(57)【要約】【課題】基板（Ｗ）上の第１及び第２位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を測定する方法を提供すること。【解決手段】第１の位置合せマーク（１０）は、第１の周期性（ＰＥ１）を有する第１の部分、及び第２の周期性（ＰＥ２）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備える。第２の位置合せマーク（１１）は、第２の周期性（ＰＥ２）を有する第１の部分、及び第１の周期性（ＦＥ１）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備える。第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）を、第１の部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ第２の部分が実質的に一方が他方の上方に位置するように配設する。さらに、方法は、位置合せマークからモアレ縞を発生させ、第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置をモアレ縞の周期性に基づいて決定するステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（Ｗ）上の第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を前記基板表面（Ｗ）に実質的に沿う第１の方向に測定する方法であって、
前記第１の位置合せマーク（１０）は、実質的に前記第１の方向に、第１の周期性（ＰＥ１）を有する第１の部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）、及び第２の周期性（ＰＥ２）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第２の位置合せマーク（１１）は、実質的に前記第１の方向に、前記第２の周期性（ＰＥ２）を有する追加の第１の部分、及び前記第１の周期性（ＰＥ１）を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）は、前記第１の部分及び前記追加の第１部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ前記第２の部分及び前記追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設され、
前記方法は、
位置合せビーム（ＡＢ）を前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）へ指し向けるステップと、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）によって生じたモアレ縞を測定するステップと、
前記の測定したモアレ縞に基づいて、第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を実質的に前記第１の方向に決定するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記部分の長さが実質的にＰＥｂ／２であり、その場合ＰＥｂは１／ＰＥｂ＝１／ＰＥ１−１／ＰＥ２によって示され、ＰＥ１は前記第１の周期性であり、かつＰＥ２は前記第２の周期性である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）を前記基板（Ｗ）上の異なる層（Ｌ１、Ｌ２）に設けた請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の位置合せマーク（１１）が、潜在性位置合せマークである請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の位置合せマーク（１１）が、現像された位置合せマーク（１１）である請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記モアレ縞の測定が、モアレ縞の強度を示す空間マップの作製によって前記モアレ縞の周期性を決定することを含む請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記モアレ縞の測定が、前記モアレ縞の強度を少なくとも１位置で決定することを含む請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１位置が、前記第２の位置合せマークに隣接し、かつ層内で前記第１の部分から第２の部分への位相転移に対応する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１位置が、前記第２の位置合せマークに隣接し、かつ補正値ＰＥｂ／４を伴う前記位相転移に対応する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記モアレ縞の測定が、前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）から発生した回折パターンの少なくとも１回折線の強度を測定することによって前記モアレ縞の周期性を決定することを含む請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１回折線が、前記モアレ縞の周期性（ＰＥｂ）に対応する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１回折線が、前記モアレ縞の１／２の周期性（ＰＥｂ／２）に対応する前記請求項１０及び１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び前記第２の周期性（ＰＥ１、ＰＥ２）が、交互になった第１及び第２のパーツ（ｐａｒｔ）を含む遮断作用によってそれぞれ形成され、かつ前記第１及び第２の部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）のそれぞれが、第２の周期性のそれぞれの最初の４分の１又は４分の３の長さを伴って前記第１の方向に一端で終わる請求項１から１２までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
放射感応性材料層によって少なくとも部分的に覆われている基板（Ｗ）を提供するステップと、
放射系を使用し放射投影光（ＰＢ）を提供するステップと、
パターン形成手段（ＭＡ）を使用して、その断面にパターンを有する投影光（ＰＢ）を付与するステップと、
前記パターン形成化放射ビーム（ＰＢ）を前記放射感応性材料層の標的部分（Ｃ）上に投影するステップとを含むデバイスの製造方法であって、
前記請求項１から１３のいずれかで特許請求された、前記基板（Ｗ）上の第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を、前記基板表面（Ｗ）に実質的に沿う第１の方向に測定する方法を使用することを特徴とし、
前記第１の位置合せマーク（１０）は、実質的に前記第１の方向に、第１の周期性（ＰＥ１）を有する第１の部分、及び第２の周期性（ＰＥ２）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第２の位置合せマーク（１１）は、実質的に前記第１の方向に、前記第２の周期性（ＰＥ２）を有する第１の部分、及び前記第１の周期性（ＰＥ１）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）は、前記第１の部分は、実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ前記第２の部分は、実質的に一方が他方の上方に位置するように配設され、
前記方法は、
位置合せビーム（ＡＢ）を前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）へ指し向けるステップと、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）によって生じたモアレ縞を測定するステップと、
前記測定したモアレ縞に基づいて、前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を実質的に前記第１の方向に決定するステップとを含む方法。
【請求項１５】
第１の位置合せマーク（１０）は、実質的に第１の方向に、第１の周期性（ＰＥ１）を有する第１の部分、及び第２の周期性（ＰＥ２）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
第２の位置合せマーク（１１）は、実質的に前記第１の方向に、前記第２の周期性（ＰＥ２）を有する追加の第１の部分、及び前記第１の周期性（ＰＥ１）を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、かつ
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）は、前記第１の部分及び前記追加の第１部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ前記第２の部分及び前記追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設されている、少なくとも２個の位置合せマーク（１０、１１）を設けた基板（Ｗ）。
【請求項１６】
第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の第１の方向に相対位置を決定するための位置合せ装置であって、前記位置合せ装置は、基板（Ｗ）を保持するための基板保持デバイスを備え、前記基板（Ｗ）には前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）を設け、かつ使用時、前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）を位置合せビーム（ＡＢ）に露光するとモアレ縞を発生するように備えることができ、
前記装置は、さらに、前記基板（Ｗ）上の前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を前記基板表面（Ｗ）に実質的に沿う第１の方向に測定する方法を実施するように配設され、
前記第１の位置合せマーク（１０）は、実質的に前記第１の方向に、第１の周期性（ＰＥ１）を有する第１の部分、及び第２の周期性（ＰＥ２）を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第２の位置合せマーク（１１）は、実質的に前記第１の方向に、前記第２の周期性を有する追加の第１の部分（ＰＥ２）、及び前記第１の周期性（ＰＥ１）を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）は、第１の部分及び前記追加の第１部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ前記第２の部分及び前記追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設されていることを特徴とし、かつ
前記装置は、
位置合せビーム（ＡＢ）を前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）へ指し向けるためのビーム発生装置（３０）と、
前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）によって生じたモアレ縞を検出するための光検出要素（２１、２２）と、
前記モアレ縞の周期性を決定するためのユニット（３１）と、
決定した前記モアレ縞の周期性に基づいて前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を実質的に前記第１の方向に決定するユニット（３１）とを含む装置。
【請求項１７】
放射投影光（ＰＢ）を提供するための放射系（Ｅｘ、ＩＬ）と、
パターン形成手段が、所望のパターンによって前記投影光（ＰＢ）をパターン形成する働きをする、前記パターン形成手段を支持するための支持構造と、
基板（Ｗ）を保持するための基板テーブル（ＷＴ）と、
パターン形成化ビーム（ＰＢ）を前記基板（Ｗ）の標的部分（Ｃ）上に投影するための投影系とを含む、リソグラフィ投影装置であって、
前記リソグラフィ投影装置（１）は、請求項１４に記載の位置合せ装置を備えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
マスク（ＭＡ）像を前記基板（Ｗ）上に投影するように配設され、かつ前記第１及び第２の位置合せマーク（１０、１１）の第１の相対位置を決定して、前記マスク（ＭＡ）と前記基板（Ｗ）の間の第２の相対位置中の誤差を決定する、前記請求項１６及び１７のいずれかに記載のリソグラフィ投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の第１及び第２位置合せマークの相対位置を基板表面に実質的に沿う第１の方向に計測する方法に関する。さらに、本発明は、デバイスの製造方法、本発明による少なくとも２個の位置合せマークを備えた基板、及び本発明による方法を適用するための装置に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、
放射投影光を提供するための放射系と、
パターン形成手段が、所望のパターンによって投影光をパターン形成化する働きをする、パターン形成手段を支持する支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
基板の標的部分上にパターン形成されたビームを投影する投影系とを含むリソグラフィ投影装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で使用される用語「パターン形成手段」は、入射放射光にパターン形成化断面を付与するために使用できる手段をさし、この基板の標的部分に作出するパターンに対応するとして広く解釈すべきであり、この意味において用語「光弁」を使用することもできる。一般に、前記パターンは、集積回路又は他のデバイス（以下を参照）など、標的部分に作出されたデバイス中の特定の機能層に対応することになる。そのようなパターン形成手段の例には以下が含まれる。
マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られており、マスクにはバイナリ、交互位相シフト、弱化位相シフトなどのマスク型、及び様々な混成マスク型が含まれる。放射光内にそのようなマスクを設置すると、マスク上のパターンにより（透過型マスクの場合には）選択的透過、又は（反射型マスクの場合には）マスク上で衝突する放射の反射が引き起される。一般に、マスクの場合には支持構造はマスク・テーブルとなり、このマスク・テーブルは、入射放射光内の所望の位置でマスクを保持することができ、望むならばビームと関連してマスクの移動能力を確実にする。
プログラム可能なミラー・アレイ。そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層及び反射面を備えるマトリックス−アドレス可能表面である。そのような装置の背後にある基本原理は、（例えば）反射面のアドレス化領域は入射光を回折光として反射するが、一方不アドレス化領域は入射光を不回折光として反射することである。適当なフィルタを使用し、反射光から前記不回折光をろ過除去することができ、後に回折光しか残さない。この方式で、マトリックス−アドレス可能表面のアドレス・パターンによって、ビームはパターン形成されることになる。プログラム可能なミラー・アレイの別の実施例は、微小ミラーをマトリックスに配設することを利用し、適切に局在化させた電界を加えることによって、又は圧電作動手段を使用することによって、それらのミラーのそれぞれを軸に関して個々に傾斜させることができる。再度、アドレス化ミラーが入射放射光を不アドレス化ミラーの異なる方向へ反射するように、ミラーはマトリックス−アドレス可能であり、この方式でマトリックス−アドレス可能ミラーのアドレス・パターンによって反射光をパターン形成化する。適当な電子手段を使用し必要なマトリックス・アドレス化を実施することができる。ここに上記した両方の状況で、パターン形成手段は１個又は複数のプログラム可能なミラー・アレイを含むことができる。本明細書で言及したミラー・アレイについての詳しい情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号及び第５，５２３，１９３号、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７号及びＷＯ９８／３３０９６号から収集することができ、それらを参照により本明細書に組み込む。プログラム可能なミラー・アレイの場合には、前記支持構造は、フレーム又はテーブルとして具体化することができ、例えば、これを必要に応じて固定することも、又は移動可能にすることもできる。
プログラム可能なＬＣＤ配列体。そのような構築の一例は、米国特許第５，２２９，８７２号に記載され、これを参照により本明細書に組み込む。上記のように、この場合の支持構造は、フレーム又はテーブルとして具体化することができ、例えば、これを必要に応じて固定することも、又は移動可能にすることもできる。
【０００４】
便宜上、本明細書の残りの部分は、ある場所では、目的自体をマスク及びマスク・テーブルを含む例に具体的に目標付けることができるが、そのような場合に記載される一般原理は、本明細書に上記したパターン形成手段の広い文脈の中に示されている。
【０００５】
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その場合には、パターン形成手段は、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができ、このパターンを放射感応性材料層（レジスト）を被覆した基板（シリコン・ウェハ）上の標的部分（例えば１個又は複数のダイを含む）上に画像化することができる。一般に、単一ウェハは、投影系によって順次１個ずつ放射する隣接し合う標的部分の全ネットワークを含むことになる。現在の装置では、マスク・テーブル上のマスクによるパターン形成を使用して、異なる２つの型の機械間の区別を行うことができる。１つの型のリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を一度に標的部分に露光することによって各標的部分を放射する。通常、このような装置をウェハ・ステッパ又はステップ・アンド・リピート装置と称する。一般に、ステップ・アンド・スキャン装置と称する他方の装置では、所与の参照方向（「走査」方向）への投影光下で、この方向に平行に又は逆平行に基板テーブルを同期走査しながら漸進的にマスク・パターンを走査することにより各標的部分を放射する。一般に、投影系の拡大係数Ｍは（一般に＜１）であり、基板テーブルをスキャンする速度Ｖは、係数Ｍ×マスク・テーブルをスキャンする速度になるからである。ここに記載したリソグラフィ・デバイスに関する詳しい情報は、例えば、参照により本明細書に組み込む米国特許第６，０４６，７９２号から収集することができる。
【０００６】
リソグラフィ投影装置を使用する製造工程では、パターン（例えばマスク内）を少なくとも部分的に放射感応性材料層（レジスト）で覆った基板上に画像化する。この画像化ステップの前に基板に成膜、レジスト被覆、ソフト・ベークなどの様々な手順を施すことができる。露光後は、基板を露光後焼き締め（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、画像化した形の測定／精査などの他の手順にかけることができる。この一続きの手順を基準として使用し、個々のデバイス層、例えばＩＣをパターン形成する。次いで、そのようなパターン形成した層にエッチング、イオン注入（ドーピング）、金属被膜、酸化、化学的機械的研磨などの様々な工程を施すことができ、工程はすべて、個々の層の仕上げを意図している。いくつかの層を必要とする場合は、全手順、又はその変形手順を新規な層ごとに繰り返す。最終的に、基板（ウェハ）上にはデバイス配列体が存在する。次いで、これらのデバイスをダイシング又はソーイングなどの技術によって互いに分離し、そこから個々のデバイスを担体に装着し、ピンに接続するなど、行うことができる。このような工程に関して詳しい情報は、例えば、参照により本明細書に組み込む書籍「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、第３版、Ｐｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ著、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４から得ることができる。
【０００７】
便宜上、以後投影系を「レンズ」と称してよいが、この用語は、例えば、屈折光学、反射型光学、反射屈折系を含む様々なタイプの投影系を包含するとして広く解釈すべきである。放射系は、放射投影光を指し向け、成形し、又は制御するためのこれらの設計型のどれかによって作動する成分をも含むことができ、並びにそのような成分を以下、集合的に又は単独で「レンズ」と称することもできる。さらに、リソグラフィ装置は、２個以上の基板テーブル（及び／又は２個以上のマスク・テーブル）を備える型のものでもよい。そのような「多ステージ」デバイスでは、追加のテーブルを平行して使用することができ、又は１個又は複数の他のテーブルを露光に使用している間、１個又は複数のテーブル上で準備ステップを実施することができる。二重ステージ・リソグラフィ装置は、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号及びＷＯ９８／４０７９１号に記載されており、この両方を参照により本明細書に組み込む。
【０００８】
本明細書では、ＩＣ製造に際して本発明による装置の使用に特定の参照を設けることができるが、このような装置が他の多くの潜在的な適用例を含むことは明白に理解されるべきである。例えば、集積光学系、磁区メモリ用誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ・パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造にこの装置を使用することもできる。そのような代替適用例の文脈において、本明細書の用語「レチクル」、「ウェハ」、「ダイ」のどんな使用もそれぞれ、より一般的な「マスク」、「基板」、「標的部分」で置き換えられるとみなすべきことを当業者は理解されよう。
【０００９】
本明細書では、用語「放射」及び「ビーム」を使用して、紫外（ＵＶ）放射（例えば波長３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍのもの）及び極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長のもの）、及びイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを含む電磁放射のすべての型を包含する。
【００１０】
リソグラフィ投影装置は、基板上の同じ位置で異なるマスク・パターンを有するいくつかのマスクを順次画像化するために使用される。異なるマスク・パターンの連続する投影間に、基板は複数の所望する物理的及び化学的変化を受けなければならない。この目的のために、基板はマスク・パターンに露光後装置から取り外さなければならない。所望の処理ステップにかけた後は、基板を第２のマスク・パターンに露光するためにリソグラフィ投影装置の同じ位置に再度設置しなければならない。以下同様である。先行するマスク・パターンを露光中、第２及び後続のマスク・パターンを既に基板中に形成したデバイス構造に関して正確に配置するようにしなければならない。通常、互いに対する次の層の相対的位置決めの誤差を重ね合せ誤差と称する。これらの重ね合せ誤差を低減するために、リソグラフィ投影装置には位置合せ系を設ける。
【００１１】
異なる位置合せ系が、従来技術から知られており、例えば、ＷＯ０２／０５２３５０号に記載されている。この文書は、基板処理層に設けた位置合せマーク、及び基板レジスト層に設けた追加の位置合せマークを使用する、基板の位置合せの測定方法について述べている。参照を容易にするために、処理層の位置合せマークを基板位置合せマークと呼び、レジスト層の位置合せマークをレジスト位置合せマークと呼ぶ。レジスト位置合せマークを基板の基板位置合せマークに重ねる。基板位置合せマークの周期、及びレジスト位置合せマークの周期は、わずかに異なり、その結果、位置合せビームを照明すると測定マークの周期に実質的に等しい周期を有する干渉縞、すなわちモアレ縞が発生する。基板上に設けた参照位置合せマークに関して干渉縞の位置を測定する。
【００１２】
ここに記載した方法を異なる方式で使用することができる。通常、レジスト位置合せマークを回路パターンと同時に投影する。次いで、レジスト位置合せマーク（及び回路パターン）を可視化するために基板を処理する。その後、重ね合せ誤差をモアレ縞及び上記した参照位置合せマークによって決定する。重ね合せ誤差が余りに大きい場合、レジスト層を除去し、基板を新規な露光に当てる。
【００１３】
或いは、レジスト位置合せマークを回路パターンなしに投影してもよい。レジスト位置合せマークは、いわゆる「潜像」（すなわち後処理を施す前）として可視であってもよい。次いで、重ね合せ誤差を決定することができる。決定した重ね合せ誤差を基準として、基板の位置を調節することができ、次いで重ね合せ誤差を除去して回路パターンを基板上に投影することができる。
【００１４】
基板位置合せマーク及びレジスト位置合せマークの相対的位置決めの重ね合せ誤差は、モアレ縞のシフトをもたらす。しかし、当業者によって理解されるように、モアレ縞のシフトは実際の重ね合せ誤差よりも大きい。それによって、重ね合せ誤差が小さくてもモアレ縞のシフトは大きい。したがって、従来の位置合せマークを使用し計測できるはずの位置的誤差よりもより小さな誤差を測定することができる。しかし、上記の位置合せ系は、参照マークの存在が不可欠という欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、参照位置合せマークを必要とせずに第１及び第２位置合せマークの相対位置を第１の方向に測定する方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第１の周期性を有する第１の部分、及び第２の周期性を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
第２の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第２の周期性を有する追加の第１の部分、及び第１の周期性を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、
第１及び第２の位置合せマークは、第１の部分及び追加の第１部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ第２の部分及び追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設され、
方法は、
位置合せビームを第１及び第２の位置合せマークへ指し向けるステップと、
第１及び第２の位置合せマークによって生じたモアレ縞を測定するステップと、
測定したモアレ縞に基づいて第１及び第２の位置合せマークの相対位置を実質的に第１の方向に決定するステップとを含む方法を特徴とする先に明記した方法によってこの目的を実現する。
【００１７】
この方法によって参照位置合せマークを必要とせずに２個の位置合せマークの相対位置を測定することができる。
【００１８】
本発明の実施例によれば、部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）の長さは実質的にＰＥｂ／２であり、その際ＰＥｂは１／ＰＥｂ＝１／ＰＥ１−１／ＰＥ２によって示され、ＰＥ１は第１の周期性であり、かつＰＥ２は第２の周期性である。
【００１９】
本発明の実施例によれば、基板の異なる層に第１及び第２の位置合せマークを設ける。基板上にパターン形成した異なる層を非常に正確に位置合せする必要があるＩＣ技術では、この方法を有利に使用することができる。
【００２０】
本発明の実施例によれば、第２の位置合せマークは潜在性位置合せマークである。マークの投影によって潜在性マーク、すなわち露光後ベークなどの別の後処理なしに視認できるマークがもたらされる場合、位置合せをリソグラフィ投影装置の露光ユニット中で行うことができる。そのような場合、基板をさらに処理せずに位置合せを確認することができる。これにより、まず第２の位置合せマークを投影し、位置合せを確認し、その後はじめてパターン形成化ビームを投影することもできるようになる。
【００２１】
本発明の実施例によれば、第２の位置合せマークは現像した位置合せマークである。第２の位置合せマークを画像化後、第２の位置合せマークを現像する。マークの投影によって潜在性マークが得られない場合、位置合せを確認するために次に処理する必要がある。しかし、本方法は、そのような場合にも有利に使用することができる。次いで、第２の位置合せマークをパターン形成化ビームと共に投影し、位置合せの次の処理が十分でないと思われた後の場合に限り、レジスト層を容易に除去し基板に次の露光を準備する。
【００２２】
本発明の実施例によれば、モアレ縞の測定は、モアレ縞の強度を示す空間マップの作製によるモアレ縞の周期性を決定することを含む。この方式の強度空間マップの作製は、基板に隣接したＣＣＤカメラを使用することによって有利に行うことができる。用語「隣接した」は、測定した強度空間マップと第２の位置合せマーク上面に直接見られるはずの強度空間マップとの間には実質的差異が存在しないことを意味するものとする。
【００２３】
本発明の実施例によれば、モアレ縞の測定は、少なくとも１位置でモアレ縞の強度を決定することを含む。
【００２４】
本発明の実施例によれば、前記少なくとも１位置は第２の位置合せマークに隣接し、層内で第１の部分から第２の部分への位相転移に対応する。
【００２５】
本発明の実施例によれば、モアレ縞形を測定することは、少なくとも１位置でモアレ縞の強度を決定することを含み、その場合前記少なくとも１位置は、第２の位置合せマークに隣接し、補正値ＰＥｂ／４を伴う位相転移に対応する。
【００２６】
本発明の実施例によれば、モアレ縞の測定は、第１及び第２の位置合せマークから生じた回折パターンの少なくとも１回折線の強度を測定することによってモアレ縞の周期性を決定することを含む。
【００２７】
本発明の実施例によれば、前記少なくとも１回折線は、モアレ縞の周期性又は１／２周期性に対応する。
【００２８】
本発明の実施例によれば、第１及び第２の周期性は、交互になった第１及び第２のパーツを含む遮断作用によって形成され、第１及び第２の部分のそれぞれは第２の周期性のそれぞれの最初の４分の１又は４分の３の長さを伴って第１の方向に終わる。
【００２９】
遮断作用は、下パーツ及び隣接する上パーツによって形成することができる。すなわち、装荷率５０％の場合、そのような遮断作用の１／４を伴って終わる部分は、下パーツ１／２又は上パーツ１／２を伴って終わる。そのような転移は、異なる部分間で平滑に転移するモアレ縞をもたらす。しかし、本発明の概念は他の位相転移にも当てはまる。
【００３０】
別の態様によれば、本発明は、
放射感応性材料層によって少なくとも部分的に覆われた基板を提供するステップと、
放射系を使用し放射投影光を提供するステップと、
パターン形成手段を使用して、その断面にパターンを有する投影光を付与するステップと、
パターン形成化放射ビームを放射感応性材料層の標的部分上に投影するステップとを含み、
先に定義した、基板上の第１及び第２の位置合せマークの相対位置を測定する方法を使用することを特徴とするデバイスの製造方法に関する。
【００３１】
別の態様によれば、本発明は、少なくとも２個の位置合せマークを設けた基板に関し、その場合、第１の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第１の周期性を有する第１の部分、及び第２の周期性を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
第２の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第２の周期性を有する追加の第１の部分、及び第１の周期性を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、かつ
第１及び第２の位置合せマークは第１の部分及び追加の第１部分実質的に一方が他方の上方に位置し、かつ第２の部分及び追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設されている。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、本発明は、相対位置を第１及び第２の位置合せマークの第１の方向に決定するための位置合せ装置に関し、位置合せ装置は基板を保持するための基板保持デバイスを備え、その場合基板に第１及び第２の位置合せマークを設け、使用時、第１及び第２の位置合せマークは位置合せビームに露光するとモアレ縞を発生するように設けることができ、
さらに、装置は、基板上の第１及び第２の位置合せマークの相対位置を基板表面に実質的に沿う第１の方向に測定する方法を実施するように配設されていることを特徴とし、
第１の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第１の周期性を有する第１の部分、及び第２の周期性を有する隣接する第２の部分を含む周期構造を備え、
第２の位置合せマークは、実質的に第１の方向に、第２の周期性を有する追加の第１の部分、及び第１の周期性を有する隣接する追加の第２の部分を含む周期構造を備え、
第１及び第２の位置合せマークは、第１の部分及び追加の第１部分が実質的に一方が他方の上方に位置し、第２の部分及び追加の第２の部分は実質的に一方が他方の上方に位置するように配設され、かつ
装置は、
位置合せビームを第１及び第２の位置合せマークへ指し向けるためのビーム発生装置と、
第１及び第２の位置合せマークによって生じたモアレ縞を検出するための光検出要素と、
モアレ縞の周期性を決定するためのユニットと、
決定したモアレ縞の周期性に基づいて第１及び第２の位置合せマークの相対位置を実質的に第１の方向に決定するためのユニットを含む。
【００３３】
別の態様によれば、本発明は、
放射投影光を提供するための放射系と、
パターン形成手段を支持するための支持構造であって、パターン形成手段が所望のパターンによって投影光をパターン形成化する働きをする構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
基板の標的部分上にパターン形成化ビームを投影する投影系と備え、
さらに、リソグラフィ投影装置は本発明による位置合せ装置を備えることを特徴とするリソグラフィ投影装置に関する。
【００３４】
別の実施例によれば、本発明は、マスク像を基板上に投影するように配設され、第１及び第２の位置合せマークの第１の相対位置を決定してマスクと基板の間の第２の相対位置中の誤差を決定する、本発明によるリソグラフィ投影装置に関する。
【００３５】
第１の位置合せマークは、基板位置合せマークであることが好ましい。第２の位置合せマークは、レジスト位置合せマークであることが好ましい。
【００３６】
次に、本発明の実施例を例としてその中で対応する参照符号は対応する部分を示す添付の略図のみに関して記載する。
【実施例】
【００３７】
図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ装置の概略図である。装置は、
放射投影光ＰＢ（例えばＵＶ放射やＥＵＶ放射）を提供するための照明系（照明器）ＩＬと、
パターン形成手段（例えばマスク）ＭＡを支持し、パターン形成手段をアイテムＰＬに関して正確に位置決めさせるために第１の位置決め手段ＰＭに結合させた第１の支持構造（例えばマスク・テーブル）ＭＴと、
基板（例えばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持し、基板をアイテムＰＬに関して正確に位置決めするために第２の位置決め手段ＰＷに結合させた基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴと、
パターン形成手段ＭＡによって投影光ＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１個又は複数のダイを備える）標的部分Ｃ上に画像化するための投影系（例えば屈折投影レンズ）ＰＬを備える。
【００３８】
本明細書に図示したように、装置は、（例えば透過型マスクを使用する）透過型のものである。或いは、装置は、（例えば前記した型のプログラム可能なミラー・アレイを使用する）反射型のものでよい。
【００３９】
照明器ＩＬは、放射供給源ＳＯからの放射光を受ける。供給源及びリソグラフィ装置は、例えば、供給源がエキシマレーザの場合は分離した形でよい。このような場合、供給源は、リソグラフィ装置の一部を形成するとはみなされず、放射光は、例えば、適当な誘導鏡及び／又はビーム拡大器を備えるビーム送達系ＢＤを用いて供給源ＳＯから照明器ＩＬに通される。別の場合には、供給源は、例えば、供給源が水銀ランプである場合は装置の一体部分でよい。必要な場合は、供給源ＳＯ及び照明器ＩＬをビーム送達系ＢＤと共に放射系とよぶことができる。
【００４０】
照明器ＩＬは、ビーム角度強度分布を調節するための調節手段ＡＭを含むことができる。一般に、照明器瞳孔平面中の強度分布の少なくとも放射長外側及び／又は放射長内側（一般にそれぞれσ外側及びσ内側と称する）は調節することができる。さらに、一般に、照明器ＩＬは、インテグレータＩＮ及び冷却器ＣＯなどの様々な他の構成要素を含む。照明器は、その断面に所望の均一性及び強度分布を有する投影光ＰＢと称する調整した放射光を提供する。
【００４１】
投影光ＰＢが、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡ上に入射する。マスクＭＡを横切ると、投影光ＰＢはレンズＰＬを通過し、このレンズは基板Ｗの標的部分Ｃ上にビームに集める。第２の位置決め手段ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉測定デバイス）を用いて、基板テーブルＷＴを、例えばビームＰＢの進路の異なる標的部分Ｃに位置するように正確に移動することができる。同様に、第１の位置決め手段ＰＭ及び（図１に明示されていない）別の位置センサをビームＰＢの進路に関して正確にマスクＭＡを配置するために、例えばマスク・ライブラリから機械的に回収後、又はスキャン中に使用することができる。一般に、対象テーブルＭＴ及びＷＴの動作は、長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（微細な位置決め）を用いて実現され、これらモジュールは位置決め手段ＰＭ及びＰＷの一部を形成する。しかし、ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）マスク・テーブルＭＴは、短ストローク作動装置にしか接続することができず、又は固定してよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用し整列させることができる。
【００４２】
図示した装置は、以下の好ましい方式で使用することができる。
１．ステップ方式では、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは本質的に静止状態に保たれるが、投影光に付与されたパターン全体は標的部分Ｃ上に一度に投影される（すなわち単一静止露光）。次いで、異なる標的部分Ｃを露光できるように基板テーブルＷＴをＸ及び／又はＹ方向にシフトする。ステップ方式では、照射野の最大寸法が、単一静止露光で画像化する標的部分Ｃの寸法を限定する。
２．スキャン方式では、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期させて走査し、一方では投影光に付与されたパターンを標的部分Ｃ上に投影する（すなわち単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴと関連する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＬの（縮小）拡大率及び像反転特徴によって決定される。スキャン方式では、照射野の最大寸法が単一動的露光で（非走査方向に）標的部分の幅を限定することに反して、走査移動の長さが標的部分の（走査方向の）高さを決定する。
３．別の方式では、マスク・テーブルＭＴは、プログラム可能なパターン形成手段を保持して本質的に静止状態に保ち、投影光に付与されたパターンを標的部分Ｃ上に投影しながら基板テーブルＷＴを移動し又は走査させる。この方式では、一般に、パルス化放射源を使用し、プログラム可能なパターン形成手段は、基板テーブルＷＴの各動作後又はスキャン中の連続放射パルス間に必要に応じてアップデートする。前記した型のプログラム可能なミラー・アレイなど、プログラム可能なパターン形成手段を使用するマスクレス・リソグラフィにこの作用方式を容易に適用することができる。
【００４３】
上記の使用方式又は完全に異なる使用方式に関する組合せ及び／又は変形形態も利用することができる。
【００４４】
図２上部は、従来技術による位置合せマークの一部の断面を非常に拡大して示す。これらの位置合せマークは、基板Ｗの表面上に配設され、かつ周期構造によって構成され、各周期構造は位相構造として知られている所与の周期性、例えば位相格子を備える。これらの位相格子それぞれは、矢印Ａによって示される所与の第１の方向に伸展する。所与の第１の方向Ａは、基板の平表面に対して実質的に平行である。さらに、基板Ｗの平表面に対して実質的に垂直な矢印Ｂによって示される、所与の第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向にこれらの位相格子を相互に転置する。
【００４５】
図２は、格子周期がＰＥ１０である従来技術の基板位置合せマーク１０、及び格子周期がＰＥ１１であるレジスト位置合せマーク１１を示す。基板Ｗの第１の層Ｌ１に設けられた基板位置合せマーク１０の格子周期ＰＥ１０は、基板Ｗの第２の層Ｌ２に設けられたレジスト位置合せマーク１１の周期ＰＥ１１（小さい周期を使用することができる）よりも大きい。位置合せ測定ビームによってこれらの位置合せマーク１０、１１を照明した場合、マークは、反射ビームに干渉を引き起し、その結果干渉位相パターンすなわち位相画像が発生する。モアレ縞又はモアレ格子と呼ぶこともできるこの位相パターンの長さはＰＥｂであり次式によって示される。
１／ＰＥｂ＝１／ＰＥ１０−１／ＰＥ１１
【００４６】
基板位置合せマーク１０及びレジスト位置合せマーク１１が、ＰＥｂよりもかなり広い距離で重複する場合、モアレ縞が反復を開始する（ＰＥｂがモアレ周期を形成する）ことはこの式から理解されよう。ＰＥｂは、基板位置合せマークＰＥ１０の周期性、及びレジスト位置合せマークＰＥ１１の周期性よりも大きい。したがって、基板位置合せマーク１０及びレジスト位置合せマーク１１は、それらを組み合わせて称する場合、微細な位置合せマークと名づける。
【００４７】
図２下部のグラフの６０は、Ｘ方向に沿う、すなわち基板位置合せマーク１０及びレジスト位置合せマーク１１の格子ストリップに垂直な位相パターンの位相深度変化の包絡線を示す。モアレ縞の最大値及び最小値の位相変化又は位置を位置合せマーク１０、１１の相対位置によって決定する。この相対位置、又は位置合せマーク１０、１１のＸ方向への相対的シフトを測定するために、モアレ位相パターンを放射感応性検出器の前に配設された軸上又は軸外測定格子、又は測定マーク（図示せず）上に画像化する。周期ＰＥ１０及びＰＥ１１を有する微細な位置合せマークではなく、周期ＰＥｂを有する粗いモアレ縞である三角様変化の位相パターンしか解像することができない光学系をこの画像化用に使用し、すなわちモアレ縞の位置が検出される。モアレ縞の位置は、基板位置合せマーク１０の位置、及び基板位置合せマークとレジスト位置合せマーク１１の間の相対的シフトに依存する。モアレ縞を使用し位置合せマークの互いに関してのシフトを決定するために、参照マークに関するモアレ縞の位置を決定しなければならない。微細な位置合せマーク１０、１１の相対的シフトが小さいことは、モアレ縞のシフトがかなり大きいと解釈され、すなわちこのシフトは拡大される。拡大係数Ｍｆを以下に示す。
Ｍｆ＝シフトモワレ／シフト微細なマーク＝ＰＥ１０／（ＰＥ１１−ＰＥ１０）
【００４８】
拡大率のために、測定をより正確にするためには位置合せシグナル処理に検出器シグナルの少しの補間が必要となる。拡大率のために、モアレ縞の位置の測定はそれほど重要ではない。モアレ縞の位置の決定に誤差Δが生じた場合、この誤差が微細なマークの決定で極めて小さな誤差（１／Ｍｆ）Δとなる。拡大係数Ｍｆは、約１０又は２０でよい。
【００４９】
位置合せマーク１０、１１は、位相マーク及び／又は振幅マークでよい。位相マークの場合には、このマークは基板層中にエッチングされる。レジスト位置合せマーク１１は位相マークであるが、強度に作用するマーク、いわゆる振幅格子であってもよい。位相マークは、現像されたレジスト層中のマークによって構成してもよい。そのようなマークの位相深度は、レジストの屈折率、並びに通常空気である周囲の媒体及びレジスト厚の屈折率の相違によって決定する。この屈折率の相違はかなり大きいので、レジスト厚と、位相深度によって位相マークにより生じたシグナルとの間に強力な関係が存在する。レジスト位置合せマーク１１は、いわゆる潜在性マーク、すなわち現像されなかったレジストのレジスト位置合せマーク像であってもよい。そのような像は、その上に投影光放射が入射した第１の領域、及び入射用ではない第２の領域を含む。これらの第１及び第２の領域は、領域を通る位置合せ決定ビームに異なる光学距離を提供する。この相違は、その変化がこれらの領域の屈折率の変化を引き起す第１の領域の化学的変化、又はこれらの領域の材料の収縮によるもので、第１及び第２の領域間の高さの違いをもたらす。このような効果は余り大きくなく、通常のレジスト厚では、レジスト厚によって位置合せシグナルの振動性変化は生じない。潜在性レジスト位置合せマークを使用することは、レジスト層を有する基板をレジストの現像用リソグラフィ装置から除去する必要がないという利点をもたらす。
【００５０】
しかし、既に上記したように、従来技術による、かつ図２に関して記載した方法には参照マークを使用する必要がある。本発明によって、この参照マークはもはや必要ない。重ね合せ特徴には、基板Ｗの異なる層Ｌ１、Ｌ２中の２個の位置合せマークの相対的位置決めについての情報を提供する基板が備わるからである。
【００５１】
既に上記したように、２個の周期構造１０、１１を互いの上面に配置する場合、周期ＰＥｂを有し以下によって示されるモアレ縞が発生する。
１／ＰＥｂ＝１／ＰＥ１０−１／ＰＥ１１
【００５２】
ＰＥ１０が１μｍに等しく、ＰＥ１１が（１６／１５）μｍに等しい場合、モアレ縞の周期は１６μｍに等しくなり、位置合せマーク１０、１１の周期よりもかなり大きい。
【００５３】
上記の方程式を使用して拡大係数Ｍｆを決定し、他方の位置合せマークに関して位置合せマークの１周期方向への１ｎｍのシフトは、モアレ縞にシフト１５ｎｍを引き起すことを計算することができる。モアレ・シフトの方向は、位置合せマークの相対的シフト方向によって決まる。例えば、レジスト位置合せマーク１１が左へシフトした場合、モアレ縞も左へシフトし、逆も同様である。しかし、ＰＥ１１がＰＥ１０よりも小さいならば、レジスト位置合せマーク１１の左へのシフトは、右へのモアレ・シフトもたらすはずである。
【００５４】
本発明によって、２個の位置合せマーク１０、１１が得られ、各マークは少なくとも２個の部分に分割され、図３ａに図示されるように交互に周期構造ＰＥ１及びＰＥ２が設けられている。２個の位置合せマーク１０、１１は、それぞれ基板Ｗ上の異なる層Ｌ１、Ｌ２に設けられ、下層Ｌ１の部分の上方に配置された上層Ｌ２の部分は、下の部分と関連する周期と異なる周期を有するように配置する。それによってＰＥ１の周期性を有する上層Ｌ２の部分は、ＰＥ２の周期性を有する下層Ｌ１の部分の実質的に上方に配置され整列され、逆も同様である。
【００５５】
図３ａの点線は、示された位置合せマーク１０、１１のパターンが、ＰＥｂ／２の長さを超えて延長されてもよいことを示す。これは、ＰＥｂ／２よりも長い部分を用いて、又は部分の数を増加することによって行うことができるはずである。部分の数を増加した場合、層内の部分間距離は両層に向けて等しくあるべきである。原則的に、位置合せマーク当たり２個の部分で本発明を実施することができる。
【００５６】
本明細書では、モアレ縞の周期性（又は同等にうなり周期性）は、２個の部分によって形成されたモアレ縞の長さの逆である。しかし、層当たり部分の使用数が増えると回折パターンの品質、したがって得られた測定値の品質が向上することは当業者によって理解されよう。
【００５７】
互いの上面に配置された部分は、異なる周期を有する。これらの周期を互いに接近して選択して、比較的大きな周期を持つモアレ縞を発生させ、
１／ＰＥｂ＝１／ＰＥ１−１／ＰＥ２、
を満足させ、比較的大きな拡大係数Ｍｆ、例えば１５を生み出すことが好ましい。
【００５８】
互いの上面に配置されたあらゆる２個の部分は、上記方程式によってＰＥｂに等しい周期を有するモアレ縞を発生させる。各部分の長さは、以下で明らかになるような理由でＰＥｂ／２に等しいことが好ましい。モアレ縞は、例えば、図３ｂ上部に示すような周期性ＰＥｂを有する形を有する。垂直軸の左手側のモアレ縞が第１の部分によって発生する一方、右手側のモアレ縞が第２の部分から発生する。
【００５９】
層内での第１の部分から第２の部分への位相転移が、得られたモアレ縞の厳密な形を決定することすることは当業者によって理解されよう。図３ａに示すように、部分は、交互になった第１及び第２のパーツを有する遮断作用によって形成される。例えば、図３ａに示されるように層Ｌ１の右部分では、第１のパーツは灰色領域であるのに対し、第２のパーツはＬ１の領域の２個の灰色領域間の層である。層Ｌ２の右部分では、第１のパーツは長方形によって囲まれているのに対して、第２のパーツは囲まれていない。１個の第１パーツ及び１個の第２パーツが一緒になって１個の周期を形成する。図３ａに示す位相転移を使用することが好ましく、その場合、それらの部分は第１又は第２のパーツで終わり、そのパーツは寸法が通常の第１又は第２のパーツよりも小さく、すなわちその寸法は１／４の周期性しかない。それにより層当たりの２個の部分のみを使用するとき、他方の部分に隣接する部分パーツが第１又は第２のパーツであり、これらのパーツは部分の周期性の１／４にすぎない（すなわち、通常の第１又は第２のパーツの１／２ほどの大きさにすぎない）。他の転移も使用することができる。層当たり２個を超える部分を使用するとき、全転移に等しく部分間の異なる転移を選択することが好ましい。しかし、異なる転移も選択することができる。
【００６０】
最後のパーツは、遮断作用の上パーツ又は下パーツでよい。もちろん、他の位相転移も適用することができるが、これらは異なるパターンを発生させる。
【００６１】
さらに、発生したモアレ縞は、使用するレジストに依存する。いくつかのレジストは、位相深度を拡大するが、位相深度を減少させるものもある。
【００６２】
例えば、レジスト位置合せマーク１１を下部位置合せマーク１０に関する周期方向にシフトした場合、モアレ縞の位置も（拡大係数Ｍｆで）シフトするが、シフト方向は反対の隣接する部分である。図３ｂの矢印はモアレ縞のあり得るシフト方向を示す。もちろん、層の相対的シフトが反対である場合、異なる部分のモアレ・シフトも反対方向である。
【００６３】
２個の位置合せマーク１０、１１のシフトがある値を持つ場合、モアレの縞筋の位置は図３ｂ下部に示すようにＰＥｂ／４の距離をシフトしている。図３ｂに示す下段グラフは、図３ｂ上部に示すグラフの周期のわずか１／２、すなわちＰＥｂ／２の周期を有する。もちろん、２個の位置合せマーク１０、１１が、反対方向にシフトしていたならば、異なる部分の組合せモアレ縞も元のモアレ縞の周期の１／２の周期を有する周期シグナルになっていたはずである。組合せモアレ縞、すなわちすべての異なる部分のモアレ縞の周期性は位置合せマーク１０、１１の相対位置の作用である。したがって、位置合せマーク１０、１１に設けられた異なる部分の組合せモアレ縞の周期性を決定することによって、重ね合せ誤差についての情報を引き出すことができる。
【００６４】
図では、図３ｃは図３ｂに図示された状況相互間の中間状況を図示する。
【００６５】
各部分の長さは、ＰＥｂ／２に等しいことが好ましく、既に上記したように各部分はモアレ縞ＰＥｂの周期の約１／２を含む。このような場合にのみ、厳密にＰＥｂ／２に等しい周期性を有する組合せモアレ縞を発生させることができる。組合せモアレ縞が、長さがＰＥｂ／２の隣接する部分によって形成される場合、組合せモアレ縞の周期性はＰＥｂからＰＥｂ／２の間で変化してよい。しかし、他の長さの部分を使用することも可能であることは当業者によって理解されよう。位置合せマーク１０、１１の相対的シフトは、位置合せマーク１０、１１の厳密なレイアウトに関わらず、常に、そこから位置合せマーク１０、１１の相対的シフトを導くことができる回折パターンを変化させる。本明細書に記載した実施例は、好ましい実施例にすぎない。
【００６６】
組合せモアレ縞の周期性は、多くの異なる方式で、例えば、モアレ縞を線形フォトダイオード或いは１次元又は２次元処理系／光学に記録することによって決定することができる。次いで、測定データを、例えば、コンピュータなどで処理することによって周期性を導き出すことができる。
【００６７】
或いは、周期性は、回折パターンによって決定することができる。図４を参照して、位置合せビームＡＢを微細な位置合せマーク１０、１１の組合せ上に投影すると、位置合せマーク１０、１１の周期性についての情報を含む回折パターンが発生する。回折パターンは、異なる方向に向けられた複数の光線を含み、そこでは各光線の方向は、位置合せマーク１０、１１の周期性によって決定する。例えば、個々の位置合せマーク１０、１１の各マークは周期性がＰＥ１及びＰＥ２である周期シグナルを含み、その周期性よって図４にＰＥ１及びＰＥ２で示す２本の分離した回折線がもたらされる。さらに、回折パターンはモアレ縞の周期性を示す。位置合せマーク１０、１１を図３ａ及び図３ｂの上部に図示した状態によって相対して配置する場合、組合せモアレ縞の周期性はＰＥｂに等しく、図４のＰＥｂによって示される回折線によって表される。しかし、位置合せマーク１０、１１が図３ｂ下部に対応する位置にシフトする場合、モアレ縞の周期性はＰＥｂ／２になり、その結果回折線ＰＥｂは回折パターン中に存在しない。さて、組合せモアレ縞の周期性はＰＥｂ／２に等しいので、図４のＰＥｂ／２によって示される周期性を表す回折線も存在する。異なる周期性を表す回折線は、異なる方向を有することを見てとることができる。もちろん、類似する回折パターンが位置合せビームＡＢの左側に存在するが、回折パターンのこの部分は図４に示されていない。
【００６８】
図４に図示した実施例は、孔、及びフォトダイオード２１などの光検出要素を設けたプレート２０である。プレート２０の孔、及びフォトダイオード２１をフォトダイオード２１が周期性ＰＥｂを表す回折線を検出するように配置する。この回折線の強度は、図３ｂ上部に図示した状態で最大値を得、図３ｂ下部に図示した状態で最小値を得ることになる。したがって、フォトダイオード２１によって測定した強度は、位置合せマーク１０、１１の相対位置の作用である。図４は、位置合せビーム（ＡＢ）がビーム発生装置（３０）によって発生することを明瞭に図示している。モアレ縞の周期性を決定するために、かつ決定したモアレ縞の周期性に基づいて微細な位置合せマーク（１０、１１）の相対位置を実質的に第１の方向に決定するために、光検出要素（２１）をプロセッサなどのユニット（３１）に接続する。
【００６９】
他の周波すべて、例えば、環境表面によって生成される周波をろ過除去するためにプレートを使用する。通常、そのような表面は比較的粗く広い空間的スペクトルを有する。プレートを使用してすべてのこれらのシグナルをフォトダイオード２１から除去し、それによってその系の信号対雑音比を改善する。
【００７０】
図５ａは、２個の位置合せマーク１０、１１の置き換えの作用として回折線ＰＥｂの強度を示す。強度は、最大値Ｉｍａｘ，１と、ゼロに等しい又はゼロに近い最小値との間で変化し、実質的にＰＥｂ／２に等しい周期性を有する。図５ａに示すグラフを使用して、周期性ＰＥｂを表す回折線の強度の測定を基準として位置合せマーク１０、１１間の重ね合せ誤差を決定することができる。
【００７１】
通常、上層及び下層Ｌ１、Ｌ２の部分は完全には整列していないので、モアレ縞は完全には周期性ではない。これは、境界では、周期性が類似する部分は互いの上面に横たわるということの結果である。しかし、通常、部分長に比較して重複は小さいので（＜１００ｎｍ）、これは実用的に適用例の低い関連性のものである。
【００７２】
周期性ＰＥｂ／２を表す回折線の強度を測定することによって同じ結果を実現することができることは理解されよう。図５ｂは、回折線ＰＥｂ／２の強度を示し、この回折線は、図５ａに示す回折線ＰＥｂの強度に応じた１８０°の位相シフトを有する。回折線ＰＥｂ／２も最大値Ｉｍａｘ，２と、ゼロに等しい又はゼロに近い最小値の間で変化する。
【００７３】
図５ａ及び５ｂの両回折線が、微細な位置合せマーク１０、１１の相対的位置決めについての同じ情報を示すことは理解されよう。重ね合せ誤差についての情報は、これらの回折線の１本の強度を測定することによって得られる。
【００７４】
しかし、図６に示す本発明の別の実施例では、ＰＥｂ及びＰＥｂ／２を表す回折線の両方を測定する。当業者によって理解されるように、これはより正確に測定するために行われる。もちろん、同じ理由で小さい周期性を表すより高い順位の回折線も測定することができる。
【００７５】
２個の位置合せマーク１０、１１の所望の相対位置が図３ａに示す通りである場合、周期性ＰＥｂを表す回折線が最大であり、他方周期性ＰＥｂ／２を表す回折線が最小であることは図５ａ及び５ｂに見て取ることができる。このように、例えば、周期性ＰＥｂを表す回折線の強度を測定する場合、その強度は、所望の値Ｉｍａｘ，ｌと異なり、重ね合せ誤差を明白に決定することはできず、すなわち右へのシフトと左へのシフトを区別することはできないことが見出されている。重ね合せ誤差のしるしは依然として不明であり、例えば、マスクＭＡの位置に適用すべき必要のある所望の修正を決定することができない。
【００７６】
したがって、２個の位置合せマーク１０、１１に対してその相対的位置決めの補正値を得ることは有利である。位置合せマーク１０、１１の所望の相対的位置決めは、例えば、図３ａ及び３ｂに図示した状況間で厳密である。そのような場合、異なる回折線の所望の測定強度は、図５ａ及び５ｂに丸で示すようにＩｍａｘｌ，２値の約１／２である。所望の強度とは異なる強度Ｉを測定する場合、重ね合せ誤差は、重ね合せ誤差の方向と共に知られている。回折強度の一方は増大するが他方は減少するので、それぞれの回折線の実際の強度変化からシフト方向を決定することができ、例えば、マスクＭＡの位置を適切に調整することができる。
【００７７】
回折線の強度作用は重ね合せ誤差の周期作用であるので、重ね合せ誤差を回折線の強度の周期性と比べて比較的小さいままに保つならば重ね合せを正確に決定することができる。重ね合せマーク１０、１１の所望の位置が図５ａ及び５ｂの丸で示される位置に対応する場合では、重ね合せ誤差は、重ね合せ誤差に応じて回折線の強度の周期性の１／４であるべきである。位置合せマーク１０、１１の粗い位置合せは、少なくとも位置合せマーク１０、１１の周期の１／４以内、すなわちＰＥ１／４及びＰＥ２／４で正確であるべきことをこれは意味する。そのような粗い位置合せは、従来技術製のリソグラフィ投影機器で容易に実現できることを当業者は注目してよい。したがってこの要件は容易に満足され得る。
【００７８】
上記した２個の位置合せマーク間の重ね合せ誤差の決定方法は、一方向の、すなわち周期性方向の重ね合せ誤差についての情報しか提供しない。しかし、第２の方向、好ましくは第１の方向に対して垂直方向の重ね合せ誤差も決定する必要があることは理解されよう。したがって、他の位置合せマークを元の位置合せマーク１０、１１に対して垂直に周期構造に設けることができる。重ね合せ誤差をさらに低減するために、好ましくは基板表面Ｗ上で相互にできる限り遠くに離して配置した異なる位置合せマーク１０、１１を使用して、１回を超えて単一方向の重ね合せ誤差を決定することができる。
【００７９】
既に上記したように、異なる型の位置合せマーク１０、１１を使用することができ、振幅マーク及び／又は位相マークなどを使用することができる。位置合せマークも潜在性マーク、すなわちまだ現像していないレジストの位置合せマーク像も使用することができる。潜在性位置合せマークを使用する場合、
基板位置合せマーク１０を設けた基板Ｗを投影レンズ系の下に配置するステップと、
レジスト位置合せマーク１１を基板位置合せマーク１０の上面に画像化するステップと、
位置合せビームＡＢを微細な位置合せマーク１０、１１に投影するステップであって、レジスト位置合せマークは依然として潜在性マークであるステップと、
上記の方法によって２個の微細な位置合せマーク１０、１１の相対位置を決定するステップと、
決定した２個の微細な位置合せマーク１０、１１の相対位置に基づいて、マスクＭＡの相対的位置決めを基板Ｗに関して調節するステップと、
パターン形成化ビームＰＢを基板Ｗに画像化するステップとを含む新規な位置合せ戦略を実行することができる。
【００８０】
マスクＭＡの相対的位置決めを基板Ｗに関して調節するステップの代わりに、投影系ＰＬに対して調節を行うこともでき、この調節は２個の微細な位置合せマークの相対位置のためにマスクＭＡ像を移動して補整する作用を有する。
【００８１】
潜在性マークを使用することができない場合には、可視化するためにまずレジスト位置合せマーク１１を処理（現像）する必要がある。この方法は、
基板位置合せマーク１０を設けた基板Ｗを投影レンズ系下に配置するステップと、
レジスト位置合せマーク１１を回路パターンと共に基板位置合せマーク１０の上面に画像化するステップと、
可視化するためにレジスト位置合せマークを処理するステップと、
位置合せビームＡＢを微細な位置合せマーク１０、１１に投影するステップと、
上記の方法によって２個の微細な位置合せマーク１０、１１の相対位置を決定するステップとを含む。
決定した位置合せ誤差がある閾値を超える場合には、レジストを除去し、新規なレジスト層を基板に塗布する。
第２の又は次の露光には、重ね合せ誤差を減少させるための調節、例えば、潜在性位置合せマーク用の位置合せ戦略で上記した、基板Ｗ及び／又はマスクＭＡの位置の補正による、或いは投影系ＰＬの調節による調節を行うことができる。
位置合せ誤差がある閾値未満となるまで基板Ｗを第２の又は次の時間露光する。閾値の値は使用者が選択することができ、例えば、典型的な大きさの回路パターンに依存する。
【００８２】
非潜在性位置合せマークの使用は、基板Ｗを処理ステーションに移動するための中間処理ステップが必要であるため、潜在性位置合せマークの使用よりも時間がかかることは当業者によって理解されよう。さらに、回路パターンをウェハ上に画像化した後の重ね合せチェックによって基準を満たしていないことが示された場合、この方法では別の処理費用がかかるのに反して、潜像を使用すればこれを防止することができるはずである。モアレ縞を生成するために、位置合せビームＡＢを微細な位置合せマーク１０、１１上に投影する。位置合せビームＡＢは単色光であってよい。白色光、又はある特定のスペクトル線を含む光を使用する場合、１本を超える回折線が発生する。しかし、非単色光の使用は必要となる測定装置を一層複雑にする。例えば、追加のフィルタ及び／又は他の空隙が必要となり得る。
【００８３】
回折線を、例えば、レンズによって焦点又は線に投影する場合、当業者によって理解されるように位置合せビームは可干渉性であるべきである。
【００８４】
次に、基板をリソグラフィ投影装置１から取り出して化学的に処理し、新規なレジスト層を基板Ｗに加える。続いて、次の回路パターンを基板Ｗに画像化するために基板Ｗをリソグラフィ投影装置１中に移送する。これを行うために、上記した位置合せ手順を再度適用する必要がある。しかし、先立つ位置合せ手順のレジスト位置合せマーク１１を新規な基板位置合せマークとして、この新規な位置合せ手順に使用することはできない。先立つ位置合せ手順の基板位置合せマーク１０によって、この位置合せ手順が妨害を受けるはずであるからである。したがって、基板Ｗ上の１個を超える、好ましくは３個の位置を位置合せマーク用の位置として割り当てる。そのような位置で基板位置合せマーク、レジスト位置合せマーク、及び不透明層が連続して形成される。不透明層の後、基板位置合せマーク１０などを再度形成することができる。
【００８５】
少なくとも１個の位置合せ位置のあらゆる新規な露光用にレジスト位置合せマークが再度一巡するように、例えば、異なる３個の位置合せ位置にこれらのサイクルを適用する場合、本発明による位置合せはあらゆる連続露光に向けて可能である。
【００８６】
本発明の特定の実施例を上に記載してはいるが、本発明は記載した方法以外でも実施することができることは理解されよう。この記述が本発明を制限することはないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を示す図である。
【図２】従来技術による位置合せマークを示す概略図である。
【図３ａ】本発明の実施例による位置合せマークを示す概略図である。
【図３ｂ】本発明の実施例によって発生したモアレ縞を示す図である。
【図３ｃ】本発明の実施例によって発生したモアレ縞を示す図である。
【図４】本発明の実施例による測定系の概略図である。
【図５ａ】重ね合せ誤差の関数として、ある回折線の強度を示す概略図である。
【図５ｂ】重ね合せ誤差の関数として、ある回折線の強度を示す概略図である。
【図６】別の本発明の実施例による測定系を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  リソグラフィ投影装置
１０  基板位置合せマーク
１１  レジスト位置合せマーク
２１  フォトダイオード（光検出要素）
２２  光検出要素
３０  ビーム発生装置
３１  ユニット（プロセッサ）
６０  Ｘ方向に沿う位相パターンの位相深度変化の包絡線
ＡＢ  位置合せビーム
ＡＭ  ビーム角度強度分布調節手段
ＢＤ  ビーム送達系
Ｃ  標的部分
ＣＯ  冷却器
Ｅｘ  放射系
ＩＦ  第２の位置センサ
ＩＬ  照明器
ＩＮ  インテグレータ
Ｌ１  基板Ｗの第１の層
Ｌ２  基板Ｗの第２の層
Ｍ１  マスク位置合せマーク
Ｍ２  マスク位置合せマーク
ＭＡ  パターン形成手段
ＭＴ  第１の支持構造
Ｐ１  基板位置合せマーク
Ｐ２  基板位置合せマーク
ＰＢ  放射投影光
ＰＥ１０  従来技術の基板位置合せマークの格子周期性
ＰＥ１１  レジスト位置合せマークの周期性
ＰＥｂ  モアレ縞の周期性
ＰＬ  投影系（アイテム）
ＰＭ  第１の位置決め手段
ＰＷ  第２の位置決め手段
ＳＯ  放射供給源
Ｗ  基板
ＷＴ  基板テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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