(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントセンサが、アライメント照明源を有し、前記アライメント照明源により照明された対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、イメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信する検出器を有し、それにより、対称アライメントマークのセンタロケーションの位置が求められるように構成されており、
前記イメージ回転形干渉計が、対称アライメントマークの第１イメージ及び、対称アライメントマークの回転された第２イメージを生成し、第１，第２イメージを再結合するように構成されていることを特徴とするアライメントセンサ。
【請求項２】
前記イメージ回転形干渉計がプリズムを有する、請求項１記載のアライメントセンサ。
【請求項３】
前記アライメント照明源がコヒーレントである、請求項１記載のアライメントセンサ。
【請求項４】
対称アライメントマークが、１８０°対称性を有する、請求項１記載のアライメントセンサ。
【請求項５】
対称アライメントマークは、等しい間隔をおかれた線及びスペースを有する、請求項４記載のアライメントセンサ。
【請求項６】
対称アライメントマークは、格子である、請求項５記載のアライメントセンサ。
【請求項７】
対称アライメントマークは、チェッカーボードである、請求項５記載のアライメントセンサ。
【請求項８】
対称アライメントマークは、グリッドである、請求項５記載のアライメントセンサ。
【請求項９】
アライメントセンサが、電磁放射源を有し、前記電磁放射源からの電磁放射を受信し、該電磁放射を対称アライメントマークへ向けるビームスプリッタを有し、対称アライメントマークからの電磁放射を受信するように位置決めされた光学素子を有し、前記光学素子は、対称アライメントマークの第１イメージと、対称アライメントマークの回転された第２イメージとを形成し、それらの第１，第２イメージを干渉計において再結合させるように構成され、光学素子からの電磁放射を受信するように位置きめされた検出器を有し、前記検出器に結合された信号アナライザを有し、前記信号アナライザは、前記検出器からの信号に基づきアライメントターゲットの対称のセンタを求めるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサ。
【請求項１０】
前記アライメント照明源がコヒーレントである、請求項９記載のアライメントセンサ。
【請求項１１】
前記光学素子がプリズムを有する、請求項９記載のアライメントセンサ。
【請求項１２】
前記対称アライメントマークは、１８０°対称的である、請求項９記載のアライメントセンサ。
【請求項１３】
スキャニングフォトリソグラフィ装置用のアライメントセンサシステムが、サブストレートを保持し、対称のセンタを備えた対称アライメントマークを持つスキャニングステージを有し、対称アライメントマークを照明する照明野を生じさせるコヒーレントな電磁放射源を有し、それにより、対称なアライメントマークは、前記スキャニングステージにより、照明野を横断してスキャニングされ、前記コヒーレントなアライメント照明源により照明される対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、前記イメージ回転形干渉計は、アライメントマークの第１イメージ、及びアライメントマークの回転された第２イメージを生じさせ、そして第１および第２イメージを干渉計において再結合させ、イメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信する検出器を有し、前記検出器に結合された信号アナライザを有し、前記信号アナライザは、前記検出器からの正弦波信号を受信し、それによりアライメントマークの対称性のセンタが求められるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサシステム。
【請求項１４】
対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、該対称アライメントマークは１つのセンタを有し、そしてアライメント照明源により照明され、
対称アライメントマークから受信されたイメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信して、第１方向におけるアライメントの情報を送出する第１検出器を有し、
対称アライメントマークから受信されたイメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信して、第２方向におけるアライメントの情報を送出する第２検出器を有し、
前記第１および第２検出器に結合された信号アナライザを有し、前記信号アナライザは、アライメントセンサのアライメント軸と、対称アライメントマークのセンタとの一致を求め、
それにより、対称アライメントマークのセンタの位置が求められるように構成されており、
前記イメージ回転形干渉計が、前記対称アライメントマーク第１イメージと、前記対称アライメントマークの回転された第２イメージとを形成し、前記第１及び第２のイメージを再結合することを特徴とするアライメントセンサ。
【請求項１５】
さらに１つの照明源を有し、前記照明源は、少なくとも３つの異なる波長を有するコヒーレントな照明光を生じさせる、請求項１４記載のアライメントセンサ。
【請求項１６】
アライメントセンサのアライメント軸に垂直な波面を有する空間的にコヒーレントなコリメートされた電磁放射を送出する１つの照明源をさらに有する、請求項１４記載のアライメントセンサ。
【請求項１７】
前記イメージ回転形干渉計が、複数のプリズムから成る１つのソリッドガラスアセンブリを有する、請求項１４記載のアライメントセンサ。
【請求項１８】
前記ソリッドガラスアセンブリが、１つのビームスプリッタ表面で接合された２つのプリズムを有する、請求項１７記載のアライメントセンサ。
【請求項１９】
前記イメージ回転形干渉計が、振幅干渉を生じさせる、請求項１４記載のアライメントセンサ。
【請求項２０】
前記イメージ回転形干渉計が、偏光状態の干渉を生じさせる、請求項１４記載のアライメントセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アライメントセンサ、アライメントセンサシステム、イメージ回転形干渉計及びアライメントマーク検出方法に関する。本発明は、一般には半導体装置の製造において使用されるリソグラフィ技術に関わり、特にはアライメントシステムに関わる。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の背景技術について述べる。半導体デバイスの製造にはリソグラフィ技術が使用される。１つの対象物を既知の基準座標系にアライメント整合させたり、または位置定めさせたりすることはしばしば必要である。マイクロ回路リソグラフィでは、１つのレチクルのイメージが、感光性のサブストレート、または、ウエーハ上に投影され、そのイメージは、回路パターンを形成するように復元される。種種異なるプロセシングステップにおいては、半導体デバイスを形成するために種々の層が順次、サブストレート上に生成されることが要求される。従ってサブストレートを、高い精度で再配置することが必要である。サブストレートは、その上に形成された先行のパターンに対して相対的に正確に位置定めしなければならない。アライメント精度は、しばしばクリティカルであり、通常０．１μより小であることを要する。一般に、アライメントマークまたはターゲットは、アライメントすべきサブストレート上に施され、アライメントセンサのような、第２の対象物への基準となるように位置決めされる。アライメントマークの位置、従って、サブストレートの位置は、アライメントセンサの座標に関連付けて求められる。これは、アライメントにおけるクリティカルなステップである。アライメントマークの位置は、通常、ウエーハ平面に関して、そしてアライメントマークパターンのある部分の対称性のセンタに関して、規定される。通常アライメントセンサは、ウエーハまたはサブストレートの平面に対して垂直なアライメント軸を有する。概して、アライメントセンサは、特別なアライメントマークパターンの使用を、または複数のアライメントマークパターンの比較的制限されたクラスの使用を、要する。これらは、サブストレートまたは、ウエーハ上に配されたアライメントマークパターンである。
【０００３】
１つのアライメントシステムが、１９９５年１２月１９日にDavid Angeley氏他により出願された“Off Axis Alignment System For Scanning Photolithography”と題する米国特許第５，４７７，０５７号で開示されており、そのシステムは、ここに参考として引用されている。そこに開示されているのは、ウエーハ上に配された複数のアライメントマークから散乱され、反射された光の検出のための多数の検出器を有するアライメントシステムである。他のアライメントシステムは、１９９６年９月２４日にGallatin氏他により出願された“Mask And Wafer Diffraction Grating Alignment System Wherein The Diffracted Light Beams Return Substantially Along An Incident Angle”と題する米国特許第５，５５９，６０１号で開示されている。そのアライメントシステムは、ここに参考として引用されている。そこに開示されているのは、戻りの電磁放射強度から、アライメントを求めるための、コヒーレント照明を利用する格子−格子干渉計ウェーハアラインメントシステムである。他のアライメントシステムは、１９９８年６月１６日にMcCullough氏により出願された“Multiple Detector Alignment System For Photolithography”と題する米国特許第５，７６７，５２３号で開示されている。そのアライメントシステムは、ここに参考として引用されている。そこに開示されているのは、所定のアパーチャ開口を有する不透明の層でカバーされた感光性表面を備えた検出器である。このアパーチャ開口において、所定のアパーチャを有するマッチング整合されるレチクルと組合せられる。
【０００４】
これらのアライメントシステム及び他のアライメントシステムは、所期の目的のためには、それなりの機能上の実効を挙げてはいるものの、アライメントシステムの精度を向上改善させる必要性が増大している。
【０００５】
更に、アライメントマークパターンの比較的大きなクラスを利用し得るアライメントシステムの必要性が存在している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題とするところは、半導体デバイスの製造に使用されるリソグラフィシステムにおける改善されたアライメントセンサないしアライメントセンサシステム等のアライメント技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、
アライメントセンサが、
アライメント照明源を有し、
前記アライメント照明源により照明された対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、
イメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信する検出器を有し、
それにより、対称アライメントマークのセンタロケーションの位置が求められるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサを提供することにより解決される。
【０００８】
また上記課題は、本発明により、
アライメントセンサが、
電磁放射源を有し、
前記電磁放射源からの電磁放射を受信し、該電磁放射をアライメントマークへ向けるビームスプリッタを有し、
アライメントマークからの電磁放射を受信するように位置決めされた光学素子を有し、
前記光学素子は、アライメントマークの第１イメージと、アライメントマークの回転された第２イメージとを形成し、それらの第１，第２イメージを干渉計的に再結合させるように構成され、
光学素子からの電磁放射を受信するように位置きめされた検出器を有し、
前記検出器に結合された信号アナライザを有し、
前記信号アナライザは、前記検出器からの信号に基づきアライメントターゲットの対称のセンタを求めるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサを提供することにより解決される。
【０００９】
また上記課題は、本発明により、
アライメントマークを検出する方法が、
電磁放射によってアライメントマークを照明するステップを有し、
アライメントマークの第１イメージを生成するステップを有し、
第１イメージに対して相対的に回転されたアライメントマークの第２イメージを生成するステップを有し、
第１イメージと第２イメージとを再結合するステップを有し、
それにより、アライメントマークの位置が正確に求められることを特徴とするアライメントマーク検出方法を提供することにより解決される。
【００１０】
また上記課題は、本発明により、
イメージ回転形干渉計が、
１つのイメージを第１および第２イメージに分割するビームスプリッタを有し、
第１イメージを受信する第１回転光学素子を有し、これにより第１イメージが回転され、
第２イメージを受信する第２回転光学素子を有し、これにより、第２イメージが回転され、
第１および第２イメージを受信する結合光学素子を有し、これにより第１および第２イメージが結合されることを特徴とするイメージ回転形干渉計を提供することにより解決される。
【００１１】
また上記課題は、本発明により、
スキャニングフォトリソグラフィ装置用のアライメントセンサシステムが、
サブストレートを保持し、対称のセンタを備えた対称アライメントマークを持つスキャニングステージを有し、
対称アライメントマークを照明する照明野を生じさせるコヒーレントな電磁放射源を有し、それにより、対称なアライメントマークは、前記スキャニングステージにより、照明野を横断してスキャニングされ、
前記コヒーレントなアライメント照明源により照明される対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、
前記イメージ回転形干渉計は、アライメントマークの第１イメージ、及びアライメントマークの回転された第２イメージを生じさせ、そして第１および第２イメージを干渉計的に再結合させ、
イメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信する検出器を有し、
前記検出器に結合された信号アナライザを有し、
前記信号アナライザは、前記検出器からの正弦波信号を受信し、それによりアライメントマークの対称性のセンタが求められるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサシステムを提供することにより解決される。
【００１２】
さらに上記課題は、本発明により、
２つの方向におけるアライメントを検出するための１つのアライメント軸を有するアライメントセンサが、
対称アライメントマークからの電磁放射を受信するイメージ回転形干渉計を有し、
該対称アライメントマークは１つのセンタを有し、そしてアライメント照明源により照明され、
対称アライメントマークから受信されたイメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信して、第１方向におけるアライメントの情報を送出する第１検出器を有し、
対称アライメントマークから受信されたイメージ回転形干渉計からの電磁放射を受信して、第２方向におけるアライメントの情報を送出する第２検出器を有し、
前記第１および第２検出器に結合された信号アナライザを有し、
前記信号アナライザは、アライメントセンサのアライメント軸と、対称アライメントマークのセンタとの一致を求め、
それにより、対称アライメントマークのセンタの位置が求められるように構成されていることを特徴とするアライメントセンサを提供することにより解決される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、１８０°の対称性を有する任意のマークの対称性の中心を、自己参照基準とするアライメントセンサに関する。サブストレート上に配された１８０°の対称を有するアライメントマークは、コヒーレント照明により照明される。アライメントマークのイメージは、２つのイメージに分割される。それらのイメージは相互に１８０°回転され、そして、干渉計によりコヒーレントに再結合される。干渉計光路の適当な位相調整により、アライメントセンサの軸がアライメントマーク対称性のセンタにおかれたとき、再結合されたイメージは、検出可能でしかも識別可能な方法で振幅において破壊的、または非破壊的に干渉するか、または、検出可能でしかも識別可能な偏光状態を形成するように結合する。アライメントマークは、１８０°対称性を有するマークの任意のクラスのものであってよく、たとえば次のようなものであっても良い。即ち、スペースとラインの交番するパターン、グリッドパターン、または、他の対称パターンを含むチェッカーボード形パターンであってもよい。２つのイメージを形成し、２つのイメージを相互に回転し、２つのイメージを干渉計的に再結合するために、１つのプリズムを使用することが望ましい。検出器は、再結合された２つのイメージの結果としての干渉を検出し、そしてサブストレートの位置を正確に検出するようアライメントマークのセンタを位置決めする。
【００１４】
本発明の１つの利点は、１８０°対称性を有するマークが使用されることである。
【００１５】
本発明の１つの特徴は、アライメントマークのセンタを正確に識別するため、アライメントマークの２つのイメージが、干渉計においてコヒーレントに再結合されることである。
【００１６】
本発明の１つの特徴は、１８０°対称性を有するアライメントマークを分割し、回転し、再結合させるのに１つのプリズムが使用されることである。
【００１７】
これら及び他の目的、利点及び特徴点が、以降の説明から容易に明らかになる。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明のアライメントセンサの概略図を示している。アライメントセンサ１０は、レーザのようなコヒーレント照明源１２を有していて、この照明源１２は、ビームスプリッタ１４へ電磁放射１３を供給する。電磁放射の一部が、コーティング被覆部１６のところで反射されて、アライメントマークまたはターゲット１８を照明する。アライメントマークまたはターゲット１８は、１８０°の対称性を有している。このことは、この１８０°の対称性によって、アライメントマークまたはターゲット１８がアライメントマーク１８の平面に対して垂直な対称軸の周りに１８０°回転された場合、そのアライメントマークが、回転前のアライメントマークに、実質的に一致するということを意味する。上記のことが成り立つ軸は、対称軸と称されている。アライメントマーク１８は、感光性サブストレートまたはウエーハ２０上に、またはその中に備えることができる。感光性サブストレート２０は、ステージ２２上に置かれる。ステージ２２は、矢印２４で示す方向にスキャンされることができる。アライメントマーク１８から反射された電磁放射は、ビームスプリッタ１４を通過し、イメージ回転形干渉計２６により集められる。ここでは良好な品質のイメージを形成する必要はないが、アライメントマークの特徴は十分分解されるべきであることは重要である。イメージ回転形干渉計２６は、任意の適切な光学素子のセットであって良いが、次のようなプリズムの組合せであることが望ましい。即ち、アライメントマークの２つのイメージを形成し、イメージのうちの一方をその他方に対して１８０°回転させ、次いで２つのイメージを干渉計的に再結合させる。そのようにすることにより、アライメントターゲット１８とアライメントしたとき、電磁放射は、偏光において、または振幅において、破壊的に、または非破壊的に干渉して、アライメントマーク１８のセンタが容易に検出可能となる。干渉計２６により確定された回転のセンタを通過する光線は、センサアライメント軸２７を規定する。検出器２８は、イメージ回転形干渉計２６からの電磁放射を受信する。次いで検出器２８は、信号を信号アナライザ３０に供給する。信号アナライザ３０は、アライメントマーク１８のセンタが求められれば、ステージの位置が検知されるようにステージ２２に接続されている。従って、アライメントマーク１８の位置はステージ２２に関して極めて正確に求められる。選択的に、アライメントマーク１８のセンタがアライメントセンサ１０を基準として求められるようにして、アライメントセンサ１０の位置が検知されても良い。従って、アライメントターゲット１８のセンタの正確な位置が、１つの基準位置に対して相対的に検知される。それにより、イメージ回転形干渉計と組合せられた１８０°対称であるクラスのアライメントマークを使用することにより、アライメントシステムは、アライメントマークのセンタを自己基準とする。これにより、アラインメントマークは単に１８０°対称でありさえすれば良いだけなので、アライメントマークの幅広いバリエーションが使用可能になる。更に、マークのセンタは、比較的劣悪なイメージを用いてさえ、極めて正確に求めることができる。
【００１９】
図２Ａ〜Ｅは、種々の異なるアライメントマークの例の平面図である。留意すべきことには、図２Ａ〜Ｅに示されているのは、単に異なるアライメントマークの例に過ぎず、多くの様々な１８０°対称のアライメントマークが、本発明の実施上利用できることである。そのようなアライメントマークは、当業者であれば、本発明の教示に基づき、容易に求め得るものである。図２Ａは、正方形グリッドのチェッカーボードのアライメントターゲット１８Ａを示している。ターゲット１８Ａは、複数の光学的に異なる２つのタイプの正方形３４および３６から成っている。正方形の２つのタイプは、パターン、反射率（振幅及び／または位相）、またはそれらの任意の組合せによって区別されてもよい。アライメントマーク１８Ａは、主に相互に直角を成すように配向された２つの直線的格子のような働きをする。一方の格子は、エッジまたはライン３２に配向に関して＋４５°の角度であり、他方の格子は、エッジまたはライン３２の配向に関して−４５°の角度をなしている。
【００２０】
アライメントマーク１８Ａは、その平面に対して垂直な軸の周りに、１８０°回転されると、実質的に同一のパターンまたはマークを生じる。従ってアライメントマーク１８Ａは、１８０°対称である。
【００２１】
図２Ｂは、ダイヤモンド形のアライメントマーク１８Ｂを示している。アライメントマーク１８Ｂは、その間にスペース３８を有する等しい間隔をおかれた複数の垂直ライン４０から成る。アライメントマーク１８Ｂは、アライメントマーク１８Ｂの平面に対して垂直な軸の周りに１８０°回転されると、実質的に同一のパターンまたは、マークが形成される。従って、アライメントマーク１８Ｂは、１８０°対称である。
【００２２】
図２Ｃは、別のアライメントマーク１８Ｃを示している。アライメントマーク１８Ｃは、スペース４２により分離された複数のライン４４を有している。スペース４２は、異なった間隔、または大きさを有している。従って、ライン４４は、異なるピッチまたは周期を有している。ライン４４の異なる周期は、中央ライン４６に関して対称である。従って、アライメントターゲット１８Ｃが、アライメントマーク１８Ｃの平面に対して垂直な軸の周りに１８０°回転されると、実質的に同じパターンまたはマークが形成される。従って、アライメントマーク１８Ｃは、１８０°対称である。
【００２３】
図２Ｄは、別のアライメントターゲット１８Ｄを示している。アライメントターゲット１８Ｄは、スペース３９とランド４１とを有する交番するラインを備えている。スペース３９およびランド４１は、アライメントターゲット１８Ｄの長手軸に対して、４５°の角度を成している。
【００２４】
図２Ｅは、別のアライメントターゲット１８Ｅを示している。アライメントターゲット１８Ｅは、スペース４５とランド４３とを有する交番するラインを備えている。スペース４５とランド４３は、アライメントターゲット１８Ｅの長手軸に対して、４５°の角度を成している。
【００２５】
図３Ａ〜Ｅは、本発明のアライメントセンサのイメージ操作を、そして特に、図１に示したイメージ回転形干渉計２６におけるイメージ操作を示している。図３Ａは、イメージ４８の形成の状態を示している。図解の目的のためイメージは、文字Ｆとして選択してある。但し、本発明を実施する際、留意すべきことは、１８０°対称アライメントマークのイメージが形成されることである。文字Ｆは、１８０°対称マークではない。図３Ｂは、図３Ａに示したイメージ４８の２つのイメージ４８′ａ、４８′ｂの形成を示している。図３Ｃは、図３Ｂに示した４８′ａ，４８′ｂのうちの一方を、他方に対して回転させ、１８０°回転されたイメージ４８″を形成している様子を示している。図３Ｄは、図３Ｃにされた１８０°回転したイメージ４８′ａ、４８″を再結合して、干渉計的に再結合されたイメージ４８′″を形成した状態を示している。図３Ｅは、図３Ｂの左側イメージ４８′ａを＋９０°回転したときのイメージと、図３Ｂの右側イメージ４８′ｂを−９０°回転したときのイメージとを干渉計的に再結合したイメージ４８″″を形成した状態を示している。アライメントマークが、１８０°対称であるので、再結合されたイメージは、アライメントセンサの軸が正確に対称性のアライメントマークセンタ上にある場合、破壊的または非破壊的に干渉する。このことにより、アライメントマークのセンタの正確な検出、従って位置定めが行われる。留意すべきは、アライメントマークのイメージの光学的操作は、複数の異なる等価的な手法で実施し得るということである。ここで重要なのは、アライメントマークの第１イメージとこの第１イメージに対して１８０°回転されたアライメントマークの第２イメージの形成の最終結果である。例えば、２つのイメージを形成する場合に、２つのイメージを逆方向に９０°回転させて、相互に１８０°回転された所望の２つのイメージを形成することもできる。
【００２６】
図４Ａ〜Ｂは、スキャニングフォトリソグラフィシステムの一部であるスキャニングセンサ、またはウエーハへの本発明の適用例を示している。図４Ａでは、コヒーレント照明部１１２は、垂直ライン１３６とスペース１３７とから成る、１つのアライメントターゲット１１８をスキャニングする。矢印１２４は、スキャンの相対的方向を示している。一般的には、照明部１１２は、静止状態におかれ、アライメントターゲット１１８が、それに対して相対的に動く。図４Ｂは、時間の関数としてのエネルギを示すグラフである。カーブ１５０は、本発明のスキャニングアライメントシステムにより得られる信号を表している。信号１５０は、エンベロープ関数１５２に含まれている。ポイント１５４は、エンベロープ関数１５２の最大エネルギまたは高さを表している。この最大高さまたは、ポイント１５４は、マークセンタと、図１に示すセンサアライメント軸２７との一致を表す時点ｔｏで生じる。
【００２７】
図５Ａ〜Ｂは、本発明の実施例をさらに詳細に示している。アライメントセンサ２１０は、図示されていない放射源からのコヒーレント電磁放射をシングルモード偏波面保存形オプティカルファイバ２１３Ａから受信する。シングルモード偏波面保存形オプティカルファイバ２１３Ａは、有利には６３５及び６８０ｎｍである電磁放射の２つの波長を伝送できる。他のシングルモード偏波面保存形オプティカルファイバ２１３Ｂは、有利には７８０，８３０，８８０ｎｍである３つのより長い波長を伝送するのに使用することができる。ファイバオプティカルカプラ２１５Ａおよび２１５Ｂはそれぞれ、オプティカルファイバ２１３Ａおよび２１３Ｂの出力をコリメートして、無損失の波長依存ビームコンバイナキューブ２１７に入射させるために使用することもできる。しかし、２つのオプティカルファイバ２１３Ａおよび２１３Ｂを、シングルオプティカルファイバと組合せ結合して、ビームコンバイナキューブ２１７の必要性を無くすことも可能である。波長は、Ｓ−偏光、紙面（入射面）に対して垂直な直線偏光を含むべきである。ビームコンバイニングキューブ２１７に隣接してレンズ２１９が配されている。レンズ２１９は、照明瞳補正を行う。ライン２２１は、絞り２２３に隣接する被補正瞳平面の位置を表している。絞り２２３は、正方形であることが望ましいが、円形またはダイヤモンド形のような他の形状を有していてもよい。レンズ２１９，２２５及び２３１が選択され、そして瞳平面２２１に沿って間隔を置いて空間配置されている。それにより、その上にアライメントターゲット２１８を有するサブストレート平面、またはウエーハ２３３において、公称的に一定の位相を持つ、そして一様に照明された絞り２２３のイメージを生じさせる。これらのイメージング条件は、センサが適正に機能するためには厳密に充足されなくてもよい。最もクリティカルな要件は、干渉計により規定されるアライメント軸の周りでの１８０°対称性の維持である。
【００２８】
オプショナルな絞り２２７は、レンズ２２５の直径を制限し、それによりサブストレート照明のアパーチャの数値を所定値に制限するため使用することができる。この数値は、ほぼ０．２であることが望ましい、
アクロマチックな偏光に基づくビームスプリッタキューブ２１４は、入射するＳ−偏光照明光をサブストレート２３３へ反射するため使用され、そしてサブストレートからＰ−偏光照明光を回転干渉計プリズム２２６へ透過させる。アクロマチック１／４波長板２２９が、ビームスプリッタキューブ２１４に隣接して設けられていて、入射する直線Ｓ−偏光をウエーハマークまたはアライメントターゲット２１８を照明する右または左回り円偏光に変換する。必要的要件ではないが、アライメントターゲット２１８は、図２Ａに示すようなチェッカーボード格子１８Ａの形態のものであると見なすのが好都合である。この格子は紙平面（入射面）に対して並行及び垂直な、水平及び垂直ラインを有している。こうして、このチェッカーボード格子は、紙平面に対して±４５°で配向される。最も望ましいアライメントマークスキャン方向は、水平または垂直ラインのいずれかに対して並行である。アクロマチックな１／４波長板２２９はまた、サブストレート散乱光の所望の部分を、非回折−零次オーダの波を含めて、直線−Ｐ偏光された光に変換する。この光はビームスプリッタキューブ２１４により透過される。回転形干渉計２２６をレンズ２３１の軸の周りに４５°回転させる代わりに、アクロマチック１／２波長板２３５をビームスプリッタキューブ２１４に隣接して配置してもよい。回転形干渉計２２６は、アライメントターゲット２１８の２つのイメージを効率的に生じさせ、一方のイメージを他方のイメージに対して１８０°回転させ、干渉計的に再結合させるために結合された複数のプリズムである。干渉計２２６は、偏光依存形のものであってもよい。通常、回転形干渉計２２６は、ほぼ±５ｍｒａｄの回転誤差を持っている。一般に、２つのアーム間の光路長差は、２波長より小さくされるべきである。通常Ｓ−偏光とＰ−偏光反射間の位相差は、±１０°より小であるべきである。アライメント軸は、干渉計２２６のセンタラインの光線２２６Ａおよび２２６Ｂならびにセンサ光学系を通って伝搬するときのこの光線の延長線により規定される。光線２２６Ｃは、ウエーハターゲット２１８へ延長されたアライメント軸である。回転干渉計２２６に隣接して、クロマチック波長板アセンブリ２３７が設けられている。クロマチック波長板アセンブリ２３７は、回転干渉計２２６内の２つの光路間のあらゆる小さな位相エラー、または光路差を補償するよう設計され、調節されている。波長板アセンブリ２３７は、干渉計の入口、または出口に設けることができる。破線２３９は、アライメントシステム２１０を２つのグループに分ける１つの平面を表している。この平面の手前で、ちょうど直ぐ上に述べたコンポーネントは、光学的位置信号を発生する。上記平面を越えた側のコンポーネントは、信号及び第１次オーダ強度を分離する。
【００２９】
平面２３９に隣接して位置しているのは、２つのレンズ２４１および２４５を有するリレーである。それらのレンズは、同時にウエーハ平面２３３を平面２４３にイメージングし、瞳平面２２１を平面２４４，２５５上にイメージングするよう選択され、間隔をおかれて空間配置されている。瞳平面２２１の中間イメージがあり、この中間イメージは、通常、平面２３０と平面２３６または２３９との間に位置する。ウエーハ平面照明スポットのイメージの公称サイズであるクリアな領域を有するオプショナルな絞りを、不所望の迷光をブロックするため平面２４３内に設けることができる。更に、不所望の迷光を排除するため、非回折光をブロックするため、または回折光の所望の部分を選択するため、オプショナルな絞りを平面２４４内に設けることができる。レンズ２４５に隣接して、ビームスプリッタキューブ２４７Ａおよび２４７Ｂが設けられている。ビームスプリッタキューブ２４７Ａおよび２４７Ｂは、大部分を透過させる偏光依存形であり、ローカルなＰ−偏光のすべてを透過させるが、Ｓ−偏光のほぼ５〜１０％を反射し、残りを透過させるものである。ビームスプリッタキューブ２４７Ａおよび２４７Ｂは、干渉計２２６に対して配向され、一方のものは、他方のものに関して９０°回転されている。その結果、透過された最終光は、ビームスプリッタ２４７Ａに入射する光と同じ偏光状態を有する。出力光２２８Ａは、もっぱら干渉計２２６内の１つの光路から到来し、出力光２２８Ｂは、もっぱら干渉計２２６内の他の光路へ到来する。ビームスプリッタキューブ２４７Ｂに続いて、アクロマチックな１／２波長板２４９が設けられており、この１／２波長板は、透過された偏光を４５°回転するよう配向されている。１／２波長板２４９に続いて、アクロマチックな偏光依存のビームスプリッタキューブ２５１Ａが設けられている。あるいは代替的に、ビームスプリッタ２５１Ａ及び後続のコンポーネントが、アライメント軸２２６Ｂの周りに±４５°回転される場合、１／２波長板２４９を省くことができる。ビームスプリッタキューブ２５１Ａは、偏光依存の回転干渉計２２６に対するアナライザとして用いられ、２つの相補的なアライメント信号を生成する。一方の出力は、２つのイメージフィールドの和に比例する。他方の出力は、２つのイメージフィールド間の差に比例する。ビームスプリッタキューブ２５１Ａは、光路２２８Ｃに沿って、上方に向かってＳ−偏光照明光を反射し、Ｐ−偏光を透過させる。適当な光学的トレランス及び波長板配向を用いて、ウエーハまたはサブストレート零次オーダはＳ−偏光され、そしてそれゆえビームスプリッタキューブ２５１Ａから、透過される信号に対して相補的なアライメント位置信号対と共に出射される。検出器アセンブリ２２８は、平面２２８′を越えたところに位置付けられている。検出器アセンブリ２２８は、アクロマチックな偏光依存のビームスプリッタキューブ２５１Ｂを有している。ビームスプリッタキューブ２５１Ｂは、１／４波長板２５３及びミラー付絞り２５５と関連して使用される。ビームスプリッタキューブ２５１Ｂは、入射Ｐ‐偏光を１／４波長板２５３を通して透過する。ミラー絞り２５５は、平面２４４のイメージ内���位置付けられており、次のような透明クリアな領域を有するミラーである。すなわち、紙平面に対して、＋４５°配向されたアライメントマーク格子に対しては回折光を透過し、紙平面に対して、−４５°配向されたアライメントマーク格子に対しては回折光を反射する。通常、透過された、および反射された回折光は、両者共、各々の格子の配向に関連する第１次オーダ回折光である。もっとも、それらの次数の回折光のうちの１つのみが、必要とされる。次数オーダ回折光の対である一方の信号は、ミラー絞り２５５を通って透過される。次数オーダ回折光の対である他方の信号は、ミラー絞り２５５から反射され、再び１／４波長板２５３を通って戻り、その結果、Ｓ‐偏光された光に変換され、ビームスプリッタ２５１Ｂにより、上方に向かって反射される。集光レンズ２５７Ａ及び２５７Ｂは、アライメント位置信号光を集光し、通常、集光絞り２５９Ａ、及び２５９Ｂそれぞれにおいて、アライメントマーク２１８の第３イメージを形成する。その信号は、各々マルチモードオプティカルファイバ２６１Ａおよび２６１Ｂにより伝送される。光検出器が、出力側２６３Ａ及び２６３Ｂに位置付けられており、基本的なアライメント位置信号を供給する。平面２２８′に後続する光学系及び検出器は、相補的信号を供給するよう２２８Ｃにて２重化されてもよい。相補的信号対ペアのうちのいずれか、または双方を使用できる。このためには２つ、または４つの光検出器が必要とされる。
【００３０】
平面２２８′に後続する光学系及び検出器は、ビームスプリッタ２５１Ａをソリッドガラスキューブで置換して２重化されることができ、ここでは２２８Ａ及び２２８Ｂの双方で２つの出力チャネルを作成する。各チャネル中において、ミラー絞り２５５が変形されたミラー絞りで置換され、この変形されたミラー絞りは、２つの一次オーダ入射波のうちの１つを選択し、一方を透過させ、他方を反射する。このためには、４つの光検出器を必要とする。それらの４つの信号は、アライメントマークについての情報を与え、ことにマーク対称性についての情報を与える。ビームスプリッタ２４７Ａおよび２４７Ｂにこれらの光学系および信号を含ませること、およびビームスプリッタ２４７Ａおよび２４７Ｂにおけるその使用は、オプションである。留意すべきことには、２３５，２４９を含む波長板及び他のものの使用は、オプションであり、偏光ビームスプリッタ及び偏光感知コンポーネントの相対的配向に依存している。
【００３１】
いくつかの異なった照明波長がマーク２１８を照射する場合、各波長からの信号を、マークの後の、任意の点で分離することができる。特に有用な波長分離領域は、出力側２６３Ａ及び２６３Ｂに位置付けられた光検出器の直前のマルチモードファイバ２６１Ａ及び２６１Ｂである。その際、波長ごとに、光検出器の１つの付加セットを設けるとよい。
【００３２】
図５Ａに示す実施例は８つの出力側を有し、そのうち４つの出力側は一次オーダ波を逆方向干渉させることにより生成されるアライメント位置信号の２つの相補対を有し、４つの出力側は４つの一次オーダの回折波振幅を有しているが、すべての出力が必要とされるという訳ではない。実際に必要とされるのは２つの出力側だけであると推定される。
【００３３】
図５Ｂは、図５Ａ中の線５Ｂ−５Ｂに沿って、切断して示す横断面図である。電磁放射は、２３１′から干渉計２２６に入射する。電磁放射は、波長板２３７及びリレーレンズ２４１を通って回転形干渉計２２６から出射する。
【００３４】
図６Ａ〜Ｃは、図５Ａおよび５Ｂに示す回転形干渉計２２６の様々な図を表している。回転形干渉計２２６のプリズム構成は、マッハツェッンダー型式のものである。この干渉計は、ビームスプリッタ表面ＢＳ６で合わされた２つのプリズムから構成されることができる。光学的光路パスｉｎ６−ａ６−ｂ６−ｃ６−ｄ６−ｅ６−ｏｕｔ６及び、パスｉｎ６−ａ６−ｂ′６−ｃ′６−ｄ′６−ｅ６−ｏｕｔ６は、干渉計アライメント軸を定める。各文字のドットは、反射点、または、アライメント軸センタラインと、ビームスプリッタＢＳとの交差点を表している。近似的に、エネルギの半分が、各光路をたどる。ｂ６−ｃ６−ｄ６及びｂ′６−ｃ′６−ｄ′６における反射は、図平面外への所属の光線の反射経路を示している。光線出力ｅ６−ｏｕｔ６に沿って考察すると、それらの図平面外への反射により、光線に対して垂直方向のイメージ平面が回転される。ｂ６及びｄ６における反射に関連する２つのミラーの配向が、ｂ６′及びｄ６′における反射に関連する２つのミラーの配向に対して反転されるので、２つの光路に関連するイメージが逆方向に回転される。ミラー角度は、相対的イメージ回転が１８０°であるように選択される。望ましいミラー角度のセットは、独特のものではない。対称ミラー角度のセットは、特に有用である。この角度のセットは、独特のものである。この角度のセットは、図７Ａ〜Ｄに示されている。ビームスプリッタ及びミラーコーティングは、２つの回転されたイメージ間で破壊的及び非破壊的な適当な干渉を維持するように、２つの干渉計光路間の相対的な位相シフトを制御するよう設計されなければならない。１つの有用なコーティング手段は、次のようなものである。ｂ６、ｄ６、ｂ６′及びｄ６′において、反射する４つのミラー上に同一の反射性コーティングを使用すること。Ｃ６及びＣ６′において反射する２つのミラー上におけるＳ−偏光とＰ−偏光状態との間で無視可能な位相シフトを持つような金属性コーティングを使用すること。ビームスプリッタ表面ＢＳ６に関して対称性コーティングを使用すること。
【００３５】
この干渉計は、特に有用である、それというのは、わずかな製造エラーがあったとしても、光が入力方向に戻ることはあり得ないからである。
【００３６】
図７Ａ〜Ｄは、回転干渉計３２６の他の型式または実施例の種々の図を示している。回転形干渉計３２６は、サニャックリングタイプ（sagnac ring type）の干渉計構成を有している。この干渉計は、図示されている３つのプリズムから都合よく構成されることができる。このプリズムは、ビームスプリッタ表面ＢＳ７及び、ＨＷ１及びＨＷ２により規定される表面にて合わされる。光学的光路パスｉｎ７−ａ７−ｂ７−ｃ７−ｄ７−ｅ７−ａ７−ｏｕｔ７、及びパスｉｎ７−ａ７−ｅ７−ｄ７−ｃ７−ｂ７−ａ７−ｏｕｔ７からのオーバーラップ領域ａ７−ｏｕｔ７の一致により干渉計アライメント軸が規定される。各文字のドットは、反射点またはビームスプリッタＢＳ７の交差点を表している。近似的に、エネルギの半分が、各光学的光路をたどる。ｂ７−ｃ７−ｄ７における反射は、図平面外への関連する光線の反射を表している。出力光線ａ７−ｏｕｔ７に沿っての光路を検討する。それらの図平面外への反射により、光線に対して垂直なイメージ平面が回転される。図平面外の反射ミラーにおける反射の反転された順序によって、時計回りの経路ｂ７−ｃ７−ｄ７及び反転時計回りの経路ｄ７−ｃ７−ｂ７に基づき、２つの経路に関連するイメージが逆方向に回転される。ミラー角度は、相対的イメージ回転が１８０°であるように選択される。望まれるミラー角度のセットは、独特ではない。図示されている対称ミラー角度のセットは、特に有用である。これは独特である。図７Ｄに示す従来のカーテシアン単位ベクトルに関しては、点ｂ７において反射するミラーに対する基準単位ベクトルは次の通りである。
【００３７】
【数１】
0004404502.tif 000002
【００３８】
点ｄ７において反射するミラーに対する基準単位ベクトルは次の通りである。
【００３９】
【数２】
0004404502.tif 000003
【００４０】
図６Ａ〜Ｃにおける相応のミラーは類似の配向を有する。ビームスプリッタは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させるような偏光依存形のものであると有利である。関連する照射光は、公称上等しいＳ−偏光エネルギ及びＰ−偏光エネルギを有するコヒーレント光であるとよい。そのような等しいエネルギ制約条件のもとで、干渉計は、任意の指定された楕円偏光状態を受容するように設計することができる。入射する偏光光を、±９０°回転するよう配向された位置ＨＷ１またはＨＷ２において１／２波長板を挿入すると有利である。上記の望ましい構成に関しては、エネルギのすべてが、干渉計の出力面から離脱し、入力面へ戻る光は無い。時計回り及び反時計回り光路パスに関連するＳ−偏光及びＰ−偏光に対する適正な位相関係を確保して、２つのイメージの望ましい破壊的及び非破壊的干渉を行わせるように、コーティングが設計されなければならない。コーティングの設計のほかに、さらに、入力側または、出力側にて干渉計に対して外部的に偏光感受性波長板及びコーティングを使用して適正な位相関係を設定することができる。図５Ａにおいて２３７で示す偏光補償器は、外部補償の１例である。
【００４１】
上記干渉計は、好ましいものである。それというのは、その干渉計は、コンパクトで、特にわずかな製造エラー誤差に対してフォールトレラントであり、コーティングを考慮すれば、２つのイメージに対して内在的に等しい経路パスを有するからである。
【００４２】
干渉計２２６及び３２６は、２つのイメージのうちの一方を、他方のイメージに対して１８０°回転させるためのものと理解されるのが最良である。
【００４３】
図８Ａ〜Ｃは、回転形干渉計の他の実施例を示している。回転形干渉計４２６は、他のマッハツェンダー形の干渉計である。この干渉計は、２つのビームスプリッタキューブＢＳ１およびＢＳ２と、２つの直角プリズムＲＰ１およびＰＲ２、ならびに２つのペンタプリズムＰＰ１およびＰＰ２とからなる。光は、ｉｎ８から入射し、ｏｕｔ１及びｏｕｔ２の双方ないし、いずれかから出射する。このことは、ミラー及びビームスプリッタコーティング並びに付加される内部波長板の選定に依存する。
【００４４】
１つのビームスプリッタキューブ及び２つのポロ（porro）プリズムから別の実施形態を構成することが可能である。ポロプリズムは、ビームスプリッタキューブ表面に隣接して、ビームスプリッタの２つの面上に設けることができる。ポロプリズムは、それの頂点が相互に９０°をなすように配向される。偏光依存−及び非偏光依存構成を、コーティング及び付加される波長板の適当な選定により設計できる。これは、マイケルソン型の干渉計である。
【００４５】
干渉計４２６及びポロプリズムをベースとする干渉計は、次のようにして望ましい１８０°イメージ回転を行わせるものと理解されることができる。すなわち、２つのイメージのうちの１つをＸ軸による折り返しを行い、それに引き続いて、Ｙ軸による折り返しを行うことにより、所望の１８０°イメージ回転を行わせると理解できる。このような２重の折り返しの変換は、数学的には一方のイメージを、他方のイメージに対して１８０°回転させることと同等である。
【００４６】
対称の中心の周りに折り返されたイメージから、先行のイメージに関連づけて、１軸アライメントセンサを形成することが可能であることは留意すべきである。
【００４７】
それらの回転干渉計の２２６，３２６および４２６の実施形態のすべてが、アライメントマークの２つのイメージを形成し、一方のイメージを他方のイメージ対して相対的に１８０°回転させ、それら２つのイメージを干渉計的に再結合して、アライメントマークのセンタを求めるものである。比較的に効率的ではないが、それらの干渉計及びアライメントセンサは、非偏光依存形ビームスプリッタで動作できる。
【００４８】
図９は、本発明の方法ステップまたは動作を説明するブロックダイヤグラムである。ボックス５１０は、１８０°対称アライメントマークの、２つのイメージを形成するステップ、または動作を示している。ボックス５１２は、２つのイメージのうちの一方を、その他方に対して回転させるステップまたは動作を示している。ボックス５１４は、２つのイメージを、干渉計にて再結合するステップ、または動作を示している。ボックス５１６は、再結合されたイメージを表す信号を検出するステップまたは動作を示している。ボックス５１８は、検出された信号に基づいてアライメントマークのセンタを求めるステップまたは動作を示している。
【００４９】
図１〜図９を参照すると、本発明の動作は、容易に理解されるべきものである。本発明のアライメントセンサは、１８０°対称性を有する任意のマークの、対称の中心センタを自己基準としている。通常、直線的格子及びチェッカーボード格子のような、１次元または２次元のアライメントマークが有利である。アライメントセンサは、一般的な干渉計方式により機能して、正弦波状のアライメント信号を生成する。センサは、コヒーレント照射を受けるアライメントマークを２つのイメージにコヒーレント的に分割する。イメージのうちの一方が、その他方に対して１８０°回転される。それらのイメージは、コヒーレント的に再結合され、アライメントされ、その結果、２つの別個のイメージパスは、実質的に厳密に等しい。再結合されたイメージは、アライメントセンサ軸がアライメントマーク対称性の中心におかれた場合に、干渉計構成に依存して、破壊的または非破壊的に、振幅または偏光状態において干渉する。振幅または偏光状態の干渉により、２つの相補的イメージが形成され、そのうちの一方は、非破壊的干渉を発生し、明るさのあるものであり、そのうちの他方は、破壊的干渉を発生し、暗い、または黒いものである。本発明は、アライメントマークに光波または、電磁放射を照射するもので、その光波または電磁放射は、アライメントセンサ軸に関して、同じ１８０°対称性をもって、空間的にコヒーレントである。特に有用な照射光は、センサ軸に対して垂直な波面及び、センタリングされた円形の強度プロフィールを有する空間的にコヒーレントなコリメートされた光である。代替的に、わずかなデフォーカスまたは半径方向波面のずれ収差を有する任意の波面を使用してもよい。アプリケーションに依存して、大きさ、拡がりの点でアライメントマークより大、または小の、アポダイゼーションの施された円形、矩形または正方形の強度分布が有用である。最小の要件は、前述の１８０°の空間コヒーレンス照射光である。こうして、光の大半を失うことなく、拡張された、または、空間的にコヒーレントな源から照射光を発生できる。照射源は、連続的な範囲、または幾つかの離散的な波長を含むことができる。通常、光は、パターン対称性に関し対称である状態で偏光されるべきものである。アライメントマークとして、パラレルラインまたはチェッカーボードの有利な使用のためには、左回り、または右回りの偏光光を使用することができるが、他の偏光状態も使用可能である。アライメントセンサのイメージ品質は、適正なローカル干渉によって、各イメージに対して対称性が保存されている限り、クリティカルでない。薄膜偏光ビームスプリッタを使用してもよい。しかし、そのビームスプリッタは、２つの相補イメージを生成するのに１つの偏光アナライザを必要とする。損失性ビームスプリッタも使用することができる。２つのイメージに分割し、回転し、２つのイメージを再結合させるための回転形干渉計を提供するのに、ソリッドガラスプリズム干渉計アセンブリの形態のビームスプリッタ及び反射のシーケンスが使用されることが望ましい。薄膜偏光ビームスプリッタを置換する、異なる回折格子を使用する類似の構成もまた可能である。必須ではないが、性能を向上させるため、イ���ージを空間的にフィルタリングすると有利である。一般に、アライメントマークにより空間的に変調された光である回折光を保持し、そして非変調状態の零次オーダ及びランダムに散乱された光の両方を排除することが有用である。更に、比較的に高い回折次数オーダを周期的マークから排除することも有利である。イメージを、回転ステップの前、または後のいずれかで、空間的にフィルタリングすることができる。照射部が、多くのマーク周期を照射している際に、１つの周期マークを照射しないことが起こったとしても、センサ軸がマーク対称のセンタに位置し、照射部がマークを完全にスキャンするときはいつでも、再結合されたイメージは最大の非破壊的または破壊的干渉を発生する。こうして、一次元の周期的マークパターンが、パターン特徴エッジに対して垂直な方向において一定の速度で、アライメントセンサ軸のところを通過移動する場合、アライメントデータが集められる。これはスキャニングリソググラフィシステムと同様である。相補イメージの各々における総合エネルギは、周期的に変化する。特に望ましいアライメントマークは、等しい間隔スペースをおかれたラインと、スペースの形態のバーから成る、一次元格子である。このようなマークイメージが、２つの第１次の回折次数のみを保持するよう空間的にフィルタリングされると、２つの相補イメージの、各々における総合エネルギは、マーク位置の関数としてシヌソイド状に変化し、それにより１つの有用なアライメント信号が送出される。１つのイメージにおける総合エネルギは、１＋Ｃｏｓ（４πＶ（ｔ−ｔ０）／Ｐ）の形で表現でき、Ｖは、パターンラインに対して垂直方向のウエーハステージ速度であり、ｔは時間であり、ｔ０はセンタ軸が２つのアライメントマーク周期の対称の中心にくる際の時間であり、Ｐはマーク周期である。アライメントマークセンサ位置として、推定されるのは、時間ｔ＝ｔ０におけるマーク位置である。相補的イメージエネルギは、１−Ｃｏｓ（４πＶ（ｔ−ｔ０）／Ｐ）の形で表される。全体信号は、そのリーディングエッジ及びトレイリングエッジに対して、値が増大、または、減少する緩慢に変化する対称エンベローブファクタ（envelope factor）を有し、それはアライメントマークが移動して、照射領域内に入り、ついで、照射領域外へ出るに従ってそれぞれ、生ずるものである。エンベローブファクタは、時間ｔ＝ｔ０を中心として対称的である。対称的アライメントマークに対して、アライメント信号及び、相補的アライメント信号は、同じアライメント情報を含んでいる。チェックボード格子のような２次元の周期的パターンは、次のようにすれば、同時にＸ位置及びＹ位置情報を生じさせることができる。即ち、再結合されたイメージが、空間的にフィルタリングされ、各イメージのエネルギが、別個に集められるようにして、２つの１次元周期イメージに分割されるのである。このことにより、２つの、独立したアライメント信号が発生される。正弦波の周期的性質に含まれる位置的曖昧性を、適当なプリアライメント精密性の使用により除去できる。代替的に、下記手段のうちの１つまたは複数の使用により、そのことを行うこともできる。すなわち、エンベローブファクタを含めてアライメント信号全体のセンタを求めること、わずかに異なる周期の２つ以上の周期的アライメントマークの使用、孤立したフィーチャおよびラインまたは、可変ではあるが対称的にパターンづけされたチェッカーボードを含む非周期的パターンの使用。アライメント信号は、従来のイメージ形成に依存しないので、アライメントセンサは、比較的大きな焦点深度にわたり動作する。ほぼ１８０°の相対的回転角度が好適であるが、他の角度も使用し得る。１つのイメージを、アライメント感受性方向に対して、垂直な軸を中心として折り返し、単一の軸アライメントセンサを構成してもよい。上記の折り返し変換操作を、第２の軸を中心として繰り返して、他方の軸に対するアライメント情報を形成することもできる。要求された干渉計のイメージ操作を、種々の光学的コンポーネントと組合せて、複数の手法で実施することができる。有利には、回転形干渉計の要求された干渉計イメージ操作は、ソリッドガラス干渉計プリズムコンフィギュレーションから構成され、そのコンフィギュレーションは、無損失の振幅または、偏光感受性のあるビームスプリッタの対称的使用及び平坦ミラー面外への対称的な面外反射（out of plane reflection）を含むものである。
【００５０】
図６Ａ〜Ｃ，図７Ａ〜Ｄ，図８Ａ〜Ｃは、３つの干渉計的コンフィギュレーションを示しているが、他のコンフィギュレーションも可能である。図６Ａ〜Ｃおよび図７Ａ〜Ｃに示す設計は、全体的に反射するプリズムの形態の、特に有用な３つのミラー幾何学的特性形状を含んでいる。センタベースミラーの周りに、対称的に配置された２つのミラー表面がある。１つの側でアセンブリ内に入射した１つのイメージが、反時計方向に回転された第２の側から、即ち、＋９０°回転された第２の側から出射する。第２の側でアセンブリ内に入射する１つのイメージが、時計方向に回転された第１の側から、即ち、−９０°回転された第１の側から出射する。その結果、２つのイメージは、相互に、所望の１８０°だけ回転される。イメージ回転は、３次元座標系回転と解釈することができる。イメージ操作及び干渉計技術は、次のような他の等価な光学素子の組合せにより構成することができる。即ち、コーナキューブ及び９０°屋根形プリズムのような折り返し式ミラージオメトリからの反射を含めて、格子、コスタの（Koster's）プリズム、損失性ビームスプリッタ、球状及びシリンダ状双方のレンズのような、組合せから構成されることができる。実際上の具体的な実施形態は、通常の空隙のある（air spaced）フラットミラーに替わる、剥き出しの、またはコーティングされた表面を持つ、内部反射する、プリズムの形態の、折り返し式ミラーシステムを有するソリッドガラスのマイケルソン干渉計をベースとするコンフィギュレーションの使用である。他の２つのオプションは、１つのコーナキューブアセンブリ及び１つのフラットミラーか、または、その頂点が、直角に配向された２つの、９０°の屋根形プリズムである。しかしながら、そのようなアセンブリは、製造上の困難を有している上に、アライメントマークに向かって、いくらかの光を戻すことがある。上述の、マイケルソン型干渉計のバリエーションが、星の光のコヒーレンスを測定するため、フーリエ変換干渉計において使用されている。本発明は、マスクパターンとシリアルイメージの位置センシング、並びに、非リソグラフィック用途に適用可能である。
【００５１】
従って、本発明はアライメントを大いに容易化し、そして半導体デバイスの製造におけるリソグラフィック動作において使用されるアライメントに特に適用可能である。本発明のアライメントセンサは、多数の異なったアライメントマークパターンを利用可能にし、そしてアライメントマークの対称のセンタを自己基準としているものである。その結果、本発明が添付図面に描かれ、そして説明されたとは言っても、熟達した当業者にとっては、本発明の精神と範囲から逸脱することなく種々の変更が可能であることは明らかであろう。
【００５２】
【発明の効果】
本発明により、半導体デバイスの製造に使用されるリトグラフィシステムにおいて、改善されたアライメントセンサないしアライメントセンサシステム等のアライメント技術を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアライメントセンサの概略図である。
【図２】図２Ａ〜Ｅは１８０°対称性を有する種々異なるアライメントマークの平面図である。
【図３】図３Ａ〜Ｅはイメージの分割、回転および再結合を示す平面図である。
【図４Ａ】アライメントマークのスキャニングを示す平面図である。
【図４Ｂ】アライメント信号と、そしてアライメントマークのセンタの識別の様子を示すグラフの波形図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施例の概念図である。
【図５Ｂ】図５Ａ中の切断線５Ｂ−５Ｂに沿って切断した状態を示す横断面図である。
【図６Ａ】本発明の１つの実施例において使用されるプリズムの側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すプリズムの上面図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示すプリズムの底面図である。
【図７Ａ】本発明の第２の実施例に使用されるプリズムの側面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示すプリズムの上面図である。
【図７Ｃ】図７Ａに示すプリズムの底面図である。
【図７Ｄ】座標系を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第３の実施例において使用されるプリズムの側面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示すプリズムの上面図である。
【図８Ｃ】図８Ａに示すプリズムの底面図である。
【図９】本発明の方法のステップを示すフロー図である。
【符号の説明】
１０  アライメントセンサ
１２  コヒーレント照明源
１３  電磁放射
１４  ビームスプリッタ
１６  コーティング
１８  アライメントマーク、アライメントターゲット
１８Ａ  アライメントマーク
１８Ｂ  アライメントマーク
２０  感光性サブストレートまたはウエーハ
２２  ステージ
２４  矢印
２６  干渉計
２７  センサアライメント軸
２８  検出器
３０  信号アナライザ
３２  エッジまたはライン
３４  正方形
３６  正方形
３８  スペース
３９  スペース
４０  ライン
４１  ランド
４２  スペース
４３  ランド
４４  ライン
４５  スペース
４８  イメージ
１１２  照明光
１１８  アライメントターゲット
１２４  矢印
１５０  信号
１５２  エンベロープ関数
１５４  最大高さまたはポイント
２１０  アライメントセンサ
２１３Ａ  光ファイバ
２１３Ｂ  光ファイバ
２１４  ビームスプリッタキューブ
２１５  レンズ
２１７  波長依存ビームコンバイナキューブ
２１８  アライメントターゲット
２１９  レンズ
２２１  瞳平面
２２３  絞り
２２５  レンズ
２２６  回転干渉計
２２６Ａ  センタライン光線
２２６Ｂ  センタライン光線
２２７  光学絞り
２２８  検出器アセンブリ
２２８Ａ  出力光
２２９  アクロマチック１／４波長板
２３０  平面
２３１  レンズ
２３３  サブストレート平面またはウエーハ、イメージウエーハ平面
２３５  １／２波長板
２３６  平面
２３７  クロマチック波長板アセンブリ
２３９  平面
２４１  レンズ
２４３  平面
２４４  平面
２４５  レンズ
２４７Ａ  ビームスプリッタキューブ
２４７Ｂ  ビームスプリッタキューブ
２４９  波長板
２５１Ａ  ビームスプリッタ
２５１Ｂ  ビームスプリッタ
２５５  ミラー絞り
２５９Ａ  集光体コレクタキューブ
２５９Ｂ  集光体コレクタキューブ
２６１Ａ  光ファイバ
２６１Ｂ  光ファイバ
２６３Ａ  出力側
２６３Ｂ  出力側
３２６  回転干渉計
４２６  回転干渉計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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