(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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形成するように使用されるパターン形成手段を支持するための支持構造体と、
基板を保持するための基板テーブルと、
前記基板の目標部分に前記パターン形成されたビームを投影するための投影システムと、
前記基板テーブル上に保持された基板上の位相格子を照明するための少なくとも２つの波長を含む放射を放出する放射源、前記放射源からの放射を利用して前記位相格子を照明する照明システム、及び前記位相格子からの回折光を像面に結像するための結像システムを備える軸外し位置合わせシステムと、を備えたリソグラフィック投影装置において、
前記結像システムが、少なくとも２つの別個の波長をもつ前記回折光を１つの単一像面に結像し、前記照明システムおよび前記結像システムが同一の光学軸をもつことを特徴とするリソグラフィック投影装置。
【請求項２】
前記照明システムは、約０．０１よりも大きな、好ましくは約０．１よりも大きな、最も好ましくは０．２よりも大きな開口数（ＮＡ）で前記位相格子を照明する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記結像システムが、約０．７よりも大きな、好ましくは約０．８よりも大きな、最も好ましくは約０．９よりも大きな開口数（ＮＡ）を有する、
請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記照明システムは、均一な空間分布及び角度分布を有する放射で前記位相格子を照明する、
前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記放射源を前記照明システムに結合するファイバに挿入されたホモジナイザをさらに備え、前記ホモジナイザが、前記ファイバの第１の部分の出口面からの放射を前記ファイバの第２の部分の入口面に結合するための光学システムを備え、前記ファイバの前記第１の部分の前記出口面が前記光学システムの物体面の近くに位置付けされ、かつ前記ファイバの前記第２の部分の前記入口面が前記光学システムの瞳面の近くにある、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記放射源が、各々が実質的に単色の放射を放出する少なくとも２つのソースを備える、
前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記放射源が、波長の実質的に連続した範囲にわたる波長を放出し、前記範囲の波長が少なくとも５０ｎｍに及ぶ、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記放射源が、蛍光材料及び前記蛍光材料に励起放射を向けるための励起源を備える、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記蛍光材料が、マルチモード導波管を形成するチャネル内に備えられる、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも部分的に放射感応材料の層で覆われた基板を供給するステップと、
放射システムを使用して放射の投影ビームを供給するステップと、
前記投影ビームの断面にパターンを与えるパターン形成手段を使用するステップと、
前記パターン形成されたビームの放射を前記放射感応材料の層の目標部分に投影するステップとを備えるデバイス製造方法において、
照明システムを使用して前記基板に設けられた位相格子を少なくとも２つの波長を含む放射で照明して前記基板を基準格子に位置合わせし、かつ、前記位相格子からの回折光であって少なくとも２つの別個の波長をもつ前記回折光を前記基準格子上に結像するように配列され、前記照明システムと同一の光学軸をもつ結像システムを使用して、前記位相格子からの回折光を前記基準格子上に結像することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、
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形成するように使用されるパターン形成手段を支持するための支持構造体と、
基板を保持するための基板テーブルと、
パターン形成されたビームを基板の目標部分に投影するための投影システムと、
前記基板テーブル上に保持された基板上の位相格子を照明するための放射源、及び前記位相格子からの回折光を像面に結像するための結像システムを備える軸外し位置合わせシステムとを備えるリソグラフィック投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで使用されるような「パターン形成手段」という用語は、基板の目標部分に作成すべきパターンに対応するパターン形成された断面を、入射放射ビームに与えるために使用することができる手段のことを言うものとして、広く解釈すべきである。また、用語「光弁」は、この説明内で使用することができる。一般に、前記のパターンは、集積回路又は他のデバイスのような目標部分に作られるデバイス内の特定の機能層に対応する（下を参照されたい）。そのようなパターン形成手段の実施例は、次のものを含む。すなわち、
【０００３】
マスク。マスクの概念は、リソグラフィではよく知られており、様々な混成マスクの種類はもちろんのこと、２進位相シフト、交番位相シフト、及び減衰位相シフトのようなマスクの種類が含まれる。そのようなマスクを放射ビーム内に配置することで、マスクのパターンに応じて、マスクに当る放射の選択的な透過（透過マスクの場合）又は反射（反射マスクの場合）が起こる。マスクの場合、支持構造体は一般にマスク・テーブルであり、このマスク・テーブルによって、マスクは、確実に入射放射ビーム内の所望の位置に保持することができるようになり、さらに、望むならば、マスクをビームに対して移動させることができるようになる。
【０００４】
プログラム可能ミラー・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表面を有するマトリックス・アドレス指定可能表面である。そのような装置の基本原理は、（例えば）反射表面のアドレス指定された領域は入射光を回折光として反射するが、アドレス指定されない領域は入射光を非回折光として反射する。適当なフィルタを使用して、前記の非回折光を、反射ビームからフィルタ除去して、後に回折光だけを残すことができる。このようにして、マトリックス・アドレス指定可能表面のアドレス指定パターンに従って、ビームはパターン形成されるようになる。必要なマトリックス・アドレス指定は、適当な電子的な手段を使用して行うことができる。ここで言及したようなミラー・アレイについて、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号及び米国特許第５，５２３，１９３号からより多くの情報を収集することができる。これらは参照して本明細書に組み込む。プログラム可能ミラー・アレイの場合、前記の支持構造体は、例えば、フレーム又はテーブルとして具体化することができ、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。
【０００５】
プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構造の実施例は、米国特許第５，２２９，８７２号に与えられている。この特許は、参照して本明細書に組み込む。上記のように、この場合の支持構造体は、例えば、フレーム又はテーブルとして具体化することができ、それは、必要に応じて、固定するか、可動にすることができる。
【０００６】
簡単にするために、本明細書の残りは、ある場所で、特別に、マスク及びマスク・テーブルを含む実施例に向けられる。しかし、そのような例で述べる一般的な原理は、上で述べたようなパターン形成手段のより広い背景の中で理解すべきである。
【０００７】
リソグラフィック投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。そのような場合、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る。このパターンの像が、放射感応材料（レジスト）の層で覆われた基板（シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つ又は複数のダイで構成される）に形成される。一般に、単一のウェハは全体として網の目のような隣接する目標部分を含み、この隣接する目標部分が、投影システムにより、一度に１つずつ、連続的に放射を照射される。マスク・テーブルのマスクによるパターン形成を使用する現在の装置は、２つの異なる種類の機械に区別することができる。一方の種類のリソグラフィック投影装置では、全マスク・パターンを一括して目標部分に露出させることで、各目標部分が放射を照射される。そのような装置は、通常、ウェハ・ステッパと呼ばれる。走査ステップ式装置と通常呼ばれる他方の装置では、投影ビームの当るマスク・パターンを特定の基準方向（「走査」方向）に漸進的に走査し、同時に、同期して、この方向に対して平行又は逆平行に基板テーブルを走査することで、各目標部分が放射を照射される。一般に、投影システムは、拡大率Ｍ（一般に、Ｍ＜１）を持つので、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因数Ｍ倍となる。ここで説明したようなリソグラフィック装置に関して、例えば、米国特許第６，０４６，７９２号から、もっと多くの情報を収集することができる。この特許は、参照して本明細書に組み込む。
【０００８】
リソグラフィック投影装置を使用する製造プロセスでは、放射感応材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基板に、パターン（例えば、マスク内の）の像が作られる。この像形成ステップの前に、基板は、下塗り、レジスト被覆、及びソフト・ベークのような様々な手順を経る可能性がある。露出後に、基板は、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハード・ベーク、及び形成された像の特徴の測定／検査のような他の手順に供される可能性がある。この手順の配列は、デバイス例えばＩＣの個々の層をパターン形成する基礎として使用される。次に、そのようなパターン形成層は、エッチング、イオン打込み（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨などのような、全て個々の層を仕上げるために意図された、様々なプロセスを経る可能性がある。いくつかの層が必要な場合には、この全手順又はその変形を、新しい層ごとに繰り返さなければならない。最終的に、デバイスの配列が基板（ウェハ）上に存在するようになる。次に、ダイシング又は鋸引きのような方法で、これらのデバイスを互いに分離し、それから、個々のデバイスは、ピンなどに接続されたキャリアに取り付けることができる。そのようなプロセスに関するより多くの情報は、例えば、「Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：  Ａ  ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（マイクロチップの製造：半導体処理への実用的入門書）」，  Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ｂｙ  Ｐｅｔｅｒ  ｖａｎ  Ｚａｎｔ，  ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．，  １９９７，  ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４の本から得ることができる。この本を参照して本明細書に組み込む。
【０００９】
簡単にするために、投影システムを以下で「レンズ」と呼ぶことがある。しかし、この用語は、例えば、屈折光学システム、反射光学システム、及びカタディオプトリック・システムなどの様々な種類の投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。また、放射システムは、これらの設計方式のいずれかに従って動作して放射の投影ビームを方向付け、整形し、又は制御する部品を含むことができる。さらに、そのような部品もまた、下で一括して又は単独で、「レンズ」と呼ぶことがある。さらに、リソグラフィック装置は、２以上の基板テーブル（及び／又は２以上のマスク・テーブル）を有する種類のものであることがある。そのような「マルチ・ステージ」の装置では、追加のテーブルは、並列に使用されることがあり、又は、他の１つ又は複数の他のテーブルを露出に使用しながら、１つ又は複数のテーブルで準備ステップが行われることがある。ツイン・ステージ・リソグラフィック装置は、例えば、米国特許５，９６９，４１１号及び国際公開ＷＯ９８／４０７９１に記載されている。
【００１０】
絶え間なく減少する限界寸法（ＣＤ）でマスク・パターンを結像できることというリソグラフィに常に存在する要求は、重ね合わせ精度（２つの連続する層を互いに位置合わせすることができる精度）の向上を必要とする。このことによって、位置合わせ精度の絶え間のない向上の必要性が駆り立てられる。重ね合わせ誤差は限界寸法よりも遥かに小さくなければならないし、また、位置合わせ誤差が重ね合わせ誤差の唯一の原因ではないので、９０ｎｍの限界寸法では、１０ｎｍ以下の位置合わせ精度が必要になる。
【００１１】
知られているスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）位置合わせシステムでは、基板にエッチングされた１６μｍピッチの直線位相格子が使用され、この基板がレーザ光で照明され、それから、その回折光が基準格子上に結像される。位置合わせシステムの下の基板を走査し、かつ基準格子を通過する光をステージ位置の関数として検出することで、この基板の位置をナノメートルの精度で推定することができる。しかし、知られているＴＴＬ位置合わせシステムは、一波長のレーザ光を使用し、プロセスに依存した誤差を受け易い。前に作られたプロセス層が位置合わせシステムで使用される波長に影響を及ぼす回折性構造を形成するときに、そのような誤差が生じる。一波長の光を使用する位置合わせシステムは、そのような誤差の影響を強く受ける。第２の周波数を導入すると、異なる波長は同じように影響を受けないので、この誤差は平均化によって多少減少するが、誤差を完全に無くすることはできない。そのような誤差は、非対称に変形した位置合わせマークによっても生じることがある。
【００１２】
米国特許第５，３７１，５７０号には、ウェハ上の位置合わせマークを照明するために広帯域放射を使用するスルー・ザ・レンズ位置合わせシステムが開示されている。しかし、この位置合わせ用放射はハロゲン・ランプで生成されている。そのようなランプで生成されたビームは、高いエタンデュ（ビームによって範囲を定められる立体角にビームの断面の面積を掛けたもの）を有するので、位置合わせマークから高い測定光強度を得ることは困難であり、結果として信号対雑音比（ＳＮＲ）が小さくなる。
【００１３】
ＷＯ９８／３９６８９には、化学機械研磨による位置合わせマークの非対称性に起因する誤差を回避するために、多数波長及びより高い回折次数を使用する軸外し位置合わせシステムが開示されている。測定信号を得るために、格子の像が、色ごとに異なる基準格子上に結像される。
【００１４】
米国特許第５，５５９，６０１号には、マスク及びウェハ・マークを照明するために、例えば４つ波長を生成するレーザ・ダイオードを使用する位置合わせシステムが開示されている。マスクを基準にしてウェハを走査し、戻り放射の強度をウェハ位置の関数としてフーリエ解析して位置合わせ情報を得る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改良された位置合わせシステム、特に、プロセスに依存した結果の影響を受け難い位置合わせシステムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的及び他の目的は、
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投影ビームをパターン形成する働きをするパターン形成手段を支持するための支持構造体と、
基板を保持するための基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン形成されたビームを投影するための投影システムと、
前記基板テーブル上に保持された基板上の位相格子を照明するための放射源、及び前記位相格子からの回折光を像面に結像するための結像システムを備える軸外し位置合わせシステムとを備えたリソグラフィック装置において、
前記結像システムが、少なくとも２つの別個の波長で実質的に正確に前記位相格子を１つの単一像面に結像することを特徴とするリソグラフィック装置で本発明に従って達成される。
【００１７】
少なくとも２波長で適切に単一像面に結像することができる結像システムを使用することは、単一波長位置合わせよりも耐性が高いという点で有利である。多数の色を使用することで、非対称マークによる位置合わせ信号のある特定の誤差を効果的に平均することができ、さらに１つの単一結像面で検出することで、２つの別個の波長の検出信号を混合することが不必要になる。さらに、信号強度に対する薄膜干渉効果の影響がなくなる。真の広帯域スペクトラムと一組の別個の（レーザ）波長の両方を使用することができる。
【００１８】
非格子マーク型に優る周期構造（格子）の利点は、格子によって非常に特徴的に決定された次数で光が回折されるために、結像システムの全ＮＡの実質上ほんの一部だけが使用されることである。非格子マーク型を使用することで、マークの像は、結像システムの全ＮＡにわたって等しく分布するようになり、瞳の全面積の収差に等しく敏感になる。使用されている瞳の有効面積は、照明システムのＮＡでも決定されるが、それは影響の比較的小さいものである。
【００１９】
位置合わせシステムは、０．０１よりも大きな、好ましくは０．１よりも大きな、最も好ましくは約０．２よりも大きなＮＡで前記の位相格子を照明するための照明システムを備えることができる。０．０１よりも大きな照明ＮＡを使用することは、格子上に十分な光を得るのに有利である。これは、高エタンデュを有する広帯域源の問題である。照明の目的に通常使用されるレーザ源は、低エタンデュを有するので、格子上に十分な光を得るために０．０１よりも大きなＮＡで照明する必要が無い。レーザの平面波がそのまま格子に放射される。
【００２０】
比較的高いＮＡで照明することの他の利点は、これによって照明角度に依存した誤差に対してシステムが敏感でなくなることである。格子が一方向から照明される場合、その一方向からの全ての照明は、同じ照明角度に依存した誤差を持つようになるので、全位置合わせ信号はその誤差に依存している。より高いＮＡの照明システムでは、放射は異なる照明角度にわたって分布しているので、照明角度に依存した誤差は、その異なる角度のために平均される。
【００２１】
比較的高い照明ＮＡの欠点は、格子が照明ビームの焦点面になければならないことである。高い照明ＮＡ及び格子周期によって、前記の位相格子からの回折光を前記の基準格子に投影するための結像システムが比較的大きなＮＡでなければならないということがさらに必要になる。結像システムは、約０．７よりも大きな、好ましくは０．８よりも大きな、最も好ましくは約０．９よりも大きなＮＡを有することができる。結像システムの高ＮＡによって、結像システムは焦点感応になる。したがって、別個の焦点センサが位置合わせシステムで必要になる。
【００２２】
高いＮＡを有する照明システムの他の欠点は、照明の放射の角度分布が均一でなければならないことである。したがって、特別に設計されたホモジナイザの使用が必要になる可能性がある。
【００２３】
小さな、例えば５μｍよりも小さな、好ましくは１μｍよりも小さなピッチの格子を使用することで、データ解析／位置推定で必要とされる補間を減すことができるようになる。このことによって、位置合わせ位置に対する雑音及びマーク非対称の影響が比例して減少する。さらに、マークの全面積をできるだけ小さくすることができるようになる。シリコン面積にわたって位置合わせ信号を平均することは、実際には、位置合わせマークに存在する「縁」の数に関係しているので、位相格子の周期を減らすことで、平均化したがって局部的な乱れに対する鈍感さが増す。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、
放射感応材料の層で少なくとも部分的に覆われた基板を供給するステップと、
放射システムを使用して放射の投影ビームを供給するステップと、
投影ビームの断面にパターンを与えるパターン形成手段を使用するステップと、
パターン形成されたビームの放射を放射感応材料の層の目標部分に投影するステップとを備えたデバイス製造方法において、
前記基板に設けられた位相格子を放射で照らして前記基板を基準格子に位置合わせし、かつ、少なくとも２つの別個の波長で実質的に正確に前記位相格子を前記基準格子上に結像するように配列された結像システムを使用して、前記位相格子からの回折光を前記基準格子上に結像することを特徴とするデバイス製造方法が提供される。
【００２５】
この明細書で、ＩＣの製造において本発明に従った装置を使用することに特に言及するが、そのような装置は他の多くの可能な用途を有することをはっきりと理解すべきである。例えば、集積光システム、磁気ドメイン・メモリのための誘導及び検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造で使用することができる。当業者は理解するであろうが、そのような他の背景では、本明細書の「レチクル」、「ウェハ」又は「ダイ」の用語の使用は、それぞれ、より一般的な用語「マスク」、「基板」及び「目標部分」で置き換えられるものとして考えるべきである。
【００２６】
本文献において、「放射」及び「ビーム」の用語は、紫外線放射（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍである）及びＥＵＶ（極端紫外放射、たとえば、波長が５〜２０ｎｍの範囲である）ならびにイオン・ビーム又は電子ビーム等の粒子ビームを含んだ、あらゆる種類の電磁放射を包含するように使用される。
【００２７】
ここで本発明の実施形態は、実施例としてのみ添付の模式図を参照して説明する。
図において、対応する参照符号は対応する部分を示す。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１は、本発明の特定の実施形態に従ったリソグラフィック投影装置を模式的に示す。本装置は、
放射（例えば、紫外放射）の投影ビームＰＢを供給するための、この場合に放射源ＬＡを備える放射システムＥｘ、ＩＬと、
マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスク・ホルダを備え、かつ要素ＰＬに対してマスクを正確に位置決めするための第１の位置決め手段に接続された第１の物体テーブル（マスク・テーブル）ＭＴと、
基板Ｗ（例えば、レジスト被覆シリコン・ウェハ）を保持するための基板ホルダを備え、かつ要素ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め手段に接続された第２の物体テーブル（基板テーブル）ＷＴと、
マスクＭＡの放射照射部分の像を、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイで構成される）に形成するための投影システム（例えば、反レンズ・グループ）とを備える。
【００２９】
ここに示すように、本装置は、透過型（すなわち、透過マスクを有する）である。しかし、一般に、本装置は、例えば、反射型（反射マスクを有する）であることもある。もしくは、本装置は、上で言及したような種類のプログラム可能ミラー・アレイのような、他の種類のパターン形成手段を使用することができる。
【００３０】
放射源ＬＡ（例えば、エキシマ・レーザ）は、放射のビームを生成する。このビームは、直接か、又は、例えばビーム拡大器Ｅｘなどのコンディショニング手段を通り抜けた後かいずれかで、照明システム（照明装置）ＩＬに送られる。照明装置ＩＬは、ビーム内の強度分布の外側半径範囲及び／又は内側半径範囲（通常、それぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ、σ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を設定するための調整手段ＡＭを備えることができる。さらに、照明装置は、一般に、積分器ＩＮ、集光器ＣＯなどの様々な他の部品を備える。このようにして、マスクＭＡに当っているビームＰＢは、その断面内に所望の一様強度分布を持つ。
【００３１】
図１に関して留意すべきことであるが、放射源ＬＡは、リソグラフィック投影装置のハウジング内にあることがあるが（例えば、放射源ＬＡが水銀ランプの場合、そうであることが多い）、また、放射源ＬＡがリソグラフィック投影装置から遠く離れており、それの生成する放射ビームが装置の中に導かれることがある（例えば、適当な方向付けミラーを使用して）。この後者のシナリオは、放射源ＬＡがエキシマ・レーザである場合に多い。本発明及び特許請求の範囲は、これらのシナリオの両方を含む。
【００３２】
ビームＰＢは、その後、マスク・テーブルＭＴに保持されているマスクＭＡと交差する。マスクＭＡを通り抜けたビームＰＢは、レンズＰＬを通り抜ける。このレンズＰＬは、基板Ｗの目標部分ＣにビームＰＢを収束させる。第２の位置決め手段（及び干渉測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴは、例えばビームＰＢの経路内に異なった目標部分Ｃを位置決めするように、正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め手段を使用して、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、又は走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）を使って行われる。これらのモジュールは、図１に明示的に示さない。しかし、ウェハ・ステッパ（走査ステップ式装置に対して）の場合は、マスク・テーブルＭＴは、短行程用アクチュエータに接続されるだけでよく、又は、固定されることもある。
【００３３】
図示の装置は、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・モードでは、マスク・テーブルＭＴは基本的に静止したままであり、全マスク像が一括して（すなわち、単一「フラッシュ」で）目標部分Ｃに投影される。次に、異なる目標部分ＣがビームＰＢで照射されるように、基板テーブルＷＴがｘ及び／又はｙ方向に移動される。
２．走査モードでは、基本的に同じシナリオが当てはまるが、ただ、特定の目標部分Ｃが単一「フラッシュ」で露出されないことが異なる。代わりに、マスク・テーブルＭＴが、特定の方向（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、その結果、投影ビームＰＢはマスク像全体を走査することができるようになる。これと並行して、基板テーブルＷＴが、速度Ｖ＝Ｍｖで、同じ又は反対方向に同時に移動する。ここで、ＭはレンズＰＬの拡大率である（一般に、Ｍ＝１／４又は１／５）。このようにして、分解能で妥協する必要なく、比較的大きな目標部分Ｃを露出させることができる。
【００３４】
本発明の第１の実施形態の一部を形成する軸外し位置合わせシステムを図２に一般的に示す。位置合わせシステム１は、光源モジュール２、光学モジュール３、及び検出モジュール４を備える。
【００３５】
光源モジュール２は、低エタンデュの広帯域光源２１を備える。この光源は、以下でさらに説明するが、例えば紫外領域の広帯域放射をマルチモード・ファイバ２２に出力する。マルチモード・ファイバ２２にホモジナイザ２３が挿入されている。これについても以下でさらに説明する。マルチモード・ファイバ２２の出力端は、レンズ２５も取り付けられている取付け金具２４に保持されている。レンズ２５は、照明光を光学モジュール３の照明分岐３１に送り込む。照明分岐３１はレンズ３１２、３１３を備え、これらのレンズは、光源モジュール２のレンズ２５とともに、ファイバの出力面の像を約５倍の倍率で小さな４５°ミラー３１５の上に結ばせる。このミラー３１５は、ビームを光学モジュール３の結像分岐３２の中に折り曲げる。ミラー３１１及び３１４が、ビームを都合よく折り曲げるために照明分岐３１に設けられている。取付け金具２４によって、光源の像の正確な位置付けを行うためにファイバ２２の端部とレンズ２５を３次元で位置付けすることができるようになる。
【００３６】
一番下から始めると、結像分岐３２は、高開口数（ＮＡ）で長作動距離の顕微鏡対物レンズ３２０を備える。次に、２つの視野レンズ３１９、３１８があり、これらのレンズは、視野絞り３１７が設けられた第１の中間像面にウェハＷの像を再形成する。レンズ３１８、３１９は、正確に３０倍の倍率で、結像システムの最初の部分が像側と物体側の両方でテレセントリックであるように配列されている。瞳面に、空間フィルタ３２１が設けられている。この空間フィルタは、光を通さない中心部及び、Ｘ及びＹ方向に回折された次数だけ、すなわちマークの対角線構造で回折された次数でなく、また０次でない次数を選択するようにＸ及びＹ方向に平行に延びる開口部３２１ａを有する。結像システムのこの部分は、物体側（視野絞り３１７）ではテレセントリックであるが、基準平板３２４が設けられている像側ではテレセントリックでない。これによって、システムの全体的な長さを減らすことができる。レンズ３２２、３２３は、ウェハから基準平板３２４の面までの結像システムの全倍率が正確に５０倍であるように選ばれ、位置付けされる。したがって、結像分岐の第２の部分の倍率は１・２／３である。
【００３７】
結像システムの倍率は、基板のマーク及び基準格子のピッチに関係することは理解されるであろう。０次は阻止されるので、基板マスクのピッチＰsubstrate、倍率Ｍ、及び基準格子のピッチＰrefは次式を満足しなければならない。
【数１】
0003980469.tif 000002
【００３８】
光学モジュール３の部品は、インバール又はゼロドゥル（Ｚｅｒｏｄｕｒ）のような超低膨張材料で作られたフレーム３３にしっかりと取り付けられ、さらに装置の基準フレームに取り付けられるのが好ましい。
【００３９】
顕微鏡対物レンズ３２０は、光学モジュールの結像分岐の第１のレンズを形成し、位置合わせシステムの最も重要な部品の１つである。このレンズは、ウェハ上の位置合わせマークから十分な回折次数を捕らえるように十分に大きな開口数でなければならず、例えば、少なくとも０．８又は０．９の開口数である可能性がある。ウェハと位置合わせシステムの間に合理的な距離を有することがさらに好ましいので、長い作動距離の対物レンズが好ましい。市販の顕微鏡対物レンズが使用可能である。図２に示す配列は、瞳面が利用し易くない顕微鏡対物レンズを使用している。したがって、レンズ３１８、３１９、３１６は、瞳絞り３２１を設けることができる物理的に利用し易い位置に瞳面を結像し直すために設けられる。物理的に利用しやすい瞳面を有する顕微鏡対物レンズを使用すれば、よりコンパンクトな配列を得ることができる。適切な対物レンズが位相差顕微鏡用として知られている。
【００４０】
理解されるように、本位置合わせシステムの基本原理は、ウェハ上に設けられた位置合わせマークを、システム内に設けられた対応する基準マークに結像し、さらにウェハを走査するときに基準格子を通過する放射の強度を測定することで位置合わせ情報を得ることである。本発明では、図２に拡大して示すように、基準マークは、ダイアモンド状のユニット・セルを有する２次元格子を備える。基準マーク３２４は、位置合わせシステムの結像分岐の光軸のまわりに対象であるように配列されている。この対称性によって、位置合わせ位置に対する色倍率誤差の影響が抑制される。倍率の変化で対称な変形が生じるので、少なくとも小さな倍率誤差について、光軸の両側の誤差は互いに打ち消し合う。２次元格子を使用することで、光軸のまわりの完全な対称性を保持しながら、Ｘ及びＹ方向の両方で位置合わせを検出することができるようになる。だが、ウェハ上の位置合わせマークは依然として直線格子であり、一度に一方向だけが測定されることに留意されたい。
【００４１】
視野絞り３１７は、ウェハの第１の中間像に位置付けされて、照明と結像の両方のための視野絞りとして働いている。基準マーク３２４の位置に視野絞りを追加することで、結像視野をさらに小さくすることができる。視野のクリッピングの効果を最小限にするために、視野開口３１７ａは円形である。視野絞り３１７は、結像システムの視野絞りとして作用して、検出されるマークの面積を決定する。本発明では、位置合わせマークの走査中に検出視野がマーク内にとどまっているように、検出視野は全マークの大きさよりも小さい。このことは、位置合わせ信号の強度にエンベロープがなく、検出システムへの適合を向上させることを意味する。視野絞り３１７は、照明分岐の視野絞りとして作用して、照明の視野が検出視野よりもほんの僅か大きいか又は同じであるように制限する。これによって、位置合わせマークに隣接する構造も照明される可能性が回避される。（この構造が照明されると、結像システムに入り込んで位置合わせ信号の誤差を引き起こす迷光回折をもたらすかもしれない。）
【００４２】
検出モジュール４は、システムの像面にある基準マーク３２４を透過する光の強度を主に測定する。また、検出モジュールは、焦点信号を検出し、瞳面とウェハ面の両方のカメラ像を供給する。検出モジュール４は、図３により詳細に示される。
【００４３】
検出モジュール４の主信号検出分岐４１はレンズ４１１、４１２を備え、これらのレンズは、位置合わせシステムの円形視野の像を４セル４１３の中心に形成する。４セル４１３は、視野内の４つの異なる点（開いた円で示す）を測定するように、４つの区画４１３ａ，４１３ｂ，４１３ｃ，４１３ｄ（図４に示す）を有する。４セル４１３の各セルはシリコン・フォトダイオードである。４セルのセルで検出された強度は、知られている方法で位置合わせが行われる基板テーブル位置の正弦関数である。実効的な測定点の正確な位置は、視野にわたっての強度分布、及び、一般に、フォトダイオードの配置、及び視野の形状に依存する。４点で同時に測定することで、ウェハ格子に対する基準格子の相対的な倍率及び回転を、一位置合わせ走査で容易に決定することができるという利点が得られる。これによって、モジュールの高速初期位置合わせ、及び位置合わせシステムの性能の長期監視が可能になる。
【００４４】
第２の随意選択の信号検出分岐４３は、検出ビームの部分の進路を変える半透明ミラー４３１、及び光を集めてマルチモード・ファイバ４３３に結合するレンズ４３２を備える。このマルチモード・ファイバ４３３は、装置の電子回路モジュールに都合よく配列された光増倍管４３４に、その光を運ぶ。光増倍管は、ショット雑音の制限された検出及び位置合わせ信号の無雑音増幅を行うことができるので、非常に弱い位置合わせマークの検出に使用される。
【００４５】
カメラ分岐４２は、検出モジュールの像面及び瞳面にそれぞれ配置されたＣＣＤカメラ４２４、４２６及び分割検出器４２７に光を仕向けるビーム・スプリッタ４２１、４２２及び４２５、並びにレンズ４２３を備える。
【００４６】
分割検出器４２７は、基準格子３２４の瞳面に配置されている。この面には、基板格子及び基準格子の周期で決定される間隔、及び結像システム３の開口で決定される大きさの回折スポットがある。結像システム３の焦点が合っている、すなわち、基板格子と基準格子が共役面にある場合、これらのスポットの強度分布は均一になる。しかし、デフォーカスの場合、不均一になる。これを図５のグラフに示す。図５は、瞳面内のｘ位置に関する強度を示す。水平な直線ａは、適切に焦点が合っているシステムに関するものであり、傾斜した直線ｂは僅かにデフォーカスのあるシステムに関するものであり、正弦曲線ｃはデフォーカスの程度がより大きなシステムに関するものである。格子をｘ方向に走査した場合、システムの焦点がずれていれば、強度分布は光検出器の２つの半分の間に位相ずれを示す。
【００４７】
この配列は、もっと多数のセグメントに分割された検出器でも使用することができる。デフォーカスを検出する上記の方法は、基板上の回折格子までの高さに依存するので、その後のプロセス層の影響を受けない。
【００４８】
焦点信号を検出する他の方法では、位置合わせマークに焦点が十分に合っていないとき、見掛けの位置合わせ位置は位置合わせマークの照明の角度に依存するということが使用される。基準格子の後の位置合わせシステムの像瞳に配置された分割検出器によって、正の入射角を有するビーム及び負の入射角を有するビームを使用して、見掛けの位置合わせ位置を別個に測定することができるようになる。したがって、見掛けの位置合わせ位置の差はデフォーカスの程度を示す。
【００４９】
留意すべきことであるが、位置合わせ信号は基準格子から来る一次の次数から取られるので、検出モジュールの瞳面に設けられた瞳フィルター（図示しない）で、この次数を残りの光から分離する。
【００５０】
上記の位置合わせシステムは、マルチモード・ファイバ２２を介して光を受け取るように設計され、広い波長範囲の光を使用することができるので、多くの異なる形態の光源２１が使用できる。光源は、ある範囲の波長、一組の別個の離れた波長、又は、例えば５００ｎｍから７００ｎｍの範囲で可変な波長を持たなければならないし、さらに、ファイバ２２の出力で、均一な角度分布だけでなく均一な空間分布を持たなければならない。さらに、光は、知られている方法で、例えば５０ＫＨｚで変調されて同期検出を可能にするのが好ましい。
【００５１】
可能な光源を下の表に列記する。
【表１】
0003980469.tif 000003
【００５２】
所望の角度均一性を実現するために、光源２１から照明光を導くマルチモード・ファイバ２２にホモジナイザ２３が設けられる。マルチモード・ファイバ２２は、十分な空間均一性を実現するが、長さ５ｍのファイバでも光源のあらゆる角度不均一性を維持している。図５に示すように、ホモジナイザ２３はレンズ２３１、２３２を備え、これらのレンズは、出力ファイバ２２ｂのファイバ入口がレンズ２３１、２３２で形成される光学システムの瞳に位置付けられるように配置されている。これによって空間座標と角度座標が効果的に交換されるので、重大な損失を導入することなく、マルチモード・ファイバ２２の２つの部分２２ａ、２２ｂによって角度座標と空間座標の両方が均一化される。
【００５３】
特に好ましい放射源２１を図６に示す。放射源２１は、スペクトラムの青領域に波長を有する光を放射するレーザすなわちレーザ・ダイオード２１１を備える。青色光は、レンズ２１２、２１３で蛍光性結晶２１４に集束される。蛍光性結晶には、Ｙａｇ：Ｃｅ又はＮＤ：Ｙａｇの結晶などが含まれる。これらの結晶は、青色波長の放射で励起されると、広い帯域の波長を持った蛍光を発する。結晶がレーザ共振器内にない場合、結晶を充填したチャネルの全空間にわたって放射は等方的であり、この結晶は、マルチモード導波管として作用するチャネル内に一部の放射を閉じ込めるように小さくすることができる。それから、放射は、一方の側でチャネルから出て、高強度で低エタンデュの光源を形成する。放射はレンズ２１５でファイバ２２に結合される。チャネルの大きさは結晶の大きさに依存し、例えば、１００μｍの断面を有することがある。チャネルの壁は、透過性又は反射性である可能性があり、反射性の壁はより高い効率を与える。出力の色は、異なる種類の結晶を混合することで調整することができる。
【００５４】
図７は、異なる光源２１を示し、この光源では、蛍光結晶２１４’は反射基板２１７に取り付けられている。ビーム・スプリッタ２１６は、集束レンズ２１５を介して出力をマルチモード・ファイバ２２に向けるように設けられている。
【００５５】
本発明の特定の実施形態を上で説明したが、本発明は上記とは違った方法で実施することができることは理解されるであろう。説明は本発明を制限する意図ではない。基準格子に対する基板の位置合わせに関連して本発明を説明したが、他の対象、例えばマスク、の位置合わせに使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるリソグラフィック投影装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による位置合わせシステムの結像部分を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による位置合わせシステムの検出部分を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による位置合わせシステムで使用される４セル・センサを示す図である。
【図５】位置合わせシステムでの適正焦点の検出を説明する際に使用される図である。
【図６】位置合わせシステムでの適正焦点の検出を説明する際に使用される図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による位置合わせシステムで使用されるホモジナイザを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態で使用可能な他の光源を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態で使用可能な他の光源を示す図である。
【符号の説明】
ＬＡ  放射源
Ｅｘ  ビーム拡大器
ＩＬ  照明装置
Ｅｘ、ＩＬ  放射システム
ＡＭ  調整手段
ＩＮ  積分器
ＣＯ  集光器
ＰＬ  投影システム
ＭＡ  マスク（レチクル）
ＭＴ  マスク・テーブル
Ｃ  目標部分
ＰＢ  投影ビーム
Ｗ  基板
ＷＴ  基板テーブル
１  位置合わせシステム
２  光源モジュール
３  光学モジュール
４  検出モジュール
２１  放射源
２２、４３３  マルチモード・ファイバ
２３  ホモジナイザ
３１  照明分岐
３２  結像分岐
４１、４３  信号検出分岐
４２  カメラ分岐
３１７  視野絞り
３２１  空間フィルタ
３２４  基準マーク
４１３  ４セル・センサ
４３４  光増倍管
４２４、４２６  ＣＣＤカメラ
４２７  分割検出器
２１１  レーザ・ダイオード
２１４、２１４’  蛍光性結晶
２１７  反射基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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