(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィ投影装置であって、
放射の投影ビームを供給するための放射システムと、
所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記基板のターゲット部分上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システムと、
前記基板を前記パターニング手段に対して整列させるための整合システムとを含み、
前記整合システムが、少なくとも部分的に埋め込まれた基板整合マークの領域において波を誘起するように前記基板の表面に対して電磁放射を向けるための励起ソースと、前記表面によって反射される測定用ビームを向けるため、および前記波によって生じる表面効果を検出して前記基板整合マークに対する位置合せを実行するための測定システムとを含み、
前記励起ソースが、１ナノ秒より短いパルスを放射するレーザであり、且つ、互いに異なる入射角の２つの同時に一致して重なっている励起パルスで測定領域を照射し、それにより前記基板の表面に音響学的定在波パターンを誘起するように配置され、そして、
前記測定用ビームが前記定在波パターンによって回折され、前記測定システムが前記測定用ビームの時間依存の回折を検出する
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
リソグラフィ投影装置であって、
放射の投影ビームを供給するための放射システムと、
所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記基板のターゲット部分上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システムと、
前記基板を前記パターニング手段に対して整列させるための整合システムとを含み、
該整合システムが、少なくとも部分的に埋め込まれた基板整合マークの領域において波を誘起するように前記基板の表面に対して電磁放射を向けるための励起ソースと、前記表面によって反射される測定用ビームを向けるため、および前記波によって生じる表面効果を検出して前記基板整合マークに対する位置合せを実行するための測定システムとを含み、
前記励起ソースが、１ナノ秒より短いパルスを放射するレーザであり、且つ、前記基板整合マークを不明瞭にしている少なくとも１つの被覆層の中に音波の進行波を誘起させ、前記基板整合マークによって選択的に反射されるように前記領域を照射するように配置され、そして、
前記整合システムが、前記基板整合マークのエコーを返すことによって、前記被覆層の表面に形成される前記基板整合マークの正および／または負のイメージによって回折される整合ビームを向けるための整合ビーム・ソースを含む
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記励起ソースが、前記基板の中で複数の点において波を誘起するように配置され、
前記測定システムが、前記複数の点において表面効果を検出し、前記基板整合マークを覆っている少なくとも１つの層の厚さに関連している厚さデータを発生し、そして前記基板整合マークによって誘起された表面パターンを使用して実行された整合プロセスを補正するように配置される装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の装置において、前記測定システムが、前記励起ソースによって誘起された波によって発生される前記ウェーハの表面の反射における変化を測定するために形成され配置される装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の装置において、前記測定システムが、前記励起ソースによって誘起された波によって発生される前記ウェーハの表面の変位を測定するように形成され配置される装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の装置において、前記支持構造がマスクを保持するためのマスク・テーブルを含む装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の装置において、前記放射システムが放射線源を含む装置。
【請求項８】
基板整合マークの位置を決定するための方法であって、
前記基板整合マークを少なくとも部分的に覆っている基板の少なくとも１つの表面層の中に波を誘起するステップと、
前記波が誘起された前記基板の表面の表面効果を測定するステップと、
前記表面効果を測定する前記ステップの結果を使用して、前記基板整合マークの位置を決定するステップとを有し、
前記波を誘起するステップにて、レーザである励起ソースにより、１ナノ秒より短いパルスであって、互いに異なる入射角の２つの同時に一致して重なっている励起パルスで測定領域を照射し、それによって基板の表面に音響学的定在波パターンを誘起させ、
前記表面効果を測定するステップにて、前記定在波パターンによって回折される測定用ビームの時間依存の回折を検出する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
基板整合マークの位置を決定するための方法であって、
前記基板整合マークを少なくとも部分的に覆っている基板の少なくとも１つの表面層の中に波を誘起するステップと、
前記波が誘起された前記基板の表面の表面効果を測定するステップと、
前記表面効果を測定する前記ステップの結果を使用して、前記基板整合マークの位置を決定するステップとを有し、
前記波を誘起するステップにて、レーザである励起ソースからの１ナノ秒より短いパルスにより、前記基板整合マークを不明瞭にしている少なくとも１つの被覆層の中に音波の進行波を誘起させ、前記基板整合マークによって選択的に反射されるように測定領域を照射し、
前記表面効果を測定するステップにて、前記基板整合マークのエコーを返すことによって、前記被覆層の表面に形成される前記基板整合マークの正および／または負のイメージによって回折される整合ビームを向ける
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法において、前記波を誘起するステップと、前記表面効果を測定するステップとが前記基板整合マークの前記領域において複数の間隔を開けられた位置において繰り返され、前記基板整合マークを覆っている少なくとも１つの層の厚さのマップを生成するようにし、前記マップが前記基板整合マークの位置を決定する前記ステップにおいて使用される方法。
【請求項１１】
デバイスの製造方法であって、
−  放射線に感じる材料の層によって少なくとも部分的に覆われている整合マークが設けられた基板を提供するステップと、
−  放射システムを使用して放射の投影ビームを提供するステップと、
−  前記投影ビームに、その断面内のパターンを与えるステップと、
−  放射線の前記パターン化されたビームを放射線に感じる材料の前記層のターゲット部分上に投影するステップとを含み、
前記基板整合マークの位置を決定するために請求項８または９に記載の方法が使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整合マークの上にいくつかのプロセス層が蒸着された後での、リソグラフィ投影装置における基板の位置合せに関する。特に、本発明は、リソグラフィ投影装置における整合システムに関し、
放射の投影ビームを供給するための放射システムと、
所望のパターンに従って投影ビームをパターン化するために役立つパターニング手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
基板のターゲット部分上にパターン化されたビームを投影するための投影システムと、
基板をパターニング手段に対して整列させるための整合システムとを備える。
【０００２】
【従来の技術】
ここで採用されている「パターニング手段」という用語は、基板のターゲット部分の中に生成されるべきパターンに対応しているパターン化された断面を有する、入力放射ビームを与えるために使用することができる手段を指すものとして広く解釈されるべきであり、「光バルブ」という用語もこの場合において使用することができる。一般に、前記パターンは集積回路または他のデバイスなどのターゲット部分の中に生成されるデバイスの中の特定の機能的な層に対応する（下記参照）。そのようなパターニング手段の例としては、次のものがある。
【０００３】
−  マスク：マスクの概念はリソグラフィにおいてはよく知られており、それは各種のタイプのハイブリッド・マスク以外に、バイナリ、交番位相シフトおよび減衰型位相シフトなどのマスク・タイプを含む。そのようなマスクを放射ビームの中に配置することによって、そのマスク上のパターンに従って、そのマスク上に入る放射線の選択的な透過（透過型マスクの場合）または反射（反射型マスクの場合）が生じる。マスクの場合、その支持構造は一般にマスク・テーブルであり、それはそのマスクが入力放射線ビームの中の所望の位置に保持され、そうしたい場合には、そのビームに対して相対的にそれを動かすことができることを確保する。
−  プログラマブル・ミラー・アレイ：そのようなデバイスの一例は、粘弾性制御層および反射面を備えているマトリックス・アドレス可能な表面である。そのような装置の背後にある基本原理は、（例えば）反射面のアドレスされた領域が入射光を回折された光として反射し、一方、アドレスされていない領域が入射光を回折されない光として反射することである。適切なフィルタを使用して、反射されたビームから上記回折されない光をフィルタして取り除き、回折された光だけを後に残すことができる。この方法で、そのビームはマトリックス・アドレス可能な表面のアドレッシング・パターンに従ってパターン化されるようになる。必要なマトリックス・アドレッシングは、適切な電子手段を使用して実行することができる。そのようなミラー・アレイに関する詳細な情報は、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号および５，５２３，１９３号から得ることができ、詳細については、これを参照されたい。プログラマブル・ミラー・アレイの場合、前記支持構造をフレームまたはテーブルとして、例えば、必要に応じて固定された、あるいは移動可能なものとして実現することができる。
−  プログラマブルＬＣＤアレイ：そのような構造の一例は、米国特許第５，２２９，８７２号の中で与えられており、詳細については、これを参照されたい。上記のように、支持構造は、この場合、フレームまたはテーブルとして、例えば、必要に応じて固定された、あるいは移動可能なものとして実現することができる。
【０００４】
単純化のため、このテキストの以下の説明では、所により、特にマスクまたはマスク・テーブルに関する例に向けられている。しかし、そのための説明の一般的原理は、上記のようにパターニング手段の広義の場合で解釈すべきである。
【０００５】
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用することができる。そのような場合、そのパターニング手段はＩＣの個々の層に対応している回路パターンを発生することができ、このパターンが放射線に感じる材料（レジスト）の層で覆われている基板（シリコン・ウェーハ）上のターゲット部分（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含んでいる）上にイメージ化することができる。一般に、単独のウェーハが投影システムによって１つずつ順番に放射を受ける隣接しているターゲット部分のネットワーク全体を含むことになる。マスク・テーブル上のマスクによるパターニングを採用している現在の装置においては、２種類の機械を区別することができる。１つのタイプのリソグラフィ投影装置においては、各ターゲット部分が、そのターゲット部分上にマスク・パターン全体を一度に露光することによって照射される。そのような装置は、一般にウェーハ・ステッパと呼ばれる。ステップ・アンド・スキャン装置と一般に呼ばれる代わりの装置においては、各ターゲット部分が与えられた基準の方向（「走査」方向）において投影ビームの下でマスク・パターンを次々に走査することによって照射され、一方、それに同期して基板テーブルをこの方向に対して平行、あるいは逆平行の方向に走査する。一般に、その投影システムは拡大係数Ｍ（一般に＜１）を有しているので、基板テーブルが走査される速度Ｖはマスク・テーブルが走査される速度のＭ倍である。ここで説明されたようなリソグラフィ・デバイスに関する詳細な情報は、例えば、引用によって本明細書の記載に援用する米国特許第６，０４６，７９２号から得ることができる。
【０００６】
リソグラフィ投影装置を使用している製造プロセスにおいては、パターン（例えば、マスクの中）が放射線に感じる材料（レジスト）の層によって少なくとも部分的に覆われている基板上にイメージ化される。このイメージングに先立って、基板を各種の手順、例えば、下塗レジスト・コーティングおよびソフト・ベーキングで処理することができる。露光の後、基板は露光後のベーキング（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーキングおよびそのイメージ化されたフィーチャの測定／検査などの他の手順で処理することができる。この一連の手順がデバイス、例えば、ＩＣの個々の層をパターン化するためのベースとして使用される。そのようなパターン化された層が次に各種のプロセス、例えば、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学的機械的研磨などの各種の処理を受け、それらはすべて個々の層を仕上げることを意図している。いくつかの層が必要な場合、その手順全体、あるいはその変形の手順が、新しい各層に対して繰り返されなければならない。結果として、デバイスのアレイが基板（ウェーハ）上に表現される。次に、これらのデバイスはダイシングまたはソーイングなどの技法によって互いに分離され、その後、個々のデバイスをキャリヤ上にマウントし、ピンに接続することなどができる。そのようなプロセスに関する詳細は、例えば、ピーター・ファン・ツァント（Ｐｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ）による“Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”（マイクロチップの製造：半導体プロセスに対する実際的ガイド）第３版、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．，１９９７，ＩＳＢＮ  ０−０７−０６７２５０−４に開示されているので参照されたい。
【０００７】
簡単のため、投影システムはこれ以降では「レンズ」と呼ぶ。しかし、この用語は、屈折光学システム、反射光学システム、および反射屈折システムなどの各種のタイプの投影システムを包含するとして広く解釈されるべきである。また、その放射システムは放射の投影ビームを方向付け、成形し、あるいは制御するためにこれらの設計のタイプのいずれかに従って動作する構成部品を含むことができ、また、そのような構成部品を以下に、集合的に、または単独で「レンズ」と呼ぶこともできる。さらに、リソグラフィ装置は、２つ以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスク・テーブル）を備えているタイプの装置であってよい。そのような「複数ステージ」のデバイスにおいては、追加のテーブルを並列に使用することができ、あるいは製造のプロセスを１つまたはそれ以上のテーブル上で実行することができ、一方、１つまたはそれ以上の他のテーブルが露光のために使用されるようにすることができる。二段のリソグラフィ装置が、例えば、米国特許第５，９６９，４４１号およびＷＯ  ９８／４０７９１号の中で記述されているので詳細は、これを参照されたい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体の製造における非常に重要な基準は、基板上に次々に印刷される層が互いに整列される精度である。層の整合不良はオーバレイ誤差と呼ばれ、集積回路を作るために必要な多くのすべての層に対して、結果のデバイスが正しく機能させるためにオーバレイ誤差を厳しい制限範囲に保たなければならない。マスクに対して基板を正しく整列させ、結果としてオーバレイ誤差を最小にするために、一般的に回折格子の形式を取る整合マークが裸のシリコン基板内にエッチングされている。これらの整合マーク（「ゼロ・マーク」と呼ばれる）がＴＴＬ整合システムおよびオフ・アクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）整合システムなどの各種の技法を使用してマスク上に提供されている対応しているマークに対して整列される。後者の一例がＥＰ−Ａ−０  ９０６  ５９０（Ｐ−００７０）に記述されている。しかし、数個のプロセス層が基板上に蒸着されるか、あるいは成長されている時、裸の基板にエッチングされたゼロ・マークは不明瞭になることが多く、そして整合プロセスにおいて使用される放射線にとって見えなくなる。完全に不明瞭になっていない場合でも、整合マークのトップにある層の成長が不均一になる可能性があり、これによって整合マークの見かけ上の位置がシフトされる。ゼロ・マークが不明瞭になった後、位置合せを可能にするために、そのデバイスの適切な層の蒸着の間にさらに整合マークが印刷される。しかし、このノンゼロ・マークと呼ばれるそれ以降のマークは後続のプロセス・ステップの間に損傷する可能性があり、また、前のプロセス層からのオーバレイ誤差を累積することになる。集積回路の配線を定義するために、ブランケット・アルミニウム層をエッチングする時、元のゼロ・マークに対して整列させることが好ましいが、これを行うには、その重なっているアルミニウム層、およびおそらく誘電体層も取り除かれることが必要である。そのような除去ステップは望ましくない。
【０００９】
弾性定数および熱拡散レートなどの、音響学的および熱的な膜の性質を測定するためのパルス刺激熱散乱（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）（ＩＳＴＳ）として知られている技法が各種の出版物、例えば、Ｊ．Ａ．ロジャース他のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ  ７１（２），１９９７；Ａ．Ｒ．ドゥーガル他のＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７２（７），１９９２；Ｒ，ローガン他の、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．４４０の３４７ページ、１９９７；Ｌ  ダール他のＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７７（９），１９９５；およびＪ．Ａ．ロジャース他のＰｈｙｓｉｃａ  Ｂ  ２１９＆２２０，１９９６に記述されている。この方法においては、時間的および空間的に重なっている２つの励起パルスが僅かに異なる角度でサンプル上に入射する。その２つのパルスが干渉し、それらの干渉パターンに対応しているパターンで、そのサンプルを加熱する。その局所加熱が、そのサンプルの結晶構造の中に振動をセットアップし、それが励起パルスの直後にサンプル上に入射するプローブ・パルスに対する回折格子として働く。その励起パルスの回折がそのサンプルにおいて調査目的の性質を知るために測定される。
【００１０】
本発明の１つの目的は、例えば、基板表面上に直接に形成される整合マークに対して、それらが後続のプロセス・ステップによって埋められた後であっても、整列させることができる整合システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、リソグラフィ投影装置が提供され、前記装置は、
放射の投影ビームを供給するための放射システムと、
所望のパターンに従って前記投影ビームをパターン化する役割を果たすパターニング手段を支持するための支持構造と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記基板のターゲット部分上に前記パターン化されたビームを投影するための投影システムと、
前記パターニング手段に対して前記基板を整列させるための整合システムとを含み、
前記整合システムは少なくとも部分的に埋め込まれた基板整合マークの領域内に１つの波を誘起するように前記基板の表面に対して電磁放射を向けるための励起ソースと、前記表面によって測定ビームが反射されるように向けるため、および前記波によって生じた表面効果を検出し、それにより、前記基板の整合マークに対する整列を実行するための測定システムとを含む。
【００１２】
本発明は、基板の整合マークを覆っているか、あるいは部分的に覆っているプロセス層の中に誘起された音響学的あるいは熱的な波を使用して整合マークの真の位置を現示させる。基板整合マークは基板そのもの、または蒸着されたプロセス層の中または上に提供されるものであってよい。それにより、以前のステップからのオーバレイ誤差を累積することなしに、また、層の部分除去ステップを必要とせずに、製造手順における重要なプロセス・ステップに対して正確な位置合せが可能となる。その波によって表面の偏位および表面における反射の差を生じ、その位置および／または時間依存性が、埋め込まれた基板整合マークの位置を現示する。その埋め込まれた基板整合マークは、被覆層の厚さをマークの近傍においてマッピングすることによって、例えば、その被覆層の中に誘起される定在波の減衰の時間依存性を測定することによって、あるいは異なる被覆層の間の界面において生成される進行波のエコーの遅延時間を測定することによって現示させることができる。代わりに、進行波の波頭とマークの領域全体にわたって生成し、その埋め込まれたマークのトップおよびボトムからのエコーがそのマークの正および負のイメージを伝えるようにすることができ、これらによって整列させることができる表面にそれらが到達した時に表面の偏位が生じる。
【００１３】
本発明のさらにもう１つの態様によれば、基板整合マークの位置を決定するための方法が提供され、
基板整合マークを少なくとも部分的に覆っている基板の表面層において波を誘起させるステップと、
前記波が誘起された場所の前記基板の表面の表面効果を測定するステップと、
前記表面効果を測定する前記ステップの結果を使用して前記基板整合マークの位置を決定するステップとを特徴とする。
【００１４】
埋め込まれた基板整合マークの位置は、その基板に関して、あるいはその基板が置かれているテーブルに関して決定することができる。この決定された位置をリソグラフィ投影装置において、あるいは露光された基板の品質をモニタするための監視装置において使用することができる。
【００１５】
また、本発明は上記の方法のステップおよび基板のターゲット部分上のマスクの照射された部分のイメージングのステップを含んでいるデバイスの製造方法も提供する。
【００１６】
ＩＣの製造における本発明による装置の使用に対してこのテキストを特に参照することができるが、そのような装置には他の可能な応用が多くあることが明白に理解することができるだろう。例えば、それは集積化された光システムの製造、磁気ドメイン・メモリに対するガイダンスおよび検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造において採用することができる。この分野の技術に熟達した人であれば、そのような代わりの応用の場合においては「レチクル」「ウェーハ」または「ダイ」という用語のこのテキストにおける使用が、それぞれ「マスク」、「基板」および「露光領域」というより一般的な用語によって置き換えられると考えられるべきであることが分かる。
【００１７】
本明細書においては、「放射」および「ビーム」という用語は紫外線放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長における）、遠紫外線（ＥＵＶ）、Ｘ線、電子およびイオンを含むすべてのタイプの電磁放射または粒子束を包含するために使用されているが、それらに限定されるわけではない。また、本明細書においては、本発明は直交しているＸ、ＹおよびＺの方向の基準システムを使用して記述されており、そしてＩ方向に平行な軸の回りの回転がＲｉで示されている。さらに、その場合必要としない限り、ここで使用されている「垂直」（Ｚ）という用語は装置の任意の特定の向きを意味するのではなく、基板またはマスク表面に対して垂直の方向を指すことが意図されている。
【００１８】
本発明を、例示としての実施形態および添付の概略図面を参照しながら以下に記述する。
【００１９】
図面中の類似の部分には類似の参照番号をつけてある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の特定の１つの実施形態によるリソグラフィ投影装置を概略的に示している。その装置は次のものを含む。
−  放射（例えば、ＵＶまたはＥＵＶ放射）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＥｘ、ＩＬ。この特定の場合においては、その放射システムは放射源ＬＡも含む。
−  マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダが提供され、アイテムＰＬに関して、そのマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に対して連結されている第１のオブジェクト・テーブル（マスク・テーブル）ＭＴ
−  基板Ｗ（例えば、レジストがコーティングされたシリコン・ウェーハ）を保持するための基板ホルダが提供され、そしてアイテムＰＬに関して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に対して連結されている第２のオブジェクト・テーブル（基板テーブル）ＷＴ
−  マスクＭＡの照射された部分の、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つまたはそれ以上のダイを含んでいる）上にイメージ化するための投影システム（「レンズ」）ＰＬ（例えば、屈折または反射屈折システム、ミラー・グループまたはフィールド・デフレクタのアレイ）。
【００２１】
ここで示されているように、その装置は透過型である（すなわち、透過マスクを有している）。しかし、一般に、例えば、反射型の装置（反射型のマスクを備えた）であってもよい。代わりに、その装置は上記のようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイなどの別の種類のパターニング手段を採用することもできる。
【００２２】
ソースＬＡ（例えば、水銀ランプ、エキシマ・レーザ、ストレージ・リングまたはシンクロトロンの中の電子ビームの径路の回りに提供されるアンジュレータ、レーザ・プラズマ誘起のソース、放電ソースまたは電子またはイオン・ビームのソース）が放射のビームを発生する。このビームは照明システム（イルミネータ）ＩＬの中に、直接に、あるいはコンデショニング手段、例えば、ビーム・エクスパンダＥｘなどを通過した後のいずれかで供給される。イルミネータＩＬは、そのビームの中の強度分布の外側および／または内側の半径方向の広がり（σ−外側およびσ−内側とそれぞれ普通に呼ばれる）を設定するための調整手段ＡＭを含むことができる。さらに、それは各種の他の構成部品、例えば、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯなどを一般的に含む。この方法で、マスクＭＡ上に当たるビームＰＢはその断面内で所望の一様性および強度分布を有している。
【００２３】
図１に関して、ソースＬＡはリソグラフィ投影装置のハウジングの内部にあってよいが（例えば、そのソースＬＡが水銀ランプである時に多いように）、それはリソグラフィ投影装置から離して設けてもよく、ソースＬＡから発生する放射ビームを装置の中に導入するようにしても良い（例えば、適切な振り向け用ミラーの援けによって）。この後者のシナリオはソースＬＡがエキシマ・レーザである時の場合であることが多い。本発明および特許請求の範囲は、これらのシナリオの両方をカバーしている。
【００２４】
ビームＰＢは、その後、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡを捉える。マスクＭＡを横切って、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、レンズＰＬはビームＰＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にフォーカスする。第２の位置決め手段（および干渉測定手段ＩＦ）の援けによって、基板テーブルＷＴは正確に、例えば、ビームＰＢの径路の中の異なるターゲット部分Ｃを位置決めするために正確に動かすことができる。同様に、第１の位置決め手段を使用して、例えば、マスク・ライブラリからのマスクＭＡの機械的呼出しの後、あるいは走査の間に、ビームＰＢの径路に関してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、オブジェクト・テーブルＭＴ、ＷＴの運動は長ストローク・モジュール（粗い位置決め）および短ストローク・モジュール（細かい位置決め）の援けによって実現されるが、それらは図１の中には明示的には示されていない。しかし、ウェーハ・ステッパの場合（ステップ・アンド・スキャンの装置とは反対に）、マスク・テーブルＭＴは短ストローク・アクチュエータに対してちょうど連結するか、あるいは固定することができる。
【００２５】
示されている装置は次の２つの異なるモードで使用することができる。
１．  ステップ・モードにおいては、マスク・テーブルＭＴが実質的に静止状態に保たれており、そしてマスク全体のイメージが一度に（すなわち、単独「フラッシュ」で）ターゲット部分Ｃの上に投影される。次に、基板テーブルＷＴがＸおよび／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分ＣをビームＰＢによって照射することができるようにする。
２．  走査モードにおいては、実質的に同じシナリオが適用されるが、与えられたターゲット部分Ｃは、単独の「フラッシュ」で露光されるのではない。代わりに、マスク・テーブルＭＴが与えられた方向（いわゆる「走査方向」、例えばＹ方向）に速度ｖで移動可能であり、したがって、投影ビームＰＢがマスク・イメージ上を走査することができる。同時に、基板テーブルＷＴが同じか、または反対の方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされる。ここで、ＭはレンズＰＬの倍率（通常、Ｍ＝１／４または１／５）である。この方法で、比較的大きいターゲット部分Ｃを、分解能を犠牲にすることなしに露光することができる。
【００２６】
図２はウェーハＷの基板の中にエッチングされ、アルミニウム層Ａｌによって覆われているゼロ・マークＭ０を示している。図示されているように、アルミニウム層Ａｌがゼロ・マークＭ０上にある角度で蒸着されていた場合、そのアルミニウムで覆われたマークの中心が下にあるゼロ・マークＭ０の中心に対して相対的に量ｄだけシフトされる。位置合せセンサがマークの中心の位置を効果的に検出し、したがって、量ｄだけ真の位置からシフトされた位置を提供する。マークが格子である場合、位置合せセンサが、その格子の中のすべてのラインの平均位置を効果的に測定する。しかし、すべての格子線は密接しているので、それらはすべてアルミニウム蒸着が同様にシフトされており、したがって、平均の位置が同じシフトを受ける。
【００２７】
「物理蒸着」（ＰＶＤ）におけるアルミニウムの非対称的な蒸着の考えられる原因が、ウェーハのエッジ近くのマークＭ０に関して図３に示されている。ＰＶＤにおいては、アルミニウム層はアルミニウム粒子の融合によって成長する。各粒子が蒸着されるにつれて、その層がその粒子の入射の方向において成長する。その層は多くの粒子から作られるので、層の成長の正味の方向がその層を作り上げる粒子の入射の平均方向に関連付けられる。図３から分かるように、ウェーハのエッジの近くのマークＭ０上の粒子の入射の平均角度は、角度Ａ１となり、それは垂直方向に対してやや傾いており、一方、ウェーハの中心に近いマークＭ０’上の粒子の平均入射角度Ａ２は垂直であるか、あるいはほぼ垂直になる。したがって、アルミニウムはマークＭ０上でそのウェーハの中心に向かって１つの角度で成長し、結果としてマークが実効的にシフトされる。
【００２８】
本発明の第１の実施形態においては、マークの領域を横切るアルミニウム層の厚さが、パルス刺激熱散乱（ＩＳＴＳ）技法を使用して測定される。これは図４に示されている。２つの励起パルスＥＰが励起ソース１１から放射され、法線に対して小さい角度αにおいてウェーハ表面上に同時に共通に入射されるように方向付けられる。この２つの励起パルスＥＰは、持続時間がサブナノ秒、例えば、４００ｐｓのパルスであり、励起ソース１１は１．２Ｗのダイオード・レーザによってポンプされる受動的にＱスイッチされた、単独モードの、ＮｄＹＡＧマイクロチップ・レーザであってよい。励起パルスの波長は、例えば、１０６４ｎｍであってよい。適切なレーザ・ソースがＪ．Ｊ．ザイオウスキーによって、Ｌａｓｅｒ  Ｆｏｃｕｓ  Ｗｏｒｌｄ誌の１９９６年４月号７３〜７８ページに記載されており、詳細はこれを参考にされたい。膜（アルミニウム層）の中で、その膜の局所加熱によって誘起される熱膨張（２つの励起パルスが建設的に干渉する）が音響学的および熱的な応答を誘起し、熱格子の形成につながる。この音響学的な波は、逆方向に伝播し、ダンプされ、したがって、その格子を形成している熱的な波が準定常状態の材料応答であり、その熱拡散が終了するまで持続する。
【００２９】
熱格子が持続している間に、プローブ・パルスＰＰが法線に対して比較的大きい角度においてプローブ・ソース１２によって放射され、熱格子によって回折される。プローブ・パルスＰＰの回折の量が、検出器１３によって検出され、それにより、熱回折格子の状態をリアルタイムで監視することができる。プローブ・ソース１２は準連続波モードで動作している８６０ｎｍのダイオード・レーザであってよい。検出器およびデータの記録／処理の電子装置はナノ秒の時間分解能を有している。
【００３０】
代表的な励起領域の大きさは２５μｍ×５００μｍであり、一方、プローブのスポットは直径２０μｍの円形とすることができ、いくつかの測定を１つの励起から取ることができる。
【００３１】
誘起される格子の縞の間隔は、励起パルスの波長および交差角度ａによってのみ変わる。その膜が音響学的導波器として働き、その偏位が剪断および圧縮の両方を含んでいる導波モードをサポートする。各モードは特性的分散関係を有しており、波のベクトルの関数としての音波の速度を提供する。各モードはウェーハ・ベクトルおよび膜厚について同じ依存性を有し、その分散関係は膜およびその下にある基板の弾性率および密度によって決定される。例えば、ＡｌＣｕ膜の特性が知られているので、本発明においては、プローブ・ビームの時間依存性の回折を使用して音波の周波数を求めることができ、したがって、膜の厚さを求めることができる。
【００３２】
複数の隔てられた膜の厚さの測定が、整合マークを二分しているラインに沿って行われる。図５に示されているように、Ａｌ層の厚さのプロファイルは、１つの比較的薄い領域ｔ１、および１つの比較的厚い領域ｔ２をゼロ・マークＭ０の両側に示している。この比較的薄い領域および比較的厚い領域ｔ１、ｔ２は、ゼロ・マークＭ０上に蒸着しているＡｌに対応し、それらの幅が、不明瞭なマークに対して整列させる時に観察される見かけ上の整合シフトを示す。この求められた幅を使用してマークの表面の外見について実行された位置合せを補正することができる。
【００３３】
＜実施形態２＞
本発明の第２の実施形態においては、膜圧を測定するために異なる方法が使用されるが、適用される原理は同じである。この方法が図６Ａ−図６Ｄに示されている。
【００３４】
図６Ａは、ポンプ・ソース２１を示している。それは例えば、ＴｉＳレーザであってよく、超短励起パルスＥＰ、例えば、８０ＭＨｚの周波数において１５０ｆｓの持続時間のパルスを放射し、それがウェーハＷ上に導かれ、そこでスポットＨＳにおいてウェーハ上のトップ層Ｌ１の表面を瞬時に加熱する。表面の加熱によって、音波Ｓが生成され、それは図６Ｂに示されているように、ウェーハ基板Ｗ上に蒸着されている層Ｌ１などの中に下向きに伝播する。その間に、検出用ビーム・ソース２２が、検出用ビームＤＢをウェーハ面上に向け、そこでビームＤＢが検出器２３に向かって反射される。検出器２３の出力が層Ｌ１の表面偏位の測度である。検出用ビームＤＢは励起パルスＥＰの遅延された部分であるか、あるいは別のソースによって発生されてもよい。
【００３５】
音波Ｓが層Ｌ１とＬ２との間のスタックの中の第１の界面に到達すると、そのエネルギーの一部（図６Ｃの中でエコーＥ１として示されている）が表面に向かって反射されて戻り、一方、減衰された音波Ｓが下降し続ける。反射されるエネルギーの割合は２つの層の音響学的インピーダンスによって変わる。エコーＥ１が図６Ｄに示されているようにトップ層Ｌ１の上面に達すると、それにより偏位が生じ、その面の反射率が変化する。反射率または偏位における変化を検出器２３によって検出することができる。偏位の符号および大きさはその界面において出会う２つの材料およびその界面の粗さなどのファクタ（局所的結晶構造）によって変わる。もちろん、音波Ｓがさらにウェーハ上に蒸着された層のさらに下方向に伝播するにつれて、他のエコーが発生される。図６Ｄは、層Ｌ２とＬ３との間の界面において発生されるエコーＥ２も示している。
【００３６】
偏位および反射率における変化のタイミングは、その層の中の音の速度および層の厚さによって変わり、前者が知られているので、後者をかなり単純に計算することができる。
【００３７】
例えば、直径２０μｍのスポットＨＳに対して下方向にフォーカスされるパルス当たり５ｎＪの１５フェムト秒のパルスＥＰを使用することができる。このパルスは部分的に吸収されて、トップ層Ｌ１の表面上約５０度の瞬時の局所加熱を生じる。そのパルスは顕微鏡的なハンマー打ちとして働き、音響パルスＳをさらに深く媒体の中にさらに伝播させる。音響学的パルスは歪みパルスであり、それはそのパルス幅にわたって媒体がすべての方向において相対的な長さ変動（すなわち、歪み）△ｌ／ｌで僅かに変形される。最大の歪みは開始における熱膨張（△ｌ／ｌ＝β＊△Ｔ、ここでβ＝２．３＊１０-5Ｋ-1はアルミニウムの熱膨張係数である）に等しい。歪みパルスは埋め込まれたマークがエッチングされているウェーハＷと蒸着された層Ｌ３との間の界面を含んでいるすべての界面から部分的に反射される。その反射されたパルスはトップ層Ｌ１の表面へ戻り、そこで表面の偏位および反射における変動を与える。これは検出用ビーム・ソース２２および検出器２３によって測定することができる。単位歪み当たりの表面反射の係数は、アルミニウムの場合は約２＊１０-3である。したがって、表面反射における最大変化は、２＊１０-3＊β＊△Ｔ≒１０-6である。表面偏位は、その最大歪み×パルスの長さ：β＊△Ｔ＊ξ≒１０-11であり、ここでξは吸収長（１５．１ｍｍ）である。この計算モデルは、エネルギー損失を仮定していないが、実際にはエネルギー損失が発生し、したがって、反射率における変動および表面偏位の測定値はより小さくなることに留意されたい。
【００３８】
この第２の実施形態の変形態様においては、偏位データを処理して比較的大きいスポット・サイズに対して補正することができ、そしてそのスポット・サイズはマーク構造のブレード部分に対して第２の格子を使用することによって減らすことができる。
【００３９】
＜実施形態３＞
本発明の第３の実施形態においては、埋め込まれたマークは被覆層の表面上に音響学的に現示され、したがって、直接整列させることができる。このための手順が図７Ａ−図７Ｂに示されている。
【００４０】
先ず最初に、マークＭを覆っている蒸着された層（複数の層の場合もある）の外側の表面ＯＳが、その埋め込まれたマークＭの全体の領域にわたって、例えば上記のタイプの短パルス・レーザを使用して励起される。これによって図７Ａに示されているように、被覆層を通して下方に伝播する音波の波頭ＷＦが発生される。波頭ＷＦが図７Ｂに示されているように埋め込まれたマークＭのトップのレベルに出会うと、そのマークが高まっている領域においてのみ反射が発生される。したがって、外側の表面ＯＳに向かって戻る最初の反射Ｒ１は、埋め込まれたマークのイメージを伝える。波頭ＷＦの残りの部分は、マークＭのエッチングされた領域の中を下方に伝播し続ける。この状況が図７Ｃに示されている。
【００４１】
第１の反射Ｒ１が図７Ｄに示されているように外側の表面ＯＳに達すると、その表面が偏位され、その反射率が埋め込まれたマークＭに対応しているパターンで変化する。表面の偏位された領域と偏位されていない領域との間の、偏位および反射率における差が回折格子を形成し、それがマークＭそのものと同じ方法で整合ビームを回折させる。そこで、その埋め込まれたマークＭの音響学的表現に対して位置合せを実行することができる。
【００４２】
第２の位置合せは第２の反射Ｒ２を使用しても可能である。これはマークＭのエッチングされて取り去られた部分によって反射され、第１の反射Ｒ１の後、短時間で外側の表面ＯＳに達する。その時間遅延はマークＭの深さおよび被覆層の中の音の速度によって変わる。図７Ｅは第２の反射が、マークＭのネガであるが、同様な方法で整列させることができる格子パターンにおいて外側の表面ＯＳを偏位させる方法を示している。
【００４３】
もちろん、所望の精度に対して整合プロセスを完了させるのに必要なだけ、この励起および整合プロセスを繰り返すことができる。
【００４４】
第３の実施形態の変形版においては、埋め込まれたマークを覆っている層の中の音響学的進行波を励起するために使用されたフェムト秒のレーザが、より安価な振幅変調型（半）連続レーザによって置き換えられる。連続レーザの振幅変調は、表面層を埋め込まれたマークの空間から返ってくる音波と同相および、埋め込まれたマークおよびバルク材料からのラインから戻ってくる音波と１８０度位相がずれた状態で周期的に励起するように構成されている。反射率の変化によって定義される表面上のマークの音響学的プロジェクションが、良好なコントラストを有し、そして簡単に整列させることができる。２．４ｋｍ／秒の音速で材料の中に１２０ｎｍの深さにおいて埋め込まれたマークの場合、その変調周波数は（２．４×１０3／２４０×１０-9）Ｈｚ＝１０ＧＨｚの程度である。これは各種の埋め込まれたマークの深さおよび各種の被覆材料に対して適切に調整することができる電子−光変調器によって容易に実現することができる。
【００４５】
＜実施形態４＞
第４の実施形態においては、埋め込まれたマークが基板の表面を熱的な波でプローブすることによって現れる。熱的な波は、例えば、高調波的に変調されたＣＷレーザからの高調波的に変調された強度の表面の照射によって発生される媒体における温度分布の高調波的変化として定義される。熱的な波の利点の１つは、強度変調されたＣＷレーザが音波の装置として使用されているようなハイ・パワーのピコまたはフェムト秒のレーザよりずっと安価であり、実装し易いことである。
【００４６】
熱的な波は古典的な意味の波ではない。それは高調波的に変化するソース項を有する拡散方程式の解であって、波動方程式の解ではない。それは方向性を持たないので、波頭を持たず、界面における反射および屈折がない。多層構成における熱的分布は、別々の層における熱拡散長によって決定される。熱的な波によって、その媒体の熱的性質が測定され、一方、音波によってそのサンプルの機械的（弾性的）性質が測定される。高調波的に変化するソースを図４における励起ソース１１、図６Ａのポンプ・ソース２１として代わりに使用することができ、あるいは図７における外側の表面ＯＳを励起するために使用することができる。音波と全く同様に、熱的な波は屈折率の変動の原因となり、測定することができる表面の偏位が得られる。
【００４７】
アルミニウムおよびシリコンは、その熱伝導率が比較的大きく、したがって、効果的な熱絶縁体である酸化シリコンよりその熱拡散長がずっと大きい。これは有利である。というのは、シリコン酸化物の第１の層およびアルミニウムのトップ層の下に埋められているシリコンの基板内にあるマークを測定したいからである。シリコン酸化物は、有効な熱絶縁体として働き、したがって、アルミニウムのトップ層に対する温度上昇が比較的高くなる。例えば、アルミニウム層に対して１００ｋＨｚの強度変調周波数で１０μｍのスポット・サイズ上の１０ｍＷの吸収パワーの場合、アルミニウム層の１００度の温度上昇を測定することができる。熱的な波の拡散的特性によって、その熱拡散長が変調周波数に逆比例する。アルミニウム表面の加熱は１ＭＨｚにおいて３０度であり、１０ＭＨｚにおいて２度である。その温度上昇は、β＊△Ｔ（ここでβ＝２．３＊１０-5Ｋ-1）の大きな熱膨張および歪み（相対的な長さの変動△ｌ／ｌ）につながる。そのウェーハは境界条件によって制限されるだけで高調波的に膨張および収縮する。ウェーハが基板テーブルに対して固定されているウェーハの裏面における歪みは０でなければならない。アルミニウムの表面偏位は０．５＊β＊△Ｔ＊ｄw≒１μｍであり、ここでｄwはウェーハの厚さである。埋め込まれたマークのラインおよびスペースの温度差は、１０度となる可能性があり、１００ｎｍの表面偏位における差につながり、センサによって容易に測定することができる高さのプロファイルにつながる。
【００４８】
熱的な波を使用した表面偏位は、ずっと大きいので、音波の場合より測定し易い、したがって、熱的な波によって埋め込まれたマークをプローブすることによって生成される高さのプロファイルを測定することにより、前記マークの位置を測定することができる。また、１０度の温度差によって生じる反射の変動を測定することも可能である。３．７＊１０-5Ｋ-1の反射の温度係数で、その反射の変動は３．７＊１０-4となる。ふたたび、この計算モデルはエネルギー損失を仮定していないが、実際にはエネルギー損失が発生するので、反射率および表面偏位の測定値の変動は小さくなることに留意されたい。
【００４９】
以上で本発明の特定の実施形態を記述してきたが、記述されたのとは違うように本発明を実施できることを理解されたい。この説明は本発明を限定することを意図しているものではない。特に、本発明は埋め込まれたゼロ・マークに対する位置合せに関して記述されてきたが、任意の埋め込まれたマークまたはフィーチャに対する位置合せにおいてももちろん使用できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリソグラフィ投影装置を示す。
【図２】ＰＶＤ誘起の整合シフトを示しているアルミニウム層によって覆われているウェーハ上のゼロ・マークを示す。
【図３】ＰＶＤ誘起の整合シフトの原因を説明するのに使用されている図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において使用されるレーザ誘起の表面格子を示す。
【図５】示されているＰＶＤ誘起の整合シフトおよび対応している層の厚さを示しているアルミニウム層によって覆われているウェーハ上のゼロ・マークを示す。
【図６】Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本発明の第２の実施形態において使用されている厚さ測定技法を示す。
【図７】Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは本発明の第３の実施形態の埋め込まれたマークを現示させるための手順を示す。
【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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