JP6909865B2 - メトロロジセンサ、リソグラフィ装置、及びデバイスを製造するための方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１７年５月８日に出願された欧州特許出願第１７１６９９０９．３号の優先権を主張する。これは援用により全体が本願に含まれる。

[0002] 本発明は、例えばリソグラフィ技法によるデバイスの製造において使用可能である方法及び装置、並びに、リソグラフィ技法を用いてデバイスを製造する方法に関する。本発明は、更に特定するとメトロロジセンサに関し、更に具体的には、基板上のマークの位置を決定するための位置センサ及び方法に関する。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与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。これらのターゲット部分は一般に「フィールド」と呼ばれる。

[0004] 複雑なデバイスの製造においては、通常、多くのリソグラフィパターニングステップを実行することにより、基板上の連続した層内に機能フィーチャを形成する。従って、リソグラフィ装置の性能の重要な面は、前に形成された層内に設けられたフィーチャに対して（同一の装置によって又は異なるリソグラフィ装置によって）正確かつ高精度に適用パターンを配置する能力である。この目的のため、基板には１つ以上のアライメントマークセットが設けられている。各マークは、後の時点で、典型的には光学位置センサである位置センサを用いて位置を測定することができる構造である。リソグラフィ装置は、基板上のマークの位置を高精度に測定できる１つ以上のアライメントセンサを含む。異なるタイプのマーク及び異なるタイプのアライメントセンサが、様々な製造業者から及び同一の製造業者の様々な製品から既知である。現在のリソグラフィ装置において広く使用されているタイプのセンサは、US6961116号（den Boef等）に記載されているような自己参照干渉計に基づくものである。概して、マークはＸ位置及びＹ位置を取得するため別々に測定される。しかしながら、公開特許出願US2009/195768A号（Bijnen等）に記載されている技法を用いて、一体としたＸ及びＹ測定を実行することも可能である。このようなセンサの変更例及び適用例が、US2015355554A1号（Mathijssen）、WO2015051970A1号（Tinnemans等）に記載されている。これらの公報の全ての内容は援用により本願に含まれる。

[0005] アライメントマークを含む層の上に新たな層を適用すると、位置センサ（又はアライメントセンサ）を用いて得られる位置信号の損傷が生じる。これは、上に重ねられた層のうち少なくとも１つが不透明材料を含む場合は特に問題となり得る。そのような材料の一例はアモルファス炭素である。このような層にデバイスパターンを高精度に位置決めするため、１つの方法は、層に開口をカットして下にあるアライメントマークを露出させることを含み得る。これらのウィンドウは比較的粗く位置決めされる可能性があるが、要求される精度は、何らかの方法で下にあるマークの位置を決定することを前提としている。

[0006] このような開口のカットには、追加の処理ステップ及び費用が必要となる。従って、別の提案は、不透明層を貫通できる１つ以上のより長い放射波長（例えば赤外線）を使用することである。しかしながら、このような測定のウェーハ品質（ＷＱ：wafer quality）は依然として極めて低い（例えば１０^−６）。ウェーハ品質は、基準マークによって生成された信号に対する実際のアライメント信号強度の測度（比）である。このような低いウェーハ品質では、上に重ねられた層の残留トポグラフィ（residual topography）又はラフネスに起因したターゲット回折次数への表面散乱が、アライメントオフセットを引き起こす可能性がある。更に、ゼロ次散乱及びゴースト発生（ghosting）による背景光が再現性を制限する恐れがある。

[0007] 第１の態様における本発明は、低いウェーハ品質において測定精度の改善を達成することを目的としている。

[0008] 第１の態様における発明はメトロロジセンサシステムを提供する。このメトロロジセンサシステムは、第１の偏光状態を有する照明放射によって基板上のメトロロジマークを照明するよう動作可能な照明システムと、メトロロジマークによる照明放射の散乱の後、散乱放射を集光するように構成された光学収集システムであって、メトロロジマークは、主要構造を含み、かつ、主に主要構造による散乱の結果生じる散乱放射の第１の部分の偏光状態と、主に主要構造以外の１つ以上のフィーチャによる散乱の結果生じる放射の第２の部分の偏光状態とのうち少なくとも１つを、第１の偏光状態に対して変化させるように動作可能であり、散乱放射の第１の部分の偏光状態が散乱放射の第２の部分の偏光状態と異なるようにする、光学収集システムと、散乱放射の第２の部分をその偏光状態に基づいて実質的に除去するように動作可能である光学フィルタリングシステムと、を備える。

[0009] 一実施形態において、散乱放射の第２の部分は主に、主要構造上に形成された少なくとも１つ以上の層によって散乱された放射を含む。

[0010] 一実施形態において、光学フィルタリングシステムは、散乱放射の第２の部分をその偏光状態に基づいて遮断するように動作可能な偏光デバイスを少なくとも含む。

[0011] 一実施形態において、メトロロジセンサ装置は、それぞれが散乱放射を処理するための第１の処理分岐及び第２の処理分岐を備え、偏光デバイスは、散乱放射の第１の部分の少なくとも一部を第１の処理分岐に誘導すると共に散乱放射の第２の部分を第２の処理分岐に誘導するように動作可能な偏光ビームスプリッタを含む。

[0012] 一実施形態において、光学フィルタリングシステムは更に、散乱放射の第１の部分の少なくとも一部の偏光状態をいっそう処理に適した偏光状態に回転させるように動作可能な少なくとも１つの波長板デバイスを含む。

[0013] 一実施形態において、メトロロジマークは、散乱放射の第１の部分の偏光状態を第２の偏光状態に変化させるように動作可能であると共に、散乱放射の第２の部分が実質的に第１の偏光状態を維持するように散乱放射の第２の部分の偏光状態を変化させない。別の実施形態において、主要構造は、照明放射を回折させるように動作可能な第１のピッチを有する周期構造を含み、周期構造は、散乱放射の第１の部分の偏光状態を変化させるように動作可能な第２のピッチによってサブセグメント化されている。

[0014] 一実施形態において、第１の偏光状態は第１の円偏光状態であると共に第２の偏光状態は第２の円偏光状態であり、第２の円偏光状態は第１の円偏光状態と反対方向である。別の実施形態において、光学フィルタリングシステムは、第１の円偏光状態を有する散乱放射の第１の部分及び第２の円偏光状態を有する散乱放射の第２の部分の双方を相互に直交する直線偏光状態に変換するための少なくとも１つの４分の１波長板を含み、これによってそれらの分離を可能とする。

[0015] 一実施形態において、第１の偏光状態は直線偏光状態である。別の実施形態において、光学フィルタリングシステムは、第１の偏光状態に直交する偏光状態を有する散乱放射のみを処理システムへ通過させるように動作可能である。

[0016] 一実施形態において、メトロロジマークは、散乱放射の第１の部分の偏光状態を第２の偏光状態に変化させるように動作可能であり、第２の偏光状態は第１の偏光状態に直交する。

[0017] 一実施形態において、メトロロジセンサ装置は位置センサであり、少なくとも１つの処理システム及び放射検出システムを更に含む。

[0018] 一実施形態において、光学フィルタリングシステムは、第１の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第１の波長範囲内の散乱放射の第２の部分を実質的に除去しないように、かつ、第２の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第２の波長範囲内の散乱放射の第２の部分を除去するように、動作可能である。

[0019] 一実施形態において、第１の位置決め段階は第１のメトロロジマークに対して実行される租位置決め段階であると共に第２の位置決め段階は第２のメトロロジマークに対して実行される微細位置決め段階であり、第２のメトロロジマークのみが偏光状態の変化を実行するように動作可能である。

[0020] 第２の態様における発明は、メトロロジマークを測定する方法を提供する。この方法は、第１の偏光状態を有する照明放射によって基板上のメトロロジマークを照明することと、メトロロジマークによる照明放射の散乱の後、散乱放射を集光することであって、メトロロジマークは、主要構造を含み、かつ、主に主要構造による散乱の結果生じる散乱放射の第１の部分の偏光状態と、主に主要構造以外の１つ以上のフィーチャによる散乱の結果生じる放射の第２の部分の偏光状態とのうち少なくとも１つを、第１の偏光状態に対して変化させるように動作可能であり、散乱放射の第１の部分の偏光状態が散乱放射の第２の部分の偏光状態と異なるようにする、ことと、散乱放射の第２の部分をその偏光状態に基づいて除去することと、を含む。

[0021] 一実施形態において、散乱放射の第２の部分は主に、主要構造上に形成された少なくとも１つ以上の層によって散乱された放射を含む。

[0022] 一実施形態において、方法は、偏光ビームスプリッタを用いてフィルタリングを実行することと、散乱放射の第２の部分の処理とは別個に散乱放射の第１の部分の少なくとも一部を処理することと、を含む。

[0023] 一実施形態において、方法は更に、散乱放射の少なくとも第１の部分の偏光状態をいっそう処理に適した偏光状態に回転させることを含む。

[0024] 一実施形態において、メトロロジマークは、散乱放射の第１の部分の偏光状態を第２の偏光状態に変化させると共に、散乱放射の第２の部分が実質的に第１の偏光状態を維持するように散乱放射の第２の部分の偏光状態を変化させない。

[0025] 一実施形態において、主要構造は、照明放射を回折させるように動作可能な第１のピッチを有する周期構造を含み、周期構造は、散乱放射の第１の部分の偏光状態を変化させるように動作可能な第２のピッチによってサブセグメント化されている。

[0026] 一実施形態において、第１の偏光状態は第１の円偏光状態であると共に第２の偏光状態は第２の円偏光状態であり、第２の円偏光状態は第１の円偏光状態と反対方向である。

[0027] 一実施形態において、方法は更に、第１の円偏光状態を有する散乱放射の第１の部分及び第２の円偏光状態を有する散乱放射の第２の部分の双方を相互に直交する直線偏光状態に変換してそれらの分離を可能とすることを含む。

[0028] 一実施形態において、第１の偏光状態は直線偏光状態である。別の実施形態において、方法は更に、フィルタリングが、第１の偏光状態に直交する偏光状態を有する散乱放射のみを処理のために通過させることを含む。

[0029] 一実施形態において、方法は更に、メトロロジマークが、散乱放射の第１の部分の偏光状態を第２の偏光状態に変化させるように動作可能であることを含み、第２の偏光状態は第１の偏光状態に直交する。

[0030] 一実施形態において、フィルタリングステップは、第１の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第１の波長範囲内の散乱放射に対して実行されず、第２の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第２の波長範囲内の散乱放射に対して実行される。

[0031] 一実施形態において、第１の位置決め段階は第１のメトロロジマークに対して実行される租位置決め段階であると共に第２の位置決め段階は第２のメトロロジマークに対して実行される微細位置決め段階であり、第２のメトロロジマークのみが散乱放射の少なくとも一部の偏光状態を変化させるように動作可能である。

[0032] また、本発明は、リソグラフィプロセスを用いて基板にデバイスパターンが適用される、デバイスを製造する方法を提供する。この方法は、基板上に形成された１つ以上のマークの測定された位置を参照することによって適用パターンを位置決めすることを含み、測定された位置は第１の態様のメトロロジセンサシステムを用いて取得される。

[0033] また、本発明は、基板にパターンを適用する際に使用するためのリソグラフィ装置であって、第１の態様のメトロロジセンサシステムを含むリソグラフィ装置を提供する。

[0034] 本発明の上記及びその他の体御湯は、以下に記載される例を検討することから理解されるであろう。

[0035] 本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。

リソグラフィ装置を示す。 図１の装置における測定及び露光プロセスを概略的に示す。 基板上に形成されたターゲット構造の位置を測定する位置センサの使用、及び、上に重ねられた不透明構造の問題を概略的に示す。 本発明の一実施形態に従って適合可能な位置センサを概略的に示す。 （ａ）小さい表面トポグラフィ、及び（ｂ）比較的大きい表面トポグラフィを用いて、上に重ねられた層を介してアライメントマークを測定する問題を概略的に示す。 測定瞳上の低いウェーハ品質の問題を示す。 本発明の第１の実施形態に従った位置センサの光学系を概略的に示す。 本発明の第２の実施形態に従った位置センサの光学系を概略的に示す。 本発明の第３の実施形態に従った位置センサの光学系を概略的に示す。 本発明の第４の実施形態に従った位置センサの光学系を概略的に示す。 本発明の第５の実施形態に従った位置センサの光学系を概略的に示す。

[0036] このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

[0037] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節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のポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイスサポート又は支持構造（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成され、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のポジショナＰＷにそれぞれ連結された２つの基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴａ及びＷＴｂと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与さ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。基準フレームＲＦは様々なコンポーネントを接続し、パターニングデバイスと基板、及びそれらのフィーチャの位置を設定及び測定するための基準として機能する。

[0038] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0039] パターニングデバイスサポートＭＴは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイスサポートＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。

[0040] 本明細書において使用する「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にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又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における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0041] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。「パターニングデバイス」という用語は、そのようなプログラム可能なパターニングデバイスを制御する際に使用するためのパターン情報をデジタル形式で保存するデバイスを指すと解釈することもできる。

[0042] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0043] 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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすために当技術分野では周知である。

[0044] 動作中、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

[0045] イルミネータＩＬは、例えば、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤ、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯを含むことができる。イルミネータＩＬを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0046] 放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートＭＴ上に保持されたパターニングデバイスＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴａ又はＷＴｂを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。

[0047] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムについては、以下でさらに説明する。

[0048] 図示された装置は、様々なモードで使用できる。スキャンモードにおいては、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付与さ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）。パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及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。当技術分野で周知のように、別のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードが考えられる。例えば、ステップモードが既知である。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスを静止状態に保ちながらもパターンを変化させ、基板テーブルＷＴを動かすか又はスキャンする。

[0049] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0050] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、２つのステーションすなわち露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡとを有する、いわゆるデュアルステージタイプである。これら２つのステーション間で基板テーブルを交換することができる。露光ステーションで一方の基板テーブル上の１つの基板を露光している間に、測定ステーションで他方の基板テーブルに別の基板をロードして、様々な準備工程を実行できる。これによって、装置のスループットの大幅な増大が可能となる。準備工程は、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面等高線（surface height contour）をマッピングすること、及び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を含み得る。基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間にその位置を位置センサＩＦが測定できない場合、第２の位置センサを設けて、双方のステーションにおいて基準フレームＲＦに対する基板テーブルの位置を追跡することも可能である。他の構成も既知であり、図示されているデュアルステージ構成の代わりに使用できる。例えば、基板テーブル及び測定テーブルが提供される他のリソグラフィ装置が既知である。これらは準備測定を実行する際は連結され、後に基板テーブルで露光を行う際は連結解除される。

[0051] 図２は、図１のデュアルステージ装置において基板Ｗ上のターゲット部分（例えばダイ）を露光するステップを示す。左側の点線の四角内では測定ステーションＭＥＡでステップが実行され、右側は露光ステーションＥＸＰで実行されるステップを示す。時として、上述のように、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂの一方が露光ステーションに、他方が測定ステーションに位置することがある。この説明の目的のため、基板Ｗはすでに露光ステーションにロードされていると仮定する。ステップ２００では、図示しない機構によって新しい基板Ｗ’が装置にロードされる。リソグラフィ装置のスループットを向上させるため、これら２枚の基板は並行して処理される。

[0052] 新たにロードされた基板Ｗ’をまず参照すると、これは、装置で初めて露光するため新しいフォトレジストを用いて準備される、これまで処理されたことのない基板である可能性がある。しかしながら一般には、記載されるリソグラフィプロセスは一連の露光及び処理ステップの中の１ステップに過ぎないので、基板Ｗ’はすでに数回この装置及び／又は他のリソグラフィ装置を経ており、これ以降も複数のプロセスが実行される可能性がある。特にオーバーレイ性能向上の問題について、ここでの課題は、すでに１サイクル以上のパターニング及び処理が施された基板上のまさに正確な位置に新しいパターンを確実に適用することである。これらの処理ステップによって基板には徐々にディストーションが生じ、満足のいくオーバーレイ性能を達成するためにはこれを測定し補正しなければならない。

[0053] 上記のように、以前のパターニングステップ及び／又は以降のパターニングステップは他のリソグラフィ装置で実行されることがあり、更には、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行される場合もある。例えば、デバイス製造プロセスの解像度及びオーバーレイのようなパラメータについて極めて要求の厳しい層は、これより要求の厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行され得る。従って、ある層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光される一方、他の層は「ドライな」ツールで露光される場合がある。ある層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光される一方、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される場合がある。

[0054] ２０２では、基板マークＰ１等とイメージセンサ（図示せず）を使用したアライメント測定を用いて、基板テーブルＷＴａ／ＷＴｂに対する基板のアライメントを測定し記録する。更に、アライメントセンサＡＳを用いて、基板Ｗ’におけるいくつかのアライメントマークを測定する。一実施形態では、これらの測定値を用いて「ウェーハグリッド」を確立する。ウェーハグリッドは、公称矩形グリッドに対するディストーションを含めて、基板全体のマーク分布を極めて高精度にマッピングする。

[0055] ステップ２０４では、レベルセンサＬＳを用いて、Ｘ−Ｙ位置に対するウェーハ高さ（Ｚ）のマップを測定する。従来、この高さマップは、露光パターンの高精度の合焦を達成するためにだけ用いられる。これは他の目的のためにも使用できる。

[0056] 基板Ｗ’をロードした際、レシピデータ２０６が受信されている。これは、実行される露光、ウェーハの特性、ウェーハに以前形成されたパターン、及びウェーハに今後形成されるパターンを規定している。これらのレシピデータに、２０２、２０４で得られたウェーハ位置、ウェーハグリッド、及び高さマップの測定値を加えて、完全なセットのレシピ及び測定データ２０８を露光ステーションＥＸＰに渡すことができる。アライメントデータの測定値は例えば、リソグラフィプロセスの生成物（product）である製品パターンに対して固定関係又は公称固定関係で形成されたアライメントターゲットのＸ位置及びＹ位置を含む。露光の直前に取得されたこれらのアライメントデータを用いて、アライメントモデルを生成する。アライメントモデルは、これらのデータにモデルを適合させるパラメータを用いる。これらのパラメータ及びアライメントモデルは、露光動作中に、現在のリソグラフィステップで適用されるパターンの位置を補正するため使用される。モデルは使用時に、測定された位置間の位置ずれを内挿補間する。従来のアライメントモデルは、４、５、又は６のパラメータを含む場合があり、これらは共に、「理想的な」グリッドの並進、回転、及びスケーリングを様々な次元で規定する。より多くのパラメータを使用する最新のモデルが既知である。

[0057] ２１０では、ウェーハＷ’とＷをスワップする。これによって、測定済みの基板Ｗ’が露光ステーションＥＸＰに入っていく基板Ｗとなる。図１の例示的な装置において、このスワップは装置内でサポートＷＴａとＷＴｂを交換することにより行われるので、これらのサポート上で基板Ｗ、Ｗ’は高精度にクランプされ位置決めされたままであり、基板テーブルと基板自体との間の相対的なアライメントは保持される。従って、一度テーブルをスワップしたら、投影システムＰＳと基板テーブルＷＴｂ（以前はＷＴａだった）との間の相対位置を決定するだけで、基板Ｗ（以前はＷ’だった）の測定情報２０２、２０４を露光ステップの制御において利用することができる。ステップ２１２では、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２を用いてレチクルアライメントを実行する。ステップ２１４、２１６、２１８では、多数のパターンの露光を完了するため、基板Ｗにおける連続ターゲット位置にスキャン動作及び放射パルスを適用する。

[0058] 測定ステーションで取得したアライメントデータ及び高さマップを露光ステップ実行の際に使用することにより、これらのパターンは所望の位置に対して、特に、同一基板上の以前形成されたフィーチャに対して、高精度にアライメントされる。ここで「Ｗ’’」と標記される露光済み基板は、ステップ２２０で装置からアンロードされ、露光されたパターンに従ってエッチング又は他のプロセスが実行される。

[0059] 上記の説明が実際の製造状況の一例に含まれる多数の極めて詳細なステップを簡略化した概要であることは、当業者には認められよう。例えば、多くの場合、単一パスでアライメントを測定するのではなく、同一のマーク又は異なるマークを用いた別個の粗測定（coarse measurement）及び微細測定（fine measurement）の段階がある。粗アライメント及び／又は微細アライメント測定ステップは、高さ測定の前もしくは後に実行するか、又は高さ測定中に差し挟むように実行することができる。

[0060] 現在、アライメントセンサＡＳのような光学位置センサは、アライメントマークを読み取るために可視放射及び／又は近赤外（ＮＩＲ）放射を使用している。いくつかのプロセスでは、アライメントマーク形成後に基板上で層を処理すると、信号強度が低いか又は存在しないためにこれらのマークがアライメントセンサによって検出できないという状況が生じる。信号強度が低いか又はゼロであることは、例えば、マークの上にある不透明層が可視／ＮＩＲ波長帯の放射を遮断し、従ってアライメントセンサの動作を妨げることにより発生する可能性がある。この問題に対処するため、後続の層に追加マークを生成してマーク検出を容易にすることが既知である。しかしながら、この追加マークの生成はコストが高い。いくつかのプロセスは、既存のマークの上に位置する材料のみを除去し、これによってマークの測定を可能とするように、既存のマークの上に光学ウィンドウを生成することに頼っている。しかしながら、これらには追加の処理ステップと費用が必要である。

[0061] 図３は、不透明層３０２を貫通できる、（通常使用されるよりも）著しく長い放射波長を用いるアライメントセンサＡＳ−ＩＲの使用に基づく代替的な解決策を示す。不透明層３０２は、基板３０８上の他の材料層３０４及びアライメントマーク３０６を覆うように形成されている。現在のアライメントセンサは５００〜９００ｎｍの波長で動作する。この波長範囲は可視範囲に近い赤外波長を含むが、これらは一般的な不透明層を貫通することができない。このような不透明層を通る伝送は、より長いＩＲ波長では比較的増大する。これを緩和するため、このような不透明層を介した伝送が増大する、例えば１５００〜２５００ｎｍの範囲内のような１０００ｎｍより長い波長の放射を用いて動作可能であるアライメントセンサＡＳ−ＩＲを提供することができる。アライメントマーク３０６は、従来のピッチを有する従来のアライメントマーク、又は、例えばこういった長い波長を用いる測定にいっそう適合させた長い格子ピッチを有する特別なマークとすることができる。

[0062] 図４に、本開示の一例に従った位置センサ又はアライメントセンサの一例の簡略化した概略図が示されている。照明源４２０は、波長の１つの放射ビーム４２２を提供し、これはスポットミラー４２７を介して対物レンズ４２４を通り、基板Ｗ上に位置するアライメントマーク４０２のようなアライメントマーク上に誘導される。アライメントマーク４０２によって散乱された放射は、対物レンズ４２４によって捕捉され、情報保持ビーム４２６にコリメートされる。光学解析器４２８はビーム４２６を処理し、別個のビーム４２９を検出システム（例えばセンサアレイ）４３０上に（例えば光ファイバを介して）出力する。検出システム４３０内の個々のセンサからの強度信号４３２は、処理ユニットＰＵに提供される。システム４２８における光学処理とユニットＰＵにおける計算処理の組み合わせによって、センサに対する基板上のＸ位置及びＹ位置の値が出力される。この代わりに又はこれに加えて、オーバーレイＯＶ及びクリティカルディメンションＣＤのような他のパラメータを測定することも可能である。

[0063] このようなアライメントセンサの構成及び動作の詳細は、序論において言及した以前の特許公報で見出すことができるので、ここでは繰り返さない。簡潔に述べると、照明経路４２２に、ＬＥＤ又はレーザ源のような複数の個別の波長源を提供することができる。これらの波長源は、例えば緑及び赤の可視光、任意選択的に２０００ｎｍより長い波長を有する波長を含む、１５００〜２５００ｎｍの範囲内の近赤外（ＮＩＲ）波長及び／又は赤外放射等、様々な放射波長を供給するように構成できる。波長源は、ＬＥＤ、レーザ、ガス放電源、プラズマ源、スーパーコンティニウム光源、及び逆コンプトン散乱源を含むことができる。

[0064] アライメントマーク４０２により反射及び回折された放射４２６は、対物レンズ４２４によって集光される。集光された放射４２６は光軸上の単一ビームとして図示されているが、この情報保持ビームは実際には散乱及び回折によって広がっている。ノイズ信号を表す軸方向の成分は少なくとも部分的にスポットミラー４２７によって遮断されるので、スポットミラー４２７は、オブスキュレーションすなわちこのノイズ信号を遮断するためのオブスキュレーションとして作用する。次いで、残りの高次回折放射（及び、多少の迷走ノイズ信号）は処理システム４２８に入射する。

[0065] 処理ユニット４２８の性質は、所望の性能及び提供されているマークのタイプに依存する。処理システム４２８は、干渉法、又は結像、又は技法の組み合わせに基づくものであり得る。処理システム４２８は、相互に実質的に同じタイプであるか、又は完全に異なるタイプであり得る。本例では、処理システムは干渉法に基づくものであり、引用文献に記載されているタイプの自己参照干渉計を含む。

[0066] 処理システム４２８は、集光された放射４２６を受光する自己参照干渉計を含むことができる。干渉計４２８の入口において、半波板４３５は放射の偏光を４５度に調節する。次いで干渉計は、これを引用文献に記載されているように処理し、ビームとこのビームを回転させたコピーとを、反対の回折次数が強め合うように（constructively）及び弱め合うように（destructively）干渉させる。偏光ビームスプリッタが、「和（sum）」チャネル及び「差（difference）」チャネルを分離させ、これらは位置に敏感な光学信号４２９を検出システム４３０に与える。検出システム４３０は、和チャネル及び差チャネルの各々について、所望の電気位置信号４３２を得るための光検出器を含むことができる。波帯が複数の波長又は波長範囲を含む場合、検出システムには波長デマルチプレクサが含まれ、各波長又は各波長範囲で電気信号４３２を取得するため個別の光検出器が提供される。

[0067] 不透明層を介してアライメントする場合はウェーハ品質が極めて低いため、信号レベルは、透明層を介してアライメントする場合の典型的なアライメントセンサ信号レベルよりも数ケタ低い。ウェーハ品質は、基準マークによって生成された信号に対する実際のアライメント信号強度の測度（比）である。従って、許容可能なアライメント性能を達成するには、対応したノイズ信号抑制の改善が必要である。

[0068] 図５はこの問題を例示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれアライメントマークを含む第１の層５００を示し、アライメントマークの２つの個別のフィーチャ５１０（ライン）が図示されている。この第１の層の上に、２つの追加の層、すなわち第２の層５２０及び第３の層５３０が設けられている。例えば、少なくとも第３の層５３０が不透明である可能性がある。第３の層５３０はトポグラフィ（ラフネス又は非平坦性）を含むことがわかる。２つの主要なタイプの表面トポグラフィ／ラフネスがある。これらのうち第１のものは残留トポグラフィである。この残留トポグラフィは通常、下にあるアライメント格子上に材料を堆積し、その上層を完璧に平坦にしないことによって生じる。このため、残留トポグラフィは、下にあるアライメント格子と同一の空間（格子）構造を有する傾向がある。この残留トポグラフィは、アライメント格子と同じ方向にのみ、例えば＋１次及び−１次の回折次数（及び、おそらくはより高次）にのみ、放射を散乱させる傾向がある。この放射は概して、放射源の時間的コヒーレンス長がスタック厚さに比べて大きいと仮定すると（実際そうであるのが一般的である）、アライメント格子によって散乱した放射と干渉する及び／又はこの放射にコヒーレントに追加される。表面トポグラフィのもう１つの主要なタイプは、多くの／全ての空間周波数寄与分を有するランダム表面ラフネスである。この場合、放射は瞳の全ての部分に散乱する。

[0069] 図５において、図示されているトポグラフィピーク５４０は残留トポグラフィを含むが、いくらかのランダム表面ラフネスも存在する。一定の縮尺に従って図示されていないが、この例のトポグラフィ高さ（谷部に対するピーク５４０の高さ）は、図５（ａ）で０．００２ｎｍであり、図５（ｂ）で２０ｎｍである。また、アライメントマーク（格子）フィーチャの位置（例えば格子の中央位置を規定する）Ｘ_ｇ、これに対応するトポグラフィピークＸ_ｔの位置、及びこれらの位置間の差（この例では１００ｎｍ）も示されている。このような構成におけるアライメントマークは、１０^−８という低い回折効率を有し得る。しかしながら、表面（残留）トポグラフィも測定ビームを回折し、実質的に格子として作用する可能性がある。図示されている具体例では、この残留トポグラフィ「格子」は、１０^−１２（図５（ａ））又は１０^−４（図５（ｂ））の回折効率を有し得る。

[0070] 図６は、図５に示したような測定から得られる典型的な測定瞳６００を示す。領域６１０はコヒーレントな＋１及び−１回折次数に対応する。残留トポグラフィからの表面散乱放射は格子散乱放射と同じ方向に、すなわち領域６１０内に進み、更に、放射の一部はランダム表面ラフネスによって散乱する。この放射はアライメント信号にコヒーレントに追加され、位置（精度）誤差を引き起こす。この誤差は、表面トポグラフィの位置、格子とラフネスとの間の垂直方向の距離、波長、ピッチ等のうち１つ以上に依存する。この放射がアライメント信号にコヒーレントに追加されるので、測定されるアライメント信号はこの表面散乱に対して極めて敏感である。

[0071] ６２０、６３０に示されている他の瞳領域は、ランダム表面ラフネスによって、主要な回折次数に対応するもの以外の瞳領域に散乱した放射に関連する。領域６３０に散乱した瞳散乱放射の部分は、測定されるアライメント信号に一定のオフセットを追加する。これはアライメント位置の再現性を劣化させるが、精度（バイアス）の問題は引き起こさない。領域６３０内へ進む放射はアライメント信号から空間的に分離されているので、例えばこの放射のほとんどを遮断するゼロ次絞り（ＺＯＳ：zero-order stop）を用いることによって比較的容易に排除される。領域６２０は、Ｘでは回折次数と同じ方向であるがＹでは異なる方向に進む表面散乱放射に対応する。この放射も位置（精度）を引き起こすが、アライメント信号にコヒーレントに追加されることはない。従ってアライメント信号は、領域６１０内に散乱される放射よりも領域６２０に散乱される放射に対して感度が低く、また、この放射の効果もＺＯＳを用いて排除することができる。従って、主な関心事は、（残留トポグラフィ及びランダムラフネスの双方からの）瞳領域６１０への表面散乱である。

[0072] 図５に戻ると、各例において、測定される位置Ｘ_ｍに対する表面トポグラフィの効果、より具体的には領域６１０への表面散乱の効果が、それぞれ対応する図の下方に示されている。図５（ａ）では、２０００ｎｍ波長の照明放射を使用する場合、極めて小さいトポグラフィ（２ｐｍ）によって、測定される位置Ｘ_ｍと実際のアライメントマーク位置Ｘ_ｇとの間に約１ｎｍの問題となる重大なアライメントエラーが生じる。図５（ｂ）では、より大きい２０ｎｍのトポグラフィ（生産環境で観察されるのと一致する大きさ）によって、トポグラフィ回折が支配的となり、システムは事実上アライメントマークでなくトポグラフィに対して位置合わせする。この結果、極めて大きいアライメントエラーが生じる可能性がある。図５（ｂ）の具体例では９９ｎｍのエラーが図示されている。

[0073] こういった問題に対処するため、照明放射の偏光フィルタリングが提案される。従って、表面トポグラフィによって散乱された放射をフィルタで除去しながら、アライメントマークによって散乱された放射の伝送を最適化するように、照明偏光状態、アライメントマーク設計、及び／又は検出偏光状態の組み合わせを調節することが提案される。

[0074] これを達成するには、偏光を変化させる構造、より具体的には偏光を変化させるアライメントマーク（「極性アライメントマーク（polar alignment mark）」）を用いて、入射する放射を回折することに加えて、入射する放射の偏光状態（照明偏光状態）を変化させるように作用させればよい。これらの極性アライメントマークを用いて、表面トポグラフィにより散乱される放射に対し、アライメントマークにより散乱される（回折される）放射の偏光状態を、（第２の偏光状態に）変化させることができる。より具体的には、極性アライメントマークは、入射する放射に対して、アライメントマークにより散乱される放射の特定の回折次数の偏光状態を変化させることができる。こういった特定の回折次数は、＋１／−１回折次数を含み得る。また、これらの回折次数は、より高次の対応する奇数の次数（例えば＋３／−３、＋５／−５等）のいくつか又は全ても含み得る。このようにして、表面トポグラフィによって散乱され、第１の偏光状態（照明偏光状態）を維持する傾向がある放射を、例えば偏光状態に基づいてフィルタリングを行う適切な光学フィルタリングデバイスを用いることで、偏光フィルタリングを用いて除去することができる。光学フィルタリングデバイスは例えば、照明偏光状態を有する放射を実質的に遮断するように作用する偏光子、又は照明偏光状態を有する放射を散乱放射から分離するように作用する偏光ビームスプリッタを含み得る。光学フィルタリングデバイスは更に、より処理に適した偏光角に変化させるための波長板デバイスを含み得る。いくつかの異なる実施形態について以下で説明する。

[0075] 図７は第１の実施形態に従ったアライメントセンサＡＳの構成を示す。この装置の主要な要素は図４を参照して記載した通りであり、これ以上は検討しない。重要なのは、装置を通る放射の偏光状態である。この特定の実施形態では、半波長板４４０が、（水平方向の）レーザ偏光状態Ｐ_Ｌを、ここでは第１の斜め偏光（diagonal polarization）である照明（第１の）偏光状態Ｐ_Ｉに変化させる。むろん、レーザが斜め偏光を出力する場合は、半波長板４４０は省略される。

[0076] 照明放射４２２は適切な極性アライメントセンサ４４６によって散乱される。これによって得られる散乱された（例えば回折された）放射４２６は、極性アライメントマーク４４６の格子構造からの望ましい格子散乱放射と、表面トポグラフィからの望ましくない表面散乱放射（より一般的には、格子構造以外のフィーチャから散乱した放射であり、アライメントマークの他のフィーチャ及び／又は基板のフィーチャ及び／又はセンサ光学系／装置のフィーチャから散乱した放射を含み得る）の双方を含む。偏光状態に対する極性アライメントマークの作用は、格子散乱放射が、（第１の）照明偏光状態Ｐ_Ｉに対して（第２の）格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳを有するということである。図示されている例では、アライメントマーク４４６を用いることで、（例えば少なくとも＋１／−１回折次数の）格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳは４５度回転して垂直偏光状態になっている。しかしながら、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳは同様に、水平偏光状態、又は照明偏光状態Ｐ_Ｉとは異なる別の偏光状態（直線又は他のもの）であってもよい。実際には、極性アライメントマークの不完全な性質のために、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳは記載されている直線偏光状態よりも楕円である。

[0077] （比較的浅い）表面トポグラフィの性質に起因して、また、照明放射の近法線入射を仮定すると、表面散乱放射は偏光状態が変化しない傾向があり、このため表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳは照明偏光状態Ｐ_Ｉ（ここでは第１の斜め偏光として図示されている）と実質的に同様である。

[0078] 偏光フィルタリングは、第２の斜め偏光（検出偏光状態Ｐ_Ｄ）を有する放射を通過させるように配向された（直線）偏光子４４４を用いて達成される。第２の偏光状態は前述の第１の斜め偏光に対して直交している。このため、照明偏光状態Ｐ_Ｉ及び検出偏光状態Ｐ_Ｄは相互に直交した直線偏光状態を含む。従って偏光子４４４は、表面散乱放射の全てを実質的に遮断する一方で、処理システム４２８によって処理するため格子散乱放射の一部（その成分は検出偏光状態Ｐ_Ｄに配向されている）を通過させる。図に示されている第１及び第２の斜め状態の方向は完全に任意であり、交換可能であることは、すぐに認められよう。

[0079] 一実施形態において、極性アライメントマークは、１つ以上の層に形成されたサブセグメント化格子を含み得る。このようなサブセグメント化格子は、照明放射の波長と同様の大きさの、従って照明放射を回折するように動作可能である第１の格子ピッチを含む。格子の各要素は、第１の格子ピッチよりも小さいサブ波長ピッチを有するサブ構造に更にセグメント化することができる。このサブ波長ピッチは、照明放射を回折しないが、照明放射に対して散乱放射の偏光状態を変化させるように、充分に小さくなければならない。図には、適切な極性アライメントマーク４４６ａ、４４６ｂの２つの例が示されている。これらは双方とも第１の回折格子ピッチＰ_１及びサブ波長ピッチＰ_２を有する。極性アライメントマーク４４６ａの例では、主要な格子ピッチの「ライン」又は「空間」のうち１つのみがサブセグメント化されている。「ライン」及び「空間」という用語は、格子の慣例に従って使用され、必ずしも文字通りのライン及び空間を含むわけでなく、（例えば）他の対照的な材料の領域を含むことに留意するべきである。主要な回折格子ピッチの「ライン」及び「格子」の各々において（直交する）サブセグメント化ライン（又は他のフィーチャ）が存在するアライメントマーク４４６ｂのような構造を用いて、効率の向上を達成できる。このようにして、より多くの照明放射がその偏光状態を所望の偏光状態に変更する。更に具体的に述べると、アライメントマーク４４６ｂは、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳが前述の第１の斜め偏光状態に直交する第２の斜め偏光状態を含むように、＋１／−１回折次数を照明偏光状態Ｐ_Ｉに対して（４５度でなく）９０度に回転させる傾向がある。これは、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳが検出偏光状態Ｐ_Ｄ（以下を参照のこと）と同一であり、従って偏光子４４４により除去される実際のアライメント信号が低減することを意味する。

[0080] 本明細書に記載されている提案の別の利点は、ゼロ次の抑制の向上である。すでに述べたように、ゼロ回折次数は、例えばシステムの瞳面において又は瞳面の周囲において、スポットミラー４２７及び／又は空間フィルタ（ゼロ次ステップ）によって部分的に遮断される。しかしながら、このような物理的なゼロ次絞りの大きさは、特に（例えば粗アライメントの間に）比較的大きいピッチのアライメントマークを測定する場合、＋１／−１回折次数を通過させる必要性によって制限される。記載されている極性アライメントマークは、奇数の高次の回折（例えば所望のアライメント信号）の偏光状態を変化させるが、ゼロ次放射（及び、他の偶数の回折次）を変化させる傾向はないことは認められよう。従って、このゼロ次放射は照明偏光状態を維持する傾向があり、偏光子４４４によって除去される。

[0081] 図８は第２の実施形態に従ったアライメントセンサＡＳの構成を示す。この実施形態は図７に示したものと本質的に極めて同様であるが、装置を通る偏光が実質的に４５度回転している。第１の実施形態と同様、照明偏光Ｐ_Ｉ及び検出偏光Ｐ_Ｄは反対の直線偏光を含む。しかしながらこの例では、それらはそれぞれ水平方向及び垂直方向である。むろん、照明偏光Ｐ_Ｉ及び検出偏光Ｐ_Ｄは、それぞれ垂直方向及び水平方向に切り換えてもよい。

[0082] この実施形態におけるアライメントマーク４４８も極性アライメントマークである。しかしながら、ここでは、サブセグメント化フィーチャは主要な回折格子ピッチ（及び照明偏光）に対して斜めに配向されている。すでに述べたのと同様に、極性アライメントマーク４４８は、（第１の）照明偏光状態Ｐ_Ｉに対して、格子散乱放射の（第２の）格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳ（例えば＋１／−１と、場合によっては他の奇数の回折次数）を変化させる。図示されている例は、「ライン」及び「空間」ごとに反対方向の斜めのサブセグメント化を有するアライメントマーク４４８を示し、これは、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳが９０度回転して垂直偏光状態になるように偏光を回転させる傾向がある。例えば使用されるアライメントマークに応じて、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳは斜めであるか、又は、照明偏光状態Ｐ_Ｉと異なるならば、図示されているものとは全く異なる偏光状態である可能性がある。表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳは照明偏光状態Ｐ_Ｉと実質的に同様であり、従って、この実施形態では垂直方向に配向された偏光子４４４によって実質的に遮断（除去）される。最後に、（垂直方向の）検出偏光状態Ｐ_Ｄを有するフィルタを通った放射は半波長板４３５を通過し、半波長板４３５はこの偏光状態を、自己参照干渉計（処理システム４２８）による処理にいっそう適した偏光状態Ｐ_Ｐに回転させる。

[0083] １つの変形において、半波長板４３５及び偏光子４４４をスワップし、偏光子を４５度回転させることができる。この場合、半波長板は、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳ及び表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳの双方を回転させ、斜めに配向された偏光子は、この時点で直交斜め偏光の表面散乱放射を遮断する。多くの他の変形が当業者には明らかであろう。

[0084] 図９は第３の実施形態に従ったアライメントセンサＡＳの構成を示す。この構成は照明偏光状態Ｐ_Ｉとして円偏光状態を使用する。アライメントマーク４５０は、（例えば少なくとも＋１／−１回折次数の）（第２の）格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳが、（第１の）照明偏光状態Ｐ_Ｉとは反対方向の円形となる（時計回りと反時計回り、又はその逆）ように、格子散乱放射の偏光状態を変化させるよう構成されている。アライメントマークは、例えば任意の適切な極性アライメントマークとすればよく、すでに記載したアライメントマーク４４６ａ、４４６ｂ、４４８のうちいずれかを含む。

[0085] 円偏光照明放射の発生のために多くの異なる方法が存在する（それらは全てここで適用可能である）ことは当業者に認められるであろうが、図示されている特定の構成では、垂直方向の（又は水平方向の）レーザ偏光状態Ｐ_Ｌは、半波長板４４０によって４５度回転されて斜め偏光状態Ｐ’_Ｉになる。次いで、４分の１波長板４４７（高速軸が水平方向又は垂直方向に配向されている）は、この斜め偏光状態Ｐ’_Ｉを照明偏光状態Ｐ_Ｉに変換する。

[0086] すでに述べたように、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳの方向はアライメントマーク４５０によって反対方向の円形に変えられる。従って、格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳと（変化していない）表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳは反対の円偏光状態を有する。この図は、（明確さのため）反対の回折次数がそれぞれ異なる偏光状態を有するように見えるが、実際には各回折次数が格子散乱放射と表面散乱放射の双方を含むことに留意するべきである。次いで、散乱放射４２６は再び４分の１波長板４４７を通過し、これは放射を（斜め）直線偏光に戻すように変換する。しかしながら、表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳ及び格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳは、相互に直交する直線偏光状態Ｐ’_ＳＳ、Ｐ’_ＧＳに変換される。次いで、適切な偏光子４４４を用いて、処理対象の放射が検出偏光状態Ｐ_Ｄを有するように、直線偏光状態Ｐ’_ＳＳを有する放射を拒絶することができる。

[0087] 照明偏光状態及び検出偏光状態を検出するアライメントセンサは、下位互換性に関していくつかの利点を有し得る（例えば、非回転アライメントマークを用いる場合）。これは、２つの処理システム等を有する２つの検出分岐を必要とする。２つの検出分岐を有するアライメントセンサは既知である。しかしながら、これらは照明偏光及び検出偏光を測定せず、各々が照明偏光状態と５０％重複する２つの直交偏光状態を測定する。従って、そのような構成を修正することが提案される。

[0088] このため、図１０は、２つの検出分岐４５５ａ、４５５ｂを有するアライメントセンサＡＳを示す。各分岐は、半波長板４３５ａ、４３５ｂ、処理システム４２８ａ、４２８ｂ、及び検出システム４３０ａ、４３０ｂを備えている。偏光ビームスプリッタ４６０は、散乱放射を２つの検出分岐４５５ａ、４５５ｂに分離する。

[0089] 図１０の具体例において、照明偏光状態Ｐ_Ｉは直線であり、更に特定すれば水平方向である。従ってこの装置は、図８に示されている第２の実施形態のデュアル検出分岐の変形と見なすことができる。前述のように、照明偏光状態Ｐ_Ｉは同様に垂直方向であってもよい。また、例えば半波長板４３５ａ、４３５ｂを除去し、その代わりに半波長板を入力経路４２２に配置することによって、図７に示されている第１の実施形態のデュアル検出分岐の変形が可能であることも認められよう。アライメントマーク４５２は、とりわけ、前述した形態のいずれかとすればよく、例えばアライメントマーク４４８である。従って前述のように、記載される基本的な概念には多くの変形が可能である。

[0090] この実施形態において、第１の検出分岐４５５ａは図８に関してすでに記載したのと全く同じように動作し、偏光ビームスプリッタ４６０は（偏光子４４４の代わりに）偏光フィルタリングを実行する。このため、照明偏光状態Ｐ_Ｉに直交する偏光状態、すなわち検出偏光状態Ｐ_Ｄのみが、第１の検出分岐４５５ａに入射する。これは次いで、処理システム４２８ａによる処理のため、半波長板４３５ａによって偏光状態Ｐ_Ｐａに回転される。第２の検出分岐４５５ｂは、（偏光ビームスプリッタ４６０を介して）照明偏光状態Ｐ_Ｉの放射（例えば、第１の（主要な）処理分岐から除去された放射）を取得する。これは次いで、処理システム４２８ｂによる処理のため、半波長板４３５ｂによって偏光状態Ｐ_Ｐｂに回転される。

[0091] 図１１は、図９に示されている円偏光の実施形態のデュアル検出分岐バージョンである。しかしながら、便宜上、システム（従って４分の１波長板４４７）を通る直線偏光は４５度回転している。これとは別に、第１の検出分岐４５５ａは図９を参照してすでに記載したのと本質的に同じように動作し、偏光ビームスプリッタ４６０は（偏光子４４４の代わりに）偏光フィルタリングを実行する。このため、円偏光格子散乱偏光状態Ｐ_ＧＳを有する格子散乱放射からの、４分の１波長板４４７によって変換された偏光状態Ｐ’_ＧＳのみが、第１の検出分岐４５５ａに入射する。これは次いで、処理システム４２８ａによる処理のため、半波長板４３５ａによって偏光状態Ｐ_Ｐａに回転される。第２の検出分岐４５５ｂは、照明偏光状態Ｐ_Ｉに対応する（円形偏光）表面散乱偏光状態Ｐ_ＳＳを有する表面散乱放射からの、４分の１波長板４４７によって変換されたレーザ偏光状態Ｐ_Ｌの放射を、（偏光ビームスプリッタ４６０を介して）取得する。これは次いで、処理システム４２８ｂによる処理のため、半波長板４３５ｂによって偏光状態Ｐ_Ｐｂに回転される。アライメントマーク４５４は、とりわけ、前述した形態のいずれかとすればよく、例えばアライメントマーク４４６ｂ又は４４８である。

[0092] すでに述べたように、アライメントは２つの段階で、すなわち粗アライメント及び微細アライメントで実行することができる。これらの粗アライメント及び微細アライメントは、異なるアライメントマークに対して、かつ異なる測定放射波長を用いて実行され得る。粗アライメントは、微細アライメントよりも大きいピッチのアライメントマークと短い波長の測定放射を用いる。多くの適用例において、粗アライメントマークは基板上に形成されず、基板ステージ上に位置付けられている。従ってこれらのアライメントマークは変更することが難しく、現在、偏光状態を変化させない。また、これらのアライメントマークには上に重ねられた（不透明な）層が存在しないので、表面散乱はいかなる場合にも問題とならない。従って粗アライメントでは、本明細書で開示されているような偏光フィルタリングを使用しないことが有益であり得る。これは、租アライメント及びステージ位置合わせが、透過イメージセンサ（ＴＩＳ：transmission image sensor）プレート上の（現在の）非偏光変化アライメントマークを用いて現在の方法で実行できることを意味する。これは、粗アライメントを簡略化すると共に、信号の大部分が偏光フィルタによって除去されないことを意味する。

[0093] 従って一実施形態では、微細アライメント段階で使用される放射に対応した波長範囲のみで偏光フィルタリングを実行することが提案される。これを達成するため、実際の偏光フィルタリングを実行する偏光デバイス（例えば上記の実施形態における偏光子４４４）を、微細アライメント測定放射のみを偏光させると共に粗アライメント測定放射を偏光させないように構成することが提案される。より具体的に述べると、偏光デバイスは、微細アライメント測定放射波長内の放射については１つのみの直線偏光放射状態（すなわち、格子散乱放射に対応する偏光方向）を伝送するように、かつ、粗アライメント測定放射波長範囲内の放射については双方の（直交した）偏光方向を伝送するように構成できる。このようなスペクトル偏光デバイスは、測定放射の偏光状態を変化させる微細アライメントマーク（例えば本明細書に記載された極性アライメントマーク）と、測定放射の偏光状態に影響を与えない従来の粗アライメントマークと、を含むアライメントマークと共に使用することができる。

[0094] 一実施形態において、このようなスペクトル偏光デバイスは、適切な多層コーティングを有する偏光デバイスを含み得る。具体例として、粗測定放射は１５００〜１７００ｎｍの範囲内の波長を含み、微細測定放射は１７００〜２０００ｎｍの範囲内の波長を含み得る。このような実施形態において、スペクトル偏光デバイスは、（例えば）１８００ｎｍ放射について格子散乱放射の偏光状態に対応する１つのみの直線方向の放射を伝送し（例えば偏光子として作用する）、一方で、（例えば１６００ｎｍで）双方の方向を伝送することができる。

[0095] 上述した実施形態のいずれにおいても、偏光デバイスが特定の偏光状態の放射を実質的に伝送すると記載される場合、これは、遮断された偏光状態を基準としていると理解するべきであり、その伝送された偏光状態においてある程度の減衰が存在し得ることは認められよう。

[0096] 具体的に記載及び図示したもの以外に、本開示の原理内で多くの可能な実施が存在する。本開示の原理は、アライメントセンサ、自己参照干渉計を有するメトロロジセンサ、又はより一般的な干渉計だけでなく、他のタイプのメトロロジセンサにも適用可能である。メトロロジの適用例に応じて、メトロロジマークはアライメントマークを含むことができ、より一般的には他のターゲットタイプを含むことができ、ここに示された形態及び原理とは異なる可能性がある。例えばメトロロジマークは、オーバーレイを測定するために２つ以上の層に形成されることがあり、これに対しても本明細書に記載された概念を適用できる。メトロロジマークは周期的な主要構造（例えば格子）を有するものとして記載されているが、その代わりに非周期的な主要構造を含むことも可能である。重要なのは、メトロロジマークが、散乱放射の第１の部分（例えば格子散乱放射）及び放射の第２の部分（例えば表面散乱放射）のうち一方の偏光状態を、放射の第１の部分及び放射の第２の部分のうち他方に対して変化させることにより、その後、これらの部分を偏光状態に基づいて分離できるようにすることである。上記の実施形態は、第２の部分に対して第１の部分の偏光状態を変化させるメトロロジマークを記載しているが、その代わりに、第１の部分に対して第２の部分を変化させるよう動作する（例えば、アライメントマークを測定する際に非垂直入射が使用され、表面散乱放射の偏光状態が変化するようになっている）か、又は、双方の部分をそれぞれ異なる偏光状態に変化させるよう動作することも可能である。１又は複数の波長範囲は、上記で与えた例とは異なる可能性がある。今後の適用例では、例えば検知波長を紫外線波長まで拡張することも検討され得る。本開示の原理は、序論において言及した従来の特許及び特許出願で紹介されるものを含めて、他の技法と共に使用することができる。

[0097] 本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は記載したものとは異なるように実施され得ることは認められよう。

[0098] メトロロジマークとして上述した例示的な構造は、位置測定の目的のため特別に設計及び形成された格子構造であるが、他の実施形態では、基板上に形成されたデバイスの機能部分である構造に対して位置を測定することも可能である。多くのデバイスは、規則的で格子状の構造を有する。本明細書で使用される「マーク」及び「格子構造」という用語は、この構造が実行される測定専用に提供されていることを要求しない。不透明層は、従来の波長でマークを観察することによるマークの位置測定を妨害し得る積層構造の唯一の形式というわけではない。例えば、表面ラフネス又は相反する（conflicting）周期構造は、１つ以上の波長において測定と干渉する可能性がある。

[0099] 位置測定ハードウェアと、基板及びパターニングデバイス上に実現された適切な構造に関連して、一実施形態は、上に重ねられた構造で覆われたマークの位置に関する情報を取得するため上記に示されたタイプの測定方法を実施する機械読み取り可能命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを含み得る。このコンピュータプログラムは、例えば、その目的に専用であるか又は図１の制御ユニットＬＡＣＵに一体化されているプロセッサ６０６等によって実行することができる。また、そのようなコンピュータプログラムを記憶しているデータストレージ媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、又は光ディスク）を提供することも可能である。

[0100] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。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内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。

[0101] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0102] 「レンズ」という用語は、文脈上許される場合、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電気型の光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを指すことができる。ＵＶ及び／又はＥＵＶ範囲で動作する装置では、反射性コンポーネントが使用される可能性が高い。

[0103] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (19)

1. 第１の偏光状態を有する照明放射によって基板上のメトロロジマークを照明するよう動作可能な照明システムと、
   前記メトロロジマークによる前記照明放射の散乱の後、散乱放射を集光するように構成された光学収集システムであって、前記メトロロジマークは、主要構造を含み、かつ、主に前記主要構造による散乱の結果生じる前記散乱放射の第１の部分の偏光状態と、主に前記主要構造以外の１つ以上のフィーチャによる散乱の結果生じる放射の第２の部分の偏光状態とのうち少なくとも１つを、前記第１の偏光状態に対して変化させるように動作可能であり、前記散乱放射の前記第１の部分の前記偏光状態が前記散乱放射の前記第２の部分の前記偏光状態と異なるようにする、光学収集システムと、
   前記散乱放射の前記第２の部分をその偏光状態に基づいて実質的に除去するように動作可能である光学フィルタリングシステムと、
   を備えるメトロロジセンサ装置。
2. 前記散乱放射の前記第２の部分は主に、前記主要構造上に形成された少なくとも１つ以上の層によって散乱された放射を含む、請求項１に記載のメトロロジセンサ装置。
3. 前記光学フィルタリングシステムは、前記散乱放射の前記第２の部分をその偏光状態に基づいて遮断するように動作可能な偏光デバイスを少なくとも含む、請求項１又は２に記載のメトロロジセンサ装置。
4. それぞれが前記散乱放射を処理するための第１の処理分岐及び第２の処理分岐を備え、前記偏光デバイスは、散乱放射の前記第１の部分の少なくとも一部を前記第１の処理分岐に誘導すると共に前記散乱放射の前記第２の部分を前記第２の処理分岐に誘導するように動作可能な偏光ビームスプリッタを含む、請求項３に記載のメトロロジセンサ装置。
5. 前記光学フィルタリングシステムは更に、散乱放射の前記第１の部分の少なくとも一部の前記偏光状態をいっそう処理に適した偏光状態に回転させるように動作可能な少なくとも１つの波長板デバイスを含む、請求項１から４のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置。
6. 前記メトロロジマークは、前記散乱放射の前記第１の部分の前記偏光状態を第２の偏光状態に変化させるように動作可能であると共に、前記散乱放射の前記第２の部分が実質的に前記第１の偏光状態を維持するように前記散乱放射の前記第２の部分の前記偏光状態を変化させない、請求項１から５のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置。
7. 前記主要構造は、前記照明放射を回折させるように動作可能な第１のピッチを有する周期構造を含み、前記周期構造は、前記散乱放射の前記第１の部分の前記偏光状態を変化させるように動作可能な第２のピッチによってサブセグメント化されている、請求項６に記載のメトロロジセンサ装置。
8. 前記第１の偏光状態は第１の円偏光状態であると共に前記第２の偏光状態は第２の円偏光状態であり、前記第２の円偏光状態は前記第１の円偏光状態と反対方向である、請求項６又は７に記載のメトロロジセンサ装置。
9. 前記光学フィルタリングシステムは、前記第１の円偏光状態を有する散乱放射の前記第１の部分及び前記第２の円偏光状態を有する散乱放射の前記第２の部分の双方を相互に直交する直線偏光状態に変換するための少なくとも１つの４分の１波長板を含み、これによってそれらの分離を可能とする、請求項８に記載のメトロロジセンサ装置。
10. 前記第１の偏光状態は直線偏光状態である、請求項１から７のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置。
11. 前記光学フィルタリングシステムは、前記第１の偏光状態に直交する偏光状態を有する散乱放射のみを処理システムへ通過させるように動作可能である、請求項１０に記載のメトロロジセンサ装置。
12. 前記メトロロジマークは、前記散乱放射の前記第１の部分の前記偏光状態を第２の偏光状態に変化させるように動作可能であり、前記第２の偏光状態は前記第１の偏光状態に直交する、請求項１０又は１１に記載のメトロロジセンサ装置。
13. 前記光学フィルタリングシステムは、
    第１の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第１の波長範囲内の前記散乱放射の前記第２の部分を実質的に除去しないように、
    第２の位置決め段階において使用される照明波長範囲に少なくとも部分的に対応する第２の波長範囲内の前記散乱放射の前記第２の部分を除去するように、
    動作可能である、請求項１から１２のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置。
14. 前記第１の位置決め段階は第１のメトロロジマークに対して実行される粗位置決め段階であると共に前記第２の位置決め段階は第２のメトロロジマークに対して実行される微細位置決め段階であり、前記第２のメトロロジマークのみが偏光状態の前記変化を実行するように動作可能である、請求項１３に記載のメトロロジセンサ装置。
15. メトロロジマークを測定する方法であって、
    第１の偏光状態を有する照明放射によって基板上のメトロロジマークを照明することと、
    前記メトロロジマークによる前記照明放射の散乱の後、散乱放射を集光することであって、前記メトロロジマークは、主要構造を含み、かつ、主に前記主要構造による散乱の結果生じる前記散乱放射の第１の部分の偏光状態と、主に前記主要構造以外の１つ以上のフィーチャによる散乱の結果生じる放射の第２の部分の偏光状態とのうち少なくとも１つを、前記第１の偏光状態に対して変化させるように動作可能であり、前記散乱放射の前記第１の部分の前記偏光状態が前記散乱放射の前記第２の部分の前記偏光状態と異なるようにする、ことと、
    前記散乱放射の前記第２の部分をその偏光状態に基づいて除去することと、
    を含む、方法。
16. 前記散乱放射の前記第２の部分は主に、前記主要構造上に形成された少なくとも１つ以上の層によって散乱された放射を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 偏光ビームスプリッタを用いて前記フィルタリングを実行することと、散乱放射の前記第２の部分の処理とは別個に散乱放射の前記第１の部分の少なくとも一部を処理することと、を含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. リソグラフィプロセスを用いて基板にデバイスパターンが適用される、デバイスを製造する方法であって、前記基板上に形成された１つ以上のメトロロジマークの測定された位置を参照することによって前記適用パターンを位置決めすることを含み、前記測定された位置は請求項１から１４のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置を用いて取得される、方法。
19. 基板にパターンを適用する際に使用するためのリソグラフィ装置であって、請求項１から１４のいずれかに記載のメトロロジセンサ装置を含むリソグラフィ装置。

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