(57)【要約】  マークの位置を測定する装置が提供される。この装置は、照明構成によって供給された放射を用いて放射をマーク上に誘導する対物レンズと、マークによって回折及び鏡面反射された放射を受ける光学構成であって、第１像及び第２像を提供するように構成され、第１像は、鏡面反射放射及び正の回折放射をコヒーレントに加算することによって形成され、第２像は、鏡面反射放射及び負の回折放射をコヒーレントに加算することによって形成される、光学構成と、第１像及び第２像の放射強度の変動を検出し、かつ、測定方向のマークの位置を計算する検出構成と、を備える。【選択図】図３
2015535954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マークの位置を測定する装置であって、
放射をマーク上に誘導する対物レンズと、
前記マークによって回折かつ鏡面反射された放射を受ける光学構成であって、前記光学構成は第１像及び第２像を提供し、前記第１像は、鏡面反射放射と正の回折放射とをコヒーレントに加算することによって形成され、前記第２像は、鏡面反射放射と負の回折放射とをコヒーレントに加算することによって形成され、前記正及び負の回折放射の強度又は振幅は互いに実質的に等しい、光学構成と、
前記第１像及び第２像の放射強度の変動を検出し、かつ、検出された前記変動から測定方向の前記マークの位置を計算する検出構成と、を備える装置。
【請求項２】
前記第１像は、鏡面反射放射と正の１次回折放射とをコヒーレントに加算することによって形成され、前記第２像は、鏡面反射放射と負の１次回折放射とをコヒーレントに加算することによって形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マークは位相格子であり、前記検出構成は、前記第１像の放射強度を検出する第１ディテクタと、前記第２像の放射強度を検出する第２ディテクタと、前記第１ディテクタからの出力を前記第２ディテクタの出力から減算する減算デバイスと、を備え、前記検出構成は、前記減算デバイスの出力から前記測定方向の前記マークの位置を計算する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記マークは振幅格子であり、前記検出構成は、前記第１像の放射強度を検出する第１ディテクタと、前記第２像の放射強度を検出する第２ディテクタと、前記第１ディテクタからの出力を前記第２ディテクタの出力に加算する加算デバイスと、を備え、前記検出構成は、前記鏡面反射放射の強度を検出する第３ディテクタをさらに備え、前記検出構成は、前記加算デバイスの出力から、かつ、前記第３ディテクタの出力から前記第１測定方向の前記マークの位置を計算する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記対物レンズに放射を供給する照明構成をさらに備え、前記照明構成及び前記対物レンズは、鏡面反射放射の円錐が１次回折放射の各円錐に重なるのに十分な幅を有するオンアクシス照明プロファイルを提供する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記対物レンズに放射を供給する照明構成をさらに備え、前記照明構成及び前記対物レンズは、前記マーク上に形成された２つの放射スポットを有するオフアクシス照明プロファイルを提供し、一方のスポットの鏡面反射放射は、他方のスポットの１次回折放射に対してコヒーレントに加算されて前記第１像を形成し、前記他方のスポットの鏡面反射放射は、前記一方のスポットの１次回折放射に対してコヒーレントに加算されて前記第２像を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも第１方向に周期的なフィーチャを含むマークの位置を測定する方法であって、
対物レンズを介して前記マークを放射で照明することと、
鏡面反射放射と、正の回折放射と、対応する負の回折放射とを受けることであって、前記正の回折放射及び対応する負の回折放射の強度又は振幅は互いに実質的に等しい、受けることと、
鏡面反射放射を正の回折放射にコヒーレントに加算することによって第１像を形成することと、
鏡面反射放射を負の回折放射にコヒーレントに加算することによって第２像を形成することと、
前記第１像及び第２像の放射強度の変動を検出することと、
検出された前記変動から前記マークの位置を計算することと、を含む方法。
【請求項８】
前記鏡面反射放射、正の回折放射及び対応する負の回折放射は、前記対物レンズを介して受けられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１像は、鏡面反射放射を正の１次回折放射に対してコヒーレントに加算することによって形成され、前記第２像は、鏡面反射放射を負の１次回折放射に対してコヒーレントに加算することによって形成される、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マークは、オフアクシス照明プロファイルを用いて前記対物レンズを介して２つの放射スポットによって照明され、一方のスポットの鏡面反射放射は、他方のスポットの１次回折放射に対してコヒーレントに加算されて前記第１像を形成し、前記他方のスポットの鏡面反射放射は、前記一方のスポットの１次回折放射に対してコヒーレントに加算されて前記第２像を形成する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記マークは位相格子であり、検出された前記変動から前記マークの位置を計算することは、前記第１像の放射強度の検出された前記変動と前記第２像の放射強度の検出された前記変動の差を特定することと、特定された前記差に基づいて前記マークの位置を計算することと、を含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記マークは振幅格子であり、前記方法は、前記鏡面反射放射の放射強度を特定することをさらに含み、前記マークの位置を計算することは、前記第１像及び第２像の放射強度の前記変動を加算することと、前記鏡面反射放射の特定された前記強度に基づいて、加算された前記変動に対する前記鏡面反射放射の寄与を除去することと、前記鏡面反射放射の寄与の除去後に、加算された前記変動に基づいて前記マークの位置を計算することと、を含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記マークは、オンアクシス照明プロファイルを用いて放射スポットで照明され、前記照明プロファイルは、前記第１像が、鏡面反射放射の円錐を正の１次回折放射の円錐に重ねることによって形成され、かつ、前記第２像が、前記鏡面反射放射の円錐を負の１次回折放射に重ねることによって形成される程度に十分な幅を有する、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
パターンをパターニングデバイスから基板上へ転写するリソグラフィ装置であって、基板を保持する基板テーブルと、該リソグラフィ装置の基準に対するマークの位置を測定するアライメントセンサと、を備え、前記アライメントセンサは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置を備え、前記測定装置を用いて測定された前記マークの位置への参照によって前記基板上へのパターンの転写を制御する、リソグラフィ装置。
【請求項１５】
リソグラフィ装置を用いてパターンをパターニングデバイスから基板上へ転写するデバイスを製造する方法であって、前記基板上へのパターンの転写は、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の方法を用いて測定されたマークの位置への参照によって制御される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
[0001]  本出願は、２０１２年１０月２日に出願された米国仮出願第６１／７０９，０４２号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、位置測定装置及び方法、リソグラフィ装置、並びに、デバイスを製造する方法に関する。当該装置及び方法は、基板上のマークの位置を測定するために用いられ得る。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。そのような場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、又は１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、及び、放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行又は逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィ装置を制御して基板上に正確にデバイスフィーチャを設けるために、通常、１つ以上のアライメントマークを基板上に設け、リソグラフィ装置は、基板上のマークの位置を正確に測定することができる１つ以上のアライメントセンサを含む。アライメントセンサは、効果的には位置測定装置である。異なる時代、そして異なる製造者による、異なるタイプのマーク及び異なるタイプのアライメントセンサが知られている。
【発明の概要】
【０００５】
[0001]  リソグラフィ装置において用いられるセンサのタイプは、自己参照型干渉計に基づいている。例えば、米国特許第６，９６１，１１６号を参照されたい。通常、マークを別々に測定してＸ位置及びＹ位置を得る。Ｘ及びＹの組合せ測定は、米国特許出願公開第２００９／１９５７６８号に記載の技術を用いて行うことができる。これらの両方の特許文書の内容について、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００６】
[0002]  上述のようなアライメントセンサの潜在的な欠点は、低光学コントラストを有するマークの位置を測定する際、回折放射の信号強度が比較的低いことである。その結果、十分な精度で位置を測定することが困難である場合がある。さらに、測定帯域幅、ひいては測定速度が制限されることがある。
【０００７】
[0003]  浅いマークの位置を十分な精度及び十分な速度で測定可能なアライメントセンサを提供することなどが望ましい。
【０００８】
[0004]  本発明の一実施形態によれば、マークの位置を測定する装置であって、
−該装置の瞳にわたって照明プロファイルを有する放射を供給するように構成された照明構成と、
−前記照明構成によって供給された放射を用いて放射をマーク上に誘導するように構成された対物レンズと、
−前記マークによって回折かつ鏡面反射された放射を受けるように構成された光学構成であって、第１像及び第２像を提供するように構成され、第１像は、鏡面反射放射と正の回折放射とをコヒーレントに（部分的にコヒーレントに）加算することによって形成され、第２像は、鏡面反射放射と負の回折放射とをコヒーレントに（部分的にコヒーレントに）加算することによって形成され、正及び負の回折放射の強度又は振幅は互いに実質的に等しい、光学構成と、
−第１像及び第２像の放射強度の変動を検出し、かつ、検出された変動から少なくとも測定方向のマークの位置を計算するように構成された検出構成と、を備える装置が提供される。
【０００９】
[0005]  本発明の一実施形態によれば、少なくとも第１方向に周期的なフィーチャを含むマークの位置を測定する方法であって、
−対物レンズを介して前記マークを放射で照明することと、
−鏡面反射放射と、正の回折放射と、対応する負の回折放射とを受けることであって、正の回折放射及び対応する負の回折放射の次数は互いに実質的に等しい、受けることと、
−鏡面反射放射を正の回折放射にコヒーレントに（部分的にコヒーレントに）加算することによって第１像を形成することと、
−鏡面反射放射を負の回折放射にコヒーレントに（部分的にコヒーレントに）加算することによって第２像を形成することと、
−第１像及び第２像の放射強度の変動を検出することと、
−検出された変動から前記マークの位置を計算することと、を含む方法が提供される。
【００１０】
[0006]  本発明の一実施形態によれば、パターンをパターニングデバイスから基板上へ転写するように配置されたリソグラフィ装置であって、基板を保持するように構築された基板テーブルと、リソグラフィ装置の基準に対するマークの位置を測定するように構成されたアライメントセンサとを備え、アライメントセンサは、本明細書に記載の測定装置を備え、リソグラフィ装置は、測定装置を用いて測定されたマークの位置への参照によって基板上へのパターンの転写を制御するように配置される、リソグラフィ装置が提供される。
【００１１】
[0007]  本発明の一実施形態によれば、リソグラフィ装置を用いてパターンをパターニングデバイスから基板上へ転写するデバイスを製造する方法であって、基板上へのパターンの転写は、本明細書に記載の方法を用いて測定されたマークの位置への参照によって制御される、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。これらの図面において同じ参照符号は対応する部分を示す。
【００１３】
【図１】[0008]  図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。
【図２】[0009]  図２（ａ）及び図２（ｂ）を含む図２は、図１の装置において基板上に設けられ得るアライメントマークの一形態を示す。
【図３】[0010]  図３は、図１の装置においてアライメントマークをスキャンする、本発明の一実施形態に係るアライメントセンサの概略図である。
【図４】[0011]  図４は、発明の一実施形態に係るアライメントセンサの一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0012]  図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示している。このリソグラフィ装置は、
−放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
−パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
−基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴａ又はＷＴｂと、
−パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。
【００１５】
[0013]  照明システムとしては、放射を誘導し、整形し又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
【００１６】
[0014]  サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、及び、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。サポート構造は、例えば、必要に応じて固定又は可動式にすることができるフレーム又はテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」又は「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。
【００１７】
[0015]  本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用可能なあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
【００１８】
[0016]  パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、及びハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付与する。
【００１９】
[0017]  本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用又は真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型光学系、又はそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
【００２０】
[0018]  本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、又は反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
【００２１】
[0019]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のパターニングデバイスサポート構造）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」マシンにおいては、追加のテーブルは並行して使うことができ、又は予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。図１の例における２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂは、このことを示している。本明細書に開示された本発明の一実施形態は独立して使用できるが、本発明は、特にシングル又はマルチステージ装置の露光前測定ステージに追加の機能を提供することができる。
【００２２】
[0020]  また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間（例えば、マスクと投影システムとの間）に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
【００２３】
[0021]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラー及び／又はビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
【００２４】
[0022]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（通常、それぞれσ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性及び強度分布をもたせることができる。
【００２５】
[0023]  放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイスＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、又は静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後又はスキャン中に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、サポート構造ＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、サポート構造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てもよく、又は固定されてもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１及びＭ２と、基板アライメントマークＰ１及びＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイスＭＡ上に設けられている場合、パターニングデバイスアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。
【００２６】
[0024]  例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。
【００２７】
[0025]  １．ステップモードにおいては、サポート構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは、Ｘ及び／又はＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。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って、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
【００２８】
[0026]  ２．スキャンモードにおいては、サポート構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。サポート構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。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って、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
【００２９】
[0027]  ３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、サポート構造ＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを動かす、又はスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動後ごとに、又はスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００３０】
[0028]  上述の使用モードの組合せ及び／又はバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【００３１】
[0029]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つのテーブルＷＴａ及びＷＴｂと、テーブルをその間で交換することができる２つのステーション（露光ステーション及び測定ステーション）と、を有するいわゆるデュアルステージタイプである。一実施形態において、テーブルＷＴａ及びＷＴｂのうちの１つ又は両方は基板テーブルである。一実施形態において、一方のテーブルＷＴａ、ＷＴｂは基板テーブルであり、他方のテーブルＷＴａ、ＷＴｂは、１つ以上のセンサを備える測定テーブルである。一実施形態において、テーブルＷＴａ、ＷＴｂの両方が基板テーブルである場合、露光ステーションで一方の基板テーブル上の１つの基板を露光している間に、測定ステーションで他方の基板テーブル上に別の基板を載せることで、さまざまな予備工程を実行することができる。予備工程は、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面をマッピングすることと、アライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することと、を含み得る。これによって、装置のスループットを大幅に増加させることができる。テーブルが測定ステーションに、及び露光ステーションにあるときに該テーブルの位置を位置センサＩＦが測定できない場合、第２位置センサを設けて、両方のステーションで該テーブルの位置を追跡可能にすることができる。
【００３２】
[0030]  このリソグラフィ装置は、本明細書に記載するさまざまなアクチュエータ及びセンサのすべての移動及び測定を制御するリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵをさらに含む。また、リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、装置の動作に関連する所望の計算を実行する信号処理及びデータ処理能力を有する。実際に、制御ユニットＬＡＣＵは、各々が装置内のサブシステム又はコンポーネントのリアルタイムデータ取得、処理、及び制御などを扱う多数のサブユニットのシステムとして実現されることになる。例えば、１つの処理サブシステムをポジショナＰＷのサーボ制御専用であってもよい。別々のユニットが粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータ、又は異なる軸を扱ってもよい。別のユニットを位置センサＩＦの読み出し専用にしてもよい。装置の全体の制御は、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータ、及びリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信する中央処理ユニットによって実行され得る。
【００３３】
[0031]  図２（ａ）は、例えばＸ位置及びＹ位置をそれぞれ測定するための基板Ｗ上に設けられたアライメントマーク２０２、２０４の例を示している。この例における各マークは、面、例えば、基板に塗布又はエッチング形成されたプロダクト層又は他の層に形成された一連のバーを含む。バーは規則正しく離されており、格子線として機能するため、マークを、周知の空間周期（ピッチ）を有する回折格子としてみなすことができる。Ｘ方向マーク２０２上のバーは、Ｙ軸と実質的に平行であることでＸ方向の周期性をもたらす一方で、Ｙ方向マーク２０４のバーは、Ｘ軸と実質的に平行であることでＹ方向の周期性をもたらす。アライメントセンサＡＳ（例えば、図１に示す）は、放射スポット２０６、２０８で各マークを光学的にスキャンすることで、正弦波などの周期変動信号を得る。この信号の位相を分析して、装置の基準フレームＲＦに対して実質的に固定されるアライメントセンサに対する、マーク、従って、例えば基板Ｗの位置を測定する。スキャン移動は太い矢印で概略的に示され、スポット２０６又は２０８の漸進的位置が点線の輪郭で示されている。アライメントパターン内のバー（格子線）のピッチは、通常、基板上に形成されるプロダクトフィーチャのピッチよりはるかに大きく、アライメントセンサＡＳは、パターンを基板に付与するために用いられる露光放射よりはるかに長い放射波長（又は通常、複数の波長）を使用する。ただし、より多い数のバーによって反復信号の位相を正確に測定することができるため、微細位置情報を得ることができる。
【００３４】
[0032]  粗マーク及び微細マークを設けることができ、そのため、アライメントセンサは周期信号の異なる周期、及び周期内の正確な位置（位相）を区別することができる。こうした目的のために、異なるピッチのマークを使用することもできる。これらの技術は当業者には周知であり、本明細書では詳述しない。
【００３５】
[0033]  図２（ｂ）は、照明スポット２０６を用いる１回の光学スキャンでＸ及びＹ位置が得られる同様のアライメントシステムと併用する改良されたマークを示す。マーク２１０は、Ｘ軸及びＹ軸の両方に対して４５度で配置されたバーを有する。
【００３６】
[0034]  図３は、本発明の一実施形態に係るアライメントセンサＡＳの概略ブロック図である。照明構成２００は、ビームスプリッタ２２０によって対物レンズ２２２を介して、例えば基板Ｗ上に位置するマーク２０２などのマーク上に向けられる１つ以上の波長の２つの放射ビームＲ０、Ｒ０’を提供する。図２に概略を示すように、本発明のアライメントセンサの例では、マーク２０２を照明する照明スポット（図２の２０６）は、マーク自体の幅よりも直径がわずかに小さくてよい。
【００３７】
[0035]  放射ビームＲ０、Ｒ０’の一部は、マーク２０２で鏡面反射される。図３の実施形態は、対物レンズと基板との間の矢印及び対応する参照符号によって示されるように、鏡面反射放射Ｒ０が入射放射Ｒ０’の方向に進み、かつ、鏡面反射放射Ｒ０’が入射放射Ｒ０の方向に進むように対称的に構成される。照明構成によってもたらされる２つの放射ビームＲ０、Ｒ０’の強度は、互いに実質的に等しいことが望ましい。図３において、放射ビームＲ０、Ｒ０’とそれらの鏡面反射に関連するビームは、実線によって示されている。
【００３８】
[0036]  マーク２０２によって、マークで鏡面反射される放射が生じるだけでなく、マークで回折される放射ビームＲ０、Ｒ０’からの放射も生じることになる。図３には、２つの回折次数、すなわち参照符号Ｒ１で示された放射ビームＲ０の正の１次回折放射及び参照符号Ｒ−１’で示された放射ビームＲ０’の負の１次回折放射のみが示されている。回折放射に関連するビームは、図３で破線によって示されている。
【００３９】
[0037]  図３において、正の１次回折放射Ｒ１は鏡面反射放射Ｒ０’と同じ方向に進み、それによって鏡面反射放射が正の１次回折放射にコヒーレントに（又は部分的にコヒーレントに）加算され、従って正の１次回折放射が光学的に増幅される。
【００４０】
[0038]  負の１次回折放射Ｒ−１’は、鏡面反射放射Ｒ０と同じ方向に進み、それによって鏡面反射放射が負の１次回折放射にコヒーレントに（又は部分的にコヒーレントに）加算され、従って負の１次回折放射が光学的に増幅される。
【００４１】
[0039]  一方の放射ビームに関連する回折次数が他方のビームの鏡面反射放射と一致する図３のこの具体的な構成は、マークのピッチ、照明放射の波長、及び入射角が以下の式を満たすように選択される場合に実現することができる。
【数１】
2015535954.tif 000003
ここで、λは照明照射の波長を示し、Ｐはマークのピッチを示し、θは、入射する放射ビームＲ０、Ｒ０’と、対物レンズの光軸ＯＡに実質的に平行であることが理想的なマークに対する法線との間の角度を示す。
【００４２】
[0040]  図３の実施形態は１次回折放射に関するが、当業者には明らかなように、鏡面反射放射をより高次の回折放射に加算する同様の原理を用いることもできる。
【００４３】
[0041]  鏡面反射放射Ｒ０と負の１次回折放射Ｒ−１’との組合せは、レンズ素子Ｌ１によって第１ディテクタ素子ＤＥ１上に投影される第１像を形成し、鏡面反射放射Ｒ０’と正の１次回折放射Ｒ１との組合せは、レンズ素子Ｌ１によって第２ディテクタ素子ＤＥ２上に投影される第２像を形成する。くさび素子ＷＥによって第1像及び第２像が空間的に分離され、そのため、第１像及び第２像をそれぞれのディテクタ素子によって検出することができる。それに加えて、又は、その代わりに、第１像及び第２像を空間的に分離することは、１つ以上のミラー素子を用いることによって生じさせてもよい。第１及び第２ディテクタ素子が受ける強度は、
【数２】
2015535954.tif 000004
として表すことができる。ここで、ｘは測定方向を示し、Φはｘ＝０の場合の鏡面反射放射と正及び負の１次回折放射との位相差を示す。
【００４４】
[0042]  ディテクタ素子ＤＥ１、ＤＥ２を使用して、第１像及び第２像の放射強度の検出変動を用いて少なくとも第１測定方向（この場合、スポット２０６のスキャン方向に実質的に等しい）のマークの位置を計算することができる。計算は、別個の処理ユニット（図３に示されていない）又は図１のリソグラフィ装置制御ユニット内で行うことができる。処理ユニットは、リソグラフィ装置制御ユニットの一体部分とすることができる。
【００４５】
[0043]  マークで回折及び鏡面反射された放射を受ける光学素子の組合せ（図３の実施形態では、対物レンズ２２２、ビームスプリッタ２２０、くさびＷＦ、及び光学素子Ｌ１）は、光学構成と呼んでもよい。放射強度の変動を検出するように構成されたディテクタ素子と位置を計算する処理ユニットとの組合せは、検出構成と呼んでもよい。
【００４６】
[0044]  鏡面反射放射と１次回折放射との位相差Φは、低光学コントラストを有する浅い位相格子であるマークに対してπ／２である。
【００４７】
[0045]  ２つの強度の減算を行うことで（ここで、Φ＝π／２、｜Ｒ０｜＝｜Ｒ０’｜及び｜Ｒ−１’｜＝｜Ｒ１｜）
【数３】
2015535954.tif 000005
となる。
【００４８】
[0046]  減算は減算デバイスによって行うことができ、この減算デバイスは、処理ユニット又はリソグラフィ装置制御ユニットの一部とすることができる。そして、マークの位置は、減算デバイスの出力から計算される。
【００４９】
[0047]  増幅格子であるマークについて、同様の式を用いることができる。増幅格子について、鏡面反射放射と回折放射との間に位相差が存在しないという事実に起因して、ディテクタＤＥ１及びＤＥ２の強度信号を（減算でなく）加算する必要があり、
【数４】
2015535954.tif 000006
となる。
【００５０】
[0048]  上記の式は、本発明に係る装置の利点を示している。低光学コントラストの浅いマークに関して、関係する位置依存信号は、測定信号の大幅な増加をもたらすＲ１及びＲ０に比例する振幅を有し、これは、測定信号を検出するために有益である。というのは、測定信号レベルが｜Ｒ１｜２で増減し（scale）得る従来の構成と比較して、低光学コントラストの浅い格子に関して、Ｒ０がＲ１と比較して大きいことは確かだからである。
【００５１】
[0049]  振幅格子の場合、信号は、例えば鏡面反射放射部分に由来するいくつかの直流成分を含む。これらの直流成分は、高域フィルタリングによって、又は、直流成分の強度を示す信号の測定によって除去され得る。この信号は、第３ディテクタ素子ＤＥ３を用いて測定することができ、この第３ディテクタ素子ＤＥ３は、照明構成２００に由来する放射の一部が該第３ディテクタ素子の方向に伝送されるビームスプリッタ２２０の特性を利用する。第３ディテクタＤＥ３の出力を用いて、加算された強度信号の直流コンポーネントを第１及び第２ディテクタＤＥ１、ＤＥ２から除去することができ、この場合、マークの位置は、加算デバイスの出力から、かつ、第３ディテクタの出力から計算される。
【００５２】
[0050]  より詳細に測定プロセスに言及すると、図３のｖｗと表記された矢印は、スポット２０６がマーク２０２の長さＬを横切るスキャン速度を示している。この例において、アライメントセンサＡＳ及びスポット２０６は、実際に静止している一方で、速度ｖｗで移動するのは基板Ｗである。従って、アライメントセンサを、基準フレームＲＦ（図１）に対してしっかりとかつ正確に取り付けることができる一方で、基板Ｗの移動方向と反対の方向にマーク２０２が効果的にスキャンされる。基板を基板テーブルＷＴ及び位置決めシステムＰＷ上に取り付けることによって、この移動において基板を制御する。
【００５３】
[0051]  図４は、本発明のさらなる実施形態に係る装置の一部を示している。図３の実施形態が、２つの放射ビームとそれらに対応するスポットとを伴うオフアクシス照明プロファイルを用いる場合、図４に示すようなオンアクシス照明プロファイルを有する単一の放射ビームを用いることも可能である。例えば基板Ｗ上のマーク２０２と、実線として概略的に示され、かつ図２の対物レンズと機能が同様の対物レンズ２２２と、が示されている。対物レンズに対して提供されるのは、直径ＤＡを有する放射ビームＲ０である。放射ビームＲ０は、マーク２０２上にスポット２０６を形成するように投影される。この投影によって、放射ビームは、対物レンズと基板との間で円錐形状を有する。対物レンズ２２２の光軸ＯＡを中心とした放射ビームＲ０の対称形状と、光軸が実質的にマーク２０２に対して垂直であるという事実とに起因して、鏡面反射放射は、入射する放射ビームＲ０の逆方向光路をたどる。従って、鏡面反射放射もまた、基板と対物レンズとの間で円錐形状を有する。
【００５４】
[0052]  また、マークは放射ビームを回折させる。図４に示すのは、Ｒ１及びＲ−１と呼ばれる正の１次回折放射及び負の１次回折放射である。マークに入射する放射ビームは円錐形状を有するため、１次回折放射ビームも円錐形状を有する。照明プロファイルは十分な幅を有する。すなわち、直径ＤＡは十分に大きい。そのため、鏡面反射放射の円錐と正の１次回折放射の円錐は、領域ＯＲ２で示すように重なり、また、鏡面反射放射の円錐と負の１次回折放射の円錐は、領域ＯＲ１で示すように重なる。そして、重なっている領域を用いて、上述のとおりに処理することができる第１像及び第２像を形成することができる。あるいは、鏡面反射放射の円錐の０次回折放射の円錐との重なりを、第２像として用いてもよい。
【００５５】
[0053]  本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターン及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、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を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」又は「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」又は「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、及び／又はインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツール及びその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。
【００５６】
[0054]  光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。
【００５７】
[0055]  本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長、又はおよそこれらの値の波長を有する）、及び極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
【００５８】
[0056]  「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電型光学コンポーネントを含む様々な種類の光学コンポーネントのいずれか１つ又はこれらの組合せを指すことができる。
【００５９】
[0057]  以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、上述以外の態様で実施できることが明らかである。例えば、本発明は、上記に開示した方法を表す１つ以上の機械読取可能命令のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態、又はこのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）の形態であってもよい。
【００６０】
[0058]  上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。従って、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えてもよい。
【図１】
2015535954.tif 000007
【図２（ａ）】
2015535954.tif 000008
【図２（ｂ）】
2015535954.tif 000009
【図３】
2015535954.tif 000010
【図４】
2015535954.tif 000011
【国際調査報告】
2015535954.tif 000012
2015535954.tif 000013