(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射ビームを照射する照明系と、
照射ビームの断面にパターンを与えるパターニング用デバイスと、
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付きビームを投影する投影系と、
前記基板に設けられたアライメントマークの位置を測定するアライメント装置と、
を備えるリソグラフィ装置であって、
前記アライメント装置は、１０００ナノメートルより長い波長で放射を生成するよう構成された放射源と、放射がアライメントマークにより反射された後に、放射を検出するよう構成された複数の非結像検出器と、検出された放射の品質を監視し、アライメントマークの位置の測定の間に用いられるべき１つまたは複数の赤外線放射波長を選択するよう構成された制御システムと、を備え、
前記パターニング用デバイスは、前記基板にドーパントの注入が行われる際に、ドーパントが前記アライメントマークの近くの基板部分に入るのを阻止するために前記アライメントマーク上にレジストを保持するよう構成されている、
ことを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
前記放射源は、１０ミクロンより短い波長で放射を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記放射源は、８ミクロンより短い波長で放射を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記検出器の少なくとも一部は、自身の前に回折格子を有し、前記回折格子の少なくとも一部は、異なる回折格子周期を有することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
像回転装置および干渉計をさらに備え、前記検出器の少なくとも一部は、アライメントシステムの瞳面に位置していることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記放射源は、異なる波長で放射を生成するよう構成された複数の放射源の一つであることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
多重化された赤外線放射の生成および検出ができるよう構成されたマルチプレクサおよびデマルチプレクサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
照射ビームを照射する照明ステップと、
照射ビームの断面にパターンを与えるパターニングステップと、
基板を位置合わせする位置合わせステップと、
前記基板の目標部分にパターン付きビームを投影する投影ステップと、
前記基板にドーパントを注入する注入ステップと、
を備えるリソグラフィ方法であって、
前記位置合わせステップは、赤外線放射を前記基板の少なくとも一部を通ってアライメントマーク上に導くステップと、非結像検出器を用いて前記アライメントマークから反射した赤外線放射を検出するステップと、検出された赤外線放射を用いて前記アライメントマークの位置を測定するステップと、検出された放射の品質を監視し、アライメントマークの位置の測定の間に用いられるべき１つまたは複数の赤外線放射波長を選択するステップと、を備え、
前記注入ステップは、ドーパントが前記アライメントマークの近くの基板部分に入るのを阻止するために前記アライメントマーク上にレジストを保持するステップを備える、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記赤外線放射は、１０００ナノメートルよりも長い波長を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記赤外線放射は、１０ミクロンより短い波長を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記赤外線放射は、８ミクロンより短い波長を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板を通って導かれる前記赤外線放射は、複数の異なる波長を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の異なる波長は、多重化されており、前記放射の検出もまた、多重化されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属層が前記アライメントマークの真下に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記アライメントマークは、前記基板の最下面に位置していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、接合された一対の基板の片方であり、前記アライメントマークは、基板の間に位置していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。この場合、マスク、レチクルとも呼ばれるパターニング用デバイスを用いて、ＩＣの個々の層（レイヤー）に対応する回路パターンを生成することができ、照射感受性材料（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコンウェハ）上の目標部分（例えば、一つまたは複数のダイの部分からなる）にこのパターンを転写することができる。一般に、単一の基板は、連続して露光される隣接する目標部分のネットワークを有する。既知のリソグラフィ装置には、いわゆるステッパといわゆるスキャナとがある。ステッパでは、各目標部分にパターンの全体を一度に露光することによって、各目標部分が照射される。スキャナでは、所与の方向（「走査」方向）にビームを用いてパターンを走査する一方、この方向と平行にまたは逆平行に基板を同期させて走査することによって、各目標部分が照射される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のリソグラフィでは、一連の層は、基板の一面に形成されており、同時に複数のＩＣを備えている。しかしながら、例えばＭＥＭＳ、イメージセンサおよび他のデバイスを製造する際に、基板の両面に層を設けることが時々要求される。これは、いくつかの層を表面に投影し、その後続いて基板の裏面にいくつかの層を投影するために基板を反転させることにより為されてもよい。基板の裏面の層は、ＭＥＭＳデバイス（または他の構成要素）が適切に形成され、正しく動作するようにするために、互いに対して位置合わせされていなければならない。この位置合わせを達成することが難しい可能性がある。
【０００４】
それぞれに１つまたは複数の層が設けられた２つの基板を接合することが時々望まれる。これは、たとえばＭＥＭＳ、積層メモリまたはプロセッサデバイスを製造する場合である。これらの層は、ＭＥＭＳデバイス（または他の構成要素）が適正に形成され、正しく動作するようにするために、互いに対して位置合わせされていなければならない。
【０００５】
場合によっては、基板の底面に（すなわち、リソグラフィ装置の投影系の方を向いていない基板の面に）位置するアライメントマークの位置を正確に観測することが難しい可能性がある。接合された基板の場合には、接合された基板間に位置するアライメントマークの位置を正確に観測することが難しい可能性がある。
【０００６】
本明細書または他の場所で特定される従来技術の１つまたは複数の問題点を除去するか軽減する、リソグラフィ装置または方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によると、１０００ナノメートルより長い波長で放射を生成するよう構成された放射源と、放射がアライメントマークにより反射された後に、放射を検出するよう構成された複数の非結像検出器とを備えるリソグラフィアライメント装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によると、リソグラフィ装置において基板を位置合わせする方法が提供される。この方法は、赤外線放射を基板の少なくとも一部を通ってアライメントマーク上に導くステップと、非結像検出器を用いてアライメントマークから反射した赤外線放射を検出するステップと、検出された赤外線放射を用いてアライメントマークの位置を測定するステップとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアライメントシステムおよび基板を示す図である。
【図３】アライメントシステムをより詳細に示す図である。
【図４】アライメントシステムをより詳細に示す図である。
【図５】アライメントシステムをより詳細に示す図である。
【図６】本発明を用いて位置が測定可能な回折格子アライメントマークを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るアライメントシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、例示のみを目的として本発明の実施形態を以下に説明する。
【００１１】
ＩＣ製造時におけるリソグラフィ装置の使用について本文で特定した言及がなされるかもしれないが、本明細書で述べるリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気領域メモリ用の誘導および検出パターン（guidance and detection pattern）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった他の応用形態も有していることを理解すべきである。当業者は、このような代替的な応用形態の文脈において、「ウェハ」または「ダイ」という用語のあらゆる使用が、より一般的な用語である「基板」または「目標部分」とそれぞれ同義であるとみなしうることを認められよう。本明細書で参照される基板を、例えばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し露光されたレジストを現像する工具）または計測工具または検査工具で、露光の前後に処理することができる。可能であれば、本明細書の開示をこれらのおよび他の基板処理工具に適用することができる。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために基板を二回以上処理してもよく、したがって、本明細書で使用される基板という用語は、複数回処理された層を既に有している基板のことも指す場合がある。
【００１２】
本明細書で使用される「照射」および「ビーム」という用語は、あらゆるタイプの電磁照射を包含しており、紫外線（ＵＶ）照射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長を有する）、極紫外線（ＥＵＶ）照射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、さらにイオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含む。
【００１３】
本明細書で使用される「パターニング用デバイス」という用語は、照射ビームの断面にパターンを与え、基板の目標部分にパターンを形成するために使用可能であるデバイスを参照するものとして、広く解釈されるべきである。照射ビームに与えられるパターンが、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応していなくてもよいことに注意する。通常、照射ビームに与えられるパターンは、集積回路などの、目標部分に作成されるデバイス内の特定の機能層と対応している。
【００１４】
パターニング用デバイスは、透過型でも反射型でもよい。パターニング用デバイスの例には、マスク、プログラム可能なミラーアレイ、プログラム可能なＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィ分野では周知であり、バイナリマスク、交互位相シフト（alternating phase-shift）マスク、ハーフトーン型位相シフト（attenuated phase-shift）マスク、および様々なハイブリッド型マスクタイプなどのマスクタイプがある。プログラム可能なミラーアレイの例では、小型ミラーがそれぞれ個別に傾斜して入射する照射ビームを異なる方向に反射させることが可能な、小型ミラーのマトリックス配列を使用する。このようにして、反射されたビームにパターンが付与される。
【００１５】
支持構造は、パターニング用デバイスを支持する。支持構造は、パターニング用デバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、例えばパターニング用デバイスが真空環境に保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニング用デバイスを保持する。支持構造は、機械的クランプ、バキューム、または真空条件下での静電気クランプなどの他の固定技術を使用することができる。支持構造は、フレーム状またはテーブル状であってもよく、例えば、必要に応じて固定されていても移動可能でもよい。支持構造により、例えば投影系に対してパターニング用デバイスを確実に所望の位置に配置することができる。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語のいかなる使用も、より一般的な用語である「パターニング用デバイス」と同義であるとみなしてよい。
【００１６】
本明細書で使用される「投影系」という用語は、例えば、使用中の露光照射に適した、あるいは液浸の使用または真空の使用といった他の要因に適した、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系を含む様々なタイプの投影系を包含するものとして広く解釈されるべきである。本明細書における「投影レンズ」という用語のいかなる使用も、より一般的な用語である「投影系」と同義であるとみなしてよい。
【００１７】
照明系は、照射ビームの進行方向を決め、成形し、または制御するための屈折光学部品、反射光学部品、または反射屈折光学部品を含む様々な種類の光学部品で構成されており、このような部品は、以下において集合的にまたは単独で「レンズ」と呼ばれることもある。
【００１８】
リソグラフィ装置は、二つの基板テーブルを有するタイプ（デュアルステージ）であっても、より多数の基板テーブル（および／または二つ以上の支持構造）を有するタイプであってもよい。このような「マルチステージ」の装置では、追加のテーブルを並列して使用してもよいし、または、一以上のテーブルに対して準備ステップを実行する一方、一以上の他のテーブルを露光用として使用してもよい。
【００１９】
リソグラフィ装置は、投影系の最終構成要素と基板の間の空間を満たすように、比較的屈折率の高い液体（例えば、水）の中に基板が浸されているタイプの装置であってもよい。液浸技術は、投影系の開口数を増大する技術として周知である。
【００２０】
図１は、本発明の特定の実施形態に従ったリソグラフィ装置を模式的に示す。この装置は、以下の要素を含む。
−照射ビームＰＢ（例えば、紫外線照射、または深紫外線照射）を調整する照明系（照射器）ＩＬ。
−パターニング用デバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持し、ＰＬに対してパターニング用デバイスを正確に位置決めするよう第１位置決め装置ＰＭに接続される支持構造（例えば、支持構造）ＭＴ。
−基板（例えば、レジストコートされたウェハ）Ｗを保持するための基板テーブル（例えば、ウェハテーブル）ＷＴ。基板テーブルWTは、ＰＬに対して基板を正確に位置決めするために第２位置決め装置ＰＷに接続される。
−基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つまたは複数のダイからなる）に、パターニング用デバイスＭＡによって照射ビームＰＢに与えられたパターンをイメージングするように構成された投影系（例えば、屈折投影レンズ）ＰＬ。
【００２１】
図示するように、リソグラフィ装置は透過型（例えば、透過型マスクを使用）である。代替的に、リソグラフィ装置は反射型（例えば、上述したタイプのプログラム可能なミラーアレイを使用）であってもよい。
【００２２】
照明器ＩＬは照射源ＳＯから照射ビームを受け取る。例えば照射源がエキシマレーザである場合、照射源とリソグラフィ装置は別個のものであってもよい。この場合、照射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、例えば適切な配向ミラー（directing mirror）および／またはビーム・エキスパンダを備えるビーム伝送系ＢＤを用いて、照射源ＳＯから照明器ＩＬに照射ビームが渡される。他の場合、例えば照射源が水銀灯である場合、照射源はリソグラフィ装置と一体的な部品であってもよい。照射源ＳＯと照明器ＩＬ、必要であればビーム伝送系ＢＤを合わせて、照射系と称してもよい。
【００２３】
照明器ＩＬは、ビームの角度強度分布を調節するための調節手段ＡＭを備えてもよい。一般に、照明器の瞳面における強度分布の外径範囲および／または内径範囲（一般に、それぞれσアウターおよびσインナーと呼ばれる）を少なくとも調節することができる。加えて、照明器ＩＬは、インテグレータＩＮおよび集光器ＣＯ等の様々な他の構成要素を通常備えている。照明器は、その断面において所望の均一性および強度分布を有する調節された照射ビームＰＢを提供する。
【００２４】
照射ビームＰＢは、支持構造上に保持されたパターニング用デバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射する。パターニング用デバイスＭＡを横切ると、ビームＰＢはレンズＰＬを通過し、そこでビームが基板Ｗの目標部分Ｃに合焦される。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス）を用いて、基板テーブルＷＴを正確に移動して、例えば異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置することができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示せず）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的復帰の後にまたは走査中に、ビームＰＢの経路に対してパターニング用デバイスＭＡを正確に配置することができる。一般に、オブジェクトテーブルＭＴおよびＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭおよびＰＷの一部を形成する長ストロークモジュール（粗い位置決め）と短ストロークモジュール（微細な位置決め）を用いて達成することができる。しかしながら、ステッパの場合には、スキャナとは対照的に、支持構造ＭＴが短ストロークのアクチュエータにのみ接続されていてもよいし、または固定されていてもよい。
【００２５】
パターニング用デバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２と基板アライメントマークＰ１、Ｐ２とを用いて、パターニング用デバイスＭＡと基板Ｗを位置合わせしてもよい。リソグラフィ装置の投影系ＰＬの近傍には、アライメントシステムＡＳが設けられている。アライメントシステムは、アライメントマークＰ１、Ｐ２の位置を測定するために配置されており、それによってパターニング用デバイスＭＡを基板Ｗに位置あわせすることが可能となる。これにより確実に、基板Ｗに投影されるパターンが既に基板に存在するパターンに（所定の誤差の範囲内に）位置合わせされるようになる。アライメントシステムＡＳは、以下においてより詳細に説明される。
【００２６】
図示する装置は、以下の好適なモードで使用することができる。
【００２７】
１．ステップモードでは、支持構造ＭＴと、基板テーブルＷＴとが本質的に静止状態を保つ一方、ビームＰＢに与えられたパターン全体が目標部分Ｃ上に一度に投影される（つまり、単一の静的露光）。続いて、基板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に移動して、異なる目標部分Ｃを露光することができる。ステップモードでは、露光領域の最大サイズにより、単一の静的露光で像が与えられる目標部分Ｃのサイズが制限される。
【００２８】
２．走査モードでは、支持構造ＭＴと基板テーブルＷＴとが同期して走査される一方、ビームＰＢに与えられたパターンが目標部分Ｃ上に投影される（すなわち、単一の動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影系ＰＬの倍率（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一の動的露光における目標部分の（非走査方向における）幅を制限するのに対して、走査移動の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
【００２９】
３．他のモードでは、支持構造ＭＴが、プログラム可能なパターニング用デバイスを本質的に静的に保持し続ける。基板テーブルＷＴが移動すなわち走査する一方、ビームＰＢに与えられたパターンが目標部分Ｃ上に投影される。このモードでは、通常、パルス照射源が使用され、基板テーブルＷＴの毎回の移動後に、または走査中の連続する照射パルスの間に、プログラム可能なパターニング用デバイスが必要に応じて更新される。この動作モードは、上述したようなプログラマブルミラーアレイなどのプログラム可能なパターニング用デバイスを利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。
【００３０】
上述の使用モードの組み合わせおよび／または変形や、または全く異なる使用モードも利用することができる。
【００３１】
従来のリソグラフィにおいては、一連の層は、基板の一面に形成されており、同時に複数のＩＣを備えている。場合によっては、ある層を基板の表面に投影し、ある層を基板の裏面に投影することが望まれる。本発明の実施形態は、基板の裏面に投影される層を既に基板の表面に投影された層と位置合わせするために用いることが可能である。
【００３２】
本発明の実施形態は、基板に設けられた１つまたは複数の回折格子アライメントマークの位置を測定するよう構成されたアライメントシステムを備える。このアライメントシステムは、基板を透過可能な赤外線放射を用いており、それゆえ、図２に示すように基板の下面に位置するアライメントマークを観測可能である。一部の赤外線放射は、基板により散乱および／または吸収される可能性があるが、赤外線放射の波長は、アライメントマークの位置の測定を可能とするために、基板を透過した後に十分な放射がアライメントシステムに戻ってくるように設定される。
【００３３】
図２を参照すると、ガラスキャリアＧ上にマウントされた基板Ｗが、基板テーブルＷＴに保持されている。パターンＰＴが、基板の最下面ＬＳ上に設けられている。また、２つのアライメントマークＰ１、Ｐ２が、基板の最下面に設けられている。
【００３４】
基板の最上面ＵＳ上にパターンを投影することが望まれる。これを実現するためには、パターンは、基板Ｗの最下面ＬＳ上に設けられたアライメントマークＰ１、Ｐ２と位置合わせされなければならない。アライメントシステムＡＳは、赤外線放射を出射する。これは、図２に矢印Ｒとして図示されている。赤外線放射は、基板Ｗを透過し、第１アライメントマークＰ１に入射する。放射の一部は、基板Ｗを後ろ向きに戻って通過し、アライメントシステムＡＳに戻る。アライメントシステムは、この戻ってきた放射を用いて、第１アライメントマークＰ１の位置を測定する。
【００３５】
その後、基板テーブルＷＴは、第２アライメントマークＰ２がアライメントシステムＡＳの真下に位置するように移動される。アライメントシステムＡＳは、再び赤外線放射を出射し、この放射は基板Ｗを透過する。この放射は、第２アライメントマークＰ２に入射し、放射の一部は基板Ｗを後ろ向きに通過してアライメントシステムＡＳへと戻る。アライメントシステムは、この戻ってきた放射を用いて、第２アライメントマークＰ２の位置を測定する。
【００３６】
追加のアライメントマークの位置が同じようにして測定されてもよい。例えば、アライメントシステムＡＳを用いて、基板Ｗ上の異なる位置に設けられた８個のアライメントマーク（図示せず）の位置が測定されてもよい。場合によっては、１つまたは複数のアライメントマークが基板の各目標部分（図１参照）と関係していてもよい。このような場合には、アライメントシステムＡＳは、各アライメントマークの位置、または一部のアライメントマークだけの位置を測定するために用いられてもよい。基板上に設けられたすべてのアライメントマークの位置が測定されることは必須ではない。
【００３７】
いったん所望の数のアライメントマークの位置が測定されると、投影系ＰＳ（図１参照）が用いられて基板の最上面ＵＳにパターンが投影される。パターンは、基板の目標部分Ｃ上に投影される。リソグラフィ装置により、基板の最下面のアライメントマークＰ１、Ｐ２（およびその他の図示されていないアライメントマーク）の測定位置に対する各目標部分Ｃの正確な位置が計算される。このようにして、基板の最下面のパターンＰＴと投影パターンとの位置合わせが実現される。
【００３８】
アライメントシステムＡＳの実施形態が、図３から図５により詳細に示されている。アライメントマークＰ１は、回折格子を備える。赤外波長を有するアライメントビームｂは、光源７０（例えば半導体レーザ）により生成される。アライメントビームｂは、基板Ｗを透過し、回折格子のアライメントマークＰ１に入射する。回折格子は、アライメントビームｂを多数のサブビームに分割する。多数のサブビームは、回折格子の法線に対して種々の角度αｎ（図示せず）で、基板Ｗを通って戻るように伸びている。これらの角度は、既知の回折の公式により規定される。
【数１】
0004875045.tif 000002
ここで、Ｎは回折次数、λは波長、Ｐは回折格子周期である。
【００３９】
回折格子により反射されたサブビームの光路には、レンズ系Ｌ１が組み入れられている。このレンズ系Ｌ１は、サブビームの種々の方向を変換して、これらのサブビームが平面７３における種々の位置ｕｎ（図示せず）に入射するようにする。
【数２】
0004875045.tif 000003
ここで、ｆ１はレンズ系Ｌ１の焦点距離である。この平面には、種々のサブビームをさらに分化するために光学素子が設けられている。この目的のために、例えばくさび（wedge）８０〜８６の形で偏向素子が設けられたプレートが、この面内に配置されていてもよい。図３では、くさびプレートはＷＥＰにより表されている。くさびは、例えば、プレートの後側に設けられている。
【００４０】
ビームスプリッタ７２は、プレートＷＥＰの前側に設けられている。このビームスプリッタは、光源７０により生成されたアライメントビームｂを反射して、このビームが基板Ｗ上に入射するように配置されている。ビームスプリッタ７２はまた、０次サブビームがアライメントシステムの検出器に到達するのを防止できる。λ／４プレート（図示せず）がビームスプリッタ７２と第１レンズ系Ｌ１との間に設けられてもよい。ビームスプリッタは、アライメントビームｂの大部分が最初にはビームスプリッタにより反射されるが、その後いったん基板Ｗから反射されるとビームスプリッタを通過するように、λ／４プレートと組み合わせて構成された偏光ビームスプリッタであってもよい。
【００４１】
くさびプレートＷＥＰに設けられたくさび８０〜８６の数は、回折格子のアライメントマークＰ１の位置を測定するために用いられるサブビームの数に対応している。図３に示す実施形態においては、正の次数に対し次元毎に６個のくさびが存在するので、回折格子のアライメントマークＰ１の位置を測定するために７次を含む次数までサブビームを用いることができる。各くさびは、異なるくさび角度を有し、この角度は、異なるサブビームが良好に分離されるように選択される。
【００４２】
第２レンズ系Ｌ２がくさびプレートの後方に設けられている。このレンズ系は、基準面ＲＧＰが存在する平面にマークＰ1の像を作る。くさびプレートが無ければ、全てのサブビームは基準面において重なり合ったであろう。しかしながら、くさびプレートを通過する異なるサブビームは異なる角度で偏向されるので、サブビームにより形成される像は基準面の異なる位置に到達する。これらの位置Ｘｎ（図示せず）は、以下の式により与えられる。
【数３】
0004875045.tif 000004
ここで、ｆ２はレンズの焦点距離であり、γｎはサブビームがくさびプレートにより偏向される角度である。
【００４３】
図４に示すように、これらの位置において、基準回折格子Ｇ９０〜Ｇ９６が基準面に設けられている。個別の検出器９０〜９６（ＤＥＴ）がこれらの基準回折格子のそれぞれの背後に置かれている。検出器は、例えばフォトダイオードであってよい。各検出器の出力信号は、基板の回折格子Ｐ１の像が関連する基準回折格子と一致する範囲に依存する。従って、基板の回折格子のアライメントの範囲、即ち基板のそれは、各検出器９０〜９６により測定できる。しかしながら、測定が実施される精度は、使用されるサブビームの次数に依存する。この次数が大きければ、精度も高い。図４においては、簡略化のために全ての基準回折格子Ｇ９０〜Ｇ９６は同一の回折格子周期を持つと仮定した。しかしながら、実際には、各回折格子の回折格子周期は、関連するサブビームの次数に適合される。次数が大きくなるにつれて回折格子周期は小さくなり、より小さいアライメント誤差が検出できる。
【００４４】
ここまで、ただ１組の回折次数が考慮されてきた。良く知られているように、回折格子は＋１、＋２、＋３等の次数のサブビームに加えて、−１、−２、−３等の回折次数のサブビームも形成する。正の次数および負の次数の両方のサブビームが回折格子像の形成に使用される。即ち、回折格子マークの第１番目の像が＋１および−１次のサブビームの共同により形成され、第２番目の像は＋２および−２次のサブビームの共同により形成され、等となる。＋１および−１次のサブビームに対してくさびを使用する必要はないが、光路長差を補償する平行平面板を、くさびプレートの平面におけるこれらのサブビームの位置に設けることができる。このようにして、正の次数および負の次数両方に対して、６個のくさびが２〜７次のために用いられる。
【００４５】
図５は、図３に示された実施形態のくさびの機能を一層明瞭に示している。図３よりも概略的な図５においては、第１レンズ系Ｌ１および第２レンズ系Ｌ２が破線により示されている。明確化のために、第１次のサブビームｂ（＋１）およびｂ（−１）、第７次のサブビームｂ（＋７）およびｂ（−７）、並びに他の次数のサブビームｂ（＋ｉ）およびｂ（−ｉ）、例えば５次のサブビーム、のみが示されている。図５が示すように、くさび８０および８０’のくさび角、即ちくさびの傾斜面がくさびプレートＷＥＰの平面とで作るの角度は、サブビームｂ（＋７）およびｂ（−７）が平行な方向に偏向され、且つ１個の基準回折格子Ｇ９６上に第２レンズ系により集光されるような角度である。また、サブビームｂ（＋ｉ）およびｂ（−ｉ）は、関連するくさび８２および８２’により平行な方向に偏向され、且つ１個の基準回折格子Ｇ９１上に集光される。第１次のサブビームは、偏向されず、第２レンズ系により１個の基準回折格子Ｇ９３上に集光される。各回折次数の正の次数および負の次数の両方を用いることにより、回折格子のアライメントマークＰ1の正確な像が関連する基準回折格子上に形成され、利用可能な放射が最大限利用される。検出器９１、９３および９６が、それぞれ基準回折格子Ｇ９１、Ｇ９３、およびＧ９６の後方に図示されている。図示を簡略化するために、回折格子のアライメントマークに入射する前に基板を透過する放射は図示されていない。
【００４６】
図３から図５に関して説明したアライメントシステムの実施形態は、米国特許第６，２９７，８７６号に記載された追加の特徴を含んでもよく、これは、全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００４７】
第１および第２アライメントマーク（および他のアライメントマーク）として利用可能な回折格子のアライメントマークの例が図６に示されている。回折格子のアライメントマークは、例えば、位相格子であってよい。回折格子のアライメントマークは、４つのサブ回折格子Ｐ１，ａ、Ｐ１，ｂ、Ｐ１，ｃ、およびＰ１，ｄで構成されており、そのうちの２つ、Ｐ１，ｂおよびｐ１，ｄがｘ方向のアライメントに役立ち、残りの２つ、Ｐ１，ａおよびＰ１，ｃがｙ方向のアライメントに役立つ。２つのサブ回折格子Ｐ１，ｂおよびＰ１，ｃは、例えば１６ミクロンの回折格子周期を有する。他方の２つのサブ回折格子Ｐ１，ａおよびＰ１，ｄは、例えば１７ミクロンの回折格子周期を有する。各サブ回折格子は、例えば２００×２００ミクロンの面積を有していてもよい。異なる回折格子周期を選択することにより、アライメントシステムＡＳのキャプチャーレンジを拡大することができる。図示した回折格子のアライメントマークＰ１に対するキャプチャーレンジは、例えば４０ミクロンとすることができる。
【００４８】
アライメントシステムの他の実施形態が図７から図１４に概略的に示されている。図７は、アライメントシステム１０の全体的な略図である。光源１１は、赤外線放射の空間的にコヒーレントなビームを出射する。放射ビームは、基板Ｗを透過し、アライメントマークＰ１に入射する。アライメントマークＰ１は、放射を正および負の回折次数＋ｎ、−ｎに反射する。これらは、対物レンズ１２により平行とされ、自己参照干渉計１３に入射する。対物レンズ１２は、例えば０．６といった高ＮＡを有する。自己参照干渉計は、１８０度相対回転した、重なり合い、ゆえに干渉させられることが可能な２つの入力の像を出力する。瞳面１４において、分離した異なる回折次数を有する、これらの像の重なり合うフーリエ変換が見られ、干渉させることが可能である。以下に詳細に記載するように、瞳面における検出器１５は、干渉回折次数を検出して位置情報を供給する。図７の右手側の部分は、重なり合う像の構成を示している。１つの像＋ｎ’、−ｎ’が、入力次数＋ｎ、−ｎに対して＋９０度回転され、第２の像＋ｎ”、−ｎ”が−９０度回転されている。
【００４９】
像回転装置および干渉計１３は、アライメントシステムの心臓部を形成し、図７においてホワイトボックスとして示されている。この部分の詳細な説明を以下にて行う。アライメントシステム１０により、全瞳面１４における位相情報が利用可能となり、適切な検出器アレイ１５での計測が可能となる。その結果、アライメントマークの選択の自由がもたらされる。アライメントシステムは、ほぼ１８０度の回転対称をなすどのアライメントマーク上でも整列可能である。実際に、以下に論じるように、非対称のある特定の量が調整、かつ検出可能である。
【００５０】
アライメントシステム１０の実施形態の他の特徴は、図８に示すようにそのモジュール性である。自己参照干渉計１３および対物レンズ１２は、安定していなければならない１つの小型ユニット（フロントエンド１０ａ）を形成する。このフロントエンド１０ａは、位置情報を含む２つの重なり合う波面を生成する。瞳面１４における位相差の実際の計測は、センサのバックエンド１０ｂにて行われる。位置情報がフロントエンド１０ａにおいてすでに符号化されていることから、このバックエンド１０ｂは安定性に関しその仕様はそれほど高くない。それほどクリティカルではないバックエンド１０ｂには、検出器構造１５、光源マルチプレクサ１１、および波長デマルチプレクサ１６が含まれており、多波長を使用することを可能にする。この構成によって、エンドユーザに利用可能な機能性を決定する。
【００５１】
重要な利点は、バックエンド１０ｂにおける設計変更が、フロントエンド１０ａにほとんど影響しないという事実である。例えば異なる波長あるいは異なる回折格子周期が必要な場合、フロントエンド１０ａは１回だけ設計される必要があり、あとは再設計を必要としない。
【００５２】
フロントエンド１０ａには、干渉計１３、照射ビームのビームスプリッタ１７、４分の１波長板１８、および対物レンズ１２が含まれる。ビームスプリッタのかわりに、小さな中央のシルバーエリアを有する角度を設けた面プレートを使用し、照明ビームをアライメントマークに反射させることも可能である。バックエンド１０ｂは、さまざまに異なる形態にて具体化され得るが、基本的には次の機能を実行するための構成要素、すなわち、干渉パターンを作り出す（重なり合うビームが直交偏光される）ための偏光器１９、プロダクトクロストークを回避するための開口絞り２０、検出器サイドにさまざまな波長を分割するための波長デマルチプレクサ１６、および検出器アレイ１５ａ−１５ｂが含まれる。以下において説明を行うように、開口絞りの形状もまた、次数間のクロストークを回避するように選択が可能である。
【００５３】
瞳面全体の有効利用性と後部のモジュール性は、フレキシブルアライメントセンサの構造を可能にする。必要性または有用性に応じて、それほど大きくない設計努力で新しい機能を追加することが可能であり、センサはアプリケーションレベルで他のアライメントセンサとの互換性がもたせることが可能であることから、ユーザは、他のアライメントセンサを使用する装置用に開発されたマスクおよび機械設定を含めたプロセスを使用し続けることが出来る。
【００５４】
自己参照干渉計１３は、反対の重なり回折次数の干渉を達成する。この干渉計のドリフトや不安定度がアライメント精度を低下させる可能性がある。干渉計１３の側面を図９において示している。この干渉計は、入射波面を分割、再合成するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３１と、入射の波面を９０度で反射、回転させる２つのプリズム１３２、１３３の３つの主要部分から成る。また、反射され、回転された波面は、横方向に変位している。さらに、偏光は９０度まで回転される。ドリフトを最小限に抑えるために、干渉計１３は固体ガラスから出来ており、別々になった部分１３１、１３２、１３３は互いに接着される。実際に、干渉計１３は２つの固体ガラス部分から作られており、その各々はプリズム１３２、１３３のうちの１つと、ビームスプリッタ１３１の半分から成り、これらはビームスプリッタ１３１の反射面１３１ａに沿って互いに接着されている。
【００５５】
図９における先が太くなった矢印は、入射波面の単一ビームの光線追跡を示しており、一方、白抜きの矢印は、偏光面ではなく入射波面の方向を示している。光線追跡と波面の方向に従うと、両方のプリズムが時計回りに波面を９０度回転させることが分かる。２つの再合成された波面は互いに対して正味１８０度の回転が達せられ、直交面偏光される。
【００５６】
欧州特許第ＥＰ−Ａ−１１４８３９０号において回転プリズムの作用についてのさらなる詳細記載がなされている。プリズムはあらゆる入射ビームを映し出し、回転させる光学素子としてモデル化可能であることが示される。
【００５７】
干渉計の作用を説明するために、図１０において、干渉計１３に入る矢印形のオブジェクト１３４を有する長方形の入力面を示している。入力オブジェクト１３４はビームスプリッタ１３１により分割され、２つの回転プリズム１３２、１３３に入る。便宜上、第２回転プリズム１３３も、幻像１３３’のビームスプリッタ面に映し出され示されている。第１プリズムによる「実像」と第２プリズムによる「虚像」分岐という２つの重なり合う干渉計分岐を有することから、このアプローチは説明が容易である。
【００５８】
干渉計１３の対称性により、両方のプリズム１３２、１３３の仮想ミラー面１３５は一致する。しかしながら、２つのプリズムの回転軸１３６、１３７は、干渉計１３の中心線１３８をはさみ反対側にある。仮想ミラー面１３５は、入力対象１３４の虚像１３４’を作り出す。映し出された像１３４’が図において白抜きの矢印で示されている。しかしながら、この像はここで便宜上示されているだけであり、２つのプリズムの追加の回転によるもので、実際は存在しない。
【００５９】
２つの回転軸１３６、１３７は、干渉計分岐の中心をはさみ両側にある。結果、像は反対方向に回転される。＋９０度回転と−９０度回転はそれぞれクロスハッチの矢印１３９ａと斜線の矢印１３９ｂとなる。２つの矢印は反対方向を向き（ゆえに正味回転は実際１８０度）、矢印の足の部分がつながれている。これは、足部分の回転が干渉計の不動点であることを示している。
【００６０】
図１１は、不動点の構造を図で示したものである。干渉計は、幅ａと高さ２ａの長方形の入出力面を有している。干渉計に入るフィールドは干渉計（入力領域）の上半分を占め、対称中心線の下方に映し出されて、２つのプリズムにより＋９０度と−９０度回転される。これらの重なり合うフィールドは出力領域に存在する。図に示すように、回転軸が距離ａで分かれている。不動点ＩＰが入力領域の正確に中心にあることが図で容易に確認出来る。
【００６１】
不動点ＩＰの周りの同心円は、クロスハッチのスライスおよび斜線のスライスで示されているように、１８０度の相対回転によってそれ自身に結像される。入力および出力の距離ａ上の側方配置の利点は、アライメント放射源（例えばレーザ）内への光フィードバックが回避されることである。
【００６２】
重なり合う回折次数がどのようにこの干渉計によって形成されるかが容易に理解出来よう。０次は回転不動点に投影され、図１２に示すように偶数および奇数の回折次数がこの点の周りを回転する。
【００６３】
熱光源およびガス放電光源は多くの光を浪費することによってのみ空間的コヒーレントを得ることが出来ることから、このアライメントシステム１０は、空間的コヒーレント光源、好ましくはレーザを必要とする。いくつかの干渉の問題を回避するため、短い時間的コヒーレンスを有する光を使用することは有益である。
【００６４】
従って、好ましい光源１１はレーザダイオードであり、このようなダイオードは空間的コヒーレントであり、それらのコヒーレンス長は、注入電流にＲＦ変調を加えることにより容易にスポイルされることが出来る。レーザダイオードは、赤外線放射を生成する。あるいは、レーザは、たとえば位相変調器を備えたＮｄ：ＹＡＧレーザ（欧州特許番号第ＥＰ−Ａ−１ ０２６ ５５０号参照）や、ファイバーレーザであってもよい。
【００６５】
照明光学の設計は、２つの相反する要求により決定される。信号強度を最大にし、かつプロダクトクロストークを最小限に抑えるために、アライメントマークのみを照射する小さなスポットが望ましい。一方で、小さなスポットはキャプチャリング工程を複雑にする。さらにアライメント精度は、スポット位置変化により一層影響される。
【００６６】
プロダクトクロストークは開口絞りとハイパワーレーザの利用により効果的に抑えられ、アライメント性能は信号強度によってほとんど制限されることがない。このため、照明スポットサイズは少なくともアライメントマークサイズよりも大きい。アライメントマークサイズが５０×５０ミクロンであり、同じオーダの要求キャプチャリング範囲であるとした場合、１００ミクロンのオーダのスポット直径が適切である。
【００６７】
アライメントシステム１０において、照明スポットは円偏光され、図８に示すように、偏光ビームスプリッタ１７および０次の４分の１波長板１８を用いて照明および検出光の分割が可能となる。
【００６８】
照明ビームの波長よりもかなり大きいピッチの粗いアライメントマーク回折格子に対しては、偏光の選択はそれほど重要ではない。しかしながら、アライメントマーク回折格子のピッチが波長と同じオーダである場合、回折効率は偏光によって左右される。また極端なケースでは、アライメントマークを１つの偏光成分のみを回折する偏光器として作用させることも可能である。このようなアライメントマークには円偏光が有効である。直線偏光の場合、回折格子の効率はある１つの特定の方向に対して非常に低いという可能性が常にある。円偏光は２つの直交偏光成分（９０度位相シフトによる）を含むため、効率的に光を回折する成分が常に１つある。
【００６９】
スプリアス反射を抑える目的で、偏光ビームスプリッタ１７および４分の１波長板１８に少しの傾きを加えることが出来る。傾斜角度は、この傾斜によって導かれる収差を最小限に抑えるように注意深く選択されるべきである。もちろん、対物レンズの設計においてこうした収差を修正することも可能である。
【００７０】
干渉計は、瞳Ｅ（ｋ）の２つの直交偏光像（虚像）を作り出す。ここで、ｋは空間周波数である。瞳面１４における合計光視野は、元の視野に、この視野の１８０度回転したコピーを加えたものである。瞳面における強度は以下のようになる。
【数４】
0004875045.tif 000005
【００７１】
幅２Δｋを有する２つの検出器１５が瞳面１４における位置ｋ＝ｋ０とｋ＝−ｋ０に配置される場合、これらの検出器により捕捉される光パワーＰ１およびＰ２は以下の式より求められる。
【数５】
0004875045.tif 000006
および
【数６】
0004875045.tif 000007
【００７２】
図１３は、信号形成を図解したものである。ミラーの作用により、横線で示した領域が重なり合い、干渉する。また、斜線で示した領域が重なり合い、干渉する。２つの視野間の位相差は、位置情報を含む。
【００７３】
瞳の２つの像は、直交偏光および直線偏光される。ゆえに、これらの間の干渉は、強度変化の形（フリンジ）では見えない。位相変化を強度変化に変換するために、瞳の２つの像は同一偏光を有していなくてはならない。この同一偏光は、偏光光学素子により達せられる。偏光光学素子には、ダイクロイックシート偏光子、多層コーティングによる標準的偏光ビームスプリッタ、また、サバール板、ウォラストンプリズム、グランテーラービームスプリッタ、あるいはワイヤグリッド偏光器といったような複屈折ビームスプリッタが考えられる。
【００７４】
ダイクロイックシート偏光子は、その制限された光学的品質のため好ましいものではなく、これらのシート偏光子は、赤外線放射に対してあまり効果を有しない場合がある。さらに、これらシート偏光子は光子の５０％を無駄にする。多層ビームスプリッタが格段に優れているが、良好な消光比が達せられる波長範囲が限られている。複屈折ビームスプリッタは広い波長範囲において優れた消光比を有するが、この複屈折ビームスプリッタは温度に依存することから、温度ドリフトをまねく可能性がある。
【００７５】
ビームスプリッタが偏光器１９として使用される場合、その偏光器へのフィールド入射はジョーンズベクトルを有する。
【数７】
0004875045.tif 000008
【００７６】
偏光ビームスプリッタはＥ（ｋ）およびＥ（−ｋ）の方向に対して４５度に方向付けられる。よって、ビームスプリッタにより透過される強度Ｉ１（ｋ）と結合される強度Ｉ２（ｋ）は以下のようになる。
【数８】
0004875045.tif 000009
および
【数９】
0004875045.tif 000010
【００７７】
これから分かるように、２つの強度は逆位相に変化し、合計強度はビームスプリッタに入射する強度に等しい。よって、両方の分岐は位置情報を含み、アライメントに使用可能である。これは、一方の分岐がｘ位置検出のためのものであり、もう一方の分岐がｙ位置検出のためのものであることを意味し、長方形の開口絞りを使用することによりプロダクトクロストークを回避することが可能である。あるいは、一方の分岐が微細なアライメントのための小さな開口絞りにより利用可能であり、もう一方の分岐が大きな開口絞りによりキャプチャリングに利用可能である。さらに別の案として、一方の分岐を１セットの波長に使用し、他方の分岐を他セットの波長に使用することも考えられる。
【００７８】
アライメントマークは、スクライブレーンにおいて、プロダクトクロストークを導きがちなプロダクト構造の非常に近くに配置されることがしばしばある。すなわち、プロダクトによって散乱される光は、アライメント信号に影響を与える。プロダクトクロストークは、十分に小さい照明ビームを使用することでかなり減衰させることが可能である。しかし、小さい照明ビームはさまざまな理由で好ましいものではない。小さな照明ビームでは、照明スポットの位置の安定性が非常に重要となる。例えば、スキャニングスポットの極端なケースでは、照明スポットのドリフトが直接アライメント位置のドリフトとなる。また、アライメントマークが不完全に照射される可能性がかなりあるため、キャプチャリングはより重要となる。結局、より大きい照明ＮＡが必要とされ、これにより粗い回折格子の検出がより必要となる。
【００７９】
このため、例えば最大アライメントマーク直径の約３倍の１／ｅ２幅を有する、大きな照明スポットを用いることが望ましい。こうした大きなスポットを用いる結果、プロダクト構造が照射され、アライメントマーク上の光パワーが減る。しかしながら、後者の問題は、十分にパワフルな放射源の装備が可能であり、それほど重要な問題ではない。
【００８０】
検出アレイ１５は、瞳面に、好ましくは開口絞り２０の後の瞳面２２に配備される。最も簡単な検出器構成を図１４に示している。簡略化のため、最も低い３次数と１波長のみを示している。さらに０次も示していない。２つのマルチモード検出ファイバー２３は、互いから光を集める。これらの２つのファイバーを通過する光は１つのマルチモードファイバー２４内に結合されて、離れた検出器２５に送られる。検出器は、例えばフォトダイオードであってよい。
【００８１】
このアプローチは単純であり、既知のセンサと互換性のある機能性を提供する。しかしながら、対物レンズ１２のＮＡを高くすることが可能であるため、特別な機能性は、特別な波長出力または特別な次数を与えることにより容易に追加可能である。
【００８２】
アライメントマークのピッチに対してよりフレキシブルとなるため、またはボックスあるいはフレームといったような非周期のアライメントマークの計測を可能にするために、検出器アレイを用いることができる。この検出器アレイは、以下に論じるように、非対称の正確な検出も可能にする。検出器アレイに対して、一束のマルチモードファイバー、チャネルごとのディスクリートフォトダイオード（例えばＰＩＮ検出器）といった多くのオプションが可能である。
【００８３】
一束のマルチモードファイバーの使用することにより、分散する素子を安定性の理由から遠隔に配置することが可能である。ディスクリートＰＩＮ検出器は、大きなダイナミックレンジを提供するが、各々は別々のプリアンプを必要とする。ゆえに素子数は制限される。
【００８４】
最大フレキシビリティのために２次元データ取得が必要とされる場合、高い平行度が要求され、電子機器の複雑さを増す。データ取得が２つの直交する方向に制限されると、多大なフレキシビリティが可能であり、それによりリニア検出器アレイが使用可能である。
【００８５】
本発明の実施形態に関するより詳細については、米国特許第６，９６１，１１６号に開示されており、これは、全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００８６】
アライメントシステムにより用いられる波長は、赤外線である。この波長は、十分に長いために、十分な放射が基板を透過し、アライメントマークＰ１、Ｐ２がアライメントシステムＡＳにより観測可能となる。適切な赤外波長は、１０００ナノメートル、あるいはそれより長い波長である。シリコンは、約１０００ナノメートルにおいて実質的に透明となる。波長は、例えば６ミクロン以下、８ミクロン以下、またはさらに１０ミクロン以下であってよい。
【００８７】
波長は、例えば１０６４ナノメートル（例えばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて生成される）であってもよい。波長は、例えば１１３０ｎｍ（例えばＴｉ：サファイアレーザを用いて生成される）であってもよい。シリコンに対して大きな吸収を受ける波長が用いられる場合、基板は、基板による放射の吸収がアライメントマークＰ１、Ｐ２のアライメントシステムによる観測を妨げないほど、十分に薄くしなければならない。
【００８８】
波長は、例えば１６４０ナノメートル（例えばＥｒ：ＹＡＧレーザを用いて生成される）であってもよい。
【００８９】
上述したように、アライメントシステムＡＳにより用いられる波長は、アライメントマークに入射するために通過しなければならない基板の厚さに依存する可能性がある。例えば、場合によっては、基板は、その厚さが従来の基板よりも薄くなるように削られる。典型的なシリコン基板は、５００から７５０ミクロンの間の厚さを有する。厚さは、（よくウェハと称される）基板の直径に依存する。従来の厚さを有する基板が用いられる場合、基板による放射の吸収がアライメントシステムによるアライメントマークＰ１、Ｐ２の観測を妨げないようにするために、シリコンに対してごくわずかな吸収を有する波長を用いることが望ましい。
【００９０】
場合によっては、基板は、数十ミクロン（そして可能であればさらに数ミクロン）の厚さまで削られる。例えば、基板は、５０ミクロンの厚さまで削られてもよく、あるいは２０ミクロンの厚さまで削られてもよい。基板が削られる場合、基板により放射の吸収がアライメントシステムによるアライメントマークＰ１、Ｐ２の観測を妨げないという条件で、シリコンに対していくらか吸収を受ける波長を用いることが可能となる。
【００９１】
アライメントシステムは、異なる波長で放射を生成するよう構成された複数の光源（または波長可変光源）を含んでもよい。上述したように、異なる波長の放射を検出するために多重検出が用いられてもよい。アライメントに用いられる１つまたは複数の放射波長は、例えば、アライメントが達成されるために放射が通過しなければならないシリコンの厚さの予備知識に基づいて選択されてもよい。あるいはまた、初期測定として複数の波長を用い、そして最高品質の信号を提供することが分かった１つまたは複数の波長がアライメント測定に選択されてもよい。この選択は、例えば検出信号の品質を監視する制御システムにより、自動的に行われてもよい。
【００９２】
上述の本発明の実施形態は、基板の下面に設けられたパターンに対して投影されるべきパターンを位置合わせするために用いられる、リソグラフィ装置におけるアライメントシステムに関して説明されている。しかしながら、本発明は、パターンが投影された後に、基板の下面のパターンに対する基板の上面のパターンの位置を測定するために用いられてもよい（通常、これはオーバーレイと称される）。
【００９３】
オーバーレイは、例えば、本発明の実施形態を用いて基板の最下面に設けられたアライメントマークの位置を測定し、そしてその後、本発明の実施形態を用いて基板の最上面に設けられたアライメントマークの位置を測定することにより、測定されてもよい。これが為される場合、アライメントマークを互い違いに配置することが望ましい。これにより、パターン（および関連するアライメントマーク）が完全に正しい位置を占めていれば、アライメントマークはそれらが互いに重ならないように分離され、それ故にアライメントシステムにとって可視となる。
【００９４】
本発明はまた、２つの基板が接合される精度を測定するために用いることができる。基板のそれぞれは、パターン化表面にアライメントマークが設けられてもよい。パターン化表面は結合されてもよく、その結果アライメントマークが接合構造の中央に位置する。本発明は、アライメントマークの位置を測定するために用いられてもよい。アライメントシステムにより用いられる放射は、構造の真ん中のアライメントマークをアライメントシステムにより観測することができるように、上方に面する基板のシリコンを透過できるからである。本発明は、互いに対して基板を位置合わせするために、基板の接合の間における基板接合ツールに用いられてもよい。
【００９５】
本発明がオーバーレイを測定するために用いられる場合、アライメントシステムは、計測ツール（すなわち、照明系ＩＬまたは投影系ＰＬを含まないツール）に設けられてもよい。
【００９６】
アライメントマークは、任意の適当な形状であってよく、図６に示す形状に限定されない。例えば、アライメントマークは、スクライブレーンアライメントマークとして知られる、目標部分間のスクライブレーンに設けられた回折格子を備えてもよい。スクライブレーンアライメントマークは、例えば、スクライブレーンの一部に沿って延びる１つまたは複数の回折格子を備える。
【００９７】
アライメントマークは、追加の回折次数を生成するよう構成されたサブ構造を含んでもよい。
【００９８】
アライメントマークは、基板のどちらが上を向いているかにかかわりなく、同じように測定可能な形状であってもよい。すなわち、アライメントマークは、基板のどちらの面から観測されるかにかかわらず、同じ形状を有するよう見えるように、対称であってもよい。
【００９９】
金属層、例えばアルミニウムまたは銅はがアライメントマークの真下に位置していてもよい。これが為される場合、金属層は、アライメントマークを通過した放射を反射するよう機能し、これにより、検出器に入射する放射の強度が増加する。図２を参照すると、金属層は、例えば最下面ＬＳ全体にわたって設けられてもよい。これは、例えば基板のライン処理の最終段階の一部として為されてもよい。あるいはまた、金属層は、アライメントマークＰ１、Ｐ２上にのみ設けられてもよい。図２において「アライメントマークＰ１、Ｐ２上」とは、最下面ＬＳが下方を向いているので、金属層が真下にあることを意味する。
【０１００】
場合によっては、処理の間にシリコン基板に注入されるドーパントが、赤外線放射が基板により散乱される度合いを高める可能性がある。この問題を解決するための１つの方法は、ドーパントの注入が行われる際に、アライメントマーク上にレジストを保持することである。これは、ドーパントがアライメントマークの近くのシリコンに入るのを阻止する。アライメントマーク上へのレジストの保持は、パターニング用デバイスＭＡ（図１に示すパターニング用デバイス）に適切な修正を施すことにより実現可能である。例えば、パターニング用デバイスは、（レジストがネガ・レジストであるかポジ・レジストであるかに応じて）リソグラフィの間にアライメントマーク上の領域が投影放射ビームに露光されないように、あるいはリソグラフィの間にそれらが露光されるように構成されてもよい。
【０１０１】
本発明の実施形態は、特定の検出器とともに説明されているが、本発明は、任意の非結像の赤外線検出器を用いることが可能である。例えば、本発明は、フォトダイオードを用いることが可能である。フォトダイオードは、ＧａＡｓで形成されたものであってもよい。
【０１０２】
本発明のある実施形態の態様は、結像検出器（imaging detector）の使用を必要とすることなく、赤外線放射によりシリコンを介したアライメントマークの検出を可能とすることである。シリコンを通過する波長の赤外線放射を検出できる結像検出器は高価であるのに対して、非結像検出器は大幅に安価である。
【０１０３】
上述の説明では、基板１００は、ＧａＡｓまたはＳｉから形成されているものとして説明されている。しかしながら、基板は、他の適切な材料から形成されてもよいことを理解されたい。
【０１０４】
アライメントシステムＡＳは、基板の下面に設けられたアライメントマーク１０４を観測するのに十分なほどに基板の材料を貫通することのできるような波長を有する赤外線放射を用いている。
【０１０５】
アライメントシステムＡＳは、投影系ＰＬのすぐ近傍にあるものとして図示されているが、アライメントシステムがこの位置に設けられていることは本質的な特徴ではない。アライメントシステムは、リソグラフィ装置における任意の適切な位置に設けられてもよい。例えば、いわゆるデュアルステージリソグラフィ装置では、アライメントシステムは、投影系から少し離れていてもよい。
【０１０６】
本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明は、説明した以外の方法でも実施可能であることは理解されるであろう。この説明は、本発明を限定することを意図するものではない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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