Ｘに対してプロットされたとき、図６に示されるような強度プロファイルが得られる。図６のプロファイルがシミュレーションされており、これは、図９、図１５ないし図１７、図２０を参照して後に説明されるように、光学位置マークに基づいている。このようなプロファイルがシミュレーションされることは必須ではない。あるいは、これは、このような光学位置マークを有するテスト基板上で測定されてもよい。本発明にとって重要なことは、本方法が実行される前に、少なくとも、予期された強度プロファイルが得られるということである。続いて、粗い（正確でない）位置を使用して、光学アライメントセンサが、光学位置マーク上を走査して強度プロファイルを測定するために使用される。走査経路は、マーク長さよりも意図的に長く選択され、粗い位置のこのような不正確さも、少なくとも、走査経路が光学位置マークを完全にカバーすることを確実にすることを考慮している。図７は、測定強度プロファイルを示す図である。図６のプロファイルと図７のプロファイルとを比較したとき、いくつかの差が観察される。第１に、周期的に変わる反射率を有する領域間の中心がシフトされる。投影光学系に対する光学位置マークの正確な位置に対する測定を与えるのは正確にはこのシフトである。第２に、測定強度プロファイルは、測定強度プロファイルの幾分変形したバージョンである。第３に、両プロファイルのスケールはかなり異なる。このような変形及びスケールの差は、先行技術の解決策では、測定から位置を測定する際の困難さをもたらす。しかしながら、本発明は、測定強度プロファイルと予期された（シミュレーションしたか測定した）強度プロファイルとの間のシフトを測定するための相互相関方法と組み合わせた非常に単純な位置マークを使用することによって、このような問題を便宜的に回避する。図８は、相関関係の図６並びに図７から得られる起こりうる相互相関曲線を示す図である。このような相互相関の計算は、当業者に周知であると考えられる。このトピックに関してさまざまな教科書が利用可能である。図８は、強度プロファイルのシフトの関数としての相互相関係数ＣＲＣを示す図である。図は、図７が約０．１５μｍの距離にわたってシフトされたとき、相互相関係数が（頂部領域ＴＰＲ���で）最も高い、すなわち、その場合、両強度プロファイルが互いに同様に最大であることを明らかに示している。０．１５μｍのこの図は、投影光学系に対する基板の正確な位置を得るために、既に述べられた粗い位置に加えられる補正ファクタである。
【００６１】
曲線中にはっきり見えるピークとは別に、この曲線上に重畳された、周期的に変化する成分があることが観察されることができる。ピークが測定された曲線の実際のシフトに対してわずかにシフトされているという点で相互相関測定をゆがめうるので、このような変化する成分は誤差を引き起こしうる。測定された位置のかなり高い精度につながる重要な改良は、まず内挿し、曲線の頂部領域ＴＰＲのまわりをフィルタ処理することであり、これにより、この変化する成分が少なくとも実質的に取り除かれる。続いて、シフトが、相互相関曲線から測定されることができる。
【００６２】
図９は、本発明による光学位置マークを有する基板を概略的に示す図である。この実施の形態は、第１のメイン領域１１０と、第１のメイン領域１１０に隣接している第２のメイン領域１２０と、第２のメイン領域１２０に隣接している第３のメイン領域１３０とを有する。これら領域は、光学位置マークが長手方向Ｘに延びているように位置している。光学位置マーク１４０の両端部には、端部領域１４０が設けられる。第２のメイン領域１２０及び端部領域１４０は、空の領域であり、すなわち、構造がなく、これにより、高い反射率を有する。第１のメイン領域１１０及び第３のメイン領域１３０は、吸収構造を有し、これにより、空の領域１２０，１４０の反射率よりも低い反射率を有する。光学位置マークが中間に空の領域を有することは必須ではない。このような領域は、位置マークの光学的視界を高めるので、実験中に素早く見つけられることができる。端部領域１４０が空であることもまた必須ではない。しかしながら、このような空の領域は、相互相関係数曲線の形状に肯定的な影響を及ぼす、すなわち、ピークが高くなる。なぜならば、光学位置マークがその環境からより容易に識別されることができるからである。この例において、第１の領域１１０及び第３の領域１３０は、１００μｍの長さを有し、第２のメイン領域１２０は、５０μｍの長さを有する。この例における端部領域１４０は、異なる長さ、すなわち１００μｍ及び５０μｍを有する。しかしながら、これらの領域が異なる長さを有することは必須ではない。光学位置マークの高さＭＨは、好ましくは、４０μｍよりも小さく、これは、従来のスクライブラインに適合する最大寸法である。代表的には、マーク高さＭＨは、ここに説明される実施の形態では、４０μｍよりもわずかに小さい。最大寸法に近い値を選択する理由は、その方向での位置決め精度のための最大の許容差、すなわち±２０μｍを得るためである。合計のマーク長さＭＬは、４５０μｍである。
【００６３】
第１のメイン領域１１０及び第２のメイン領域１３０内には、複数の領域対１０５がある。各領域対１０５は、第１の反射率（一般に低い）を有する第１の領域（又はサブ領域）１０１と、第１の反射率とは異なる第２の反射率（一般に高い）を有する第２の領域１０２とを有する。第１の領域１０１は、第２の領域１０２の幅に等しい幅Ｗを有する。したがって、各領域対１０５のピッチは、幅Ｗの２倍である。選択されたピッチＰに応じて、所定の数の領域対がメイン領域１１０、１３０内に適合する。図９に観察されることができるように、本発明の光学位置マークは、非常に規則的な構造を有し、これは、ここに既に述べられたように、効果的である。
【００６４】
図９は、本発明に従う３つのレベルのセグメンテーション、すなわち、サブ波長構造ＳＷＳを有する低い係数を有する（黒い）領域１０１をさらに示す図であり、サブ波長は、光学位置マークを走査するために光学読み取り装置で使用される光の波長に対して規定される。現在の例では、サブ波長構造は、２００ｎｍのサブ波長ピッチＰＳＷである（幅が１００ｎｍ、間隔が１００ｎｍである）。ＤＶＤ読み取りヘッドが使用された場合、光の波長は、代表的には６３５ｎｍ（赤信号）である。規則性を高く保つために、セグメンテーションは、水平であるか、垂直であるか、図に示されるようなドット（垂直及び水平のセグメンテーション）であることができる。図２０は、３つの異なるシナリオ、すなわち、サブ波長構造なし１００−１、長手方向のセグメンテーションを備えたサブ波長構造１００−２、横方向のセグメンテーションを備えたサブ波長構造１００−３に対する図９の光学位置マークの詳細を示す図である。
【００６５】
図１０は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルと組み合わせた、本発明による光学位置マークＭＲＫ１の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、１μｍである。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。したがって、第１の領域１０１の幅は５００ｎｍであり、赤い可視光が光学位置マークの強度プロファイルを読むために使用された場合、サブ波長の寸法である。電子ビーム装置のなどのリソグラフィシステムの動作上の使用中、基板の上部にマスキング層が設けられる。このようなマスキング層は、少なくとも電子ビームレジストを含むが、より多くの層を含んでもよい。さらに、各々が異なるマスキング層スタックを有する５つの異なるウェーハＷＦＲ１、ＷＦＲ２、ＷＦＲ３、ＷＦＲ４、ＷＦＲ５が、本発明の位置測定方法によるこれら層への影響を測定するためにテストされた。第１のウェーハＷＦＲ１では、基板にはマスキング層がない。第２〜第５のウェーハでは、基板は、第２のウェーハＷＦＲ２から第５のウェーハＷＦＲ５まで増加する厚さを有する（スピンオンカーボンなどの）ハードマスク層と組み合わせた電子ビームレジスト層を有するマスキング層スタックを有する。ハードマスク層とレジスト層との間に反射防止コーティング層や粘着層のようなさらなる層があってもよい。図１０から、第２のウェーハＷＦＲ２及び第３のウェーハＷＦＲ３が強度値で最大のダイナミックレンジを有することが観察される。図１０から、明白に、光学位置マークのメイン領域及び端部領域が観察されることができ、すなわち、これらの領域が入射光を少なくとも部分的に吸収するか散乱する構造を有するので、光強度は、第１のメイン領域１１０及び第３のメイン領域１３０に対して最も低い。
【００６６】
図１１は、図１０のプロファイルを示す拡大図であり、図１０に破線の四角で囲まれた部分が拡大されている。実験では、スポットサイズは約１．５μｍであり、ピッチＰよりも大きいことが留意されるべきである。拡大図は、端部領域１４０から第１のメイン領域１１０への遷移での光強度プロファイルを示している。第１に、その上に重畳された変化により、高い値（端部領域での最大反射）から低い値に光強度が落ちることが観察される。この変化は、構造から空への遷移により起こり、逆もまた起こる。これらの変化の周期は１μｍである。なぜならば、（長手方向で表面上を走査されたとき）スポットは交互であるようにして１ないし２の構造を覆っているからである。さらに、（スピンオンカーボンを含む）マスキング層スタックが増加するので、光強度は落ち、メイン領域と端部領域と中間領域との間の差は、より小さくなる。
【００６７】
図１２は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークＭＲＫ２の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、ピッチＰは２μｍである。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。この実施の形態では、他の現象が観察され、すなわち、各遷移のところに光強度の最小値がある。したがって、この変化の周期は１μｍである（ピッチＰの半分）。マスキング層スタックがない状態で、端部領域１４０とメイン領域１１０、１３０との間の光強度の差がかなり低いことが目立って観察される。
【００６８】
図１３は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークＭＲＫ３の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、３μｍである。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。各遷移のところに光強度の最小値がある。したがって、この変化の周期は１．５μｍである（ピッチＰの半分）。
【００６９】
図１４は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明による光学位置マークＭＲＫ４の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、４μｍである。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。第１の領域１０１内には、さらなるセグメンテーションはない。各遷移のところに光強度の最小値がある。したがって、この変化の周期は、２μｍである（ピッチＰの半分）。
【００７０】
図１５は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークＭＲＫ５の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、２μｍである。第１の領域１０１内には、長手方向のセグメンテーションがある。この実施の形態では、目立った観察がなされることができる。光強度の最小値が、遷移のところに代わって（セグメント化された）特徴の中間に観察される。さらに、この変化の周期は、ピッチＰと等しい。さらに、上述のことが全てのテストされたマスキング層スタックに対して有効であるということが目立って観察される。表現を変えると、サブ波長特徴は追加の効果を与え、すなわち、（光学位置マークを使用した）本発明の位置を測定する方法は、基板の上部に使用されるマスキング層スタックにあまり敏感ではない。サブ波長特徴のピッチは、２００ｎｍである。
【００７１】
図１６は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークＭＲＫ６の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、２μｍである。第１の領域１０１内には、横方向のセグメンテーションがある。この位置マークＭＲＫ６に対する結果は、図１５の第５の位置マークＭＲＫ５のものと同等である。同様に、この実施の形態は、図１５と同じ追加の効果を有し、すなわち、基板の上部に使用されるマスキング層スタックに対してより低い感度を有する。サブ波長特徴のピッチは、２００ｎｍである。
【００７２】
図１７は、さまざまなマスクスタックに対するこのようなマークの測定強度プロファイルの拡大図と組み合わせた、本発明によるサブ波長特徴を有する光学位置マークＭＲＫ７の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態のピッチＰは、２μｍである。第１の領域１０１内には、長手方向及び横方向のセグメンテーションがある。この位置マークＭＲＫ７に対する結果は、図１５及び図１６の第５の位置マークＭＲＫ５及び第６の位置マークＭＲＫ６のものよりわずかに悪い。同様に、この実施の形態は、それと同じ追加の長所を有する、すなわち、基板の上部に使用されるマスキング層スタックへのより低い感度を有する。強度プロファイルの曲線形状がそれと異なることが観察される。任意の理論によって拘束されることなく、これは、図１７の２つのセグメンテーションが、両偏光方向の光がこれら構造によって吸収される（したがってサブ波長構造を局に効果的に変える）ことを確実にするという事実によって説明されることができると仮定され、一方、図１５および図１６では、吸収は、主に、偏光方向の１つに対するものである。サブ波長特徴のピッチは、２００ｎｍである。
【００７３】
図１０ないし図１７の実験からの一般的な結論は、以下の通りである。  
ａ）全ての光学位置マークが観察可能である。  
ｂ）強度信号の振幅は、所定のマスキング層スタックの厚さに対して減少し、これは、位置マークタイプとは無関係らしい。  
ｃ）サブ波長特徴を与える、セグメント化された光学位置マークは、より高い再現性を与える。
【００７４】
図１８は、リソグラフィシステムの各光学アライメントセンサに対する図１０、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６並びに図１７の光学位置マークの再現性結果を示す図である。再現性は、位置又はアラインメントの測定での重要な性能指標である。５つのウェーハＷＦＲ１、ＷＦＲ２、ＷＦＲ３、ＷＦＲ４、ＷＦＲ５の各々に対して（各々が既に説明された異なるマスキング層スタックを有する）、再現性が測定された。再現性は、以下のようにして測定された。各ウェーハに対して、光学位置マークの位置が、ウェーハ上の５つの異なる位置で測定され、この測定が３０回繰り返され、これが、第１の光学アライメントセンサＳＳと第２の光学アライメントセンサＤＳとの両方に対して繰り返された。図１８のバーは、５つの位置（又はフィールド）全てに対する平均再現性を表す。誤差バーは、５つの位置の最良及び最悪の再現性の間の範囲を与える。この図１８からの最も重要な結論は、セグメントを有するマークが系統的によりよい再現性を示すということである。
【００７５】
図１９は、リソグラフィシステムの各光学アライメントセンサに対する図１０、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６並びに図１７の光学位置マークの精度の結果を示す図である。実験では、各光学位置マークが３列で並べられた。精度測定では、外部マークに関する平均オフセットマークは、フィールド平均につき１つのウェーハ当たりで計算された。図１９は、５つのフィールドの平均（絶対的）オフセットを示す図である。結果は、マークタイプにつき１つのウェーハ当たりで示される。さらに、これら実験は、第１の光学アライメントセンサＳＳと第２の光学アライメントセンサＤＳとの両方に対して行われた。図１９からの重要な結論は、セグメントを有するマークが系統的によりよい精度を示すということである。
【００７６】
本発明は、一般的に、リソグラフィシステムにおいて基板の位置を測定する方法に関する。本発明は、さまざまな適用分野に適用されることができ、例えば、  
基板をアライメントするための基板上の光学位置マーク、  
基板キャリアをアライメントするための基板キャリア上の光学位置マーク、  
チャックをアライメントするためのチャック上の光学位置マーク、  
マスク上の光学位置マーク、  
電子ビームマシンにおけるビーム測定基板のような補助の基板上の光学位置マークに適用されることができる。
【００７７】
上の説明は、好ましい実施の形態の動作を示すために包含され、本発明の範囲を限定するのが目的でないことが理解される。上記の議論から、本発明の範囲に包含される変形例が当業者に明らかであろう。
【００７８】
さらに、上の記載及び添付の特許請求の範囲において「複数回」との用語が使用される場合、これは２回以上を包含することを意味することが理解されるべきである。
出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を以下に付記する。
［１］所定の波長の光を、好ましくは赤色又は赤外光を、特に６３５ｎｍの光を出射するための光学記録ヘッド（５００）によって読み出される光学位置マーク（１００）を具備する基板（１２，５１３）であって、前記光学位置マーク（１００）は、マーク高さ（ＭＨ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、基板（１２，５１３）上の所定の既知の位置とを有し、前記光学位置マーク（１００）は、長手方向（ｘ）に沿って延び、前記長手方向（ｘ）に沿って前記位置マーク（１００）の反射率を変えるように配置され、前記光学位置マーク（１００）は、第１の反射率と第１の幅（Ｗ）とを有する第１の領域（１０１）と、前記第１の領域（１０１）に隣接し、第１の領域対（１０５）を形成している第２の領域（１０２）とを有し、前記第２の領域（１０２）は、第２の反射率と第２の幅（Ｗ）とを有し、前記第２の反射率は、前記第１の反射率とは異なり、前記第１の領域（１０１）は、前記所定の波長の光の波長と比較してサブ波長構造（ＳＷＳ）を有する基板（１２，５１３）。
［２］前記サブ波長構造（ＳＷＳ）は、前記長手方向（ｘ）に垂直なさらなる方向（ｙ）に延びている複数の規則的な縞形のセグメントを有し、各規則的なセグメントは、１つの第１のサブ領域と１つの第２のサブ領域とによって形成されている［１］の基板（１２，５１３）。
［３］前記サブ波長構造（ＳＷＳ）は、前記長手方向（ｘ）に延びている複数の規則的な縞形のセグメントを有し、各規則的な縞形のセグメントは、１つの第１のサブ領域と１つの第２のサブ領域とによって形成されている［１］の基板（１２，５１３）。
［４］第１の領域対（１０５）と、少なくとも第２の領域対（１０５）とをさらに具備し、前記第２の領域対（１０５）は、前記第１の領域対（１０５）と実質的に等しい［１］ないし［３］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［５］前記第１の幅（Ｗ）及び前記第２の幅（Ｗ）は、１μｍないし２μｍの範囲にある［１］ないし［４］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［６］前記マーク長さ（ＭＬ）は、少なくとも１００μｍである［１］ないし［５］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［７］前記サブ波長構造（ＳＷＳ）は、前記第２の反射率よりも低い前記第１の反射率を有する［１］ないし［６］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［８］前記第１の領域対（１０５）及び前記第２の領域対（１０５）は、第１のメイン領域（１１０）を形成し、前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している第２のメイン領域（１２０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）には、実質的に構造がない［４］に直接又は間接的に従属する限りにおいて［４］ないし［７］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［９］前記第２のメイン領域（１２０）に隣接している第３のメイン領域（１３０）をさらに具備し、前記第２のメイン領域（１２０）は、前記長手方向（ｘ）から眺めたとき、前記第１のメイン領域（１１０）と前記第３のメイン領域（１３０）との間に埋設されている［８］の基板（１２，５１３）。
［１０］前記第３のメイン領域（１３０）は、サブ波長構造を有する前記第１の領域（１０１）と同様にして構築されている［９］の基板（１２，５１３）。
［１１］前記第１のメイン領域（１１０）と前記第３のメイン領域（１３０）とは、実質的に同一である［１０］の基板（１２，５１３）。
［１２］前記第１のメイン領域（１１０）に隣接している前記光学位置マーク（１００）の第１の端部に位置された第１の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第１の端部領域（１４０）には、実質的に構造がない［９］ないし［１１］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［１３］前記第３のメイン領域（１３０）に隣接している前記光学位置マーク（１００）の第２の端部に位置された第２の端部領域（１４０）をさらに具備し、前記第２の端部領域（１４０）には、実質的に構造がない［９］ないし［１２］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［１４］前記マーク高さは、前記赤色又は赤外光の波長の複数倍である［１］ないし［１３］のいずれか１の基板（１２，５１３）。
［１５］［１］ないし［１４］のいずれか１の基板を処理するためのリソグラフィシステムであって、システムは、基板露光手段（１，ＰＯ）からほぼ一定の距離を有するようにシステムに装着された光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）を具備し、前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）は、前記基板（１２，５１３）に光ビーム（５１１）を出射して０次反射光ビーム（５１８）の強度プロファイルを測定するように構成され、リソグラフィシステムは、［２１］ないし［２７］の方法を実行するように構成されているリソグラフィシステム。
［１６］前記基板露光手段（１，ＰＯ）からほぼ一定の距離を有するようにシステムに装着されたさらなる光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）をさらに具備し、前記光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）は、前記基板（１２，５１３）にさらなる光ビーム（５１１）を出射して０次反射光ビーム（５１８）の強度プロファイルを測定するように構成され、リソグラフィシステムは、前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，５００）が第１の方向（ｙ）で走査するのを可能にするように構成され、リソグラフィシステムは、前記さらなる光学アライメントセンサ（ＤＳ，５００）が前記第１の方向（ｙ）に直交する第２の方向（ｘ）で走査するのを可能にするように構成されている［１５］のリソグラフィシステム。
［１７］前記第１の方向（ｙ）は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板（１２，５１３）の第１の移動方向（Ｌ）と一致し、前記第２の方向（Ｘ）は、リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板（１２，５１３）の第２の移動方向（Ｓ）と一致する［１６］のリソグラフィシステム。
［１８］前記基板露光システム（１）に対して前記基板キャリア（１３）を動かして位置決めするためのドライバーステージをさらに具備する［１５］ないし［１７］のいずれか１のリソグラフィシステム。
［１９］前記基板露光手段（１，ＰＯ）は、前記基板（１２，５１３）上に１以上の露光ビームを投影するように構成された光学カラム（ＰＯ）を有し、前記アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）は、前記光学カラム（ＰＯ）に装着されている［１５］ないし［１８］のいずれか１のリソグラフィシステム。
［２０］前記光学カラム（ＰＯ）は、前記基板（１２，５１３）上に、電子ビームなどの多数の荷電粒子露光ビームを投影するように構成されている［１９］のリソグラフィシステム。
［２１］リソグラフィシステム（１）における基板（１２，５１３）の位置を測定する方法であって、前記システム（１）は、前記基板（１２，５１３）に光ビーム（５１１）を出射して０次反射光ビーム（５１８）の強度プロファイルを測定するための光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）を有し、この方法は、マーク幅（ＭＷ）と、マーク長さ（ＭＬ）と、前記基板上の所定の既知の位置とを有する光学位置マーク（１００）を有する基板（１２，５１３）を用意することを具備し、前記光学位置マーク（１００）は、長手方向（ｘ）に沿って延び、前記長手方向（ｘ）に沿って前記位置マーク（１００）の反射率を変えるように配置され、前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）に対する前記光学位置マーク（１００）の推定位置にしたがって前記光学位置マーク（１００）が前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）の実質的に近くにあるように、前記基板（１２，５１３）を動かすことと、前記マーク長さ（ＭＬ）よりも長い走査長さを有する測定強度プロファイルを得るために、前記光学アライメントセンサ（１００）で前記長手方向で走査経路に沿って前記光学位置マーク（１００）を走査することと、前記光学位置マーク（１００）の実際の位置と前記推定位置との間の差（ｘ）を測定するために、前記測定強度プロファイルを前記光学位置マーク（１００）と関連付けられた予期された強度プロファイルと比較することと、前記走査経路及び前記差から前記位置マークの実際の位置を測定することとを具備する方法。
［２２］前記測定強度プロファイルを前記予期された強度プロファイルと比較する工程は、前記プロファイル間の相互相関関数（ＣＲＣ）を計算することと、前記相互相関関数（ＣＲＣ）の最大の位置（ＴＰＲ）を測定することとを含み、前記位置は前記差を表す［２１］の方法。
［２３］前記基板（１２，５１３）を用意する工程において、前記基板（１２，５１３）は、さらなるマーク幅（ＭＷ）と、さらなるマーク長さ（ＭＬ）と、前記基板（１２，５１３）上のさらなる所定の既知の位置とを有するさらなる光学位置マーク（１００）を有し、前記さらなる光学位置マーク（１００）は、さらなる長手方向（ｙ）に沿って延び、前記さらなる長手方向（ｙ）に沿って前記さらなる位置マーク（１００）のさらなる反射率を変えるように配置され、前記さらなる長手方向（ｙ）は、前記長手方向（ｘ）に垂直であり、前記光学位置マーク（１００）及び前記さらなる光学位置マーク（１００）は、位置マークカップルを形成し、この方法は、前記光学位置マークを走査する工程の後に、さらに、前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）に対する前記さらなる位置マーク（１００）のさらなる推定位置にしたがって前記さらなる光学位置マーク（１００）が前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）の実質的に近くにあるように、前記基板（１２，５１３）を動かすことと、前記さらなるマーク長さ（ＭＬ）よりも長いさらなる走査長さを有するさらなる測定強度プロファイルを得るために、前記光学アライメントセンサ（ＳＳ，ＤＳ）で前記さらなる長手方向でさらなる走査経路に沿って前記さらなる光学位置マーク（１００）を走査することと、前記さらなる光学位置マーク（１００）のさらなる実際の位置と前記さらなる推定位置との間のさらなる差を測定するために、前記さらなる測定強度プロファイルを前記さらなる光学位置マーク（１００）と関連付けられたさらなる予期された強度プロファイルと比較することと、前記さらなる走査経路及び前記さらなる差から前記さらなる位置マークの前記さらなる実際の位置を測定することとを具備する［２１］又は［２２］の方法。
［２４］前記さらなる測定強度プロファイルを前記さらなる予期された強度プロファイルと比較する工程は、前記プロファイル間のさらなる相互相関関数を計算することと、前記さらなる相互相関関数の最大のさらなる位置を測定することとを含み、前記さらなる位置は前記差を表す［２３］の方法。
［２５］前記リソグラフィシステムは、前記基板（１２，５１３）にさらなる光ビームを出射して０次反射光ビームの強度プロファイルを測定するためのさらなる光学アライメントセンサ（ＤＳ）を有し、前記リソグラフィシステムは、前記光学アライメントセンサが前記第１の方向（ｙ）でのみ走査するのを可能にするように構成され、前記リソグラフィシステムは、前記さらなる光学アライメントセンサ（ＤＳ）が前記第１の方向（ｙ）に直交する第２の方向（Ｘ）でのみ走査するのを可能にするように構成され、前記基板（１２，５１３）を用意する工程において、前記光学位置マーク（１００）の長手方向（ｘ）は、前記第１の方向（ｙ）と一致し、前記さらなる光学位置マーク（１００）の前記さらなる長手方向（ｘ）は、前記第２の方向（ｘ）と一致し、走査のそれぞれの工程において、前記光学アライメントセンサ（ＤＳ）は、前記光学位置マーク（１００）を走査するために使用され、前記さらなる光学アライメントセンサ（ＤＳ）は、前記さらなる光学位置マーク（１００）を走査するために使用される［２３］又は［２４］の方法。
［２６］前記第１の方向（ｙ）は、前記リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板（１２，５１３）の第１の移動方向（Ｌ）と一致し、前記第２の方向（Ｘ）は、前記リソグラフィシステムの動作上の使用で前記基板（１２，５１３）の第２の移動方向（Ｓ）と一致する［２５］の方法。
［２７］前記基板（１２，５１３）を用意する工程において、前記基板（１２，５１３）は、前記基板（１２，５１３）上で異なる位置に位置された第２の光学位置マークカップルを有し、前記第２の光学位置マークカップルは、第１の光学位置マークカップルと同様であり、この方法が、前記第２の光学位置マークカップルに対して繰り返される［２１］ないし［２６］のいずれか１の方法。
［２８］前記基板（１２，５１３）を受けるための基板キャリア（１３）をさらに具備し、前記基板キャリア（１３）は、前記基板（１２，５１３）の異なる部分の露光を可能にするために前記基板露光手段（１，ＰＯ）に対して移動可能である［１５］ないし［２０］のいずれか１のリソグラフィシステム。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】米国特許第４，９６７，０８８号
【特許文献２】米国特許第５，８２７，６２９号
【特許文献３】米国特許第７，４１８，１２５号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１４４９０４号パンフレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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