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特許5992103位置測定装置、位置測定方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5992103
(24)【登録日】2016年8月26日
(45)【発行日】2016年9月14日
(54)【発明の名称】位置測定装置、位置測定方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20160901BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20160901BHJP
G03F 9/00 20060101ALI20160901BHJP
H01L 21/68 20060101ALI20160901BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 G
G03F7/20 521
G03F9/00 H
H01L21/68 F
【請求項の数】15
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2015-524706(P2015-524706)
(86)(22)【出願日】2013年7月16日
(65)【公表番号】特表2015-525883(P2015-525883A)
(43)【公表日】2015年9月7日
(86)【国際出願番号】EP2013064982
(87)【国際公開番号】WO2014019846
(87)【国際公開日】20140206
【審査請求日】2015年2月9日
(31)【優先権主張番号】61/677,265
(32)【優先日】2012年7月30日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504151804
【氏名又は名称】エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ．
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(72)【発明者】
【氏名】マタイセン，サイモン，ガイスベルト，ヨセフス
(72)【発明者】
【氏名】デン ボーフ，アリー，ジェフリー
【審査官】
神谷 健一
(56)【参考文献】
【文献】
欧州特許出願公開第２４５８４４１（ＥＰ，Ａ２）
【文献】
特開２００９−０９４５１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２６８２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−１０７０４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／１０４１７８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００１−０９１２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５９−１７４７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／０１３４４１６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０
Ｇ０３Ｆ ７／２０− ７／２４
Ｇ０３Ｆ ９／００− ９／０２
Ｈ０１Ｌ ２１／６７−２１／６８３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上のマークの位置を測定する装置であって、前記装置は、
所定の照明プロファイルを有する放射を前記装置の瞳にわたって供給する照明構成と、
放射スポットをマークにわたってスキャン方向にスキャンする間、前記照明構成によって供給される放射を用いて前記マーク上に前記放射スポットを形成する対物レンズと、
前記マークによって回折されかつ前記対物レンズによって受ける放射を処理する放射処理要素と、
前記スキャン中に前記放射処理要素によって出力される放射の強度の変化を検出し、かつ検出された前記変化から少なくとも第１測定方向の前記マークの位置を計算する第１検出構成と、
光構成と、
第２検出構成と、を備え、
前記光構成は、前記マークによって回折された放射を前記第２検出構成に誘導し、
前記第２検出構成は、前記光構成によって出力される前記放射のサイズおよび／または位置変化を検出し、かつ検出された変化から前記マークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算し、
前記放射処理要素は干渉計である、装置。
所定の照明プロファイルを有する放射を前記装置の瞳にわたって供給する照明構成と、
放射スポットをマークにわたってスキャン方向にスキャンする間、前記照明構成によって供給される放射を用いて前記マーク上に前記放射スポットを形成する対物レンズと、
前記マークによって回折されかつ前記対物レンズによって受ける放射を処理する放射処理要素と、
前記スキャン中に前記放射処理要素によって出力される放射の強度の変化を検出し、かつ検出された前記変化から少なくとも第１測定方向の前記マークの位置を計算する第１検出構成と、
光構成と、
第２検出構成と、を備え、
前記光構成は、前記マークによって回折された放射を前記第２検出構成に誘導し、
前記第２検出構成は、前記光構成によって出力される前記放射のサイズおよび／または位置変化を検出し、かつ検出された変化から前記マークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算し、
前記放射処理要素は干渉計である、装置。
【請求項2】
前記干渉計は自己参照干渉計である、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記光構成は第１光学素子および第２光学素子を含み、前記第１光学素子は、前記照明構成からの放射を前記第２光学素子に誘導し、かつ前記第２光学素子からの放射を前記第２検出構成に向かって誘導し、前記第２光学素子は、前記第１光学素子からの前記放射を前記対物レンズ内へと方向転換し、かつ前記マークからの回折の後の放射を前記第１光学素子に誘導するように機能する、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記光構成は、前記対物レンズと前記放射処理要素との間に光学素子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記光構成は、前記放射処理要素と前記第１検出構成との間に光学素子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
基板上のマークの位置を測定する方法であって、前記マークは少なくとも第１方向に周期的なフィーチャを含み、前記方法は、
対物レンズを介して放射スポットによって前記マークを照らし、かつ同じ前記対物レンズを介して前記マークによって回折された放射を受けることと、
回折された前記放射を放射処理要素において処理することと、
前記放射スポットで前記マークをスキャンする間、前記放射処理要素によって出力される放射の強度の第１変化を検出することと、
検出された前記第１変化から少なくとも第１測定方向の前記マークの位置を計算することと、
前記マークによって回折された放射のサイズおよび／または位置の第２変化を検出することと、
検出された前記第２変化から前記マークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算することと、を含み、
前記放射処理要素は干渉計である、方法。
対物レンズを介して放射スポットによって前記マークを照らし、かつ同じ前記対物レンズを介して前記マークによって回折された放射を受けることと、
回折された前記放射を放射処理要素において処理することと、
前記放射スポットで前記マークをスキャンする間、前記放射処理要素によって出力される放射の強度の第１変化を検出することと、
検出された前記第１変化から少なくとも第１測定方向の前記マークの位置を計算することと、
前記マークによって回折された放射のサイズおよび／または位置の第２変化を検出することと、
検出された前記第２変化から前記マークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算することと、を含み、
前記放射処理要素は干渉計である、方法。
【請求項7】
前記第１変化を検出することは第１検出構成で行われ、前記第２変化を検出することは別の第２検出構成で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
回折の後の前記放射の少なくとも一部は、前記放射スポットの放射源に戻り、戻った前記放射は、前記対物レンズと前記放射源との間の前記第２検出構成に向かって誘導される、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
回折された前記放射の一部は、前記対物レンズと前記放射処理要素との間の前記第２検出構成に向かって誘導される、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
測定された前記デフォーカスおよび／または傾斜に基づいて前記マークに対する重み係数を決定することであって、前記重み係数は前記マークの測定された位置の信頼性を表す、ことと、
基板上の他のポイントの位置を推定するために多数のマークの測定された位置に適合されたアライメントモデルで使用された場合の前記マークの測定された位置に前記重み係数を適用することと、をさらに含む、請求項６に記載の方法。
基板上の他のポイントの位置を推定するために多数のマークの測定された位置に適合されたアライメントモデルで使用された場合の前記マークの測定された位置に前記重み係数を適用することと、をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項11】
前記デフォーカスおよび／または傾斜を補正するために前記マークの前記位置を調整することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項12】
前記干渉計は自己参照干渉計である、請求項６に記載の方法。
【請求項13】
マーク形状パラメータを決定するために回折された放射信号にスキャトロメトリを行うことをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項14】
パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、前記装置は、基板を保持する基板テーブルと、前記リソグラフィ装置の基準フレームに対する前記基板上のマークの位置を測定するアライメントセンサと、を備え、前記アライメントセンサは、請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置を含み、前記リソグラフィ装置は、前記測定装置を用いて測定された前記基板上のマークの前記位置を参考にして前記基板上へのパターンの転写を制御する、リソグラフィ装置。
【請求項15】
パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するためにリソグラフィプロセスが使用される、デバイスを製造する方法であって、前記基板上への前記パターンの転写は、請求項６〜１３のいずれかに記載の方法を用いて測定された前記基板上のマークの位置を参考にして制御される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照[0001] 本願は、２０１２年７月３０日に出願した米国仮出願第６１／６７７，２６５号の優先権を主張し、その全体を本願に参考として組み込む。
【背景技術】
【0002】
[0002] 本発明は、位置測定方法および装置に関する。この方法および装置を用いて基板上のマークの位置を測定することができる。本発明の他の態様として、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法が提供される。
【0003】
[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に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。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、および放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行または逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【0004】
[0004] デバイスフィーチャを基板上に正確に置くようにリソグラフィプロセスを制御するために、通常アライメントマークが基板上に設けられ、リソグラフィ装置は１つ以上のアライメントセンサを含む。このアライメントセンサによって、基板上のマークの位置を正確に測定できる。これらのアライメントセンサは、実際的には位置測定装置である。様々な種類のマークおよび様々な種類のアライメントセンサが様々な期間および様々な製造業者で知られている。既存のリソグラフィ装置で広く使われているタイプのセンサは、米国特許第６９６１１１６号（den Boef et al）に記載の自己参照干渉計に基づいている。通常、マークは、Ｘ位置およびＹ位置を得るために別々に測定されるが、ＸおよびＹ測定の組み合わせは、米国特許出願公開第２００９／１９５７６８号（Bijnen et al）に記載した技術を用いて行うことができる。これらの両方の出願の内容は、参照することにより本書に援用される。
【0005】
[0005] プロダクトフィーチャがより小さくなっているので、特にオーバーレイエラーを制御するために、より正確な位置測定を提供することが引き続き必要である。この目的のために、アライメントセンサの開口数を増大させることが考えられるが、これを行うことにより、センサは基板のデフォーカスおよび局所的傾斜に対してより敏感になり、多波長を有する放射が使用されたときに見掛け上の位置ずれ(apparent position deviation)（ＡＰＤ）および色から色への変化へと繋がり得る。アライメントセンサの焦点に合わすように基板を移動させるために現在使用されている個別レベルセンサは、感度の向上を補償できる範囲まで基板のデフォーカスおよび局所的傾斜を検出することはできない。なぜなら、アライメントマークは通常比較的厚い層の積み重ねの下に埋められる一方、レベルセンサは積み重ねられた層の最上部を検知するように設計されるからである。
【発明の概要】
【0006】
[0006] 本発明の目的は、基板のデフォーカスおよび／または局所的傾斜を測定できる位置測定装置、例えばリソグラフィ装置におけるアライメントセンサを提供することである。
【0007】
[0007] 本発明の一態様によると、基板上のマークの位置を測定するための装置が提供される。この装置は、‐所定の照明プロファイルを有する放射を装置の瞳にわたって供給するための照明構成と、
‐放射スポットをマークにわたってスキャン方向にスキャンする間、照明構成によって供給される放射を用いてマーク上に放射スポットを形成するための対物レンズと、
‐マークによって回折されかつ対物レンズによって受ける放射を処理するための放射処理要素と、
‐スキャン中に放射処理要素によって出力される放射の強度の変化を検出し、かつ検出された変化から少なくとも第１測定方向のマークの位置を計算するための第１検出構成と、
‐光構成と、
‐第２検出構成とを備え、
光構成は、マークによって回折された放射を第２検出構成に誘導するように機能し、
第２検出構成は、光構成によって出力される放射のサイズおよび／または位置変化を検出し、かつ検出された変化からマークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算するように構成される。
【0008】
[0008] 本発明の別の実施形態によると、基板上のマークの位置を測定する方法が提供され、マークは少なくとも第１方向に周期的なフィーチャを含む。この方法は、‐対物レンズを介して放射スポットによってマークを照らし、かつ同じ対物レンズを介してマークによって回折された放射を受けることと、
‐回折された放射を放射処理要素において処理することと、
‐放射スポットでマークをスキャンする間、放射処理要素によって出力される放射の強度の第１変化を検出することと、
‐検出された第１変化から少なくとも第１測定方向のマークの位置を計算することと、
‐マークによって回折された放射のサイズおよび／または位置の第２変化を検出することと、
‐検出された第２変化からマークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を計算することとを含む。
【0009】
[0009] 本発明のさらなる別の実施形態によると、パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するように配置されたリソグラフィ装置が提供される。この装置は、基板を保持するように構築された基板テーブルとリソグラフィ装置の基準フレームに対する基板上のマークの位置を測定するためのアライメントセンサとを備え、アライメントセンサは本発明による測定装置を含み、リソグラフィ装置は、測定装置を用いて測定された基板上のマークの位置を参考にして基板上へのパターンの転写を制御するように配置される。
【0010】
[0010] 本発明のさらなる実施形態によると、パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するためにリソグラフィプロセスが使用される、デバイスを製造する方法が提供される。基板上へのパターンの転写は、本発明による方法を用いて測定された基板上のマークの位置を参考にして制御される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
[0011] 本発明のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。これらの図面において同じ参照符号は対応する部分を示す。【発明を実施するための形態】
【0012】
[0012] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。このリソグラフィ装置は、‐放射ビームＢ（例えば、紫外線またはＥＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
‐パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、
‐基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴａまたはＷＴｂと、
‐パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳとを備える。
【0013】
[0013] 照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他のタイプの光コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光コンポーネントを含むことができる。
【0014】
[0014] サポート構造は、パターニングデバイスの重量を支えるなどしてパターニングデバイスを支持する。サポート構造は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、パターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。サポートは、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。サポート構造は、パターニングデバイスを、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。
【0015】
[0015] 本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
【0016】
[0016] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームを様々な方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。
【0017】
[0017] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学系、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
【0018】
[0018] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、前述の型のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
【0019】
[0019] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）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）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。この状態を図１の例における２つの基板テーブルＷＴａおよびＷＴｂが示している。本明細書中に開示する発明は独立して使うことができるが、具体的には、追加の機能を単一またはマルチステージ型の装置の露光前の測定ステージに提供することもができる。
【0020】
[0020] リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間、例えば、マスクと投影システムとの間、に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために使用することができる。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
【0021】
[0021] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
【0022】
[0022] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するためのアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。
【0023】
[0023] 放射ビームＢは、サポート構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスクＭＡ）上に入射してパターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。
【0024】
[0024] 例示の装置は、以下のモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。 １．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分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に対する基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、マスクテーブルＭＴを基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニング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。
【0025】
[0025] 上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【0026】
[0026] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａおよびＷＴｂ並びに２つのステーション、露光ステーションおよび測定ステーションを有するいわゆるデュアルステージ型である。この２つのステーションの間で基板テーブルを交換することができる。一方の基板テーブル上の１つの基板を露光ステーションで露光している間、別の基板を測定ステーションにおけるもう一方の基板テーブル上にロードすることができ、それによって様々な準備工程を実施することができる。準備工程は、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面をマッピングすることと、アライメントセンサＡＳを用いて基板上のアライメントマーカの位置を測定することとを含むことができる。これによって装置のスループットに大幅な増加をもたらす。基板テーブルが測定ステーションにあるときおよび露光ステーションにあるときにその位置を位置センサＩＦによって測定することができない場合、基板テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるように第２位置センサを設けることができる。
【0027】
[0027] 装置は、さらに、記載する様々なアクチュエータおよびセンサの全ての動きおよび測定を制御するリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを含む。ＬＡＣＵは、装置の動作に関する所望の計算を実施するために信号処理およびデータ処理能力も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは多数のサブユニットのシステムとして実現される。各サブユニットは、装置内のサブシステムまたは構成部品のリアルタイムデータ取得、処理および制御を扱う。例えば、１つの処理サブシステムは、基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用のものであってもよい。個々のユニットが粗および微細アクチュエータまたは異なる軸さえも扱うこともできる。別のユニットは位置センサＩＦの読み出し専用であることもできる。装置の全体的な制御を、これらのサブシステム処理ユニット、オペレータおよびリソグラフィ製造プロセスに関わる他の装置と通信する中央処理装置によって制御することができる。
【0028】
[0028] 図２（ａ）は、Ｘ位置およびＹ位置の測定のために基板Ｗ上に設けられたアライメントマーク２０２，２０４のそれぞれの例を示している。この例における各マークは、プロダクト層または基板に適用またはエッチングされた別の層に形成される一連の棒を含む。棒は、一定の間隔で配置され、格子線として機能する。それによって、マークは、周知の空間的周期（ピッチ）を有する回折格子としてみなすことができる。Ｘ方向マーク２０２上の棒はＸ方向の周期性を提供するためにＹ軸に平行である一方、Ｙ方向マーク２０４上の棒はＹ方向の周期性を提供するためにＸ軸に平行である。アライメントセンサＡＳ（図１に示す）は、正弦波などの周期的に変化する信号を得るために各マークを放射スポット２０６，２０８で光学的にスキャンする。この信号の位相を解析してアライメントセンサに対するマークの位置、したがって基板Ｗの位置を測定する。このアライメントセンサは、装置の基準フレームＲＦに対して固定される。スキャン動作を幅広い矢印によって概略的に示しており、スポット２０６または２０８の進行位置を点状の輪郭線で示している。アライメントパターン内の棒（格子線）のピッチは、一般的に、基板上に形成されるプロダクトフィーチャのピッチよりかなり大きく、アライメントセンサＡＳは、パターンを基板に適用するために使用される露光放射よりかなり長い放射の波長（または通常複数の波長）を使用するが、多数の棒が反復信号の位相の正確な測定を可能にするため、微細位置情報を得ることができる。
【0029】
[0029] アライメントセンサが周期信号の異なる周期を区別するとともに周期内の正確な位置（位相）を識別できるように粗いまたは微細なマークを設けることができる。異なるピッチのマークもこの目的のために使用することができる。これらの技術もまた当業者に知られており、本明細書中に詳細に記載されていない。そのようなセンサの設計および動作は当該技術分野では周知であり、各リソグラフィ装置は、独自の設計のセンサを有することができる。本説明のために、アライメントセンサＡＳは、通常、米国特許第６９６１１１６号（den Boef et al）に記載された型であると想定する。図２（ｂ）は、Ｘ位置およびＹ位置を照明スポット２０６によって単一の光スキャンを介して得ることができる、同様のアライメントシステムで使用する変形マークを示している。マーク２１０は、Ｘ軸およびＹ軸の両方に対して４５°で配置された棒を有する。このＸおよびＹ測定の組み合わせは、その全容が参照することにより本書に援用される米国特許出願公開第２００９／１９５７６８号（Bijnen et al）に記載された技術を用いて行うことができる。
【0030】
[0030] 図３は、本発明の一実施形態によるアライメントセンサＡＳの概略ブロック図である。照明源２２０は、１つ以上の波長の放射ビーム２２２を提供する。このビーム２２２は、スポットミラー２２３によって方向転換されて対物レンズ２２４を通って基板Ｗ上に配置されたマーク２０２などのマーク上に提供される。図２に概略的に示すように、上記した米国特許第６９６１１１６号に基づく本アライメントセンサの例では、マーク２０２が照らされる照明スポット２０６は、マーク自体の幅より僅かに小さい直径を有し得る。
【0031】
[0031] マーク２０２によって散乱、すなわち回折される放射は、対物レンズ２２４によって取り上げられて情報保有ビーム２２６にコリメートされる。この実施形態では上記した米国特許’１１６に開示された型の自己参照干渉計２２８である放射処理要素は、ビーム２２６を処理して個別のビームをセンサアレイ２３０に出力する。スポットミラー２２３は、照明源からの放射を対物レンズに方向転換させる役割だけではなく、マークによって回折された放射のゼロ次信号を照明源に戻すように誘導することにより情報保有ビーム２２６がマーク２０２によって回折された放射の高次信号のみを含むようにする役割も果たす。センサアレイ２３０内の個別センサからの強度信号２３２は、処理ユニットＰＵに提供される。ブロック２２８内の光学処理およびユニットＰＵ内の計算処理の組み合わせにより、基準フレームＲＦに対する基板上のＸおよびＹ位置の値が出力される。照明源２２０とスポットミラー２２３との間には、光学素子が、この場合ビームスプリッタ２２１が設けられる。このビームスプリッタ２２１は、スポットミラー２２３に向かうビーム２２２の透過を可能にするが、基板上のマークによる回折の後にスポットミラーから入射する放射を、ビームスプリッタ２２１によって出力される放射のサイズおよび／または位置変化を検出するように構成された第２検出構成２３１へと反射させる。検出された変化を処理ユニットＰＵで用いてマーク２０２のデフォーカスＤＦおよび／または局所的傾斜ＴＩを計算することができる。設計の都合および便宜上、処理ユニットＰＵは図１に示す制御ユニットＬＡＣＵとは別個であってよく、またはそれらは同じ処理ハードウェアを共有することもできる。ユニットＰＵが別個である場合、信号処理の一部をユニットＰＵで行うことができ、別の部分をユニットＬＡＣＵで行うことができる。【0032】
[0032] 既に述べたように、図示したタイプの単一測定は、マークの位置をマークの１つのピッチに対応するある領域内で決定するだけである。より粗い測定技術をこれと併用して正弦波のどの周期がマークされた位置を含むかを特定する。粗レベルおよび／または微細レベルにおける同じ処理が、精度増加のために、およびマークが構成される材料であってその上にマークが位置する材料に関係なくマークのロバストな検出のために異なる波長で繰り返すことができる。波長は、同時に処理されるように光学的に多重化および逆多重化されることができ、および／または時分割または周波数分割によって多重化されることができる。本開示における例は、一波長の一測定のみについて言及しており、当業者は、実用的およびロバストな測定装置（アライメントセンサ）を提供するためにその教示を拡大することに伴う修正を容易に理解することができる。
【0033】
[0033] 測定処理をより詳細に参照すると、図３でｖｗと標識された矢印は、スポット２０６がマーク２０２の長さＬを横断するスキャン速度を示している。この例では、アライメントセンサＡＳおよびスポット２０６が実際に静止したままである一方、速度ｖＷで移動するのは基板Ｗである。したがって、アライメントセンサは基準フレームＲＦ（図１）に強固かつ正確に取り付けられる一方、マーク２０２を基板Ｗの動作方向と反対の方向に効果的にスキャンすることができる。基板は、この動作において基板テーブルＷＴおよび基板位置決めシステムＰＷ上に取り付けられることによって制御される。
【0034】
[0034] 本優先日ではまだ公開されていなかった先行の米国特許出願第１３／３６９，６１４号で述べたように、リソグラフィ装置が必要とする高い生産性要件は、基板上の多数の位置におけるアライメントマークの測定ができる限り早く行われることを必要とする。これは、スキャン速度ｖｗが速く、各マーク位置の取得に利用できる時間ＴＡＣＱはそれに応じて短いことを示す。単純化すると、ＴＡＣＱ＝Ｌ／ｖｗの式が適用される。先行の米国特許出願第１３／３６９，６１４号では、取得時間を延ばすためにスポットの反対スキャン動作を与える技術を記載している。同じスキャンスポット技術を、必要に応じて、本明細書に新しく開示された型のセンサおよび方法に適用することができる。
【0035】
[0035] 図４Ａおよび図４Ｂの両方は、マークがアライメントセンサに合焦しかつマークがアライメントセンサに対するマークの所望の向きに対してゼロ傾斜を有する場合における、図３の第２検出構成２３１の検出器３０５の検出器表面３０３上の回折放射のゼロ次信号のイメージ３０１を示している。
【0036】
[0036] 図４Ａは、デフォーカスの場合、つまりマークの焦点がずれている場合のイメージ３０７も示している。イメージ３０１と比較して、イメージ３０７のサイズは増大している。このサイズは、検出器３０５がイメージサイズを決定することが可能な場合に、例えば、ある量の放射を受けるセンサピクセルの量を決定することによって測定することができる。検出器上のイメージのサイズを決定することにより、デフォーカスの量を決定することができる。したがって、検出器３０５は、ＣＣＤカメラまたは類似のデバイスであってもよい。
【0037】
[0037] 図４Ｂは、マークがイメージ３０１の所望の向きに対して傾斜されたときのイメージ３０９も示している。マークの傾斜により、イメージはシフトされた位置を有し、シフト量は傾斜量を表す。
【0038】
[0038] したがって、図３の実施形態に対して、デフォーカスおよび傾斜は、ゼロ次信号のイメージサイズおよびイメージ位置をそれぞれ決定することによって決めることができる。同様に、第２検出構成は、回折放射の高次信号のイメージサイズおよびイメージ位置を測定して、高次信号がゼロ次信号の代わりに第２検出構成に誘導された場合にデフォーカスおよび傾斜を決定することができる。
【0039】
[0039] 図５は、ビームスプリッタ２２１および第２検出構成２３１の配置は異なるが、図３に示す実施形態と同様の実施形態の一部を示している。スポットミラー２２３は、照明源２２０からのビーム２２２のサイズとほぼ一致するサイズを有する。その結果、あらゆるデフォーカスまたは傾斜は、マークによって回折された放射のゼロ次信号がスポットミラーを部分的に通過して情報保有ビーム２２６の一部になるようにもたらす。図５の実施形態では、ビームスプリッタ２２１は、対物レンズ２２４と干渉計２２８との間に配置され、ゼロ次信号を含む情報保有ビームの一部を第２検出構成２３１に誘導する。第２検出構成２３１は、全ての高次信号を無視し、ビームスプリッタによって出力されるゼロ次信号のサイズおよび位置変化を検出するように構成することができる。
【0040】
[0040] 図６Ａは、回折放射のゼロ次信号を用いたときのデフォーカスの場合のイメージ３０７を示している。マークが合焦している場合、ゼロ次信号全体がスポットミラー２２３によって止められ、それによって検出構成２３１は放射を全く検出しない。マークの焦点がずれている場合、イメージ３０７で示すように、ゼロ次信号のサイズは増大し、ビームの一部がスポットミラーを通過する。イメージのサイズを決定することにより、デフォーカスの量を決定することができる。
【0041】
[0041] 図６Ｂは、ゼロ次信号を用いたときのマークの傾斜の場合のイメージ３０９を示している。マークが所望の向きであった場合、ゼロ次信号全体がスポットミラー２０３によって止められ、それによって検出構成２３１は放射を全く検出しない。マークが傾斜された場合、イメージ３０９で示すように、ゼロ次信号の軌跡も傾斜され、ゼロ次信号の一部はスポットミラーからずれてスポットミラーを通り過ぎる。イメージ３０９からのゼロ次信号のシフトを決定することによってマークの傾斜を決定することができる。
【0042】
[0042] 上記したように、図５による実施形態は、マークによって回折された放射の全ての高次信号を無視するが、本発明は、ゼロ次信号の使用に限定されていない。したがって、第２検出構成は、１つ以上の高次信号を用いてデフォーカスおよび／または傾斜を決定する一方、使用される（１つまたは複数の）高次信号の信号強度が検出目的のために十分でさえあれば他の全ての信号を無視する。全ての高次信号がスポットミラー２２３を通過するので、図４Ａおよび図４Ｂの検出原理は、図６Ａおよび図６Ｂによるゼロ次信号の検出原理の代わりにこれらの高次信号に適用することができる。
【0043】
[0043] 図７は、上記した先行の米国特許第６，９６１，１１６号の公開公報に記載されたアライメントセンサの動作原理に基づく、本発明の実施形態によるアライメントセンサの光学システム５００を示している。この実施形態によるアライメントセンサは、特に、より高い精度のためにアライメントマークの減少したピッチを可能にし、かつスキャトロメトリ型測定を別個のスキャトロメータ器具の代わりにアライメントセンサで行うことを可能にする特定のセグメント化された照明モードを導入する。ＸおよびＹ位置の同時測定を行うことができるように上記した米国特許出願公開第２００９／１９５７６８号の公開公報の開示に基づいて更なる変更を行うことができる。本例のために、位置の測定が一方向のみで行われることを想定する。
【0044】
[0044] 図３および図５の概略図を比較しやすくするために、光学システム５００の一部は図３および図５で使用されたものと同様の参照符号で標識されるが、「２」の代わりに接頭部「５」を用いている。したがって、光源５２０、ビームスプリッタ５２１、照明ビーム５２２、対物レンズ５２４、情報保有ビーム５２６、自己参照干渉計５２８、検出器５３０ａおよび５３０ｂ、並びに第２検出構成５３１がある。検出器５３０ａ，５３０ｂからの信号５３２ａおよび５３２ｂは処理ユニットＰＵによって処理され、以下に説明する新しい特徴を実施するように適切に修正される。複数の分岐を有する光軸Ｏは、光学システム５００にわたって通る破線によって示される。さらなる構成部品をより詳細な概略図で以下に示している。照明サブシステム５４０では、放射源５２０からの放射は、光ファイバ５４２を介してレンズ５４４および５４６を備える光学システムに入る箇所まで運ばれる。当然のことながら、各レンズが単一の要素によって概略的に示されているところでは、実用的な実施形態では、実際には、要素群を含んでよい。反射光学素子を用いてもよい。レンズ５４４とレンズ５４６との間では、放射源からの放射によって形成されるビームは平行であって平面Ｐ’を通過する。これは対物レンズ５２４の瞳面Ｐの逆投影である。この平面には固定または構成可能な照明アパーチャ５４８が、図７に示す対称性のセグメント化された照明パターンなどの特定の照明モードを可能にするために設けられる。ａおよびｂと標識された２つの直径方向に対向するクアドラントは、このアパーチャパターンでは明るい（透明）一方、他方の２つのクアドラントは暗い（不透明）。このタイプのアパーチャは米国特許出願公開第２０１０／２０１９６３号によってスキャトロメトリ装置として知られている。この改良された照明アパーチャの利点を以下に詳細に説明する。照明ビーム５２２は、照明サブシステム５４０から、固定ミラー５５０による回折、ビームスプリッタ５２１の通過、レンズ５５２によるコリメーションを経てビームスプリッタ５５４に送られる。このビームスプリッタ５５４は、対物系５２４を直接通って基板Ｗにまたは基板Ｗから移動する情報保有ビーム５２６と照明ビーム５２２とを離す。
【0045】
[0045] 情報保有ビーム５２６の処理に言及すると、このビームは米国特許第６，９６１，１１６号の公知のアライメントセンサと同じ方法で自己参照干渉計５２８へと入る。干渉計５２８は、簡素化した二次元構成で示されているが、従来の特許に記載されているように実際にはプリズムおよび他の要素から成る三次元構成を含む。同様に、明確にするために、干渉計の一部である偏光素子はここでは省いている。周知例のように、自己参照干渉計５２８の機能は、情報保有ビーム５２６を受け取ってそれを二等分し、その部分を互いに対して１８０°回転させ、その部分を再度組み合わせて出射ビーム５８２にすることである。さらなるレンズ５８４および５８６は、固定された偏向ミラー５８８とともに、このビームを変更ビームスプリッタ５９２と検出器５３０ａおよび５３０ｂとを含む検出サブシステム５９０に送る。
【0046】
[0046] ビームスプリッタ５９２は、互いに逆位相である２つの干渉パターンを生成する。したがって、干渉計５２８が検出器５３０ａのどこかで破壊的な干渉を生成した場合、検出器５３０ｂの対応する箇所で建設的な干渉が生じる。２つの検出器５３０ａおよび５３０ｂから信号を差し引くことにより、共通モード強度雑音の影響を減らすことができ、それによってアライメントセンサから全体としてより正確な出力を得る。
【0047】
[0047] その一方、図３の公知のアライメントセンサでは、センサアレイ２３０は基板Ｗの平面に対応する像面に配置され、改良された光学システム５００では、検出器５３０ａおよび５３０ｂは対物系５２４の瞳面Ｐと共役する平面Ｐ’’に位置決めされる。検出器５３０ａおよび５３０ｂの各々は、イメージセンサ、例えばＣＣＤカメラセンサであってもよい。あるいは、５３０ａ’／５３０ｂ’と標識された差し込み図の詳細に示すように、イメージセンサの代わりに個別の点検出器を配置してもよい。いずれの場合でも、平面Ｐ’’における放射フィールドは基板のイメージではないが、照明アパーチャ５４８と共役するマーク２０２の回折スペクトルである。このタイプの検出システムでは、マーク２０２の位置情報を得るために使用されるアライメント信号をまだ得ることができるが、さらに、検出器５３０ａおよび５３０ｂによって検出される瞳面イメージを用いて基板Ｗ上のマークまたは他のフィーチャのさらなる性質を解析してスキャトロメトリを行うことができる。例えば、アライメントおよび／またはオーバーレイターゲットの非対称性を解析することができ、これによって例えば層と層との間のオーバーレイエラーの測定を容易にする。
【0048】
[0048] 公開されていない先行の米国特許出願第１３／３６９，６１４号に記載されているように、標的の非対称性を測定するために別個の器具の代わりにアライメントセンサを用いることの利点は、アライメントセンサとオーバーレイ測定装置との間の位置決めエラーの減少である。別の利点としては、マークにおける非対称性に関する情報を、センサを用いて行われる位置測定の精度を改善するために使用できることである。なぜなら、非対称性は、非対称性の知識および適切な式を用いて修正することができる系統誤差を報告位置に引き起こすことができるからである。
【0049】
[0049] アパーチャ５４８によって与えられる照明パターンが図７でａおよびｂと標識された明るいクアドラントを有する一方、所定の方向のアライメントマーク２０２のラインによる回折から生じる回折パターンは５４８’のパターンで表される。このパターンでは、ａ０およびｂ０と標識されたゼロ次回折信号に加えて、ａ−１、ａ＋１、ｂ−１およびｂ＋１と標識された一次回折信号がみられる。照明アパーチャの他クアドラントは暗く、より一般的には照明パターンは１８０°回転対称性を有するため、回折次数ａ−１およびｂ＋１は「フリー」となり、これは照明アパーチャの他の部分からのゼロ次または高次信号とオーバーラップしないことを意味する。セグメント化された照明パターンのこの性質を利用して、従来の環状に対称である照明アパーチャが使用された場合に結像することができる最小ピッチの半分のピッチを有する回折格子（アライメントマーク）からクリアな一次信号を得ることができる。この回折パターン５４８’およびスキャトロメトリのために利用できる方法は、公知の米国特許出願第２０１０／２０１９６３号に記載されている。アライメントセンサ光学システム５００の干渉計５２８では、図７で示しかつ５４８’’と標識された回折パターン５４８’の１８０°回転された複写も形成されてパターン５４８’と混合される。これらのパターンは、位置信号を提供するようにアライメントマーク２０２のスキャン中に互いに干渉する。
【0050】
[0050] 回折された放射は、ビームスプリッタ５５４により、照明システム５４０に戻るように誘導される部分と、干渉計５２８に向かってビームスプリッタ５５４を透過する部分とに分割される。本発明の裏にある原理は、一方の部分を用いて対応する回折放射を、回折放射のサイズおよび／または位置変更を検出する検出器を含む第２検出構成およびマーク２０２のデフォーカスおよび／または局所的傾斜を検出された変化から計算する処理ユニットに向かって誘導することである。
【0051】
[0051] 図７では、これは、ビームスプリッタ５５４から入射する回折放射を第２検出構成５３１に誘導するビームスプリッタ５２１により実施される。あるいは、破線に示すように、ミラー５５０は、ゼロ次信号の一部を第２検出構成５３１’に誘導するように部分的に透過的であってもよい。その場合、部分的透過ミラー５５０は、第１光学素子として機能する。この第１光学素子は、照明構成からの放射を第２光学素子として機能するビームスプリッタ５５４に誘導し、かつ第２光学素子からの放射を第２検出構成５３１’に誘導するように構成される。さらに、ビームスプリッタ５２１は、図５の実施形態と同様に、ビームスプリッタ５５４と干渉計５２８との間に配置されてもよい。当業者に明らかなように、ビームスプリッタ５２１は、干渉計５２８と第１検出構成との間を含む多数の異なる位置に配置または組み入れられてもよい。第１および第２検出構成が互いに部分的に統合されることも可能であり、少なくとも１つの共通の光学部品および／または検出器を用いることを意味するが、全ての実施形態は、アライメントセンサがマークによる回折の後に放射を第２検出構成に誘導する反射部品を含む光構成を含むことと、第２検出構成が光構成によって出力される検出放射の形状、サイズおよび／または位置の変化を検出しかつマークのデフォーカスおよび／または局所的傾斜を検出された変化から計算するように構成されることとで共通する。したがって、第２検出構成は、第２検出構成の機能に必要とされる検出器と光学部品との組み合わせを含んでよい。これらの光学部品は、ミラー、部分的透過ミラー、レンズ、ビームスプリッタなどを含むことができる。
【0052】
[0052] 次に記載する例の第１フィーチャは、入射角の限られた範囲（瞳面の限られた半径範囲）でのオフアクシス照明の使用である。オフアクシス照明により、放射の放射源領域は瞳の周辺部に閉じ込められる、つまり、光軸から少し離れていることを意味する。照明を瞳の最周辺部に閉じ込めることは、実質的に／ＮＡから実質的に／２ＮＡまでのアライメントマークの最小限のピッチを減少させる。ここでは、λは使用される放射の波長であり、ＮＡは器具（例えば、アライメントセンサまたはより一般的には位置測定装置）の対物レンズの開口数である。記載する例は、さらに、装置のビームスプリッタ内のスポットミラーの特定の分配を使用する。これは所望の照明を提供しかつデフォーカスおよび傾斜測定のためにゼロ次回折放射を第２検出構成に誘導することができる。照明モードを変化させずに任意のＸ、ＹおよびＸＹマーク上での位置合わせを可能にする「ユニバーサル」な照明プロファイルを設計することができるが、これは性能の一部に支障および／または装置における一部の複雑性を生むことを避けられない。あるいは、専用のモードを、異なるマークの種類との使用のために設計および選択可能にすることができる。照明の異なる偏光も選択することができる。
【0053】
[0053] 記載する全てのプロファイルでは、照明プロファイルは、対物レンズの瞳内の少なくとも第１および第２放射源領域からコヒーレント放射を供給するように構成される。第１および第２領域は、瞳の周辺部に閉じ込められる（少なくとも光軸から離れるという意味）。この領域は、それぞれ、角度範囲が限られており、光軸に対して互いに直径方向に対向するように位置決めされる。例からも分かるように、放射源領域は、非常に小さいスポットの形態を有するか、またはより拡大された形態を有していてもよい。さらなる放射源領域を設けることができ、特に、第３および第４放射源領域が第１および第２領域に対して９０°回転されて設けられてもよい。装置は全体として、これらの特定の照明プロファイルを提供することに限定される必要はない。装置は、様々なプロファイルの使用を好む、周知のまたはまだ開発されてない他の使用モードを有してもよい。他のマークおよび測定方法との適合性のためのオンアクシス照明プロファイルが一例である。
【0054】
[0054] 図１０は、照明プロファイル４４８を有する測定装置の例を示している。公知のアライメントセンサおよび図７の例の要素が多数適用されていることが当業者に分かる。同じ参照番号が用いられているが、接頭部が「２」また「５」から「４」に変更されている。したがって、照明サブシステム４４０は、放射源４２０およびファイバ４４２を含む。入力ビーム４２２は、ビームスプリッタ４５４を介して瞳面Ｐを有する対物レンズ４２４に送られる。対物レンズ４２４は、ウェーハＷ上のアライメントマーク２０２にスポット４０６を形成する。情報保有ビーム４２６は、ビームスプリッタ４５４を通過して自己参照干渉計４２８に到達する。干渉計４２８は、放射フィールドを二等分に分割し、この部分を互いに１８０°回転させて出射ビーム４８２へと再結合させる。レンズ４８４は、フィールド全体の焦点を検出器６３０に合わせ、これは図３の周知のアライメントセンサと類似する構成である。検出器６３０での空間分解能は必要ではないが、当然のことながら他の目的のために提供することもできる。
【0055】
[0055] ビームスプリッタ４５４内では、所望の照明プロファイル４４８に対応するパターンで内部インターフェースに個別のミラーセグメントが形成されてもよい。実際には、このパターンは歪んだ形のインターフェースに適用される必要があり、それによって入力および出力方向からみたとき図のようにみえる。
【0056】
[0056] 適用された場合、セグメント化されたミラーは、回折放射のゼロ次信号に対する反射面として第２機能を果たす。しかしながら、図３の公知のアライメントセンサ内のスポットミラー２２３とは異なって、各ミラーセグメントはそれ自体の反射面として機能することはできない。なぜなら、ゼロ次信号は、ターゲットに反射されて入射角に対して１８０°対向する角度で対物レンズに再度入る。しかしながら、ミラーは１８０°の対称性のパターンを有するので、ミラーの各セグメントは、直径方向に対向するセグメントに対するゼロ次信号を反射する反射面として機能することができる。このようにして、追加の構成部品を加えることなく、干渉計４２８に入って破線で示すようにビームスプリッタ４２１’に向かって反射する前に情報保有ビーム４２６からゼロ次信号を取り除くことができ、ゼロ次信号の少なくとも一部は、基板Ｗのデフォーカスおよび／または傾斜を検出するために第２検出構成４３１’に誘導される（破線で示す）。
【0057】
[0057] あるいは、部分的に透過的の表面がビームスプリッタ４５４で使用されるときにゼロ次信号を含み得る回折放射は、ここではビームスプリッタとして組み込まれる光学素子４２１（実線で示す）によって第２検出構成４３１（実線で示す）に向かって誘導することができる。第２検出構成４３１または４３１’では、ゼロ次信号および／または高次信号は、図４Ａ、図４Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂに関連して記載する方法と同じように用いて基板Ｗのデフォーカスおよび／または傾斜を検出することができる。
【0058】
[0058] 図８は、２つのスポットを有するオフアクシス照明プロファイルを有する測定装置の一部を示している。図８による測定装置は、他の実施形態に関連して説明された多数の要素を使用する。同じ参照番号を用いているが、接頭部を「８」に変更している。
【0059】
[0059] 図８では、図示していない照明構成は、ミラー８５０およびビームスプリッタ８５４を介して放射を対物レンズ８２４に供給する。対物レンズ８２４は、基板Ｗ上のマークに放射スポットを形成する。
【0060】
[0060] マークによって回折された放射は、ビームスプリッタ８５４によって少なくとも部分的にミラー８５０に戻るように誘導される。ミラー８５０は、マークの回折の後にミラーに誘導される放射の一部、例えば全放射の１０％を透過させる。ミラー８５０を透過した放射は、ここでは単に検出器８３１として具体化された第２検出構成に向かって誘導される。
【0061】
[0061] 図８の基板は対物レンズ８２４と合焦され、この例では傾斜は存在しない。図８は、さらに、高次信号を無視してゼロ次信号も用いた場合の検出器８３１上の放射のイメージを示している。２つのスポット８３１ａおよび８３１ｂは検出器表面上に形成され、スポットは測定装置の光軸の対向側に配置される。
【0062】
[0062] 図９Ａは、基板Ｗのデフォーカスの場合の図８の測定装置を示している。デフォーカスにより、スポットは検出器８３１上で異なって結像される。結果として生じるスポットは、参照番号８３１ａ’および８３１ｂ’で示されている。焦点が合っていて傾斜がない場合のスポット配置も、参考のために破線で示され参照番号８３１ａおよび８３１ｂと称される。デフォーカスは２つのスポット間の距離を変化させるが、２つのスポットの幾何学的中心を変化させないことが分かる。
【0063】
[0063] 図９Ｂは、基板Ｗの傾斜の場合の図８の測定装置を示している。傾斜により、スポットは検出器８３１上に異なって結像される。結果として生じるスポットは、参照番号８３１ａ’’および８３１ｂ’’で示されている。焦点が合っていて傾斜がない場合のスポット配置も、参考のために破線で示され参照番号８３１ａおよび８３１ｂと称される。傾斜は２つのスポットの幾何学的中心を変化させるが、２つのスポット間の距離を変化させないことが分かる。
【0064】
[0064] 図９Ｃは、基板Ｗのデフォーカスおよび傾斜の場合の図８の測定装置を示している。傾斜およびデフォーカスにより、スポットは検出器８３１上に異なって結像される。結果として生じるスポットは、参照番号８３１ａ’’’および８３１ｂ’’’で示されている。焦点が合っていて傾斜がない場合のスポット配置も、参考のために破線で示され参照番号８３１ａおよび８３１ｂと称される。傾斜およびデフォーカスそれぞれにより、２つのスポットの幾何学的中心および２つのスポット間の距離が変化したことが分かる。傾斜は、２つのスポットの幾何学的中心の位置の変化を特定することによって決定でき、デフォーカスは、２つのスポット間の距離の変化を特定することによって決定できる。
【0065】
[0065] オンアクシスおよびオフアクシス照明プロファイルの違いは、オンアクシス照明プロファイルを有するデフォーカスはスポットのサイズ変化という結果となるが、オフアクシス照明プロファイルを有するデフォーカスはスポットの位置変化という結果となることである。一部の場合、使用される検出器により、位置変化の特定はサイズ変化の特定より容易である。
【0066】
[0066] 図８および図９Ａ〜図９Ｃに関連するデフォーカスおよび傾斜の検出のオフアクシス原理が図３、図４Ａおよび図４Ｂに関連するデフォーカスおよび傾斜の検出のオンアクシス原理と類似点を示すのと同様に、図５、図６Ａおよび図６Ｂに関連するデフォーカスおよび傾斜の検出のオンアクシス原理と同等のオフアクシス原理も存在する。オフアクシスの同等物では、２つのスポットはフォーカスおよび傾斜の場合に最小限に検出可能であるが、デフォーカスおよび傾斜による１つのまたは両方のスポットの位置のシフトによってより検出可能となる。同様に、２つのスポット間の距離の変化はデフォーカスを表し、２つのスポット間の幾何学的中心は傾斜を表す。
【0067】
[0067] 図８および図９Ａ〜図９Ｃのスポットの位置は、位置敏感型検出器(Position Sensitive Detector)（ＰＳＤ）、ＣＣＤカメラまたはあらゆる類似デバイスを用いて適切な第２検出構成で検出することができる。しかしながら、多素子光ダイオード、例えばアレイ構成で４つの光ダイオードを用いるクワッドセルを用いてスポットの位置を検出することも可能である。
【0068】
[0068] 図１１は、アレイで配置された４つの放射感応性表面、ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３およびＱＣ４のそれぞれを含むクワッドセルＱＣの正面図を示しており、各表面は、表面に入射する放射の量を表す出力信号を提供する。スポットがクワッドセルに入射すると、放射感応性表面の出力を用いてクワッドセル上のスポットの位置を決定することができる。例えば、Ｙ方向のスポットの位置は、表面ＱＣ３およびＱＣ４の出力と表面ＱＣ１およびＱＣ２の出力とを比較することによって決定することができる。同様に、表面ＱＣ１およびＱＣ３の出力と表面ＱＣ２およびＱＣ３の出力とを比較してＸ方向のスポットの位置を決定することができる。
【0069】
[0069] スポットは、光ファイバ用いて多素子光ダイオードに向かって誘導されてよく、各放射感応性表面にファイバが設けられる。その場合スポットは光ファイバに入射し、各ファイバはスポットの対応部分をそれぞれの放射感応性表面に透過させる。光ファイバを用いることの利点は、多素子光ダイオードの形態を有する検出器がセンサの他の部分からさらに離れて配置できることであり、これは熱の観点からみて好都合である。放射の放散による検出器での熱の生成および関連の電子機器のジュール加熱は、センサまたは他のあらゆる近くの構成部品の精度にあまり影響を与えないことができる。
【0070】
[0070] 多素子光ダイオードの使用に対しては、スポットのサイズおよびスポットの位置の許容シフトは、位置決定に適するために特定の範囲にあるべきであることに留意されたい。
【0071】
[0071] さらに、スポットの位置を一方向で決定するためには最低２つの放射感応性表面が使用され、スポットの位置を二方向で決定するためには少なくとも３つの放射感応性表面が好ましいことに留意されたい。スポットの一部を２つの放射感応性表面に入射させるだけで２つの放射感応性表面を用いて位置を二方向で検出することが可能であり、それによって２つの放射感応性表面間の差信号は一方向の位置を表し、２つの放射感応性表面の合計信号は別の方向の位置を表す。しかしながら、実際には、クワッドセルが最も使いやすい。なぜなら、２つの直交する方向のスポットの位置の決定を可能にする一方、合計信号を標準化として用いて放射強度変化の影響を減らすからである。
【0072】
[0072] 多素子光ダイオードは、ゼロ次信号または任意の高次信号のスポットを決定するために用いることできる。高次信号のスポットを用いる場合、高次信号のスポット位置はマークのピッチに依存しているので、多素子光ダイオードの位置はマークのみの単一ピッチまたは小さい範囲のピッチのため専用であってよい。ゼロ次信号のスポット位置は、マークのピッチから独立している。
【0073】
[0073] 上記の図７および図１０に示す例では実際に干渉計の周りで使用されるいくつかの偏光素子を省いていることに留意されたい。これはこの考案の説明を簡略化するためのみに行われる。実際の実装では、それらは一般的に含まれる。さらに、マークの種類によって異なる偏光を用いて測定を行うことおよび／または各マークに対して１つより多い偏光を用いて測定を行うことは慣習的である。所望の偏光を達成するためのフィーチャは、当業者によって容易に想定することができる。
【0074】
[0074] 当然のことながら、アライメントセンサを制御し、それによって検出された信号を処理し、かつこれらの信号に基づいてリソグラフィパターン処理を制御するための使用に適した位置測定を計算する処理ユニットＰＵは、一般的には、ある種のコンピュータアセンブリを含むが、ここでは詳細に説明しない。コンピュータアセンブリは、装置の外部の専用コンピュータであってもよく、またはアライメントセンサ専用の１つのまたは複数の処理ユニットであってもよく、あるいは、リソグラフィ装置を全体として制御する中央制御装置ＬＡＣＵであってもよい。コンピュータアセンブリは、コンピュータ実行コードを含むコンピュータプログラム製品をロードするように配置することができる。これにより、コンピュータプログラム製品がダウンロードされた場合、コンピュータアセンブリは、上記したアライメントセンサＡＳとのリソグラフィ装置の使用を制御することができる。
【0075】
[0075] デフォーカスおよび／または傾斜が回折放射を用いて一度決定されると、この情報は様々な方法で使用できる。１つの方法は、マークを適切に位置決めすることによって、例えば図１の装置に関連して説明した基板サポートを用いてデフォーカスおよび／または傾斜を修正することである。マークの焦点および向きは基板サポートによって行われた修正によって改善されるので、マークの位置測定はより正確であり、すなわち、２つ以上の特定の波長を有する放射を用いた場合の測定された見かけの位置ずれおよび色変化は減少される。デフォーカスおよび／または傾斜を修正できることは、デフォーカスおよび／または傾斜に対するより高いセンサ感度を補償することができるのでより高い開口数の使用も可能にする。
【0076】
[0076] デフォーカスおよび／または傾斜情報を使用する別の方法は、デフォーカスおよび／または傾斜情報に基づいて重み係数を決定することである。この重み係数は、マークの測定位置の信頼性を表す。モデルを測定位置に適合させた場合、重み係数は、より信頼性の高いマークと比べてあまり信頼性のないマークがモデルに対して小さい寄与をするように対応するマークの測定位置と組み合わせることができ、それによって適合されたモデルの精度を上げる。適合されたモデルはまた、基板上の他のポイントの位置を推定するために使用することができ、それによって例えば第２パターンを基板に転写して基板上の他のポイントと位置合わせすることができる。
【0077】
[0077] 回折放射は、例えばマークによる放射の散乱に基づいてマーク形状パラメータを予測するために使用することができる。マーク形状パラメータは、例えば、深さ、層の厚さ、Ｎｋ値、ピッチ、クリティカルディメンション、側壁角度等を含んでよい。したがって、回折放射における情報は、スペクトル分光スキャトロメータを行うために使用することができる。
【0078】
[0078] 本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、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用途を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツールおよびその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。
【0079】
[0079] 光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。
【0080】
[0080] 本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長、またはおよそこれらの値の波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
【0081】
[0081] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型光コンポーネントを含む様々な種類の光コンポーネントのいずれか１つまたはこれらの組合せを指すことができる。
【0082】
[0082] 以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、上述以外の態様で実施できることが明らかである。例えば、本発明は、上記に開示した方法を表す１つ以上の機械読取可能命令のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態、またはこのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスクまたは光ディスク）の形態であってもよい。
【0083】
[0083] 上記の説明は、制限ではなく例示を意図したものである。したがって、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本記載の発明に変更を加えてもよい。